مقدمه

پیگیری و اکتشاف نفت در یک حوضه رسوبی شدیداً متاثر از وضعیت هیدرودینامیک در آن حوضه میباشد، زیرا فرآیند تولید، مهاجرت اولیه، تجمع، جابجا شدن نفت (مهاجرت ثانویه) و سرانجام تخریب آن بصورت تجزیه بیوشیمیایی و … همگی در رابطه مستقیم با آب سازند انجام میپذیرد (قلیپور ، .(۱۳۶۹ هیدرودینامیک، جریان آب در آبخوان مخازن نفتی را مورد بحث قرار میدهد (مطیعی ، .(۱۳۷۴ آبهای جوی از طریق رخنمونها وارد طبقات تراوا شده و به سمت نقاط پست جریان مییابند .(Hubbert, 1940) مطالعات هیدرودینامیکی مخزن در تولید، مدیریت و صیانت از میادین نفتی، از جایگاه ویژهای برخوردار است. تولید اولیه هیدروکربنها از مخازن زیرزمینی که با استفاده از انرژی طبیعی صورت میگیرد، بازیافت اولیه محسوب شده و در این

فرایند، سیال بر اثر الف) انبساط؛ ب) نیروی ثقل و یا د) کشش حاصل از نیروی مویینهی، به سمت چاههای تولیدی رانده میشوند Craft and) (Hawkins, .1991 در مرحله تولید؛ نفت، گاز و اغلب مقداری آب تولید شده که در نتیجهی آن فشار مخزن کاهش مییابد و سیالات مخزن برای پر کردن فضای خالی ایجاد شده، شروع به انبساط میکنند. کاهش فشار در مخازنی که دارای ارتباط هیدرولیکی با لایههای آبدار یا سفرههای آب هستند، سبب ورود آب به مخزن جهت جبران این افت میشود. نیروی هیدرودینامیک مهمترین عامل مکانیسم جابجایی سیال برای تولید هیدروکربن با فاکتور بازیابی (Recovery Factor) بیش از ۶۰ درصد است .(Craft and Hawkins, 1991; Selley, 1998) مطالعات هیدرودینامیکی متعددی در دنیا انجام گرفته (بعنوان مثال.(Anissimov et al., 2000 هدف این گونه مطالعات تهیه مدل دینامیکی مخزن است که ساختار مخزن، تاریخچه آن و توزیع مناطق تولیدی را منعکس

۱

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×بهار ۹۱،شماره ۳، جلد ۱

می سازد. مکانیسمهای متعددی جهت فعالیت هیدرودینامیک مطرح شده است نظیر ریزش جوی (Bjørlykke, 1996)، و یا تراکم رسوبی بواسطه فرونشست بدلیل فشار بالای سرباره و نرخ بالای رسوبگذاری در بعضی از حوضه ها (Anissimov et al., 2000) و یا تراکم مکانیکی همراه با آبزدایی ستون رسوبی .(Dias et al., 2009) هر عاملی که در این زمینه دخالت داشته باشد موجب تغییر فشار در مخزن شده ( King, 1967) و موجب کج شدگی سطح تماس می گردد که نشانه وجود سیستم هیدرودینامیکی است Dennis et al.,) .(1998 نقش تغییرات فشار بر کج شدگی سطح تماس آب-نفت موضوعی است که از نقاط مختلف گزارش شده است: میدان کراکا در دریای شمال

(Thomasen and Jacobsen, 1994)، قطر (Wells, 1987)، پاپوآ در نیو گینه (Eisenberg et al., 1994) و کلمبیا .(Estrada and Mantilla, 2000) استفاده از تغییرات هیدروشیمی بیشتر بمنظور شناخت و رده بندی چرخه هیدروژئولوژی و رده بندی سیستم آب زیر زمینی انجام شده (Dilsiz, 2006) و تنها در موارد معدودی در مخازن نفتی (Castany, 1981) با بینش هیدروژئولوژی و ارائه مدل فرضی برای آبخوان با تطابق داده های زمین شناسی، هیدرودینامیک و هیدروشیمی استفاده شده است. زیرا این مخازن تجدید ناپذیر بوده و ممکن است در شرائط بحرانی مورد استفاده قرار گیرند. در ایران بدلیل عدم وجود یا دسترسی به اطلاعات مخزنی تاکنون مطالعه ای در این خصوص منتشر نگردیده است. اهداف این مطالعه بطور خلاصه عبارتست از: الف) بررسی شدت و ضعف جریان هیدرودینامیکی در مخزن؛ ب) تعیین مناطق دارای حداکثر جریان و ج) در نتیجه حداکثر پتانسیل بهره برداری و کاهش ریسک حفاری.

