سطح تماس سیالات در مخزن

چکیده

یکی از مسائل مهم در ارزیابی پتروفیزیکی مخزن تعیین سطح تماس سیالات در مخزن می باشد. تعیین موقعیت دقیق سطح تماس آب و نفت [۱]  و سطح تماس نفت و گاز[۲]  از پارامترهای مهم در عملیات تکمیل چاه می باشد. روش های رایجی که در صنعت نفت برای تعیین سطح تماس سیالات در مخزن استفاده می شود عبارتند از: لرزه نگاری سه بعدی[۳]، استفاده از لاگ های چاه پیمایی مانند لاگ­های مقاومت و رادیواکتیو، تست­های فشار مویینگی[۴] و تست های تولید[۵].  امروزه روش های دیگری نیز برای تعیین دقیق سطح تماس سیالات در مخزن استفاده می شود. در این پروژه روش های تعیین موقعیت سطح تماس سیالات معرفی و همچنین ویژگی­های هر یک از آنها مطالعه و بررسی می شود.

[۱] Water-Oil Contact

[۲] Gas-Oil Contact

[۳] ۳D Seismic

[۴] Capillary Pressure Test

[۵] Production Test

از مسائل مهم در صنعت نفت، تعیین موقعیت دقیق سطح تماس سیالات در مخزن است. این پارامتر در محاسبه میزان نفت درجا بسیار اهمیت دارد. محاسبه ضخامت ستون نفت ارتباط مستقیم با سطح تماس سیالات در مخزن دارد. در عملیات تکمیل چاه موقعیت دقیق سطح تماس سیالات جهت انجام عملیات مشبک کاری[۱] ضروری است. عملیات مشبک کاری که به درستی صورت نگیرد و در ناحیه آبده و یا کلاهک گازی صورت بگیرد، باعث وارد شدن صدمات زیادی به مخزن می شود. درهنگام تولید نیز کنترل و بررسی موقعیت سطح تماس سیالات، جهت جلوگیری از تولید آب و یا گاز اضافی لازم است.

عدم دقت و توجه به این موضوع ممکن است باعث زیان های اقتصادی و هزینه های گزاف در تولید شود. حتی سطح تماس سیالات ممکن است در نوع حفاری نیز اثرگذار باشد. حفاری مخازنی که ضخامت لایه نفتی آن ها نازک است، عموما به صورت انحرافی و یا افقی صورت می گیرد. دراین نوع حفاری موقعیت سطح تماس سیالات فاکتوری کلیدی است. علاوه بر موارد گفته شده در شبیه سازی مخزن نیز حتما باید موقعیت سطح تماس سیالات مشخص باشد. در غیر این صورت سبب بروز خطا در محاسبات می شود. بنابراین با توجه به آنچه که گفته شد، تعیین موقعیت سطح تماس سیالات در مخزن عملیاتی بسیار با اهمیت و مهمی است که می تواند تمام مراحل اکتشاف، حفاری، تولید و بهره برداری را تحت تاثیر قرار دهد.

در این پروژه می کوشیم که ضمن معرفی روش های تعیین سطح سیالات در مخزن، مزایا و معایب هر روش نیز توضیح داده شود. این پروژه در چهار فصل تنظیم شده است که هر فصل به یک روش خاص اختصاص داده شده است. در پایان به عنوان نتیجه گیری بین روش های گفته شده، مقایسه ای صورت گرفته می شود و مزایا و معایب هر یک بررسی می شود.

[۱] Perforation

مراحل آموزش:

مرحل اول: استفاده از نیروی موئینگی درتعیین سطوح تماس سیالات درمخزن
مرحله دوم: استفاده از لرزه نگاری اکتشافی در تعیین سطوح تماس سیالات در مخزن
مرحله سوم: استفاده از نمودارهای چاه پیمایی در تعیین سطوح تماس سیالات در مخزن
مرحله چهارم: ریز آرایش متمرکز: میکرولاترولاگ(MLL)، ریز آرایش کروی کانونی (MSFL)
مرحله چهارم: نمودارهای رادیو اکتیویته
مرحله پنجم: روش های جدید تعیین سطوح تماس سیالات در مخزن
مرحله ششم: نتیجه گیری

مرحله ۳: استفاده از نمودارهای چاه پیمایی در تعیین سطوح تماس سیالات در مخزن

نمودارهای چاه پیمایی برای اولین بار در فرانسه در سال ۱۹۲۷ و در یکی از میادین نفتی رانده شد و نوع آن یک دستگاه مقاومت مخصوص بود. الکترود در هر عمقی ثابت نگه داشته می شد و مقاومت از روی دستگاه خوانده می شد و با دقت رسم می شد. در سال ۱۹۳۱ نمودار پتانسیل خودزا پا به عرصه گذاشت، برادران شلمبرژه روش ثبت مداوم و رکورد ها را توسعه دادند. نقش چاه پیمایی در صنعت نفت به حدی بالاست که به عنوان ابزار ارزیابی سازند و لایه ها در زمین، وضعیت لایه های مخزنی، وضعیت سیمان کاری و موارد دیگر از اجزای غیر قابل انکار در مهندسی نفت جهت اکتشاف، شبیه سازی و تولید شده است.

از آنجا که هدف اصلی این پروژه روش های تعیین سطح سیالات مخزن است، بر روی نمودار های مقاومت الکتریکی و رادیو اکتیویته تمرکز بیشتری صورت گرفته شده است. این فصل از دو بخش تشکیل شده که بخش اول مربوط به نمودارهای مقاومت الکتریکی و بخش دوم مربوط به نمودارهای رادیواکتیویته است. در این فصل سعی شده است ضمن معرفی این نمودارها و آشنایی با آن ها با نحوه تفسیر و شناسایی هیدروکربن ها در سازند مطالبی ارائه شود.

[/accordion]

مقاومت ویژه با استفاده ازروش های مختلف قابل اندازه گیری است. اما از هر دستگاهی که برای این اندازه گیری استفاده شود مبنای کار یکسان است. به طوری که یک فرستنده (الکترود یا پیچه) سیگنالی را (جریان الکتریکی یا مغناطیسی) به داخل سازند می فرستد. گیرنده ای که در فاصله مشخصی از چشمه انتشار سیگنال واقع شده عکس العمل سازند روی سیگنال فرستاده شده را ثبت می کند. فاصله مذکور را بازه دستگاه می نامند. هر چه بازه بزرگتر باشد، شعاع بررسی افزایش یافته و برعکس جداسازی قائم کاهش می یابد. بر اساس بازه و در نتیجه بزرگی شعاع بررسی، سوندهای مختلفی قابل ارائه است:

  • دستگاه های بزرگ بازه شامل: سوندهای نرمال و جانبی (الکتریکی)- سوندهای القایی (IL)- سوندهای لاترولاگ (LL)- نگار کروی کانونی (SFL)

این سوند ها هر چه دارای بازه بزرگتر و در نتیجه شعاع بررسی زیادتری باشند کمتر تحت تاثیر گل حفاری و زون های شسته شده و انتقالی قرار می گیرند. این دستگاه ها مقاومت ویژه ای کم و بیش نزدیک به مقدار Rt را بدست می دهند.

  • دستگاه های کوچک بازه شامل: میکرولاگ (ML)- میکرولاترولاگ (MLL)- نگارپراکسی میتی (PL)- نگار ریز کروی کانونی (MSFL)

این دستگاه ها توسط بالشتک هایی به دیواره چاه می چسبند و عملا اثر چاه از اندازه گیری­ها حذف می­شود اما اندود گل همچنان می تواند تاثیر گذار باشد. شعاع بررسی آن ها نیز به علت بازه کوچک آنها کم می باشد و بدین ترتیب مقاومت ویژه خوانده شده توسط این دستگاه ها بیشتر بازتاب زون شسته شده یعنی Rxo می باشد.

برای استفاده از نمودارهای مقاومتی لازم است محیط اطراف چاه پس از عملیات حفاری کاملا شناخته شود.

