انجام مطالعات آزمایشگاهی دقیق مخزن برای شناسایی و تشخیص سیالات هیدروکربوری و ارزیابی عملکرد حجمی آنها در فشارهای مختلف گامی ضروری برای به دست آوردن اطلاعات مخزن است.
واحد سیالات مخازن دارای متخصصان مجرب در زمینه مطالعات آزمایشگاهی و مجهز به تجهیزات فشار و دمای بالا برای مطالعه خواص ترمودینامیکی و فیزیکی سیالات هیدروکربوری مخازن نفتی و گازی است. انجام مطالعات آزمایشگاهی دقیق مخزن برای شناسایی و تشخیص این سیالات و ارزیابی عملکرد حجمی آنها در فشارهای مختلف ضروری‌اند. تعداد زیادی تحلیل آزمایشگاهی را می‌توان روی یک نمونه سیال مخزن انجام داد. اطلاعات لازم، تعداد این آزمایشها را در آزمایشگاه مشخص می‌کند.
اطلاعات بدست آمده از آزمایشهای PVT بر روی سیال یک مخزن نقش مهمی را در تصمیم‌گیریهای بعدی برای آن ایفا می‌کند که شامل موارد فنی و اقتصادی است، به عنوان مثال از مقدار ذخیره مخزن و نوع سیال آن می‌توان یاد کرد که براساس آن سرمایه‌گذاری برای چگونگی توسعه مخزن صورت می‌گیرد. داده‌های یاد شده در بالا هنگامی ارزشمند هستند که نمونه واقعی سیال مخزن مورد آزمایش قرار گرفته باشد.
بهترین زمان نمونه‌گیری:
١- چنانچه مخزن در فشاری بالاتر از فشار اشباع قرار داشته باشد، نمونه‌گیری قبل از کاهش فشار به کمتر از فشار اشباع سیال گرفته می‌شود.٢ - در صورتی که مخزنی به طور طبیعی دو فاز باشد نمونه در شرایط فشار اشباع گرفته شود.به این ترتیب بهترین زمان نمونه‌گیری، پس از کشف مخزن و قبل از هرگونه تولید است زیرا، با کاهش فشار به مقداری کمتر از فشار اشباع سیال مخزن، بازتولید نمونه اصلی در آزمایشگاه بعید است. هر چند ممکن است با برون‌یابی خواص سیال به فشار مخزن بعضی از خواص سیال اصلی به طور تصادفی به دست آید، ولی باید از این کار احتراز کرد.
روشهای نمونه‌گیری ( Sampling Methods)
١ تفکیک‌کننده سرچاهی ( SURFACE SEPARATOR SAMPLING METHOD)٢- سر چاه (WELLHEAD SAMPLING METHOD)٣- عمق چاه (SUBSURFACE SAMPLING METHOD)
انتخاب روش نمونه‌گیری می‌تواند تحت تاثیر ملاحظه‌های گوناگونی قرارگیرد، از آن جمله می‌توان به حجم سیال مورد نیاز برای آزمایشگاه، نوع سیال مخزنی که باید از آن نمونه‌گیری شود، سرعت تخلیه مخزن، وضع مکانیکی حفره چاه و نوع تفکیک کننده‌ای که برای نمونه‌گیری در نظر گرفته شده، اشاره کرد.
تفکیک‌کننده سرچاهی
این روش شامل گرفتن نمونه‌های نفت و گاز از تفکیک‌کننده به طور همزمان و همراه اندازه‌گیری دقیق میزانهای جریان نفت وگاز تفکیک کننده است. سیال مخزن از ترکیب کردن دوباره این نفت و گاز با نسبت صحیح و معین به دست می‌آید. با این روش حجمهای بزرگی از نمونه‌های نفت وگاز به آسانی به دست می‌آیند ( به همین علت از این روش برای نمونه‌گیری از مخازن گاز میعانی استفاده می‌شود) قبل از انجام نمونه‌گیری باید جریان سیال به داخل حفره چاه ثابت شوند. از آنجا که برآورد میزانهای جریان نفت و گاز باید دقیق باشد، ابزارهای انجام این کار نیز باید دقیق بوده و به وسیله افراد ماهر به کار گرفته شوند.
