کاربرد فناوری چاه های چند شاخه ای در مخازن نفتی

امروزه شرکت های عملیاتی نفتی توجه خود را به بهینه سازی تولید، کاهش هزینه و افزایش بازیابی نفت متمرکز کرده اند؛ از این رو حفر چاه های چند شاخه ای گسترش زیادی یافته است.
در بیش از ۱۰ درصد از ۷۴ هزار چاه حفاری شده در جهان از این فناوری استفاده شده است، همچنین این فناوری برای ورود مجدد به چاه های موجود نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
چاه های چند شاخه ای با هزینه بیشتری از چاه های معمولی و افقی حفر می شوند، ولی حجم برداشت از مخزن و فاکتور بازیابی بیشتری نسبت به دو روش دیگر دارند که در توجیه اقتصادی این روش تاثیر زیادی دارد.
اولین چاه چند شاخه ای (چند جهتی) در سال ۱۹۵۳ میلادی در کشور شوروی پیشین با طراحی مهندس «الکساندر میخایلویچ گریگوریان» حفر شد، این چاه با ۹ شاخه جانبی در ردیف های کربناته کربونیفر به منظور سطح تماس بیشتر با مخزن حفاری شد.
این روش و تجهیزات تکمیل آن، تنها برای شرایط محدودی مناسب بود، در دهه ۱۹۹۰ میلادی پیشرفت هایی در تکنیک های حفاری به وجود آمد که اجازه حفاری و تکمیل تعداد بیشتری از چاه ها را با شاخه های جانبی می داد.
امروزه حفره های اصلی چاه و شاخه های جانبی آنها می تواند به طور قائم با زاویه های بالا یا به طور افقی برای برداشت از مخازن مختلف حفاری شوند، چاه های چند شاخه ای می توانند از حفره اصلی دارای یک شاخه یا چندین شاخه جانبی باشند.
آرایش های عمومی چاه های چند شاخه ای عبارتند از: افقی ـ بادبرنی، قائم Stak و T شکل
شاخه های جانبی همانند حفره های باز توسط لاینر با سیمان یا بدون سیمان تکمیل می شوند (لوله جداری به حفره اصلی متصل نمی شود)، در دیگر طرح های تکمیل از مجموعه های مکانیکی برای ایجاد یک اتصال قوی و دسترسی انتخابی در نقاط اتصال بین لاینرهای جانبی و لوله جداری حفره اصلی استفاده می شود.
تولید از شاخه های مجزا می تواند از طریق رشته های لوله های مغزی جداگانه با هم ترکیب شوند، امروزه چاه ها می توانند از تجهیزات تکمیل پیشرفته ای برای مونیتور کردن و کنترل جریان از هر شاخه جانبی استفاده کنند، تماس بیشتر شاخه های جانبی با مخزن نسبت به یک چاه تک حفره ای تولید بیشتری را ایجاد می کند.
در بعضی میدان ها، تکنولوژی چند شاخه ای مزیت های بیشتری به دیگر تکنولوژی های تکمیل (مانند چاه های قائم و افقی متداول یا تحریک شکستگی ها) دارد. امروزه از این چاه ها به منظور حفاری بیش از یک مخزن یا سازندهای مختلف استفاده می شود و تنها وسیله اقتصادی تولید از قسمت های مجزا در یک مخزن و مخازن حاوی ذخیره محدود است.
بر پایه این گزارش که در شماره ۴۹ نشریه فنی - تخصصی اکتشاف و تولید به چاپ رسیده، چاه های چند شاخه ای برای برداشت از مخازنی با شکستگی های طبیعی، سازندها و مخازن لایه ای مناسب است، چاه های زه کشی (Drain hole) با زاویه بالا یا افقی چند گانه، شکستگی های طبیعی بیشتری را قطع می کنند و غالبا تولید بهتری را نسبت به چاه های افقی تک حفره ای یا عملیات شکستن هیدرولیک (Hydraulic Fracturing) ایجاد می کند. یک چاه چند شاخه ای باید در جایی مد نظر قرار گیرد که حفر چاه های افقی یا جهت دار مناسب باشند.
چاه های جهت دار یا افقی چند شاخه ای سطح تماس حفره چاه را با مخزن بهینه می کنند و اجازه ایجاد جریان بالاتری را در افت فشارهای پایین تری نسبت به چاه های تک حفره ای قائم یا افقی می دهند.
چاه های چند شاخه ای افت فشار اصطکاکی هنگام تولید را با پخش جریان ورودی در میان دو یا چند شاخه های جانبی کوچک تر کاهش می دهند. برای مثال شاخه های جانبی Dual opposed فشار اصطکاکی را در مقایسه با یک چاه افقی تک حفره ای که نرخ تولید و سطح تماس یکسانی را دارند، کاهش می دهند.
چاه های چند شاخه ای نیاز به سرمایه گذاری اولیه بیشتری در تجهیزات دارد، اما به طور موثری با کاهش حفاری تعداد چاه های مورد نیاز، هزینه کل و همچنین هزینه های توسعه را همانند هزینه عملیاتی کم می کنند.
این تکنولوژی تجهیزات سرچاهی (Well head)، پلاتفرم ـ رایزر و تجهیزات تکمیل زیر دریایی را کاهش می دهد که در نتیجه باعث کاهش هزینه شده و مصرف Slot را روی پلاتفرم های دریایی یا قالب های زیر سطحی بهینه می کند. همچنین این چاه ها سایز پلاتفرم های خشکی و تأثیرهای زیست محیطی ناشی از عملیات حفاری را کاهش می دهند، هر چه حفره ای اصلی حفاری کاهش یابند، خطرات عملیات حفاری در Top hole کاهش می یابد.
چاه های با شاخه های جانبی چند گانه برای بهره برداری از مخازنی چون مخازن نفت سنگین، مخازن کم تراوا یا دارای شکستگی های طبیعی، سازندها و مخازن لایه ای، هیدروکربن های موجود در ساختارهای جداگانه یا ساختارهای چینه ای مختلف و مخازنی که افت فشار مناسب است.
توسعه اقتصادی مخازن نفت سنگین به علت تحرک کم نفت و فاکتورهای بازدهی محدود است، برای مخازن حاوی نفت سنگین یا کم تحرک، حفره های زه کشی جانبی مزایایی را شبیه به عملیات شکافت هیدرولیک (Hydraulic Fracturing) در زون های گازی با نفوذپذیری کم دارد.
افزایش سطح تماس حفره چاه با یک مخزن، روی تولید نفت آن اثر می گذارد. شاخه های جانبی افقی، افت فشار را هنگام تولید کاهش، مخروطی شدن سطح آب با نفت و گاز (Water Coning) را کاسته و تزریق بخار را در این مخازن گسترش می دهند.
در زون ها و مخازن لایه ای یا سازندهای ناهمگن (هتروژن)، چاه های با چندین شاخه جانبی تولید را با اتصال چند زون مجزا افزایش می دهد. تولید از چند زون، نرخ تولید را ثابت نگه داشته و عمر اقتصادی چاه ها و میدان ها را افزایش می دهد. در بلوکی که در آن حفر یک چاه تک حفره ای قابل توجیه نیست، عملیات تکمیل به وسیله روش چند شاخه ای می تواند بخش های مختلف مخزن را به یکدیگر متصل کند. با استفاده از چاه های چند شاخه ای می توان از مخازنی که تحت تاثیر محیط رسوب گذاری، دیاژنز سازند و گسل ها به چند قسمت تقسیم شده اند، بهره برداری و تولید داشت.
چاه های چند شاخه ای، توسعه مخازن کوچک، همچنین میدان هایی را که تولید از آنها با چاه های قائم و افقی معمولی ناممکن است، ممکن می کند. همچنین از چاه های چند شاخه ای برای بهره برداری از مخازن با فشار کم یا مخازن با افت فشار نیز استفاده می شود. برای حفاری مجدد در چاه های موجود به منظور تولید از مناطقی که بهره برداری از آنها غیر اقتصادی است، از تکنولوژی چند شاخه ای استفاده می کنند.
حفاری شاخه جانبی در چاه های موجود باعث می شود که تولید اضافی هیدروکربن بدون کم شدن تولید اولیه صورت گیرد. این استراتژی، نرخ جریان از یک چاه را توسعه داده و تعداد ذخایر قابل بازیافت دارای تولید اقتصادی را افزایش می دهد.
شاخه های جانبی چند گانه به اصلاح زه کشی مخزن در پروژه های تزریق آب یا بخار کمک می کند، همچنین برای کنترل مخازنی که دارای جریان داخلی آب یا گاز هستند، از چاه های چند شاخه ای استفاده می شود. شاخه های جانبی چند گانه با طول های متغیر در لایه های مختلف، حرکت قائم هیدروکربن و بازیابی ذخیره هیدروکربن را افزایش می دهند.
این شاخه ها مخصوصا در مخازن کم ضخامت نفتی، پوشش های گازی (cap Gas)، مخروطی شدن سطح آب یا گاز با نفت (conning Water or gas) را کاهش می دهند.
امروزه از چاه های چند شاخه ای برای اکتشاف و نمونه گیری در تعیین کیفیت مخازن افقی و مقدار سطحی آنها و تله های چینه شناسی نیز استفاده می شود (توصیف مخزن). با طراحی دو یا چند شاخه جانبی انشعابی از یک حفره اصلی، وسعت بیشتری از یک Location را می توان اکتشاف کرد.
این روش انعطاف پذیری را هنگام توصیف مخزن افزایش می دهد که این عمل توسط هر شاخه جانبی طراحی شده بر اساس اطلاعات گرفته شده از حفاری حفره اصلی و شاخه های جانبی پیشین انجام می شود.
تکمیل چاه های (دارای دو شاخه جانبی) از ابتدای حفاری تا مرحله تولید به صورت شماتیک در شش مرحله تکمیل چاه انجام می شود:
مرحله اول و دوم) در این دو مرحله، حفاری چاه اصلی و شاخه های جانبی انجام می شود؛
مرحله سوم) در این مرحله لوله جداری اصلی به داخل چاه رانده شده و سیمانکاری پشت لوله جداری اصلی انجام می شود و سپس لوله جداری در محل تقاطع چاه اصلی با شاخه های جانبی حفاری شده تا دهانه شاخه های جانبی به داخل حفره اصلی باز گردد.
مرحله چهارم و پنجم) در این دو مرحله لاینر در شاخه های جانبی نصب می شود، سپس پشت لاینر سیمانکاری می شود،
مرحله ششم) این مرحله دو بخش را شامل می شود:
۶ ـ الف) پس از اتمام حفاری شاخه های جانبی و رسیدن به مخزن مورد نظر، لوله تولید درون شاخه های جانبی نصب می گردد،
۶ ـ ب) درون چاه اصلی دو لوله تولید نصب می شود و لوله های تولید بیرون آمده از هر شاخه جانبی را به یکی از این لوله های تولید در چاه اصلی متصل می کنند و پس از آن عملیات تحریک مخزن و سپس تولید از مخزن شروع می شود.
تکنولوژی های جدید، خطرها و پیچیدگی های فنی گوناگون دارد، بنابراین علاوه بر کاربردهای آن باید معایب آن را نیز برشمرد.
عملیات تکمیل چاه های چند شاخه ای از نظر مکانیکی بسیار پیچیده تر از چاه های معمولی است و به ابزارآلات و سیستم های ته چاهی بستگی دارد، کنترل چاه در حین حفاری به روش چند شاخه ای یا عملیات تکمیل می تواند بسیار پیچیده باشد. همچنین خطرهای بیشتری در ارتباط با دسترسی به حفره چاه برای تعمیر یا مدیریت مخزن وجود دارد.
امروزه شرکت های عملیاتی در صنعت نفت توجه خود را بر بهینه کردن تولید، کاهش هزینه و افزایش بازیابی نفت قرار داده اند؛ از این رو منظور حفر چاه های چند جهتی (Multilateral) گسترش زیادی پیدا کرده است.

منبع : شبکه اطلاع رسانی شانا