تهاجم گل حفاری به درون سازند

در بیشتر چاه ها حفاری به دو صورت زیر تعادلی[۱] یا فوق تعادلی[۲] انجام می شود. اما بیشتر حفاری ها به صورت فوق تعادلی می باشد. یعنی فشار گل حفاری ۱۰۰-۴۰۰ psi از فشار سازند بیشتر بوده تا از فوران چاه جلوگیری شود. اختلاف فشار گل و سازند (Pm-Pres) باعث می شود گل حفاری که یک سوسپانسیون (امولسیون) می باشد اگر سازند تراوا باشد به درون سازند رانده شود. در این حالت گل به دو فاز نیمه جامد[۳] و مایع[۴] تقسیم می شود. فاز کیک گل روی دیواره چاه باقی می ماند و آب گل یا همان تراویده گل[۵] به داخل سازند رانده می شود. با افزایش ضخامت کیک گل، میزان تهاجم به داخل سازند به سرعت کم می شود تا وقتی که عملا تهاجم به صفر می رسد. میزان نفوذ به صورت  رابطه دارد.

کیک گل که بیشتر از مواد جامد و افزودنی های خاص گل تشکیل شده، باید بتواند با حداقل ضخامت تهاجم را به صفر برساند و معمولا ضخامتی بین  دارد.

اگر گل طراحی و فرمولاسیون مناسبی نداشته باشد، ضخامت کیک گل بیشتر خواهد شدو تهاجم نیز ادامه خواهد داشت. لازم به ذکر است که پدیده تشکیل کیک گل یک پدیده دینامیکی است، زیرا در طول حفاری در اثر چرخش و حرکت رشته حفاری کیک تشکیل شده بارها کنده شده و با رانده شدن مجدد گل به داخل سازند دوباره کیک گل ترمیم می شود.

عمق نفوذ تراویده گل به داخل سازند (عمق تهاجم) بستگی به چند پارامتر مهم دارد. مهم ترین این پارامترها اختلاف فشار گل و سازند (Pm-Pres)، توانایی جداشدن آب گل از گل و نوع مخزن (خواص دیواره چاه) می باشد.

مقدار جدایش آب گل از گل به صورت عددی به نام آب از دست رفته[۶] که از خواص مشخصه و مهم گل است در بالای نمودارها ثبت می شود. طی یک آزمایش فیلتر پرس می توان آب از دست رفته را تعیین کرد. حجم مشخصی از گل را در ظرف دستگاه ریخته و به وسیله کپسول گاز تا ۱۰۰ psi فشار روی گل وارد می کنند. گل مقادیری آب را از طریق یک کاغذ صافی که متصل به خروجی است از دست می دهد. آزمایش معمولا در دمای ۷۶۰F انجام می شود. آب گل خارج شده بر حسب سی سی در طول ۳۰ دقیقه زمان گزارش می شود.

مقادیر کم آب از دست رفته (حدود ۵ سی سی) مناسب است و حاکی از فرمولاسیون مناسب گل است. اما بعضی از گل ها تا ۳۰ سی سی آب از دست می دهند که مناسب نیستند. گل که یک سوسپانسیون است  در برخورد با یک محیط متخلخل رفتار متفاوتی از خود نشان می دهد که بستگی به میزان تخلخل و تراوایی لایه دارد. عمق ناحیه اشغالی توسط تراویده گل با تخلخل رابطه معکوس و به صورت  دارد. به طور کلی عمق ناحیه اشغالی از چند اینچ تا چند فوت متغییر است.

در اثر تهاجم گل (در گل های پایه آبی) در ناحیه مخزن اشباع سیالات موجود در مخزن در نزدیکی چاه به هم خواهد خورد و سه ناحیه مشخص در اطراف چاه دیده می شود. این سه ناحیه به صورت زیر می­باشد:

  1. ناحیه شسته شده[۷]
  2. ناحیه عبوری[۸]
  3. ناحیه بکر[۹]

در ناحیه شسته شده، حداکثر تغییرات اشباع سیالات به چشم می خورد که به دلیل حداکثر میزان تهاجم در این منطقه است زیرا این منطقه به چاه چسبیده است. منطقه بکر هم به اندازه کافی از چاه دور است و از اثرات تهاجم مصون مانده است. ناحیه عبوری هم ناحیه ای بینابین ناحیه بکر و ناحیه شسته شده است. (شکل ۳-۱)

[۱] Underbalanced

[۲] Overbalanced

[۳] mud cake

[۴] mud filtration

[۵] mud filtration

[۶] water loss

[۷] Flushed Zone

[۸] Transition Zone

[۹] Uninvaded  or Virgin Zone

sh3

پدیده تهاجم بر اشباع سیالات و در نتیجه مقاومت ویژه سنگ و سیال در سازند تاثیر می گذارد. همان طور که در شکل دیده می شود، در ناحیه آبی و نفتی رفتارها و خواص متفاوتی از مقاومت ویژه با فاصله دیده می شود که به دلیل نوع رانش سیالات و تغییر سیالات و اشباع می باشد.

با فرض اینکه گل مورد استفاده در چاه گل پایه آبی باشد و شوری آب گل (شوری گل) کمتر از شوری آب سازند باشد (Rmf>>Rw): (شکل ۳-۲)

sh2-3

در ناحیه آبده در ناحیه شسته شده اشباع آب تراویده گل بالا رفته و در حد اشباع آب شور پایین می آید و به دلیل مقاومت کل سنگ و سیال در این منطقه Rxo در مقایسه با مقاومت کل سنگ و سیال در منطقه بکر بیشتر است (Rxo>Rt)

اما در منطقه نفتی درمنطقه مورد تهاجم باز اشباع آب تراویده گل بالا رفته و این مقاومت از مقاومت منطقه بکر که در حد اشباع غالب در آن نفت است کمتر است (Rxo<Rt)

اگر در سازند مخزنی باشیم و توانایی حرکت آب تراوبده گل با هیدروکربن موجود خیلی باهم متفاوت باشد، امکان انباشته شدن آب سازند در منطقه عبوری وجود داردکه نوبه خود باعث بروز یک منطقه کم مقاومت می­شود که به فضای حلقوی یا تهاجم حلقوی[۱] معروف است. (شکل ۳-۳)

[۱] Annulus Invasion

sh3-3

مقاومت این منطقه به دلیل بالا بودن اشباع آب سازند، از مقاومت منطقه بکر نیز کمتر است. در مخازنی که دارای نفت با ویسکوزیته نسیتا بالا یا گاز با فشار کم باشد، معمولا این ناحیه بوجود می آید. لازم به ذکر است که این منطقه به مرور از بین می رود. (O.Serra,1988)

دستگاه های غیر متمرکز بزرگ بازه

۱- ابزار نرمال[۱]: این ابزار توسط یک الکترود میدان الکتریکی را منتشر می کند و یک الکترود دیگر پاسخ سازند را اندازه گیری می کند(شکل ۳-۴). چنانچه سازند در محیط کاملا همگن باشد، میدان الکتریکی منتشر شده به صورت کروی است.(شکل ۳-۵)

[۱] Normal

m1-3

با در نظر گرفتن یک سیستم دو الکترودی، پتانسیل اندازه گیری شده توسط M، بدلیل میدان منتشر شده توسط A:

m2-3

معمولا اندازه بازه دستگاه نرمال ۱۶ یا ۶۴ اینچ است. شکل نمودار نرمال معمولا بستگی به ضخامت سازند، مقاومت سازند، مقاومت گل و مقاومت لایه های مجاور دارد.

sh-4-5

۲- ابزار جانبی[۱]: گل حفاری اثر زیادی بر میدان مغناطیسی و الکتریکی دارد. برای جلوگیری از این ابزار جانبی ساخته شد. تفاوت آن با ابزار نرمال در این است که اثر آن را بر روی پوسته ای از کره در نظر می­گیرند. ابزار جانبی شامل دو الکترود گیرنده است که الکترود M و N نزدیک به هم زیر الکترود A قرار دارد. الکترود A فرستنده و M و  N گیرنده هستند. (شکل ۳-۶)

طول بازه دستگاه ۱۸فوت و ۸ اینچ است و شعاع بررسی آن برابر با AO است.

