اکثر مخازن دارای کانی های حساس با درجات متغیر می باشند. به طور کلی این کانیها دارای قطر دانهای خیلی کوچـک (کوچکتر از ۲۰ میکرومتر) بوده و بر روی سطح فضاهای خالی که به طور برجستهای بـا سـیالهـای خـارجی در تمـاس میباشند، پراکنده میباشند. در طول عملیات تکمیل، سیالهای خارجی مختلف با سیالهای و کانیهای موجود در مخـزن

واکنش داده و در نتیجه تولید طبیعی یا تزریق پذیری مخزن را کاهش میدهد. این پدیده آسیب سازند نامیده میشـود کـه

درجه آن به توسط میزان کاهش نفوذپذیری مخزن مشخص میگردد .[۱-۵]

ممکن است آسیب سازند به صورتهای فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و حرارتی ایجاد شود و هر کدام از موارد مذکور به

زیر شاخههای مختلف طبقه بندی میگردد .[۳-۴] در طول عملیات حفاری، تکمیل، انگیزش، تعمیـر چـاه، تزریـق آب و

تولید نفت، ممکن است انواع و درجههای مختلفی از آسیب سازند ایجاد گردند. در اکثر موارد این پدیده به صورت دائم و

برگشتناپذیر است .[۴] این اصل که پیشگیری و جلوگیری از آسیب سازند بهتر از درمان آن است میبایست به عنوان یک رویکرد منطقی در نظر گرفته شود تا مشکلات ناشی از این پدیده به حداقل برسد. با مشخص شدن درجه آسیب، میتـوان

یک زمینه علمی جهت بهینهسازی طراحی سیال تکمیل چاه و پارامترهای مهندسی ایجاد کرد.

آسیب نفوذپذیری که نتیجه واکنش سیال های تزریقی و سنگ سازند است، معمولا نتیجه حرکت ذرات است. به هر حـال مکانیزم خاصی که منجر به حرکت دانهها میشود به شدت به فرآیند بازیافت مورد نظر بسـتگی دارد. دمـا، ترکیـب سـیال

تزریقی، نرخ تزریق، pH و ترکیب کانیشناسی از جمله مهمترین پارامترهایی هستند که طبیعت و گستره واکـنش سـنگ و

سیال را تحت تاثیر قرار میدهد .[۱-۲]

معمولا pH آب سازند در محدوده ۴ تا ۹ و برای اکثر سیال های حفاری و تکمیل چاه و دوغاب سیمان در محـدوده ۸ تـا ۱۲ می باشد. پس از ورود سیالی با pH بالا به درون سنگ مخزن، بافت کانیهای رسی و سیلیسی موجود در مخزن به دلیل انحلال کانیهای رسی، سیمان و آزاد شدن ذرات جدا شده تخریب شده و منجر به مسدود شدن منافذ موجـود مـیگـردد .[۱-۸] علاوه بر این، ماده غیر قابل حل ایجاد شده که از به هم چسـبیدن رادیکـالهـای هیدروکسـیدی بـا کاتیونهـای دو ظرفیتی ایجاد میشود نیز منجر به بسته شدن منافذ میگردد. از این رو آزمایشهای ارزیابی حساسـیت سـنجی قلیـایی بـه

منظور تعیین میزان pH بحرانی و درجه آسیب سازند حاصل انجام میشوند و از نتایج آن میتوان به عنوان اصل در طراحی سیالهای مختلف استفاده کرد .[۹-۱۲]

محلولهای قلیایی مانند NaOH، KOH، آب دریا، آب نمکهای اشباع و نیمه اشباع جهت بررسی وضعیت بازیافت ثانویه نفت و امکان سنجی دفع سیالهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. در آزمایشهای سیلابزنی سیالهای قلیایی، کاهش

نفوذپذیری در نتیجه تزریق سیال هایی با خاصیت قلیایی بـالا (pH >7) نظیـر NaOH و NaSiO4 مشـاهده مـیشـود .[۲] همچنین کاهش نفوذپذیری در اثر تزریق مخلوط از محلولهای آب نمک و کلرید کلسیم و کلرید پتاسیم مشاهده شده است

.[۷] پدیده رسوب در حین فرآیند تزریق سیالهای قلیایی در pH بحرانی خاص دیده میشود. نفوذپذیری نمونهها به توسط