سر چاه
نمونه‌گیری از سیال به شرط یک فازی بودن جریان سیال امکان پذیر است. تجربه نشان می‌دهد که برای چاههای نفت هنگامی که فشار جریانی در سر چاه بیش از ٣٠٠ پام از فشار اشباع سیال در دمای سر چاه است، به دست آوردن نمونه ممکن است. بنابراین باید منحنی فشار اشباع در دست باشدکه این روش در صورت امکان اجرای آن، ساده‌ترین و ارزان ترین روش نمونه‌گیری است.
نمونه‌گیری از عمق چاه
در این روش یک نمونه‌گیر ته چاهی به نقطه‌ای از پیش تعیین شده در عمق چاه رانده می‌شود، مقداری از نمونه در آن حبس شده و به سطح آورده می‌شود. سپس این نمونه به داخل ظرفی ویژه برای بردن به آزمایشگاه انتقال می‌یابد. این روش معمولا هنگامی که فشار جریانی ته چاه بیش از فشار اشباع سیال مخزن است، استفاده می‌شود. بعضی از انواع نمونه‌گیرهای ته چاهی برای نفتهایی که گرانروی بالایی دارند خوب عمل نمی‌کنند، بنابراین مامور نمونه‌گیر باید دقت کند که آیا می‌تواند نمونه را به خوبی حفظ کرده و به سطح انتقال دهد یا خیر؟ موانع مکانیکی داخل چاه مانند کاهنده‌های درون چاهی و یا بخشی از لوله مغزی که دچار فرو رفتگی شده است نیز می‌توانند مانع رسیدن نمونه‌گیر به عمق مورد نظر برای نمونه‌گیری شوند. در صورتی که حجم زیادی از نمونه لازم باشد، با توجه به کوچکی نمونه‌گیرهای ته چاهی، لازم است که نمونه‌گیری تکرار شود.
البته قبل از انجام هرگونه نمونه‌گیری لازم است بسترهای انجام این کار در چاه فراهم شود و به نوعی به مناسب سازی چاه اقدام کرد.
مناسب سازی چاه برای نمونه‌گیری (WELL CONDITIONING)
مناسب سازی چاه برای نمونه‌گیری بخشی از مجموعه عملیات نمونه‌گیری است که برای به دست آوردن سیال واقعی مخزن اهمیت بسزایی دارد. باوجود این، اغلب از آن چشم پوشی شده و یا به کلی به فراموشی سپرده می‌شود. هنگامی که فشار مخزن از فشار اشباع اولیه آن کمتر می‌شود تغییر محسوسی در خواص سیال آن روی می‌دهد، اثر این کاهش فشار بیشتر در پیرامون حفره چاه (well bore) خودنمایی می‌کند.
مناسب‌سازی چاه برای نمونه‌گیری به معنای خارج ساختن نفت تغییر خاصیت داده از پیرامون حفره چاه و جایگزین کردن نفت اعماق مخزن که نماینده سیال واقعی مخزن است، به جای آن است.
نکته مهم آن است که تنها بستن چاه که منجر به بالا رفتن فشار در پیرامون حفره چاه می‌شود سبب نمی‌شود که خواص نفت موجود در آن به شرایط و ترکیب اولیه‌اش برگردد، بنابراین لازم است که چاه به آرامی جریان داده شود تا سیال تغییر خاصیت داده خارج شده و نفت نماینده سیال مخزن جایگزین آن شود.
زمان مورد نیاز برای مناسب سازی چاه
طول مدت زمان مناسب به دو عامل حجم سیال تغییر ماهیت داده در اثر تولید چاه در کمتر از فشار اشباع سیال مخزن و میزان جریانی که تحت آن سیال تغییر ماهیت داده تولید می‌شود، بستگی دارد.
از آنجا که این حجمها و میزانها خیلی متفاوتند نمی‌توان زمان دقیقی را برای این کار معین کرد، چاهی با ضریب بهره‌دهی کم مدتهای زیادی لازم دارد تا این حجم از مایعات تغییر ماهیت داده را تولید کند و اصولا در مورد اصالت نمونه‌ای که می‌دهد جای تردید وجود دارد. اما تجربه نشان می‌دهد که بیشتر چاههای نفت در کمتر از یک هفته، مناسب نمونه‌گیری می‌شوند، به طور کلی چاههای گاز میعانی زمان کمتری را برای این کار لازم دارند.