[۱] Lateral

sh6-3

دستگاه های متمرکز بزرگ بازه

ابزارهای معمولی در لایه های نازک از نظر اندازه گیری دچار مشکل می شوند. زیرا لایه های مجاور اثر زیادی بر مقاومت اندازه گیری شده دارند و اثرات چاه هم مقاومت اندازه گیری شده را شدیدا تحت تاثیر قرار می دهد به طوری که مقاومت اندازه گیری شده صددرصد با مقدار واقعی تفاوت داشت. برای مقابله با این مشکلات ابزارهای متمرکز ساخته شد. معمولا این دستگاه ها دارای الکترودهایی هستند که میدان الکتریکی را تغییر شکل داده و متمرکز می کند. این گونه ابزارات به دسته تقسیم می شوند:

۱- الکتریکی مانند: لاترولاگ[۱] (LL)  و دستگاه با تمرکز کروی[۲] (SFL)

۲-القایی مانند:القایی [۳](IL)والقایی دوتایی[۴] (IL)

لاترولاگ: این ابزار دارای یک فرستنده A0 و دو الکترود A1  و A1’ که به صورت متمرکز کننده بکار می­رود. میدان منتشر شده توسط این نوع ابزارات به صورت یک دیسک است که عمود بر سازند منتشر می­ شود. بدین ترتیب اثرات چاه و لایه های مجاور به میزان زیادی کاهش می یابد. ابزار لاترولاگ به صورت زیر طبقه­بندی می­شود:

  • LL3 : الکترود گیرنده فقط اثر دیسک را دریافت می کند. (شکل ۳-۷)

[۱] Laterolog

[۲] Spherically focused logs

[۳] Induction

[۴] Duel Induction

sh7-3

  • LL7 : این ابزار دارای هفت الکترود است که تعدادی از این الکترودها فرستنده و تعدادی گیرنده است. این ابزار میدان بسیار دقیق تری رامشخص می کند. (شکل ۳-۸)

sh8-3

  • LL8 : این ابزار مانند LL7 است اما برد آن کوتاهتر است در واقع طول بازه آن کوتاهتر است.
  • DLL : این ابزار دارای ۹ الکترود است که قادر است به طور همزمان نمودارهای مقاومت بلند برد (LLD) و کوتاه برد (LLS) را اندازه گیری کند. اساس کار آن مانند LL7 است. (شکل ۳-۹)

sh9-3

وضوح عمودی [۱] که عبارتست از قدرت ابزار در تفکیک لایه های عمودی در Laterologها به صورت زیر است:

[۱] Vertical resolution

LL3=12”   /   LL7=32”   /   LL8=14”  /   DLL=24”

شعاع کاوش[۱] که عبارتست از عمقی از سازند که ابزار می تواند ببیند به شرح زیر است:

نمودارهای بلند برد (LLD) که اندازه گیری آن ها به Rt  نزدیکتر است توسط LL3 و LL7 صورت می گیرد. نزدیکترین ناحیه سنگ مخزن که دارای مقاومت Rxo است توسط LLS و LL8 اندازه گیری می شود. معمولا LL3 و LL7 به تنهایی رانده می شود و LLD و LLS به طور همزمان ازطریق DLL مقاومت را اندازه گیری می کنند.

معمولا ترکیبی از LL8  و DIL هر سه نمودار برد بلند، متوسط و کوتاه را اندازه می گیرد.

دستگاه با تمرکز کروی: ابزار نسبتا جدیدی است که مقاومت را در عمق کم اندازه گیری می کند، این ابزار دارای وضوح عمودی خوبی هستند و در سازندهای بسیار مقاوم به خوبی عمل می کنند. اثرات چاه (مقاومت گل و قطر چاه) بر روی این ابزار ناچیز است. این ابزار الکترودی می باشد و عمق نفوذ آن حداکثر ۳۰ اینچ است. بنابراین دستگاه مقاومت بین Rt و Rxo  (ناحیه انتقالی)را اندازه گیری می­کند. (شکل۳-۱۰)

[۱] Radius Of investigation

sh10-3

نمودارهای القایی: این روش اندازه گیری قابلیت هدایت الکتریکی لایه ها (عکس مقاومت مخصوص) است و در چاه هایی استفاده می شود که با گل پایه نفت، هوا و یا آب شیرین حفاری می شود. در این دستگاه یک نوسانگر، جربان متناوبی با فرکانس بالا را در یک پیچه فرستنده ایجاد می کند. جریان خارج شده از سیم پیچ میدانی مغناطیسی در اطراف سوند به وجود می آورد که به صورت شعاعی اطراف آن را فرا می­گیرد. میدان مغناطیسی، جریان کروی شکل به نام جریان های ادی را درون سازند و اطراف سوند ایجاد می­نماید. آن ها نیز میدانهای مغناطیسی را به وجود می آورند که توسط سیم پیچ های گیرنده، اندازه گیری و ثبت می شود. قدرت سیگنال ها بستگی به قدرت میدان الکتریکی که متناسب با جریان های ادی است، داشته و جریان های ادی نیز متناسب با قابلیت هدایت سازند می باشد.

سیگنال سازند را می توان به علت اختلاف فاز آن با سیگنالی که مستقیما به گیرنده می رسد تشخیص داد. دستگاه اندازه گیری، سیگنال دریافت شده را به یک سیگنال متناسب DC تبدیل کرده و به سطح زمین ارسال می نماید. سیگنال ها در سطح زمین به قابلیت هدایت الکتریکی تبدیل شده و پس از ارسال به CPU، به مقاومت مخصوص (برحسب اهم) تبدیل و سپس بر روی فیلم ضبط و ثبت می شود. (شکل ۳-۱۱)

sh11-3

نوع دیگری از دستگاه القایی، القایی دوتایی (DIL) وجود دارد که بر همان اصول طراحی شده و قادر است علاوه بر مقاومت ناحیه عمیق (ILD)، مقاومت مخصوص ناحیه کم عمق یا متوسط (ILM) را نیز اندازه گیری نماید.

ریز آرایش غیر متمرکز میکرولاگ (ML)

این ابزار معمولا دارای ۳ الکترود دگمه ای است که بر روی بالشتک پر شده از یک سیال قرار دارد. سطح این بالشتک توسط یک بازو به دیواره چاه فشار داده می شود. معمولا فاصله الکترودها ۱ یا ۲ اینچ است. باتوجه به چسبیدن بالشتک به دیواره چاه اثرات گل حفاری و دیواره چاه حذف شده و فقط کیک گل می ماند. با توجه به این که برد دستگاه بسیار کم است مقاومت اندازه گیری شده مربوط به ناحیه شسته شده است که باید نسبت به حضور کیک گل تصحیح شود.(شکل ۳-۱۲)

sh12-3

در لایه هایی که نفوذپذیری آن بسیار کم است معمولا کیک گل و ناحیه تهاجم حضور ندارد به این ترتیب Rxo به سمت Rt میل می کند، ولی اگر شکاف های ریزی وجود داشته باشد و این شکاف ها با گل حفاری پر شده باشد، مقاومت اندازه گیری شده شدیدا تحت تاثیر گل حفاری قرار می گیرد.

ریز آرایش متمرکز: میکرولاترولاگ(MLL)، ریز آرایش کروی کانونی (MSFL)

اساس اندازه گیری دستگاه میکرولاترولاگ همانند LL7 است(از لحاظ تعداد الکترود). الکترودها بر روی یک بالشتک قرار گرفته است که الکترود مرکزی فرستنده است (الکترود A0). این الکترود توسط ۳ حلقه از الکترودهای متمرکز کننده و جهت دهنده محاصره شده است. (شکل ۳-۱۳) وضوح عمودی این دستگاه ۱٫۷ اینچ و عمق نفوذ آن ۱ تا ۲ اینچ است.

sh13-3

ریزآرایش کروی کانونی (MSFL) همانند ابزار SFL است اما در مقیاس کوچکتر که بر روی یک کفشک نصب شده است. مزیت آن بر MLL آن است که اولا حساسیت کمتری به کیک گل دارد دوما آن را می توان به همراه DLL ویا DIL بکار برد.(شکل ۳-۱۴)

sh14-3

کاربرد نمودارهای مقاومت الکتریکی

نمودارهای مقاومت الکتریکی کاربردهای فراوانی در صنعت نفت دارند که دراینجا به  چند نمونه از این کاربردها اشاره می شود:

  1. اندازه گیری درجه اشباع سیالات (Sw,Sor) با استفاده از رابطه آرچی

ewsww

  1. بررسی محیط اطراف چاه (عمق صدمه دیده سازند و …)
  2. تعیین محل تماس آب و نفت در سنگ سازند
  3. همبستگی چاه ها
  4. تراکم سازند
  5. لیتولوژی و رسوب شناسی
  6. ضخامت طبقات

با توجه به موضوع پروژه، در ادامه این فصل بر روی کاربرد سوم یعنی تعیین محل تماس آب و نفت در سازند بیشتر توضیح داده خواهدشد. (O.Serra,1988)

تعیین محل تماس آب و نفت در سنگ سازند

یک مخزن نفتی ممکن است حاوی آب و یا گاز باشد. هریک از این سیالات به همراه ماتریکس سنگ، مقاومت الکتریکی به خصوصی دارند. جدول زیر به صورت کیفی مقاومت الکتریکی آن ها را بیان می کند:

j1

جهت تشخیص لایه های تراوا می توان از نمودارهای قطرسنجی، SP، GR و یا مقاومت الکتریکی استفاده کرد. به صورت خلاصه می توان گفت که اگر نمودار قطرسنجی وجود کیک گل را تایید کند یک زون متخلخل داریم. اگر نمودار GR لایه های شیلی را تشخیص دهد یک زون ناتراوا داریم و اگر نمودار SP ازخط مبدا شیل انحراف پیدا کند نشان دهنده لایه تراوا است.

