مطالعات مهندسی مخزن میدان گازی سراجه به منظور ذخیره سازی گاز طبیعی

دسته زمین شناسی نفت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده روح اله حق زاده۱ ، بهمن بهلولی۲، علی حسنی۳
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

امروزه سهم گاز طبیعى در سبد مصرف انرژى کشور شدیدا در حال افزایش است. با توجه به اینکه منابع گاز کشور در فاصله قابل توجهى از مراکز جمعیتى واقع شده اند، مسئله ذخیره سازى گاز در مناطق مرکزى کشور و از جمله در تهران ضرورى به نظر مى رسد. مخزن گازى سراجه در نزدیکى قم یکى از این گزینه هاست. جهت قضاوت در مورد تناسب و یا عدم تناسب مخزن براى ذخیره سازى، اطلاع از خواص پتروفیزیکى مخزن و حجم گاز قابل ذخیره سازى لازم است. بدین جهت در این مطالعه خصوصیات پتروفیزیکى مخزن سراجه با استفاده از نمودارهاى ژئوفیزیکى چگالى، صوتى و NMR محاسبه گردیده و از روابط مختلف تجربى نیز براى محاسبه تخلخل استفاده شده است. تخلخل مؤثر به عنوان بخشى از مخزن که جهت ذخیره سازى قابل استفاده است در نظر گرفته شده است. حجم کل گاز برجاى مخزن معادل ۸/۵ میلیارد متر مکعب بر آورد شد. بیش از ۲۰% حجم برجاى مخزن جهت ذخیره سازى قابل استفاده  است. بنابراین ظرفیت ذخیره سازى مصنوعى گاز در میدان سراجه حدود ۳/۱ میلیارد متر مکعب برآورد مى شود.

 

Evaluating reservoir properties of Sarajeh gas field as a depleted basin for natural gas storage

 

Abstract

The consumption of natural gas has a growing rate in the global as well as our domestic market. Natural gas reservoirs are mainly located far from the consumption centers.  On the other hand, the consumption has not been distributed evenly throughout the year. Thus, a secure gas supply to the market requires constructing natural gas storages. One of the candidates for such storage is the Sarajeh gas field in southeastern Qum۱:place>. We have studied petrophysical and engineering properties of this field to explore its feasibility as gas storage. The total volume of hydrocarbon in place of the Sarajeh gas field is estimated to be ۵.۸ billion m۳ of which about ۲۰ % will be available as gas storage. Therefore, the volume for storing natural gas is estimated around ۱.۳ billion m۳.۱>

1- مقدمه

محدودیت منابع نفتی، ذخایر نسبتا وسیع منابع گاز طبیعی و آلودگی کمتر آن سبب شده است که بازار مصرف جهانی رغبت بیشتری به مصرف گاز طبیعی نشان دهد. از میادین فعال گازی در تمام فصول سال گاز طبیعی تولید می کنند ولی مصرف آن در فصول مختلف متفاوت است. علاوه بر این فاصله میادین گازی تا مراکز جمعیتی و بازار مصرف زیاد است. به همین دلیل مسئله ذخیره سازی گاز طبیعی همچون دیگر سوختهای فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین در فصل تابستان که مصرف گاز طبیعی کمتر است، گاز تولیدی در مخازنی که بدین منظور احداث شده اند ذخیره و در فصل سرما مجددا تولید می شود.

احداث مخازن سطحی به خاطر حجم محدود و هزینه بالای آنها جهت ذخیره سازی گاز طبیعی مناسب نمی باشند. ذخیره سازی گاز در ساختمانهای زیرزمینی از قبیل مخازن تخلیه شده نفت و گاز، سفره های عمیق آب زیرزمینی یا مخازن حفره ای ایجاد شده در گنبدهای نمکی انجام می گردد. در کشورهائی که گاز طبیعی بخش قابل توجهی از سبد مصرف انرژی آنها را تشکیل می دهد تعداد زیادی از این مخازن احداث شده است. تاکنون در کشور ما ذخیره سازی گاز در مخازن زیرزمینی انجام نشده است و چنین مطالعاتی نسبتا نو هستند. شرکت ملی گاز ایران در نظر دارد امکان ذخیره سازی 10 میلیارد متر مکعب گاز طبیعی را در کشور فراهم سازد. گزینه های مد نظر نیز عبارتند از طاقدیس سراجه، مخزن یورتشا در ورامین و مخازنی در گرمسار، ایوانکی، دشت مغان و تبریز.