کنترل و آماده‌سازی ابزار های نمونه‌گیری
معمولا هیدروکربنها در شرایط مخزن در دما و فشار بالا قرار دارند، در ضمن سیال بعضی از مخازن نیز حاوی گاز ترش هستند، بنابراین نگهداری و حمل آنها نیاز به ظرفهای ویژه‌ای دارد که توانایی تحمل دما و فشار بالا و نیز خورندگی گاز سولفید هیدروژن را داشته باشند. در حال حاضر برای حمل و نگهداری نفت و مایعات گازی سیلندرهایی از جنس فولاد و یا تیتانیوم و برای گازها سیلندرهایی از جنس آلومینیوم وجود دارند که شرایط سخت یاد شده در بالا را به خوبی تحمل می‌کنند. سایر ابزار های به کار رفته در عملیات نمونه‌گیری از قبیل پمپ، لاین و اتصالات گوناگون نیز باید از نظر تحمل شرایط سخت کاری مانند ظرفها باشند.
برای آماده سازی باید ابزارهای اندازه گیری مانند فشارسنج و دماسنجها در صورت نیاز کالیبره شوند، تعمیر لاینها، اتصالات و پمپها انجام شود، شیرهای نصب شده بر روی سلیندرها بازرسی شده و فشار آزمون (test pressure) برای اطمینان ازتوانایی تحمل فشار زیاد سیلندرها آزمایش شود.
نمونه‌ای از ابزار نمونه گیری درون چاهی ساخت شرکت Ruska
هنگام برنامه‌ریزی برای عملیات نمونه‌گیری باید به نکات زیر توجه شود:
١- آگاهی کامل از وضع مخزن و چاه برای انجام یک نمونه‌گیری درست ضروری است. نوع و مقدار نمونه‌هایی که باید گرفته شود برای بدست آوردن اطلاعات درست و مورد نیاز از سیال مخزن بسیار مهم هستند.
٢- بدست آوردن نمونه‌های نفتی وگازی کاری پر زحمت و گران قیمت است و شاید هرگز نتوان آن را تکرار کرد، بنابراین در حفاظت از آنها باید دقت کرد
.٣- محدودیت زمان در هنگام نمونه‌گیری ایجاب می‌کند که تمام وسیله‌ها قبل از شروع عملیات به دقت بررسی و آماده به کار شوند.
واحد سیالات مخازن دارای متخصصان مجرب در زمینه مطالعات آزمایشگاهی و مجهز به تجهیزات فشار و دمای بالا برای مطالعه خواص ترمودینامیکی و فیزیکی سیالات هیدروکربوری مخازن نفتی و گازی است. انجام مطالعات آزمایشگاهی دقیق مخزن برای شناسایی و تشخیص این سیالات و ارزیابی عملکرد حجمی آنها در فشارهای مختلف ضروری‌اند. تعداد زیادی تحلیل آزمایشگاهی را می‌توان روی یک نمونه سیال مخزن انجام داد. اطلاعات لازم، تعداد این آزمایشها را در آزمایشگاه مشخص می‌کند.
اطلاعات بدست آمده از آزمایشهای PVT بر روی سیال یک مخزن نقش مهمی را در تصمیم‌گیریهای بعدی برای آن ایفا می‌کند که شامل موارد فنی و اقتصادی است، به عنوان مثال از مقدار ذخیره مخزن و نوع سیال آن می‌توان یاد کرد که براساس آن سرمایه‌گذاری برای چگونگی توسعه مخزن صورت می‌گیرد. داده‌های یاد شده در بالا هنگامی ارزشمند هستند که نمونه واقعی سیال مخزن مورد آزمایش قرار گرفته باشد.
بهترین زمان نمونه‌گیری:
١- چنانچه مخزن در فشاری بالاتر از فشار اشباع قرار داشته باشد، نمونه‌گیری قبل از کاهش فشار به کمتر از فشار اشباع سیال گرفته می‌شود.٢ - در صورتی که مخزنی به طور طبیعی دو فاز باشد نمونه در شرایط فشار اشباع گرفته شود.به این ترتیب بهترین زمان نمونه‌گیری، پس از کشف مخزن و قبل از هرگونه تولید است زیرا، با کاهش فشار به مقداری کمتر از فشار اشباع سیال مخزن، بازتولید نمونه اصلی در آزمایشگاه بعید است. هر چند ممکن است با برون‌یابی خواص سیال به فشار مخزن بعضی از خواص سیال اصلی به طور تصادفی به دست آید، ولی باید از این کار احتراز کرد.