درمورد نمودارهای مقاومت کمی پیچیده تر است. جدایی منحنی های مقاومت مخصوص، نشانه نفوذپذیری سازند و یا به عبارتی نفوذ تراویده گل به درون سازند بوده و در صورتیکه مقاومت مخصوص سیال سازند بیشتر از گل حفاری باشد (سازند هیدروکربن دار) تفسیر منحنی ها به شرح زیر است:

الف- درصورت عدم نفوذ تراویده گل و یا نفوذ بسیار سطحی

kh1

ب- در صورت نفوذ متوسط تراویده گل به درون سازند

kh2

ج- در صورت نفوذ عمیق تراویده گل به درون سازند

kh22

د- در صورت نفوذ بسیار عمیق تراویده گل به درون سازند

kh3

تفسیر نسبت اشباع دو ناحیه شسته شده و بکر در مورد قابلیت تولید هیدروکربن

۸۹۹۹۹

روش دیگر تشخیص زون های آبدار و حاوی هیدروکربن استفاده از نمودارهای تخلخل و مقاومت است. تشخیص گاز و مایع  توسط نمودارهای تخلخل[۱] صورت می گیرد که در بخش دوم این فصل راجع به این موضوع بحث خواهد شد. اما تشخیص این که زون حاوی نفت یا آب است بدون استفاده از نمودارهای مقاومت امکان پذیر نیست.

اگر در ناحیه آبده  باشیم و گل حفاری حاوی آب شیرین (نارسانا) باشد در این صورت منحنی تغییرات مقاومت الکتریکی نسبت به فاصله از چاه به صورت زیر خواهد بود:

[۱] Porosity Log

t11

اما اگر در زون حاوی نفت باشیم و گل حفاری حاوی نمک (رسانا) باشد، در این صورت منحنی تغییرات مقاومت الکتریکی نسبت به فاصله از چاه به صورت زیر خواهد بود(Heidari,Handbook,2011)

t12

در شکل ۳-۱۵جدایش بین نمودارها با عمق نفوذ متوسط و کم با عمق نفوذ زیاد نشان از وجود نفت یا گاز در سازند است. (Misaghi,Handbook,2012)

sh15-3

شکل ۳-۱۶ رفتار نمودارهای مقاومت الکتریکی در پاسخ به تغییر شوری آب سازند نشان می دهد.

sh16-3

بنابراین مطابق توضیحات داده شده جهت تشخیص سطح تماس آب و نفت با فرض اینکه گل حفاری رسانا باشد و مقاومت الکتریکی آن تقریبا با مقاومت الکتریکی آب سازند برابر باشد، در سطح تماس آب و نفت نمودار بلند برد LLD و کوتاه برد LLS از هم جدا می شوند و علت آن است که LLD بیشتر تحت تاثیر مقاومت Rt می باشد که در زون نفتی این مقاومت بیشتر می شود. به شکل های ۳-۱۷ و ۳-۱۸ توجه کنید.  (Misaghi,Handbook,2012)

sh17-3

sh18-3

نمودارهای رادیو اکتیویته

برداشت های هسته ای در گمانه ها از نخستین سالهای دهه ۱۹۴۰ شروع شد و پرتو گاما نخستین ویژگی رادیواکتیو بود که در چاه پیمایی مورد استفاده قرار گرفت و بعد از آن روش های رادیواکتیو مصنوعی گسترش یافتند. ابزارهای روش های هسته ای بسته به نوع روش شامل یک گیرنده، و یا یک فرستنده و یک گیرنده و حتی یک فرستنده و دو گیرنده هستند. مانند برخی از روش های دیگر در روش های هسته ای نیز وجود گل حفاری، گبره چاه، گل تراویده و تغییرات قطر گمانه اثر ناخواسته ای روی اندازه گیری ها می گذارد که در مواردی باید اثر آن ها را از روی نمودارها حذف کرد. بنابراین همراه این نمودارها نمودار قطرسنجی نیز برداشت می شود. گرچه بیشتر روش های هسته ای را می توان در گمانه های با لوله جداری نیز به کار برد اما در برخی از موارد باید چاه بدون لوله جداری باشد به ویژه زمانی که تجزیه طیفی پرتوها مورد نظر باشد.

هدف از به کارگیری روش های هسته ای در چاه پیمایی بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ترکیب شیمیایی و کانی شناسی سنگ ها، درصد مواد رادیواکتیو در سنگ ها، درصد رس، گل حفاری، آب سازند، جرم مخصوص و تخلخل سازند، چگونگی سیمان کاری در پیرامون لوله جداری، شناسایی لایه های تمیز بدون رس و … می باشد. به طور کلی روش های هسته ای را می توان به دو گروه روش های رادیواکتیو طبیعی و مصنوعی تقسیم نمود.

روش های طبیعی شامل روش هایی است که شدت پرتوهای گامای طبیعی اندازه گیری می شود در برخی از موارد افزون بر اندازه گیری شدت پرتوها، انرژی آن ها نیز اندازه گیری شده و در بررسی طیفی از آن ها استفاده می شود. ابزار این روش ها تنها مجهز به گیرنده ها می باشد.

در روش های هسته ای مصنوعی، هسته مواد پیرامون گمانه توسط پرتوهای رادیواکتیو گاما یا نوترون که از فرستنده، گسیل می شوند بمباران شده و اثر مواد روی این پرتوها مطالعه می شود.

مهمترین نمودارهای حاصل از روش های هسته ای عبارتند از: نمودار پرتوی گامای طبیعی GR، نمودار طیفی پرتوی گاما SGL، نمودار نوترون-گاما، نمودار نوترون-نوترون و نمودار گاما-گاما می باشند.

۳-۲-۱-عناصر رادیو اکتیویته

۳-۲-۲-نمودار گاما-گاما (دانسیته)

۳-۲-۳-نمودار نوترون

۳-۲-۴-دستگاه های اندازه گیری

۳-۲-۵-بازتاب دستگاه اندازه گیری و شاخص هیدروژنی

۳-۲-۶-عوامل موثر بر اندازه گیری

۳-۲-۷-کاربردهای نمودار نوترون

۳-۲-۸-تعیین سطح تماس آب و گاز یا نفت و گاز در مخازن

عناصر رادیو اکتیویته

عناصری در طبیعت وجود دارند که دارای ساختمان اتمی پایداری نیستند. در اثر مرور زمان با از دست دادن پروتون و الکترون، این عناصر به عناصر دیگری تبدیل می شوند. این گونه عناصر، عناصر رادیو اکتیو نامیده می­شود. عناصر رادیو اکتیو همواره دارای فعل و انفعال هسته ای می باشند. در اثر همین فعل و انفعالات پرتوهای گاما، آلفا و بتا ساطع می شود. این پرتوها دارای خصوصیات زیر است:

پرتوی آلفا[۱]: پرتو آلفا از ذرات هلیم با بار مثبت که شامل دو پرتون و دو نوترون می باشد، تشکیل شده است. سرعت پرتو آلفا در زمان ساطع شدن حدود ۱۰۴ کیلومتر بر ثانیه است. قدرت یونیزاسیون آن به قدری زیاد است که هوا را یونیزه می کند. اما قدرت نفوذ آن کم و فقط می تواند از ۵۰ میکرون آلومینیوم و یک سانتیمتر هوا عبور نماید، یک صفحه کاغذ معمولی مانع نفوذ آن می شود. هر ایزوتوپ عنصر رادیواکتیو با از دست دادن (یا صدور) پرتو آلفا به اندازه چهار واحد از جرم اتمی و به اندازه ۲ واحد از بار الکتریکی خود را از دست می دهد. بنابراین از نظر خواص شیمیایی در جدول مندلیف به دو خانه قبل منتقل می شود. به همین علت پرتو آلفا با جذب دو الکترون می تواند به صورت اتم هلیم درآید.