منطقه مورد مطالعه

میدان نفتی کرنج از لحاظ تقسیم بندی ساختاری ناحیهای زاگرس، در امتداد محور حداکثر فرو نشست فرو افتادگی دزفول واقع است، این منطقه با وسعت شصت هزار کیلومتر مربع دارای حدود %۸ از ذخایر هیدروکربنی کل دنیاست .(Bordenave and Hegre, 2005) زمان فروافتادگی پس از آکی-تانین (Adams and Bourgeois, 1967)، بوردیگالین (مطیعی، (۱۳۷۴ دانسته شده است. تایید یکی از این نظرها دشوار است (آقانباتی، .(۱۳۸۵ میدان کرنج در بین میدانهای کوپال و مارون (غرب-شمالغرب)، آغاجاری (جنوب-غرب) وپارسی (شرق-شمالشرق) واقع شده است (شکل .(۱ با استفاده از آخرین اطلاعات موجود لرزه نگاری و نقشه های همتراز زیر زمینی در افق آسماری و همچنین آخرین اطلاعات بدست آمده از حفر چاههای این میدان ساختمان کرنج را تاقدیسی نامتقارن و کشیده به طول ۳۰کیلومتر وعرض ۶ کیلومتر (سطح تماس آب ونفت به عنوان آخرین منحنی بسته قلمداد گردیده است) و با امتداد شمال غربی- جنوب شرقی معرفی می نماید که ستیغ آن در عمق حدود ۱۱۰۰ متری زیر سطح دریا قرار دارد. شیب ساختمانی در نقاط مختلف متفاوت بوده و بطور کلی مقدار آن در مناطقی بر روی یال جنوبی

بیشتر از یال شمالی است که به حدود ۴۵ درجه می رسد. ضخامت ۲۶۹متری پوش سنگ در حفاری چاه شماره ۲۰ بر روی یال شمالی شیبی بیش از ۵۰ درجه را ارائه می دهد.که محدود ومحلی بوده وناشی از عملکرد گسلی است که از مجاورت چاه می گذرد در بخش مرکزی عرض ساختار باریکتر و بسته تر از دیگر قسمتهای آن است و در نتیجه افزایش غیر عادی شیب در ناحیه ستیغ در همین بخش را باعث شده، به طوریکه مقدار شیب ۲۵ درجه در محل چاه۱۲ وحدود ۱۶ درجه در محل چاه ۱۹ از روی نمودار شیب سنج بدست آمده است. کمترین مقدار شیب در حدود ۲/۵ درجه در منطقه وسیع وگسترده در ناحیه ستیغ وبین چاهها ی ۲و۱۴ اندازه گیری شده است. اختلاف اندک عمق ورودی به مخزن در چاههای ۳ و )۱۸حدود ۱۸۳متر) در فاصله ۱/۵کیلومتری از یکدیگر مبین شیب بسیار کم در این ناحیه است.

شکل .۱ موقعیت میدان مورد مطالعه در فروافتادگی دزفول .(Letouzey and Sherkati, 2004)

روش مطالعه

مبنای این مطالعه مبتنی بر دادههای زیرزمینی و سرچاهی ۹ حلقه چاه میدان است. مراحل انجام این تحقیق را میتوان به دو بخش تقسیم نمود: الف) گردآوری اطلاعات؛ برای دستیابی به اهداف تعیین شده از کلیه منابع موجود، از جمله نقشهها، گزارشهای داخلی منتشر شده و منتشر نشدهی شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب، کتب، مجلات، مقالات، پایان نامههای مرتبط با موضوع

و ب) بررسی و آنالیز دادههای هیدروشیمی سیالات موجود در بایگانی مناطق نفتخیز جنوب و استفاده از نرم افزارهای مختلف به منظور تهیه جداول، نقشهها
و نمودارها که از جمله آنها میتوان به نرم افزارهای AqQa، Phreeqc، و Excel اشاره نمود. موقعیت چاههای مورد مطالعه در شکل (۲) ارائه شده است. مبنای تفسیر نتایج و بررسی وضعیت کلی آبخوان و تغییرات آن، داده های موجود برداشت شده در طول عمر تولیدی مخزن از چاههای مورد مطالعه است.