 در این تحقیق، طاقدیس سراجه مطالعه شده و پارامترهای پتروفیزیکی آن در چاههای موجود محاسبه و سپس به کل مخزن تعمیم داده شده اند. ضمن انجام تصحیحات لازم، مقدار تخلخل مؤثر که در واقع حجم قابل جایگزینی با گاز طبیعی است محاسبه شده است.

 

2- مشخصات میدان گازی سراجه

ساختمان سراجه طاقدیسی است به ابعاد 5*25 کیلومتر که در 45 کیلومتری جنوب شرق شهر قم قرار دارد (شکل 1). این میدان در نهشته های الیگومیوسن (سازند کربناته قم) قرار گرفته و با سازند قرمز بالائی به سن میوسن پوشیده شده است. در این ناحیه سازند قم شامل واحد های   a تا  F  است ولی در خود میدان سراجه واحد F وجود ندارد. سنگ مخزن و تنها بخش تولیدی میدان سراجه واحدe  سازند قم است. طاقدیس سراجه منظم و با جهت یافتگی شمال غرب-جنوب شرق بوده و محور طولی آن دارای امتداد N120° است (شکل 2). ویژگی دیگر ساختمان سراجه وجود یک گسل تراستی با جهت شیب جنوب غربی است که در روی یال جنوبی آن قرار دارد.

تا کنون 9 حلقه چاه در این ساختمان حفر شده است که چاههای 2، 3، 5 و 8 تولیدی بوده و بقیه متروکه هستند. در میان چاههای حفاری شده، چاه شماره 8 دارای کاملترین نمودارهای ژئوفیزیکی و مغزه هاست. هیدروکربور مخزن سراجه شامل گاز به همراه مقدار قابل توجهی میعانات گازی (Gas Condensate) است (باغبانی و همکاران 1375). گاز آن از نوع شیرین فاقد H2S بوده دارای حدود 80% متان و 6% اتان می باشد. کل ذخیره بر جای آن 5/9 میلیارد متر مکعب و ذخیره قابل استحصال آن حدود 7 میلیارد متر مکعب بر آورد می گردد ((Sofregas, 2001a. از این میدان روزانه 300 هزار متر مکعب گاز شیرین و 400 بشکه میعانات گازی استحصال می شود.

 

3- روش کار

جهت تعیین پارامترهای مخزنی از داده های زیر استفاده شده است:

1- نمودارهای ژئوفیزیکی                           2- تخلخل مغزه حاصل از پلاگ

3- مطالعات پتروفاسیس بر روی مغزه ها         4- داده های شکسستگی مخزن

لاگهای ژئوفیزیکی مورد مطالعه عبارت از: لاگهای مقاومت(LLS ، LLD ، MSFL )، نوترون (NPHI) ، چگالی ((RHOB، صوتی ((DT، پرتو گامای تصحیح شده (CGR)، کالیپر و برخی اطلاعات تکمیلی از قبیل مقاومت فیلتره گل حفاری ((Rmf، مقاومت آب سازندی (Rw) و دمای سازندی می باشند.

 

4- محاسبه تخلخل در سازندهای شیلی با استفاده از لاگ چگالی

محاسبه تخلخل ظاهری لاگ چگالی با استفاده از:

(1)                                                                                       

 

تخلخل ظاهری شیل از رابطه (2) محاسبه می شود:

   (2)                                                                                             محاسبه تخلخل لاگ چگالی با تصحیح اثر شیلی:

   (3)                                                                                

تخلخل تصحیح شده لاگ چگالی تقریبأ با تخلخل مؤثر برابر است:

(4)                                                                                                          

 تخلخل ظاهری محاسبه شده برای هر نقطه از اینتروال مخزنی با استفاده از لاگ چگالی،  تخلخل لایه شیلی با استفاده از لاگ چگالی،  به ترتیب چگالی ماتریکس، شیل، سیال و چگالی خوانده شده بر روی لاگ می باشند.  حجم شیل،  چگالی خوانده شده بر روی لاگ چگالی که اثر شیل آن تصحیح شده است،       تخلخل محاسبه شده به وسیله لاگ چگالی که تصحیح شیل انجام گرفته است.