پرتوی بتا[۲]: این پرتو از جنس الکترون است. چون جرم الکترون در مقابل جرم پروتون و نوترون قابل چشم پوشی است، صدور پرتوی بتا سبب تغییر جرم اتمی عنصر رادیواکتیو نمی شود. ولی بار الکتریکی آن به اندازه یک واحد (الکترون) افزایش می یابد. قدرت نفوذ پرتوی بتا بیشتر از پرتو آلفا است. درازای مسیری که یک پرتو بتا سپری می کند بستگی به انرژی آن دارد. اگر انرژی آن در حدود یک میلیون الکترون ولت باشد از حدود ۴ متر هوا و ۴/۴ میلی متر آب و ۲ میلی متر آلومینیوم می گذرد. به هر حال قدرت نفوذ آن قدر بالا نیست که اهمیت داشته باشد. سرعت پرتو بتا در هنگام ساطع شدن ثابت نیست ولی در حدود سرعت نور است.

پرتوی گاما[۳]: پرتو گاما از جنس فوتون های پر انرژی یا نور (امواج الکترومغناطیسی) است که در اثر واکنش های خود به خود (تغییر انرژی) در هسته اتم تولید می شود. در اثر این واکنش ها هسته رادیواکتیو جدید به همراه پرتو گاما حاصل می شود. سرعت انتشار پرتو گاما در حدود سرعت نور است. اگر الکترونی از مداری (اوربیتالی) به مدار دیگری جابه جا شود از خود انرژی نورانی ساطع می نماید که همان پرتو گاما است. در صورت بمب باران هسته، انرژی حرارتی و مکانیکی که الکترون ها به دست می آورند به صورت انرژی نورانی تجلی می نماید. پرتوی گاما دارای انرژی زیادی است و طول موج آن در حدود اتگستروم می باشد. قدرت یونیزه کردن آن کم ولی قابلیت نفوذش زیاد است به طوریکه از حدود یک متر سنگ، ۷۰۰ متر هوا و از ۲۰ سانتیمتر سرب عبور می نماید. کمترین انرژی پرتوهای گاما در حدود ۴۰ کیلو الکترون ولت است.

هنگام عبور پرتوهای گاما از مواد، این پرتوها با اتم های مواد برخورد کرده و بنابر انرژی این پرتوها و عدد اتمی مواد، فرآیند برخورد متفاوت است. در اثر این فرآیندها، پدیده های فتوالکتریک[۴]، اثر کامپتون[۵]، زوج الکترون-پوزیترون[۶] حاصل می شود. (شکل ۳-۱۹)

[۱] α.Radiation

[۲] β.Radiation

[۳] γ.Radiation

[۴] Photo-Electric

[۵] Compton Scattering

[۶] Pair Production

sh19-3

زوج الکترون-پوزیترون: زمانی که انرژی فوتون از ۱٫۰۲ میلیون الکترون ولت بیشتر باشد، حاصل برخورد فوتون با مواد به طرف ایجاد یک نکاتیون (الکترون منفی) و یک پوزیترون (الکترون مثبت) می باشد که هر یک از ذرات مذکور در حدود ۰٫۵۱ میلیون الکترون ولت انرژی دارند.(شکل ۳-۲۰)

sh20-3

اثر کامپتون: زمانی که فوتون منتشر شده (پرتوی گاما) با انرژی بین ۱۵۰Kev الی ۱٫۰۲Mev بایک الکترون برخورد می کند، قسمتی از انرژی آن hv0 به صورت انرژی جنبشی (E=mV2)، با سرعت اولیه به الکترون پرتاب شده به خارج از اتمش انتقال می یابد، قسمت دیگری از انرژی به شکل یک فوتون که با امتداد اولیه زاویه می سازد، انتشار می یابد. این شکل از عمل پرتوی گاما را اثر کامپتون می­نامند و پدیده مذکور اساس بررسی های چگالی را تشکیل می دهد، زیرا این نوع انتشار اصولا در ارتباط با چگالی الکترونی سنگ ها است. (شکل ۳-۲۱)

sh21-3

اثر فتوالکتریک: یکای فوتون با انرژی کم (زیر ۱۵۰Kev) به هنگام برخورد با الکترون می­تواند تمام انرژی خود را به صورت انرژی جنبشی به الکترون بدهد. در این صورت الکترون از مدار اتم خارج شده و فوتون از بین می رود. در این حال پرتوهای گاما جذب می شود. هر چه انرژی پرتوهای گاما ضعیف تر و عدد اتمی عنصرهای مورد برخورد بیشتر باشد، اثر فتوالکتریک برزگتر است. دستگاه های اندازه گیری چگالی سازند، در یک فاصله ثابت از چشمه پرتوهای گاما، شدت پرتوهای گامای پراکنده شده را اندازه گیری می کند. شدت مذکور، هر چه تعداد برخورد ها بیشتر و یا به عبارتی دیگر تعداد الکترون ها در واحد حجم زیادتر باشد (چگالی سازند بیشتر باشد) کمتر است، زیرا تعداد الکترون ها بر واحد با چگالی سازند نسبت مستقیم دارد.(شکل ۳-۲۲)

sh22-3

از پدیده اول معمولا در صنعت نفت استفاده نمی شود ولی از پدیده دوم برای اندازه گیری دانسیته و از پدیده سوم برای اندازه گیری ρe استفاده می شود.

نمودار گاما-گاما (دانسیته)

در این روش از رادیواکتیویته مصنوعی القا شده به سازند استفاده می شود. با این دستگاه از مواد رادیواکتیویته طبیعی که در داخل یک چشمه مصنوعی(کبالت ۶۰ یا سزیم ۱۲۷) قرار می گیرد، اشعه گاما با انرژی متوسط تولید و به درون سازند ارسال می گردد. توسط یک سپر سربی از رسیدن مستقیم  پرتوها به آشکارساز ممانعت به عمل می آید. (شکل ۳-۲۳)

sh23-3

شدت پرتوی گامای پراکنده شده که به آشکارساز می رسد با دانسیته الکترونی یا چگالی سنگ نسبت معکوس دارد.

m3-3

I : شدت اشعه گامای دریافتی

I0 : گامای ارسالی

μ : ثابت دستگاه

Ρe : چگالی الکترونی سازند

L : فاصله بین فرستنده و گیرنده

رابطه بین ρb  و ρe بصورت زیر است:

m4-3

که دراین رابطه Z0 عدد اتمی، A عدد جرمی و N عدد آووگادرو می باشد.

برای اغلب موادی که سنگ مخزن را تشکیل می دهند، نسبت Z0/A تقریبا برابر با ۰٫۵ است به غیر از هیدروژن که برابر با ۱ است. اگر شاخص دانسیته الکترون به صورت زیر تعریف شود:

m5-3

می توان دو معادله را با هم مخلوط کرد و ρb را بدست آورد.

ابزاری که دانسیته را اندازه گیری می کند FDL نام دارد. این ابزار دارای یک چشمه و یک آشکارساز است. این ابزار به دیواره می چسبد و اندازه گیری را انجام می دهد. مقادیر اندازه گیری شده باید نسبت به اثر کیک گل و ضخامت آن تصحیح شود.

ابزار جدیدتر دارای دو آشکارساز است که اثر کیک گل را حذف می کند. این ابزار FDC نامیده می شود.

عمق نفوذ این ابزار حداکثر حدود ۶ اینچ است و در شرایط عادی در ناحیه تهاجم قرار می گیرد. وضوح عمودی برای FDL برابر با فاصله بین فرستنده و گیرنده است که حدود ۱۶ اینچ و برای FDC فاصله بین دو آشکار ساز است که حدود ۱۰ اینچ می باشد.

برای تعیین تخلخل می توان رابطه زیر را نوشت:

m6-3

نمودار نوترون

نمودار نوترون اساسا برای توصیف سازندهای متخلخل و تعیین تخلخل آن ها به کار می رود. این نمودارها به مقدار هیدروژن سازند واکنش نشان می دهند. بنابراین در سازندهای تمیز که حفرات آن ها با آب یا مواد هیدروکرینی پر شده است، نمودار نوترون مقدار تخلخل پر شده را نشان می دهد. ترکیبی از نمودار نوترون با یک یا چند نمودار دیگر قادر است اطلاعات دقیقی از مقدار تخلخل و نوع لیتولوژی را در اختیار قرار دهد.