۲

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

۲

شکل.۲ نقشه کانتوری (UGC) راس سازند آسماری و موقعیت چاههای مورد مطالعه

بحث و بررسی داده ها

از آنجا که ترکیب مواد به نسبت وزن اکیوالانگرم آنها صورت میگیرد، بنابراین در آزمایش کامل شیمیایی یک نمونه آب، وقتی که مقادیر برحسب میلیاکیوالانگرم در لیتر یا epm بیان شود، مجموع مقادیر آنیونها و کاتیون-ها باید مساوی باشد. عدم تساوی این دو مقدار در یک آزمایش کامل شیمیایی ناشی از خطای آزمایش است (صداقت، .(۱۳۸۵ خطا نباید از ۲ تا ۵ درصد بیشتر باشد .(Mazor, 2004) ابتدا از طریق فرمول “خطای واکنش”، توازن یونی آنالیزها محاسبه شده و سپس جهت بررسی تیپ آبده مخزن و اختلاط، از نمودار پایپر و نمودارهای ترکیبی استفاده گردید.

خطای واکنش [ &DXWLRQ – $QLRQ / ,RQ@ ×۱۰۰ =

دادههای آنالیز های هیدروشیمی و خطای واکنش آنها بهطور خلاصه در جدول (۱) آمده است.

جدول .۱ آنالیزهای هیدروشیمیایی میدان

×بهار ۹۱،شماره ۳، جلد ۱

بررسی تیپ آب

دیاگرام پایپر در مقایسه با نمودارهائی مانند دورو، پای، رادیال، استیف، ضمن نمایش تعداد زیادی نمونه در رده بندی آب می تواند در تعیین اختلاط مورد استفاده قرار گیرد .(Kehew, 2001) این نمودار شامل دو مثلث جهت نمایش داده های کاتیونی و آنیونی و یک مثلث مرکزی الماسی شکل است. اگرچه این نمودار نمی تواند بسادگی آبهایی را نشان دهد که کاتیون و یا آنیونهای غالب دیگری دارند. تیپ آب (شکل (۳ از نوع کلروره سدیک است. این دیاگرام حضور بیشتر (بیش از ۵۰ درصد) قلیاییهای غیر کربناته (قلیاییها و اسیدهای قوی) را نشان میدهد که مشخصه ویژه آبهای خیلی شور و آب اقیانوسهاست.

بررسی اختلاط

بررسی پدیده اختلاط در دیاگرام پایپر (شکل (۳ دو روند خطی را در مثلث کاتیونی و قسمت لوزی دیاگرام نشان میدهد اما در مثلث آنیونی قدری تفسیر پیچیدهتر میباشد. بیشترین یون حاضر در آبخوان مخزن Cl است که درصد بالایی از TDI میدان را به خود اختصاص میدهد. چنانچه درصد آب ورودی (اختلاط) با TDI پایین، کم باشد، نمیتواند درصد Cl را چندان مورد تاثیر قرار دهد از این رو در این بخش از دیاگرام که Cl وجود دارد و در مقابل آن دو یون SO4 و HCO3 قرار دارد که مقدار آنها به نسبت بسیار کم است؛ تفسیر قدری پیچیده و مشکل است. در مثلث آنیونی، نمونه ها بمقدار جزئی از رأس فاصله گرفته که شاید بتوان یک روند خطی بسیار کوچک را برای آن در نظر گرفت؛ و لذا اختلاط بسیار ضعیفی را از این نظر نشان می دهد.

شکل.۳ دیاگرام پایپر آبخوان مخزن و موقعیت سیالات مورد مطالعه

۳

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

تفسیر نمودارهای ترکیبی

طبق نظر میزر (Mazor, 2004)، نمودارهای ترکیبی جهت تعیین منشأ

و اختلاط آبهای زیرزمینی حائز اهمیت میباشند. محققین مختلفی همچون

(Stober and Bucher, 1999)، (Marie and Vengosh, 2001)،

(Cloutier, 2004)، رضایی و همکاران (۱۳۸۷) از نمودارهای ترکیبی به منظور شناخت فرآیندهای ژئوشیمیایی مؤثر بر شوری آبزیرزمینی در مناطق مختلف دنیا استفاده نمودهاند. این آبها از لحاظ میزان TDS که بیش از ppm 35000 است، بر اساس طبقهبندی (Hem, 1970) جز شورابههای نمکی بحساب میآیند (جدول (۲ اما در میزان TDI و غلظت یونها با هم متفاوت هستند. نمودارهای ترکیبی آب های مخزنی مورد مطالعه همراه نفت در شکل (۴) نمایش داده شده است.