تزریق آب سازند با مقادیر مختلف pH اندازهگیری و درجه آسیب حاصـل از تزریـق سـیالهـای قلیـایی از طریـق تغییـر نفوذپذیری و در نتیجه تعیین شرایط ایجاد کننده آسیب ارزیابی میگردد .[۱۰]

به منظور درک پدیده آسیب سازند و تعیین pH بحرانی، آزمایشهای تزریق بر روی سه نمونه پلاگ از سازند فهلیان انجام گرفت. سیالهای قلیایی با pH های مختلف ۷)، ۸/۵، ۱۰ و (۱۲ به درون نمونه پلاگ ها با نرخ ۰/۵ سی سـی بـر دقیقـه

تزریق شده و نفوذپذیری نمونه پلاگ ها به توسط قانون خطی دارسی اندازهگیری شد. مقدار pH سیال به صـورت مرحلـه

۲

سنجش حساسیت سازند کربناته فهلیان توسط تزریق…

ای افزایش یافته و در نهایت به مقدار پایه آن یعنی pH = 7 پس از هر بار افزایش برگردانـده مـیشـود. ارزیـابی محـدوده

آسیب سازند به دو روش کیفی و کمی ارائه شده است. در روش کمی از پارامتر Dk که درجه آسیب سازند نامیده می شود،

جهت اندازهگیری میزان آسیب در نمونه استفاده شده است. در کارهای قبلی انجام گرفته، درجه آسیب سازند در pH هـای

مختلف مورد محاسبه قرار گرفته در صورتیکه در مقاله حاضر که جنبه جدید و نوآوری مقاله میباشد، این پـارامتر در pH

پایه محاسبه شده است. بزرگترین مزیت این کار در این است که ممکن است هر گونه افزایش یا کاهش در نفوذپذیری در

هنگام تزریق سیالات مختلف به عنوان آسیب در نظر گرفته شود، در صورتیکه ممکن است پس از بازگشت به تزریق سیال

با pH = 7 هیچگونه آسیبی در سنگ مشاهده نشود. نتایج بررسیها نشان می دهند که با استفاده از روش استفاده شـده بـه راحتی میتوان محدوده آسیب سازند را در نمونه ها شناسایی نمود. نتایج حاصل نشان میدهند نمونههـای مـورد اسـتفاده

رفتارهای متفاوتی را نسبت به تزریق سیالهای قلیایی از خود نشان داده و آسیب ایجاد شـده در آنهـا از بـدون آسـیب تـا

آسیب جدی متغیر است که در بعضی موارد قابل ملاحظه و برگشت ناپذیر میباشد. لذا میبایست قبـل از انجـام عملیـات

حفاری و یا هرگونه عملیات تزریق در سازند، میزان خاصیت قلیایی سیال تزریق شونده مورد بررسی قرار گیـرد و مقـدار بحرانی آن تعیین شود تا از بروز آسیب سازند جلوگیری شود.

.۲ ارزیابی میزان حساسیت سنگ مخزن نسبت به pH سیال تزریقی

حساسیت سنگ مخزن نسبت به pH سیال تزریقی عبارت است از پدیده کاهش نفوذپذیری سنگ مخزن به توسط رسـوب محصولات واکنش در منافذ و بسته شدن منافذ به واسطه جریان سیال در محیط متخلخل در طول عملیات حفاری، تولیـد،

انگیزش و تزریق آب. به منظور ارزیابی آسیب سازند حاصل از تزریق سیالهای قلیایی، نفوذپذیری نمونـه مغـزه در حـین

تزریق سیالهای قلیایی مختلف اندازه گیری میشود. بر این اساس، حساسیت نمونه مغزه نسبت به pH سیال سنجیده شده و سپس pH بحرانی که در آن نفوذپذیری به طور واضح کاهش مییابد، مشخص میگردد. حساسیت نمونـه مغـزه بـه pH سیال قلیایی زمانی اتفاق میافتد که نفوذپذیری Ki-1 حاصل از تزریق سیال با pHi-1 با نفوذپذیری Ki حاصل از تزریق سیال با pHi رابطه زیر را داشته باشند : [۴]
= | −۱− | × ۱۰۰ ≥ ۵(۱)×

−۱

که در رابطه بالا pHi-1 حد بحرانی میزان خاصیت قلیایی سیال جریان خوانده میشود. درجه آسیب حاصـل از حساسـیت سنجی مذکور در جدول ۱ آورده شده است.