نوترون ذره ای با بار الکتریکی خنثی و جرمی تقریبا معادل با اتم هیدروژن دارد. در این نمودار نوترون های پر انرژی و سریع از یک منشا رادیواکتیو موجود در سوند که مخلوطی از دو عنصر آموسیوم(Am) و بریلیوم(Be) است. آموسیوم یک عنصر رادیواکتیو است که در اثر تلاشی آن ذرات آلفا تولید و با برخورد به هسته اتم بریلیوم، نوترون به صورت مصنوعی تولید می شود.

نوترون های تولیدی به داخل سازند نفوذ کرده و با هسته مواد موجود در سازند برخورد می نمایند. این برخورد شبیه برخورد الاستیکی توپ های بیلیارد است. نوترون در هر برخورد مقداری از انرژی خود را از دست می­ دهد. مقدار انرژی از دست رفته در هر برخورد بستگی به جرم نسبی هسته های برخورد شونده دارد. بیشترین افت انرژی زمانی اتفاق می افتد که نوترون به هسته معادل جرم خود مانند هسته های هیدروژن برخورد نماید.

(شکل ۳-۲۴)

sh24-3

هسته­هایی که دارای جرم بیشتری هستند قادر به پایین آوردن انرژی نوترون نیستند، بنابراین افت انرژی نوترون به مقدار زیادی بستگی به میزان هیدروژن موجود در سازند دارد. چشمه ای که معمولا در این دستگاه استفاده می شود در هر ثانیه ۱۰۷ نوترون با انرژی در حدود ۴٫۵ مگا الکترون ولت تولید می کند. نوترون ها در اثر برخوردهای متوالی ناشی از هیدروژن بالا در مدت چند ثانیه کنده شده و به حالت ترمال (گرمایی) با انرژی حدود ۰٫۰۲۵ مگا الکترون ولت می رسد. سپس بدون آن که انرژی بیشتری از دست دهند به اطراف پراکنده شده تا اینکه توسط اتم هایی مانند سیلیسیوم و یا کلر جذب شوند. هسته های جذب کننده نوترون به شدت تحریک شده و پرتوهای گاما ساطع می نماید.

(شکل ۳-۲۵)

sh25-3

بسته به نوع دستگاه اندازه گیری، ذرات نوترون بازگشتی و یا پرتوهای گامای تولیدی توسط گیرنده های نصب شده بر روی سوند شمارش می شود. از این رو نمودارهای نوترون به دو دسته تقسیم می شوند: ۱-نمودارهای نوترون-نوترون (N-N) 2-نمودارهای نوترون-گاما (N-ϒ)

در روش N-N اگر میزان شمارش در هر گیرنده افزایش یابد نشان دهنده کاهش هیدروژن یا به عبارتی تخلخل پایین سازند است و در صورتی که میزان شمارش کم باشد موید هیدروژن بیشتر و یا تخلخل بیشتر سازند است. در روش N-ϒ عکس این قضیه است.

 

دستگاه های اندازه گیری

۱- دستگاه GNT یا نمودار نوترون-گاما: اصول اندازه گیری آن بر اساس اندازه گیری تشعشع پرتو گاما در اثر پدیده جذب و اندازه گیری نوترون های ترمال است.

۲- دستگاه [۱]SNP: دراین دستگاه گیرنده و منبع تولیدکننده نوترون بر روی یک بالشتک مخصوص قرار دارد که با دیواره چاه در تماس است. این دستگاه از جمله دستگاههای قدیمی نمودار نوترون محسوب می شود.

۳- دستگاه CNL[2]: این دستگاه، دستگاه جدید ثبت نوترون است که به نمودار اصلاحی نوترون معروف است. سوند این دستگاه از یک منبع ساطع کننده نوترون و یک گیرنده تشکیل شده است به طوری که منحنی ثبت شده تحت تاثیر دیواره چاه قرار نمی گیرد. دستگاه های مذکور معمولا به همراه دستگاه FDC به داخل چاه رانده می شوند تا بتوان به وسیله این دو نمودار میزان تخلخل واقعی و جنس سازند را بدست آورد. (M.R.Ramezi,2006)

[۱] Side wall Neutron Porosity

[۲] Compensated Neutron Log

m7-3

بازتاب دستگاه اندازه گیری و شاخص هیدروژنی

این دستگاه بیشتر منعکس کننده مقدار هیدروژن موجود در حفرات سازند است. از آنجایی که نفت و آب عملا غلظت هیدروژنی (مقدار هیدروژن در واحد حجم) یکسانی دارند، لذا در یک سازند تمیز، بازتاب های انعکاس تخلخل پر شده با مایع است، ولی باید در نظر داشت که تمام هیدروژن موجود در سازند، حتی آن هایی که به طور شیمیایی در ساختمان بلورهای ماتریکس سازند وجود دارند (مثل ژیپس) نیز در این اندازه گیری شرکت می نمایند.

بنابراین مقادیر نوترون بیشتر به شاخص هیدروژنی سازند بستگی دارد. شاخص هیدروژنی مطابق رابطه زیر بدست می آید:

m8-3

AH :جرم اتمی هیدروژن در سازند

Ai : جرم اتمی عناصر غیر از هیدروژن در سازند

nH : تعداد اتم های هیدروژن در ساختارمولکولی

ni : تعداد اتم های غیر از هیدروژن در ساختار مولکولی

شاخص هیدروژنی محاسبه شده برای بعضی از سازندها و سیالات مخزن مطابق جدول زیر است:

jadval

هرچه NaCl حل شده در آب بیشتر باشد، غلظت هیدروژنی آن کاهش خواهد یافت. شاخص هیدروژنی یک محلول آب و نمک از رابطه زیر بدست می آید:

(معادله ۳-۹)

p : غلظت کلرید سدیم حل شده در آب بر حسب ppm

ρw : جرم مخصوص آب نمک

شاخص هیدروژنی هیدروکربن های مایع بسیار نزدیک به آب است ولی گازها معمولا غلظت هیدروژنی کمتری داشته و با درجه حرارت و فشار تغییر می نماید. بنابراین مواقعی که گاز باقی مانده در ناحیه شسته شده وجود داشته باشد بر روی بازتاب دستگاه تاثیر گذاشته و تخلخل کمتری را قرائت می نماید. از این خصوصیت برای تشخیص زون های گازدار و سطح تماس مایع و گاز (به همراه نمودار LDT) استفاده می گردد.

عوامل موثر بر اندازه گیری

۱-قطر چاه: برای دقت کار باید در هنگام نمودار گیری حتما قطر چاه توسط نمودار قطرسنجی ثبت گردد.

۲-شوری آب: شوری گل حفاری و آب سازند بر نمودار نوترون تاثیرگذار است، زیرا کلر جاذب بسیار خوبی برای ذرات نوترون است.

۳-شیل: شیل ها معمولا به مقدار زیادی آب پیوندی دارند که باعث جذب ذرات نوترون می شود. چنانچه سازندی حاوی شیل باشد، تخلخل آن بیشتر از مقدار واقعی نشان داده خواهد شد.

۴-گل و کیک گل: هم گل و هم کیک گل دارای هیدروژن زیادی است که می تواند بر روی نمودار تخلخل اندازه گیری شده تاثیر بگذارد.

کاربردهای نمودار نوترون

مهمترین کاربرد نمودار نوترون همان گونه که بیان شد، استفاده از این روش برای برآورد تخلخل است. در بسیاری از موارد به کارگیری نمودارهای دیگر از جمله SP، پرتوی گاما و نمودارهای صوتی همراه نمودار نوترون می تواند نتایج بهتری ارائه دهد. افزون بر برآورد تخلخل از نمودارهای نوترون (به همراه نمودارهای دیگری) می­توان برای تعیین جنس سنگ ها استفاده نمود

ازنمودار نوترون همراه نمودار دانسیته (نمودار گاما-گاما) و یا نمودار صوتی می توان برای تعیین همبری بین لایه های آبدار و گازدار از یک سو و نفت دار و گازدار از سوی دیگر استفاده نمود.

شناسایی لایه های ذغال و حتی درصد خاکستر آن توسط نمودار نوترون-گاما، از کاربردهای دیگر این روش است. اگر از نسبت طیفی استفاده شود و همراه با پرتوی گاما، دو سطح انرژی E1d از ۱٫۶ تا ۲٫۵ و E2d از ۲٫۸ تا ۳ میلیون الکترون ولت اندازه گیری شود، استفاده از نسبت میزان پرتوهای دریافت شده با هر یک از سطح انرژی فوق می تواند به شناسایی ذغال ختم شود. زیرا این نسبت برای ذغال حدود ۵٫۳ و برای لایه های همراه ذغال بین ۱٫۹ تا ۲٫۹ می باشد.