 

5-  محاسبه تخلخل در سازندهای شیلی با استفاده از لاگ نوترون

لاگ نوترون برای حذف اثرات محیطی چاه (فشار، گل حفاری و ...) و تغییرات ماتریکس نسبت به آهک (با توجه به اینکه لاگ نوترون براساس آهک کالیبره شده است)، نیاز به تصحیح دارد:

تخلخل نوترونی که اثرات محیطی و ماتریکسی آن برای هر نقطه ای از اینتروال مخزنی تصحیح شده است:

(5)                                                                                 

تخلخل نوترونی که اثرات محیطی و ماتریکسی آن برای لایه شیلی تصحیح گردیده است:

(6)                                                                               

تخلخل لاگ نوترون که اثر شیل آن تصحیح شده است:

(7)                                                                              

(8)                                                                                                        

اگرباشد در این صورتدر نظر گرفته می شود.

 تخلخل نوترونی که اثرات محیطی و ماتریکسی آن تصحیح شده است،تخلخل لاگ نوترون که براساس آهک کالیبره شده است،اثرات محیطی چاه،اختلاف ماتریکس با آهک،تخلخل لاگ نوترون که اثر شیل آن تصحیح شده،حجم شیل،تخلخل لایه شیلی در روی لاگ نوترون و  تخلخل مفید است.

محاسبه تخلخل ظاهری سازندهای شیلی از روی لاگ سونیک () نیز امکان پذیر است.

 

6- حجم شیل (Shale Volume = )

حجم شیل که به Vsh نشان داده می شود شامل مجموع حجم ذرات رس خشک، سیلت و آب باندی رسهاست و بر روی خصوصیات پتروفیزیکی نظیر تخلخل و آب اشباع شدگی حاصل از آنالیز لاگ ها تأثیر می گذارد. بهترین روش محاسبه حجم شیل استفاده از لاگ پرتو گامای تصحیح شده (CGR) می باشد. محاسبات حجم شیل در بخش مخزنی صورت گرفت و نتایج آن در شکل 2 آورده شده است.

 

7- تخلخل مؤثر (Effective Porosity)

تخلخل مؤثر یا فضای خالی مرتبط، به عنوان نسبت حجم فضای خالی مرتبط به حجم کل توده سنگ تعریف می شود. اگر  باشد، رابطه مورد استفاده برای حذف اثر گاز و محاسبه تخلخل مؤثر به صورت زیر خواهد بود:

(9)                                                                                         

ولی اگریعنی سازند محتوی آب یا نفت باشد، می توان تخلخل مؤثر را از رابطه زیر بدست آورد:

(10)                                                                                             

بطور کلی اثر هیدروکربن بر روی لاگ سونیک کم بوده و قابل چشم پوشی است. با این حال می توان از روابط زیر برای تصحیح هیدروکربن استفاده کرد (Rezaee, 1997).

اگر هیدروکربن نفت باشد:

(11)                                                                                                 

و اگر هیدروکربن گاز باشد:

(12)                                                                                                

 تخلخل تصحیح شده هیدروکربن (گاز یا نفت)،تخلخل نوترون تصحیح شده نسبت به شیل،تخلخل چگالی تصحیح شده نسبت به شیل،تخلخل سونیک تصحیح شده نسبت به شیل است.

 

بدین ترتیب تخلخل مؤثر با استفاده از آنالیز لاگ های ژئوفیزیکی (نوترون، چگالی و صوتی) محاسبه گردید. از لاگ های چگالی و نوترون تخلخل کل سنگ (که شامل تخلخل اولیه و ثانویه است) محاسبه شد. لاگ صوتی فقط تخلخل اولیه سنگ را اندازه گیری می کند. از تفاوت بین این دو، میزان تخلخل ثانویه نیز محاسبه گردید.

نتایج محاسبات فوق‌الذکر برای هر نقطه از اینتروال مخزنی چاه شماره 8 به کمک نرم افزار LogPlot2003  در شکل 3  ترسیم گردید. ستون های شکل از چپ به راست عبارتند از :

·                    عمق بر حسب متر از ارتفاع Kelly Bushing (m/KB) در محور عمودی سمت چپ

·        لاگ های کالیپر (Caliper) و پرتو گاما (CGR) در ستون یک و تفکیک زون های دانه افزون از گل افزون با استفاده از حد API 30

·                    رسم لاگ های چگالی (RHOB) و نوترون (NPHI) در کنار هم و نمایش اثر گاز و شیل در زون های مخزن

·                    میزان لاگ فتوالکتریک (‍Pe) در حدود 5 که نشان دهنده سنگ آهک بودن اینتروال مخزنی است.