جدول :۱ تعیین درجه آسیب ناشی از حساسیت سنجی قلیایی [۴]

Dk <Dk <Dk <Dk Dk>

 

روش انجام آزمایش

آزمایشهای سیلابزنی مغزه به منظور اندازهگیری میزان کاهش نفوذپذیری و ثبت جریان خروجی از نمونه مغزههای ماسـه سنگی و کربناته به صورت تابعی از زمان انجام میشوند. آزمایشهای مذکور در سرعت جریان کمتـر از سـرعت بحرانـی جریان تزریق انجام میشوند. سرعت جریانی که در آن ذرات کلوئیدی ریز از محـل خـود جـدا شـده و در طـول سـازند

۳

مجله زمین شناسی نفت ایران، سال سوم، شماره ۵، ۱۳۹۲

حرکت میکنند، سرعت جریان بحرانی نامیده میشود. به منظور تعیین سرعت بحرانی تزریق، ابتدا یک نرخ تزریق ایمـن

که در آن آسیب سازند اتفاق نمیافتد، انتخاب و مقدار نفوذپذیری در آن اندازهگیری مـیشـود (مرحلـه ( ۱ کـه خـط پایـه نفوذپذیری نامیده میشود. سپس مقدار نرخ تزریق به مقادیر بالاتر افزایش یافته (مرحله (۲ و پس از آن دوباره بـه مقـدار

پایه بازگردانده میشود (مرحله .(۳ مقدار نفوذپذیری در این مرحله اندازهگیری و با مقدار آن در مرحله ۱ مقایسه میشود.

چنانچه مقدار بدست آمده تغییر یافته باشد، نرخ تزریق مرحله ۲ به عنوان نرخ تزریق بحرانی تعیین میشـود در غیـر ایـن

صورت آزمایش تا یافتن نرخ بحرانی تزریق در مراحل بعدی ادامه مییابد .[۴]

در ابتدا نمونه مغزه به توسط محلول ۴ درصد کلرید پتاسیم (۴% wt. KCl) با pH= 7 اشباع شده و نفوذپـذیری آن در pH موردنظر اندازهگیری میشود. در گام بعدی مقدار pH آب نمک به مقادیر بالاتر ( ۸/۵، ۱۰ و (۱۲ افزایش داده میشود. پس

از هر مرحله افزایشی، pH آب نمک تزریقی به مقدار پایه (pH= 7) کاهش یافته تا میزان آسیب سازند بـه صـورت کمـی

(رابطه (۱ و کیفی ارزیابی گردد. میزان نفوذپذیری در هر مرحله سنجیده شده و pH بحرانی جریان تزریقی تعیین و بررسی

میگردد.

کاهش نفوذپذیری نمونه مغزه در آزمایش تزریق سیالهای قلیایی، در یک pH بحرانی اتفاق میافتد. نرخ جریان تزریق در

هر مرحله ۰/۵ سی سی بر دقیقه میباشد. مقدار نفوذپذیری در هر مرحله توسط فرمول دارسی در جریان خطی محاسبه و نمودار حاصل از آن در زمان های مختلف ایجاد میشود. سپس با استفاده از رابطه ۱ درجه آسیب سازند حاصله در pH= 7 اندازهگیری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد.

۲-۲ اطلاعات کلی آزمایش

اطلاعات مربوط به نمونه پلاگهای انتخاب شده به منظور انجام تست حساسیت سنجی سرعت در جـدول ۲ آورده شـده است.

جدول :۲ خصوصیات نمونه مغزه های کربناته

cm cm

اطلاعات مینرالوژیکی نمونههای مختلف در جدول ۳ آورده شده است.

جدول :۳ خصوصیات نمونه مغزه های کربناته

Calcite Dolomite

(CaCO3) (CaMg(CO3)2)

Quartz

(SiO2)

۱ Critical Flow Rate 2 Base-Line Permeability

۴

سنجش حساسیت سازند کربناته فهلیان توسط تزریق…

۳-۲ سیستم تزریق آزمایشگاهی

سیستم تزریق نمونهها از یک قسمت نگهدارنده نمونه۳، مبدل فشار به منظور اندازهگیری افت فشار کلـی در طـول مغـزه و افت فشار مقطعی در طول مقاطع مغزه، پمپ پنوماتیکی به منظور اعمال فشار روباره۴ به روی غلاف لاستیکی۵ که بر روی نمونه مغزه قرار میگیرد، سیستم فشار برگشتی۶ که همانند فشار منفـذی عمـل کـرده و ظـرف جمـع آوری نمونـه سـیال

خروجی (شکل .(۱