از کاربردهای دیگر نمودار نوترون استفاده در کانسارهای بریلیوم است. دراین کانسارها مقدار نمودار افزایش می­یابد. (Nourani,Handbook,2012)

تعیین سطح تماس آب و گاز یا نفت و گاز در مخازن

همان طور که قبلا اشاره شد از کاربردهای نمودار نوترون به همراه سایر نمودارهای دیگر از جمله نمودار دانسیته، تعیین سطح تماس گاز با آب یا نفت در مخازن است. از آنجایی که این کاربرد با موضوع این پروژه در ارتباط است، در ادامه در این مورد بیشتر بحث خواهد شد.

همان طور که گفته شد نمودار نوترون تخلخل سازند را بر اساس شاخص هیدروژن ارزیابی می کند. شاخص هیدروژن برای آب و نفت تقریبا برابر با یک است و برای گاز بصورت تقریبی از فرمول زیر محاسبه می شود:

m10-3

از آن جایی که چگالی گاز تابع دما و فشار است و نسبت به چگالی آب و نفت بسیارپایین تر است، مقدار این شاخص کمتر از یک است. هر چه مقدار شاخص کمتر باشد نشان دهنده تخلخل پایین تر است. بنابراین در نمودار نوترون در زون گازدار تخلخل پایین را نشان می دهد.

اما در نمودار دانسیته عکس این قضیه است. در این نمودار که از میزان تضعیف اشعه گاما ارسال شده به سازند، دانسیته را محاسبه می کند.

m11-3

به دلیل اینکه چگالی گاز کم است (در واقع ρe کم است) اشعه دریافتی با تضعیف کمتری دریافت می شود و نمودار سازند را بیشتر از حد معمول متخلخل نشان می دهد.

به طور خلاصه می توان گفت که در مقابل زون گازدار نمودار نوترون نخلخل را کمتر و نمودار دانسیته بیشتر از حد واقعی نشان می دهند (اثر فوتبال[۱]) و از این ویژگی می توان به محل سطح تماس گاز با آب یا نفت پی برد.به شکل ۳-۲۶ توجه کنید. (Naderi,Handbook,2009)

[۱] Football Effect

sh26-3

با بکارگیری همزمان نمودار نوترون و دانسیته به همراه نمودار نمودار مقاومت و SP  یا GR می توان به محل سطح تماس آب و نفت (WOC) و گاز و نفت (GOC) به طور همزمان پی برد. جدایی بین نمودار نوترون و دانسیته نشان از وجود گاز دارد (تعیین GOC) و همچنین با توجه به مقاومت الکتریکی زیاد، در زون نفتی به دلیل حضور نفت و مقاومت الکتریکی کم، در زون آبدار به دلیل حضور آب سازند می توان به محل سطح تماس آب-نفت پی برد. باید به این نکته توجه داشت که استفاده از نمودارهای SP و یاGR جهت تشخیص متخلخل بودن لایه ها در کنار سایر لایه ها ضروری است. به شکل ۳-۲۷ توجه کنید. (Heidari,Handbook,2011)

sh27-3

با استقاده از نمودارهای دانسیته و مقاومت می توان به طور دقیق تر و مطمئن تر به وجود آب و نفت پی برد. منطقه زون آبده به وسیله مقاومت کم و هم جهت بودن (نزدیک تر بودن) در نمودار مقاومت و دانسیته قابل شناسایی است. هنگامی که نفت جای آب را در سازند می گیرد، چگالی سازند (ρb) بدون تغییر در تخلخل اولیه کاهش می یابد. دراین حالت مقاومت زیاد به تنهایی نمی تواند نشان دهنده زون هیدروکربن دار باشد. اما وجود ضدهمبسگی[۱] بین نمودارهای مقاومت و دانسیته نشان از زون هیدروکربن دار است. به شکل ۳-۲۸ توجه کنید. (Heidari,Handbook,2011)

[۱] Anti-Correlation

sh28-3

درشکل ۳-۲۹ اطلاعات حاصل از دو  نمودار دانسیته و نوترون آورده شده است. اساس ترکیب دو نمودار بر مبنای خط لایمستون[۱] است. یعنی خطوط سازند لایمستون در دو نمودار نوترون و دانسیته روی هم قرار داده شده است.(Heidari,Handbook,2011)

[۱] limestone

sh29-3

با توجه به مطالب گفته شده توجه به نکات زیر جهت عدم ارتکاب اشتباه و تحلیل نادرست لازم است(Naderi,Handbook,2009):

  • در دولومیت وشیل نمودار CNL درسمت چپ و نمودار FDC در سمت راست قرار می گیردو تنها از روی نمودار GR می توان آن ها را از هم تمیز داد.
  • FDC در حالت عادی برای دولومیت (۴ تا ۸ واحد) و انیدریت (۱تا۲ واحد) منفی می خواند.
  • در سنداستون و نمک نمودار CNL در سمت راست FDC قرار می گیرد و از روی تخلخل می توان آن ها را از هم تمیز داد. چون تخلخل نمک صفر است و фD آن زیاد است.
  • در لایمستون هر دو نمودار تقریبا روی هم قرار می گیرند چون این ابزار نیز با آن کالیبره شده است.
  • CNL و FDC وقتی روی هم می افتندکه لایمستون مورد نظر حاوی شیل نباشد. در صورت وجود شیل این در نمودار از هم فاصله می گیرند.
  • گاز سبب کم خوانده شدن CNL و زیاد خوانده شدن FDC می شود و ρb با وجود گاز کم می شود.
  • در سنداستون با وجود گاز ρ و фN هر دو کم شده و فاصله آن ها زیاد می شود (جدایش بیشتراز ۴ واحد نشان از وجود گاز است که به اثر فوتبال معروف است.)
  • در لایمستون با وجود گاز ρ و фN هر دو کم شده و این دو نمودار فاصله پیدا می کند. برای تشخیص سنگ آهک گازی از ماسه سنگ از ρf استفاده می کنیم.
  • اگر دولومیت حاوی گاز باشد FDC و CNL به هم نزدیک می شوند تا حدی که ممکن است روی هم قرار بگیرند. تشخیص دولومیت گازدار با سنگ آهک از روی PEF ممکن می شود. (شکل ۳-۳۰)
  • شیل به دلیل اینکه حاوی آب است نمودار نوترون تخلخل زیادی را نشان می دهد.
  • همان طور که می دانیم نمودار قطرسنجی قطر چاه را می نگارد. در جایی که دیوار چاه ریزش می کند، تخلخل حاصل از FDC (به دلیل کم شدن ρb) زیاد می شود. همچنین تخلخل حاصل از CNL (به دلیل هیدروژن موجود در آب گل حفاری) نیز زیاد می شود. لذا همواره نمودار دانسیته همراه با قطرسنجی و GR رانده می شود.
  • گاز باقی مانده[۱] و نفت باقی مانده[۲] باعث می شود که ρb به مقدار خیلی کم کاهش می یابد. ( به دلیل چگالی کم نفت و گاز نسبت به آب)

[۱] Residual Gas

[۲] Residual Oil

sh30-3 فصل ۴: روش های جدید تعیین سطوح تماس سیالات در مخزن

در فصل های گذشته روش های ارائه شده، روش های کلاسیک بودند و امروزه از روش های جدیدتری برای تشخیص سطح تماس آب-نفت و گاز-نفت استفاده می شود. هدف این فصل معرفی چند روش جدیدی است که امروز در بعضی از نقاط دنیا استفاده می شود. این فصل در حقیقت خلاصه سه مقاله ای است که در سال های ۱۹۹۹، ۲۰۱۰ و ۲۰۱۳ میلادی ارئه شده اند، می باشد. این روش ها عبارتند از تست RFT، ایترواسکن TLC-FID، ژئواسترینگ مقاومتی پیشرفته و سیستم ZTORM می باشد که در ادامه، توضیح مفصل درمورد این روش­های ارائه خواهد شد.