عمدهترین الگوهای مشاهده شده در نمودارهای ترکیبی الگوهای خطی و مثلثی میباشند. بطوریکه از تقابل اکثر یونهای عمده بغیر از Cl، Na+K، Na+Cl در برابر TDI؛ Na در مقابل Cl، الگوهای مثلثی حاصل شده است. الگوهای مثلثی مشاهده شده، نشان دهنده اختلاط سه نوع آب میباشند:

×بهار ۹۱،شماره ۳، جلد ۱

-۱ آب دارای بیکربنات، سولفات نسبتاً کم، کلسیم بالا و منیزیم متوسط، که نشان دهنده آب با تیپ بیکربناته کلسیک – منیزیک از بخشهای آهکی-دولومیتی آسماری است.

-۲ آب دارایبیکربنات نسبتاً کم، سولفات بالا، کلسیم متوسط (غلظت کلسیم متوسط از منیزیم بالا نیز بیشتر است به همین خاطر کلسیم بر منیزیم غلبه دارد) و منیزیم بالا، که نشان دهنده آب با تیپ سولفاته کلسیک از بخشهای انیدریتی سازند گچساران است.

-۳ آب دارای بیکربنات، سولفات، کلسیم و منیزیم کم، کلر و سدیم زیاد که نشان دهنده شورابه کلروره سدیک از بخشهای نمکی احتمالاً سازند گچساران و یا شورابهای مخازن مجاور است.

شکل .۴ نمودارهای ترکیبی آب های مخزنی مورد مطالعه همراه نفت

۴

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

جدول .۲ طبقهبندی آبهای زیرزمینی بر حسب میزان (Eisenberg et al., 1994 ) TDS

TDS <1000 ppm آب شیرین

۳۰۰۰ <TDS <10000 ppm آب نسبتاً شور

۱۰۰۰۰ <TDS <35000 ppm آب خیلی شور

TDS >35000 ppm شورابه نمکی

شواهد زیر نشان میدهد که آبهای نوع اول و دوم در عمقهای متوسط تا زیاد قرار گرفتهاند: (۱) همانطور که نمودار عمق در برابر TDI نشان داده شده است (شکل (۵ میتوان گفت که با افزایش عمق، از میزان TDI کاسته میشود. این موضوع میتواند به ۳ دلیل زیر شکل گرفته باشد: ا- در اعماق بیشتر مخزن که مقدار جریان هیدرودینامیک بیشتر است، سبب کاهش TDI شده است. اما به سمت بالای مخزن و به سمت رأس طاقدیس که از شدت جریان آب بعلت محصور بودن آب، کاسته شده و در نتیجه با نزدیک شدن به همبری آب و نفت میزان شرکت آب در چرخه هیدرودینامیکی کاهش یافته و حرکت آن منحصر به مولفه عمودی میشود، افزایش نسبی TDI مشاهده می-شود؛ -۲ انیدریت در آسماری بالایی بیشتر و در آسماری میانی میدان به مقدار کمتری وجود دارد و در آسماری پایینی وجود ندارد (صابری، (۱۳۸۶؛ -۳ اختلاط آبهای نوع اول و دوم با شورابه کلرورهایی که TDI بسیار بالایی دارد از لایههای نمکی سازند گچساران (اعماق کمتر) صورت میگیرد که به زون اختلاط نفوذ میکند؛ لذا TDI به ظاهر کاهش چندانی از خود نشان نمیدهد. (۲) بررسیهای لیتولوژیکی سازند گچساران و آسماری در برش نمونه که بر پایه اطلاعات حاصله از حفاریهای نفتی بدست آمده نشان میدهد؛ بخش اول سازند گچساران از انیدریت ضخیم لایه و لیتولوژی سازند آسماری از آهک و دولومیت تشکیل شده است. از طرف دیگر با ترسیم نمودارهای ترکیبی کلر و سدیم+ پتاسیم در برابر هم و در برابر TDI، یک الگوی خطی مشاهده میشود. برونیابی خط اختلاط دیاگرام های ترکیبی مذکور به ترتیب نقاطی را بر روی محور کلر و TDI قطع میکنند که این موضوع بیانگر این مطلب است که شورابه کلروره سدیک حاوی TDI بالا با شورابه کلروره سدیک دیگری با TDI پایینتر اختلاط حاصل نموده که به غیر از یونهای کلر و سدیم حاوی غلظت-های مهمی از یونهای دیگر نیز میباشد. همانطور که نمودار عمق در برابر TDI نشان میدهد، شورابه کلروره سدیک با TDI بالاتر از عمق کمتری منشأ میگیرد، بنابراین میتوان نتیجه گرفت که شورابه کلروره سدیک با TDI بالاتر از عمق کمتر به سمت عمق بیشتر حرکت نموده و با شورابه کلروره سدیک با