روشهای نمونه‌گیری ( Sampling Methods)
١ تفکیک‌کننده سرچاهی ( SURFACE SEPARATOR SAMPLING METHOD)٢- سر چاه (WELLHEAD SAMPLING METHOD)٣- عمق چاه (SUBSURFACE SAMPLING METHOD)
انتخاب روش نمونه‌گیری می‌تواند تحت تاثیر ملاحظه‌های گوناگونی قرارگیرد، از آن جمله می‌توان به حجم سیال مورد نیاز برای آزمایشگاه، نوع سیال مخزنی که باید از آن نمونه‌گیری شود، سرعت تخلیه مخزن، وضع مکانیکی حفره چاه و نوع تفکیک کننده‌ای که برای نمونه‌گیری در نظر گرفته شده، اشاره کرد.
تفکیک‌کننده سرچاهی
این روش شامل گرفتن نمونه‌های نفت و گاز از تفکیک‌کننده به طور همزمان و همراه اندازه‌گیری دقیق میزانهای جریان نفت وگاز تفکیک کننده است. سیال مخزن از ترکیب کردن دوباره این نفت و گاز با نسبت صحیح و معین به دست می‌آید. با این روش حجمهای بزرگی از نمونه‌های نفت وگاز به آسانی به دست می‌آیند ( به همین علت از این روش برای نمونه‌گیری از مخازن گاز میعانی استفاده می‌شود) قبل از انجام نمونه‌گیری باید جریان سیال به داخل حفره چاه ثابت شوند. از آنجا که برآورد میزانهای جریان نفت و گاز باید دقیق باشد، ابزارهای انجام این کار نیز باید دقیق بوده و به وسیله افراد ماهر به کار گرفته شوند.
سر چاه
نمونه‌گیری از سیال به شرط یک فازی بودن جریان سیال امکان پذیر است. تجربه نشان می‌دهد که برای چاههای نفت هنگامی که فشار جریانی در سر چاه بیش از ٣٠٠ پام از فشار اشباع سیال در دمای سر چاه است، به دست آوردن نمونه ممکن است. بنابراین باید منحنی فشار اشباع در دست باشدکه این روش در صورت امکان اجرای آن، ساده‌ترین و ارزان ترین روش نمونه‌گیری است.
نمونه‌گیری از عمق چاه
در این روش یک نمونه‌گیر ته چاهی به نقطه‌ای از پیش تعیین شده در عمق چاه رانده می‌شود، مقداری از نمونه در آن حبس شده و به سطح آورده می‌شود. سپس این نمونه به داخل ظرفی ویژه برای بردن به آزمایشگاه انتقال می‌یابد. این روش معمولا هنگامی که فشار جریانی ته چاه بیش از فشار اشباع سیال مخزن است، استفاده می‌شود. بعضی از انواع نمونه‌گیرهای ته چاهی برای نفتهایی که گرانروی بالایی دارند خوب عمل نمی‌کنند، بنابراین مامور نمونه‌گیر باید دقت کند که آیا می‌تواند نمونه را به خوبی حفظ کرده و به سطح انتقال دهد یا خیر؟ موانع مکانیکی داخل چاه مانند کاهنده‌های درون چاهی و یا بخشی از لوله مغزی که دچار فرو رفتگی شده است نیز می‌توانند مانع رسیدن نمونه‌گیر به عمق مورد نظر برای نمونه‌گیری شوند. در صورتی که حجم زیادی از نمونه لازم باشد، با توجه به کوچکی نمونه‌گیرهای ته چاهی، لازم است که نمونه‌گیری تکرار شود.
البته قبل از انجام هرگونه نمونه‌گیری لازم است بسترهای انجام این کار در چاه فراهم شود و به نوعی به مناسب سازی چاه اقدام کرد.
مناسب سازی چاه برای نمونه‌گیری (WELL CONDITIONING)
مناسب سازی چاه برای نمونه‌گیری بخشی از مجموعه عملیات نمونه‌گیری است که برای به دست آوردن سیال واقعی مخزن اهمیت بسزایی دارد. باوجود این، اغلب از آن چشم پوشی شده و یا به کلی به فراموشی سپرده می‌شود. هنگامی که فشار مخزن از فشار اشباع اولیه آن کمتر می‌شود تغییر محسوسی در خواص سیال آن روی می‌دهد، اثر این کاهش فشار بیشتر در پیرامون حفره چاه (well bore) خودنمایی می‌کند.
مناسب‌سازی چاه برای نمونه‌گیری به معنای خارج ساختن نفت تغییر خاصیت داده از پیرامون حفره چاه و جایگزین کردن نفت اعماق مخزن که نماینده سیال واقعی مخزن است، به جای آن است.
نکته مهم آن است که تنها بستن چاه که منجر به بالا رفتن فشار در پیرامون حفره چاه می‌شود سبب نمی‌شود که خواص نفت موجود در آن به شرایط و ترکیب اولیه‌اش برگردد، بنابراین لازم است که چاه به آرامی جریان داده شود تا سیال تغییر خاصیت داده خارج شده و نفت نماینده سیال مخزن جایگزین آن شود.
زمان مورد نیاز برای مناسب سازی چاه
طول مدت زمان مناسب به دو عامل حجم سیال تغییر ماهیت داده در اثر تولید چاه در کمتر از فشار اشباع سیال مخزن و میزان جریانی که تحت آن سیال تغییر ماهیت داده تولید می‌شود، بستگی دارد.
از آنجا که این حجمها و میزانها خیلی متفاوتند نمی‌توان زمان دقیقی را برای این کار معین کرد، چاهی با ضریب بهره‌دهی کم مدتهای زیادی لازم دارد تا این حجم از مایعات تغییر ماهیت داده را تولید کند و اصولا در مورد اصالت نمونه‌ای که می‌دهد جای تردید وجود دارد. اما تجربه نشان می‌دهد که بیشتر چاههای نفت در کمتر از یک هفته، مناسب نمونه‌گیری می‌شوند، به طور کلی چاههای گاز میعانی زمان کمتری را برای این کار لازم دارند.
کنترل و آماده‌سازی ابزار های نمونه‌گیری
معمولا هیدروکربنها در شرایط مخزن در دما و فشار بالا قرار دارند، در ضمن سیال بعضی از مخازن نیز حاوی گاز ترش هستند، بنابراین نگهداری و حمل آنها نیاز به ظرفهای ویژه‌ای دارد که توانایی تحمل دما و فشار بالا و نیز خورندگی گاز سولفید هیدروژن را داشته باشند. در حال حاضر برای حمل و نگهداری نفت و مایعات گازی سیلندرهایی از جنس فولاد و یا تیتانیوم و برای گازها سیلندرهایی از جنس آلومینیوم وجود دارند که شرایط سخت یاد شده در بالا را به خوبی تحمل می‌کنند. سایر ابزار های به کار رفته در عملیات نمونه‌گیری از قبیل پمپ، لاین و اتصالات گوناگون نیز باید از نظر تحمل شرایط سخت کاری مانند ظرفها باشند.
برای آماده سازی باید ابزارهای اندازه گیری مانند فشارسنج و دماسنجها در صورت نیاز کالیبره شوند، تعمیر لاینها، اتصالات و پمپها انجام شود، شیرهای نصب شده بر روی سلیندرها بازرسی شده و فشار آزمون (test pressure) برای اطمینان ازتوانایی تحمل فشار زیاد سیلندرها آزمایش شود.
نمونه‌ای از ابزار نمونه گیری درون چاهی ساخت شرکت Ruska
هنگام برنامه‌ریزی برای عملیات نمونه‌گیری باید به نکات زیر توجه شود:
١- آگاهی کامل از وضع مخزن و چاه برای انجام یک نمونه‌گیری درست ضروری است. نوع و مقدار نمونه‌هایی که باید گرفته شود برای بدست آوردن اطلاعات درست و مورد نیاز از سیال مخزن بسیار مهم هستند.
٢- بدست آوردن نمونه‌های نفتی وگازی کاری پر زحمت و گران قیمت است و شاید هرگز نتوان آن را تکرار کرد، بنابراین در حفاظت از آنها باید دقت کرد
.٣- محدودیت زمان در هنگام نمونه‌گیری ایجاب می‌کند که تمام وسیله‌ها قبل از شروع عملیات به دقت بررسی و آماده به کار شوند.