استفاده از روش های چاه آزمایی در تعیین سطوح تماس سیالات در مخزن

تست سیال سازند[۱] از سیال درون سازند نمونه گیری می کند و فشار آن را اندازه گیری می کند. این تست اطلاعاتی سودمند از خواص و نوع سیال درون سازند مانند حضور هیدروکربن و فشار سیال درون سازند را برای ما فراهم می کند. سه تست کلی وجود دارد که هر یک از تست های با جزئیات بیشتر به عنوان روش های سوند[۲] توضیح داده خواهدشد. این نوع تست در ادامه از نظر نحوه عملکرد، پیچیدگی و هزینه بررسی خواهد شد.

[۱] Formation Fluid Test

[۲] Wireline

sh1-4

تست ساق مته[۱]:  این تست در طول زمان حفاری انجام می شود. بخشی از لوله های حفاری[۲] سوراخ شده و یک یا دو پکر[۳] در ته چاه جهت اندازه گیری عمق تعبیه شده است. پکرها بین دیواره چاه و لوله حفاری گسترش می یابند. اگر ته چاه مورد بررسی باشد، تنها یک پکر کافی است، ولی اگر بخش بالاتری از چاه مد نظر باشد، استفاده از دو پکر الزامی است. دریچه ای تعبیه شده است که با باز شدن آن فشار درون ساق مته کاهش می یابد و فشار، به فشار سطح زمین می رسد. سیال از سازند به درون ابزار جریان پیدا می کند و تا سطح زمین درون لوله حفاری بالا می آید. این سیالات نمونه برداری می شوند وسپس آنالیز می شوند. توجه داشته باشید که این اقدامات نیاز به تکمیل موقت چاه دارد. (شکل ۴-۱)

تست سوند سازند[۴]RFT: این عملیات در زمان حفاری هنگامی که نمودارهای چاه پیمایی رانده می شوند، صورت می گیرد. سوند در نقطه مورد نظر در چاه فاقد لوله جداری [۵]به پایین رانده می شود. سپس به دیواره چاه

[۱] Drill stem testing

[۲] Drill Pipe

[۳] Packer

[۴] Wireline formation testing

[۵] Uncased

کاملا می چسبد و بعد از آن نمونه سیال و فشار اندازه­گیری شده از آن حاصل می شود. توجه داشته باشید که این نمودارگیری پیوسته نیست و در چند نقطه مشخص در منطقه مخزن چاه صورت می گیرد. (شکل ۴- ۲)

۴-۲

تست تولید [۱]:این تست درون چاه های دارای لوله جداری و تکمیل شده با پکر که در آن لوله مغزی نیز به کار رفته است، انجام می شود. لوله جداری توسط عملیات شلیک گلوله سوراخ می شود. به محض این که فشار درون لوله مغزی کمتر از فشار سیال سازند شود، تولید آغاز می شود که در این مرحله از تکمیل چاه باید هیدروکربن تولید شود. اگر در این تست به مقدار کافی هیدروکربن تولید شود، می تواند منجر به اتمام چاه به صورت پیوسته شود. (شکل ۴- ۳)

[۱] Production Testing

۴-۳jpg

تست سوند سازند

طیف گسترده ای از ابزارات تست سوند سازند وجود دارد مانند RFT، RFS (شکل ۴- ۴)، FMT. این ابزارات قابلیت نمونه گیری چندگانه سازند و اندازه گیری فشار سازند بدون عقب نشینی را دارند. این تست ها می تواند نمونه های  سیال از قسمت های مختلف را درون یک محفظه مخلوط کند و یا دو نمونه را به صورت جداگانه نگه داری کند. سیال در فشار بالا نگه داری می شود که این مورد برای نفت فرار که با افت فشار ترکیب آن عوض می شود، بسیار با اهمیت است. زمان به وسیله ابزارت ادغام شده در تجهیزات اولیه[۱] ثبت می شود. این تجهیزات اولیه در بین  کاوشگر و سازند قرار دارند و میزان کافی بودن سیال نمونه گیری را بررسی می کنند. اگر هیچ یک از این موارد مهیا نشود، ابزار می تواند در عمق دیگر دوباره از اول عملیات را انجام دهد. این تجهیزات قادر هستند که قسمت اول نمونه گیری (آب گل) را از بقیه قسمت های بعدی نمونه (سیال مخزن) جدا کنند و یا حتی قسمت اول نمونه گیری را خذف کنند. بنابراین سیال نمونه گیری شده با اطمینان بالا می توان گفت سیال مخزن است. این ابزارات می توانند با انعطاف پذیری در برابر سازندهای سست و یا محکم، فشار دقیق سیال را بخوانند. همچنین این دستگاه به زمان کمی برای رانده شدن و خواندن اطلاعات نیازمند است.

[۱] pre-test facility

این ابزار در مقایسه با ابزارات قدیمی تر مانند FIT که شامل مشکلاتی از قبیل دقت پایین فشار اندازه گیری شده، درست قرارنگرفتن در محل، مخلوط کردن آب گل و سیال سازند، عدم کارایی دربرابر سازندهای سست و زمان زیاد جهت عملیات را داشته اند، بسیار بهبود یافته است. باید به این نکته توجه داشت که در مقایسه با ابزارات جدید، RFT در صورتی که نمونه گیری زیاد باشد، پرهزینه است. بنابراین نمونه های سیال RFT گران قیمت هستند.

۴-۴

نحوه انجام عملیات

این ابزار در عمق مورد نظر توسط سنسورهای اشعه گامایی که بر روی آن قرار گرفته است، با دقت بسیار خوبی رانده می شود. در ابتدا ابزار فشار گل حفاری می خواند. سپس دستگاه توسط کفشک ها[۱] که بر روی آن تعبیه

شده است به دیواره چاه می چسبد. در نقطه مقابل کفشک ها مرکز نمونه گیری و اندازه گیری فشار قرار دارد و این شامل پکرهای محاصره کننده کاوشگر که شامل یک پیستون است. شکل ۴- ۵ جزئیات کفشک و مرکز اندازه گیری را برای دستگاه RFT نشان می دهد. مشابها، طراحی بهتر در RFS نیز انجام شده است. (شکل۴-۴). ابتدا پکر از نمونه در برابر گل حفاری و کیک گل اطراف ابزار محافظت می کند. (شکل ۴- ۶آ) سپس کاوشگر که شامل یک پستون است از درون کیک گل به درون سازند پرس می شود (شکل ۴- ۶ب) بعد از آن پیستون به عقب رانده می شود و اجازه داده می شود سیال به درون ابزار جریان پیدا کند (شکل ۴- ۶ج). این سیال از بین دریچه های خاصی که محدودیت نرخ (۶۰ cm3/min) دارد، به درون محفظه اولیه راه پیدا می کند. هنگامی که محفظه پر شد، فشار آن اندازه گیری می شود. بعد از پرشدن محفظه اولیه، این محفظه بسته و سیال با نرخ بالاتری (۵۰ cm3/min) وارد محفظه دوم می شود وهمزمان فشار خوانده می­شود. هنگامی که این محفظه پر شود، فشار با فشار سازند برابر می شود و این فشار اندازه گیری می شود. شکل۴-۷ ساختمان داخلی این ابزار را نشان می دهد.

[۱] Back-shoe

۴-۵

۴-۶

آنالیز فشار اندازه گیری شده

در شکل ۴- ۸ ثبت فشار یک RFT معمولی دریک عمق مشخص نشان داده شده است. قسمت A نشان دهنده فشار هیدرواستاتیک گل حفاری است. هنگامی که ابزار در عمق مشخص قرار می گیرد ولی هنوز پکرها بسته نشده­اند، این فشار ثابت است. زیرا فشار هیدرواستاتیکی گل بالای ابزار تغییر نمی کند. از آنجا که چگالی گل حفاری ثابت است، می توان این فشار را محاسبه کرد و با فشار دریچه مقایسه کرد.

 

تفسیر داده های

تشخیص نفت و آب

تشخیص گاز، نفت و آب

غربال گری مخزن با استفاده از ایترواسکن TLC-FID و تشخیص سطح تماس آب-نفت

اندازه گیری پیوستگی سیالات در مخزن توسط ابزار کناره ناحیه نفتی

تعیین سطح تماس آب-نفت هنگام حفاری چاه های افقی توسط ژئواسترینگ مقاومتی پیشرفته

میدان ترول

 برنامه ریزی چاه با لرزه نگاری ۴ بعدی

چالش مکان چاه

اطلاعاتی درباره چاه ها

ژئواسترینگ مقاومتی پیشرفته

مشاهدات

تست کردن روش

نتیجه گیری

نتیجه گیری

منابع و ماخذ

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *