تقاضا برای نفت در آینده افزایش می یابد و پیش بینی می شود که برای 3 دهه آینده ، نفت تامین کننده عمده ی انرژی جهان باشد. شرکت های نفتی و مراکز تحقیقاتی بین المللی بر روی روش های نوین ازدیاد برداشت نفت در حال سرمایه گذاری هستند. نتیجه این برنامه ها و سرمایه گذاری ها تولید بیش از 20 هزار بشکه در روز به وسیله روش های شیمیایی ازدیاد برداشت نفت تنها در ایالات متحده بود ه است. متاسفانه استفاده از روش های ازدیاد برداشت نفت در خیلی از کشورهای بزرگ تولید کننده ی نفت در مرحله مفهومی آن باقی مانده است. الخصوص در مورد روش های شیمیایی ازدیاد برداشت نفت این موضوع پر رنگ تر است.
تولید آب مسئله عمده برای اغلب تولیدکنندگان می باشد. سطح بیشتر آب تولید شده باعث میزان فزاینده خوردگی شیمیایی و رسوب ، افزایش بار عملیاتی تجهیزات انتقال سیال ، ملاحضات بیشتر زیست محیطی و درنهایت بسته شدن چاه میگردد. بنابراین ، مناطق تولیدی اغلب رهاسازی می شوند تا از تولید آب در تماس با نفت جلوگیری شود با اینکه هنوز هم مقدار زیادی از هیدروکربن قابل بازیافت در مخزن باقی مانده است. استفاده از ژل یکی از روشهای بسیار اقتصادی برای کنترل تولید آب و بهبود و اصلاح عملیات تولید نفت می باشد.
- سیستم ژلاسیون درجا برای بهبود عملیات تولید نفت با ژل
شرح فرآیند
سیستم ژلاسیون درجا معمولا از پلیمر ،کراس لینکر برخی افزودنیها تشکیل شده است. پلیمر معمولا HPAM و کراس لینکر می تواند ترکیب هایی از Cr3+ ، Cr6+ یا Al3+ یا رزین باشد.افزودنیها برای تنظیم زمان ژلاسیون ، کنترل استحکام ژل و مقاومت در برابر حرارت ، استفاده می شوند. مخلوط پلیمر و کراس لینکر ژلانت نامیده می شود و در چاههای تولیدی با درصد آب بالا در یک سازند مورد نظر تزریق می شود و ژلانت تحت شرایط مخزن ژل میگردد و سازند مورد نظر را بطور کامل یا جزئی کیپ کند. ژل های درجای متداول شامل توده ژل (بالک ژل) و ژل پراکنده کلوئیدی می باشد.
مزایا و معایب این روش یا تکنولوژی ژل در جا :
ژلهای پلیمری کراس لینک شده درجا به طور مرسوم اغلب برای بهبود کنترل تطابق تولید استفاده می شود چراکه این مواد دارای مزیت زمان ژلاسیون قابل کنترل ، استحکام قابل تنظیم و تزریق پذیری خوب هستند. با این حال ، آنها دارای اشکال های ذاتی (که مشخصه سیستم های ژلاسیون درجا می باشد) نیز می باشند که عبارتند از زمانهای ژلاسیون غیر قابل کنترل ، تغییرات در ژلاسیون به خاطر تخریب ژل ناشی از تنش برشی و تغییر در ترکیب اجزاء ژلانت به علت جذب سطحی که ناشی از تماس مواد معدنی مخزن و سیال با ژلانت می باشد. به علاوه سیستم های ژلاسیون درجا قبل از ژلاسیون مانند یک محلول پلیمری رفتار می کنند. بر اساس مکانیزم های سیلاب زنی پلیمر ها ، محلول پلیمر بیشتر تمایل دارند به محلهایی وارد شوند که قبلا توسط آب در حین سیلاب زنی با آب ، جاروب نشده باشد. هنگامی که ژلانت در نواحی جاروب نشده تشکیل ژل می دهد ژل تشکیل شده به طور جدی به نواحی مستعد تولید نفت آسیب می زند.
- ژلهای ذره ای از قبل شکل گرفته
شرح فرآیند
ژل از قبل شکل گرفته در تجهیزات سطح الارضی قبل از تزریق درست شده و سپس ژل به مخزن تزریق می گردد. برای این تکنولوژی ، بهبود ژل در چاه تزریقی انجام می گیرد. بنابراین هیچ ژلاسیونی در مخزن صورت نمی گیرد. ژلهای ذره ای از قبل شکل گرفته که در حال حاضر موجود هستند شامل ژلهای ذره ای از قبل شکل گرفته با ابعاد mm میکروژلها و پلیمر های متورم شونده با اندازه میکرون می باشد. کاربرد های میدانی برخی از ژلها نتایج بسیار مثبتی داشته اند.
مزایا و معایب این روش یا تکنولوژی
ژلهای ذره ای از قبل شکل گرفته از استقبال تازه ای برخوردار هستند چراکه می توانند بر برخی اشکالات ذاتی که مشخصه ژلاسیون درجا هستند ( از قبیل عدم کنترل زمان ژلاسیون ، عدم اطمینان از ژلاسیون مطلوب ناشی از تخریب ژل ناشی از تنش برشی ، تجزیه اجزاء سازنده به علت اثر کروماتوگرافی یا تغییر ترکیب اجزاء ژلانت به علت جذب سطحی و رقیق شدن با آب سازند ) غلبه کند. ژلهای از قبل شکل دارای مزایای متمایزی نسبت به روش ژلاسیون درجای مرسوم می باشند که عبارتند از :
1- آنها دارای استحکام و اندازه کنترل شده می باشد و سازگار با محیط زیست هستند و در برابر حضور اصلاح مخزن و شوری آب سازند مقاوم هستند.
2- PPG به طور ترجیحی وارد ترک ها (شکاف ها) و یا کانالهای با ویژگی های شکاف می شوند و خیلی کم تمایل دارد که به ماتریکس یا نواحی هیدروکربنی که نفوذپذیری کم دارند وارد شوند. ذرات ژل با اندازه و خواص مناسب باید از طریق شکاف ها یا کانالهای با ویژگی های شکاف انتقال یابند ولی نباید به ماتریکس نفوذ کند.
3- PPG تنها دارای یک جزء ترکیب در حین تزریق می باشد. بنابراین دارای یک فرآیند ساده تر است و لزوما احتیاجی به بسیاری از تجهیزات تزریق و وسایلی که اغلب برای انحلال و مخلوط کردن پلیمر ها و کراس نیکرها برای ژلهای مرسوم درجا هستند ، ندارد.
4- PPG را می توان از آب تولیدی بدون تاثیر منفی بر پایداری ژل تهیه کرد. برعکس ، ژلهای درجای مرسوم خیلی به شوری کاتیونهای چند ظرفیتی و H2S موجود در آب تولیدی حساس هستند. این نه تنها باعث حفظ آب تازه می شود بلکه از محیط زیست نیز محافظت می کند.
1- این ماده دارای استحکام و اندازه کنترل شده می باشد و سازگار با محیط زیست هستند و در برابر حضور اصلاح مخزن و شوری آب سازند مقاوم هستند. 2- ذرات ژل از قبل شکل گرفته به طور ترجیحی وارد ترک ها (شکاف ها) و یا کانالهای با ویژگی های شکاف می شوند و تمایلی به نفوذ به ماتریکس یا نواحی هیدروکربنی که نفوذپذیری کم ندارند. 3- ذرات ژل از قبل شکل گرفته تنها دارای یک جزء ترکیب در حین تزریق می باشد. بنابراین دارای یک فرآیند ساده تر است و لزوما احتیاجی به بسیاری از تجهیزات تزریق و وسایلی که اغلب برای انحلال و مخلوط کردن پلیمر ها و کراس نیکرها برای ژلهای مرسوم درجا هستند ، ندارد. 4- ذرات ژل از قبل شکل گرفته را می توان از آب تولیدی بدون تاثیر منفی بر پایداری ژل تهیه کرد. برعکس ، ژلهای درجای مرسوم خیلی به شوری کاتیونهای چند ظرفیتی و گاز هیدروژن سولفوره موجود در آب تولیدی حساس هستند. این ماده قابلیت تزریق با آب تولیدی مخزن را دارد در نتیجه از محیط زیست نیز محافظت می کند.
استفاده از PPG برای بیش از 4000 چاه توسط چین و شرکت های نفتی هالیبرتون و اکسیدنتال و کنیدر- مورگان مورد استفاده قرار گرفته است ، کاربرد های میدانی برخی از ژلها نتایج بسیار مثبتی داشته اند. استفاده از این نوع ژل میتواند به طور گسترده برای کنترل آبدهی و افزایش راندمان جاروب مخازن که دارای دما و شوری بالا هستند در راستای افزایش ضریب بازیافت در کشورهای تولید کننده نفت مورد استفاده قرار گیرد.
جهت جلوگيري از توليد آب اضافي روشهاي مختلفي وجود دارد که تمام آنها به منظور بهبود عمر اقتصادي مخزن به کار ميروند؛ اين روشها به نام Conformance Control شناخته مي شوند که طي آن توليد آب اضافي کنترل شده و در نتيجه بازده توليد افزايش و هزينه عملياتي بهبود پيدا مي کند. یکی از روشهای نوین کنترل تولید آب اضافی استفاده از ژلهای پلیمری به خصوص ژلهای ذره ای از قبل شکل گرفته می باشد.
ذرات ژل از پیش تشکیل شده، ذرات خشک شده ای هستند که از مخلوط اتصال دهنده عرضی و مونومرهای هم گروه پلی اکریل آمید تشکیل شده اند. زمانی که این ذرات با آب تماس می گیرند تا چندین برابر اندازه ی اولیه شان متورم می شوند. همانطور که در شکل نشان داده شده است ذرات خشک شده ژل از پیش تشکیل شده (a) زمانی که با آب تماس پیدا کنند به ذرات متورم شده ی (b) تبدیل می شوند. درنتیجه، ژل از پیش تشکیل شده یک نمونه از پلیمر فوق جاذب است. ذرات تورمی الاستیک و شکل پذیرند. ذرات متورم شده به مخزن تزریق می شوند که به‌صورت کلی یا جزئی جریان سیال در شکاف ها و کانال ها را کنترل کند.
نسبت تورم ژل های از پیش تشکیل شده به خواص ذاتی آن بستگی دارد که در ابتدا با اجزای سازنده ی آن در هنگام تولید کنترل می شود. همچنین این نسبت بستگی به شرایط محیطی اطراف آن مثل میزان شوری آب نمک میزان شوری بالا و یون دو ظرفیتی در آب نمک موجب تورم کمتر می شود. افزایش دما، نسبت تورم را افزایش می دهد. برخلاف پلیمرهای سنتی و پلیمرهای متصل بهم، ژل های از پیش تشکیل شده متورم در آب های با درجه شوری بالا در مقایسه با آب های با درجه شوری پایین تعادل گرمایی بیشتری دارند و این بدین دلیل است که نسبت تورم کوچکتر تراکم اتصال عرضی را افزایش می دهد درنتیجه آنها را مستحکم تر می سازد.