×بهار ۹۱،شماره ۳، جلد ۱

TDI پایینتر اختلاط حاصل مینماید. بررسی تغییرات TDI، تغییر جهتداری را با زمان نشان نمیدهد (شکل .(۶

بررسی تغییرات زمانی پارامترهای اندیس اشباع کلسیت، دولومیت و انیدریت

محاسبه اندیس اشباع کانی های عمده و متداول در آبخوان بمنظور پی بردن به تعادل ترمودینامیکی محیط انجام گردید. در ابتدا این اندیسها توسط نرمافزار PHREEQC I محاسبه و تنـظیم شد و نمودار اندیسهای اشباع کلسیت (SI c)، دولومیت (SI d) و انیدریت (SI anhy) برای زمانهای مختلف ترسیم گردید (شکل-۷الف، ب، ج). در این نمودارها دامنه اندیسهای اشباع تعادلی کلسیت، دولومیت و انیدریت برابر با ۰/۵ در نظر گرفته شده است و چنین عدم قطعیتیعمدتاً میتواند ناشی از خطای سنجش غلظت بیکربنات، و یا سولفات باشد. اندیس اشباع فقط نشان میدهد که چه واکنشی به لحاظ ترمودینامیکی اتفاق میافتد، ولی نرخ انجام فرآیند را مشخص نمینماید. در موارد زیادی ممکن است کانی در آب دارای اندیس اشباع کمتر از صفر، به آهستگی حل شود یااصلاً حل نشود. در جهان واقعی، عوامل کینتیکی مختلفی می توانند باعث شوند که سیستم آب زیرزمینی متفاوت از حالت پیش بینی شده توسط مدل ژئوشیمیایی عمل نماید. اندیسهای اشباع کلسیت و دولومیت تمام چاهها در دورههای زمانی، بجز سال ۸۵، مثبت بوده و تغییرات آنها بسیار شبیه به یکدیگر میباشند. نکته مهمی که میتوان به آن اشاره نمود این است که تغییرات اندیس اشباع انیدریت نسبت به تغییرات اندیسهای اشباع کلسیت و دولومیت قابل ملاحظه بوده و با آنها رابطه معکوس نشان میدهد (شکل -۷ د)، بطوریکه در زمانهایی که چاههای میدان نسبت به کلسیت و دولومیت در حالت فوق اشباع قرار دارند، نسبت به انیدریت به حالت تحت اشباع میل می-کند و بنابراین شرایط برای انحلال مجدد آن فراهم میگردد. (اگر میزان اندیس اشباع بیشتر از صفر باشد، کانی در حالت اشباع و فوق اشباع است و کمتر از صفر در حالت تحت اشباع قرار میگیرد). این مسئله بدلیل نفوذ آبهایی با تیپ بیکربناته کلسیک- منیزیک است که با شورابه سولفاته کلسیک لایههای انیدریتی سازند گچساران و آسماری فوقانی، اختلاط حاصل نموده و بدین ترتیب با هم خوردن تعادل ترمودینامیکی محیط شرایط مجدداً برای انحلال انیدریت مهیا شده است. همچنین عکس این موضوع نیز دیده میشود بطوریکه با نفوذ شورابههای سولفاته کلسیک و اختلاط آن با آبهای بیکربناته کلسیک-منیزیک تعادل ترمودینامیکی محیط تغییر میکند و این بار شرایط برای انحلال کانیهای کلسیت و دولومیت فراهم شده و انیدریت در حالت اشباع و فوق اشباع قرار میگیرد.