·                    عدم انحراف لاگ DRHO به میزان بیش ازدلیل بر صحت لاگ چگالی (RHOB) 

·        مقدار تخلخل مؤثر ()، تخلخل ثانویه (PHIsec) و تخلخل اولیه PHIprim)) اینتروال مخزنی بر حسب درصد در ستون سوم

·                    میزان حجم شیل (Vshale)، ماتریکس (Matrix) و تخلخل مؤثر () بر حسب درصد در ستون چهارم

 

8- مطالعات مغزه

در این مطالعه از 40 نقطه اطلاعاتی مغزه (تخلخل و تراوایی) در چاه شماره 8 ((S-8 سراجه استفاده شد. این اطلاعات حاصل عملیات مغزه گیری در واحد e سازند قم ( سنگ مخزن گازی) به ضخامت 8/164 متر   است ((Sofregas, 2001b.

براساس توصیف مغزه‌ای تخلخل درشت در نمونه ها دیده نمی شود و شکستگی ها بیشتر در قسمت بالایی اینتروال مخزنی قرار گرفته اند. انواع تخلخل شامل بین بلوری ریز، حفره ای و حاصل از شکستگی می باشد.

مطالعات مغزه چاه شماره 8 نشان می دهد که شکستگی ها در قسمت فو قانی مخزن از عمق 2476 تا 2545 متری قرار گرفته اند.  از نظر ابعاد، حداکثر طول شکستگی ها در روی دیواره چاه حدود یک متر می باشد. شکل شکستگی ها بصورت خط مستقیم یا منحنی بوده و عرض بازشدگی آنها بین 2/0 تا 20 میلی متر تغییر می کند. تراوایی عمودی ماتریکس سنگ کمتر از تراوایی افقی آن است. دلیل این امر ممکن است بخاطر وجود سد های تراوایی و لایه های شیلی به موازات لایه بندی باشد. تخلخل مغزه در بیشتر بخش‌های سنگ مخزن 4 تا 6% ، که حداقل آن 8/1% و حداکثر 10% می باشد. تخلخل و تراوایی اندازه گیری شده در جدول 1 آورده شده است.

 

 

 

9- محاسبه ذخیره هیدروکربن

حجم ذخیره هیدروکربن با استفاده از اطلاعات نمودارهای ژئوفیزیکی، داده های لرزه ای و اطلاعات حفاری چاهها که منجر به تشخیص ارتفاع پوش سنگ، سطح گاز- نفت و سطح نفت- آب می گردد، تعیین می شود. در مخزن مورد مطالعه به دلیل عدم وجود نفت، گاز مستقیمأ در تماس با آب قرار می گیرد. برداشت چندین خط لرزه ای در این ساختمان امکان تهیه نقشه سه بعدی میدان را فراهم ساخته است. با استفاده از این نقشه و خصوصیات پتروفیزیکی از قبیل تخلخل و درجه اشباع شدگی حجم مخزن محاسبه می شود.

9-1- حجم مخزن

با استفاده از نقشه های هم ضخامت می توان حجم مخزن را محاسبه نمود. بعد از حفاری چاه های متعدد، امکان تهیه نقشه های هم ضخامت (Isopach map) مخزن سراجه فراهم شده است. متداول ترین روش برای محاسبه حجم سنگ مخزن، استفاده از نقشه های هم ضخامت و بکار بردن قاعده ترپوزویدال (Trapezoidal Rule) است:

  Vحجم کل مخزن،h فاصله منحنی ها، A0 سطح در بر گرفته شده توسط منحنی صفر، A1 سطح در بر گرفته شده توسط اولین منحنی،An-1 سطح در بر گرفته شده توسط منحنی ماقبل بالاترین منحنی، An سطح در بر گرفته شده توسط فوقانی ترین منحنی و hn فاصله عمودی از فوقانی ترین منحنی تا بالای مخزن است.

با استفاده از نرم افزار Surfer8 نقشه های هم ضخامت ترسیم و حجم سنگ مخزن محاسبه گردید. با توجه به تخلخل مؤثر مخزن ، حجم گاز آن در شرایط استاندارد معادل 8/5 میلیارد متر مکعب بر آورد شد. با استفاده از داده های فشار و حرارت مخزن، ترکیب گاز و ضریب انبساط حجمی آن مقدار گاز قابل ذخیره سازی حدود 23 % کل ذخیره برجا می باشد. این حجم در صورتی است که فشار مخزن تا 160 bar  پایین آورده شود. چنانچه افت فشار بیش از این مقدار باشد، تولید میعانات گازی مخزن با مشکل مواجه خواهد شد. بدین ترتیب حجم قابل استفاده جهت ذخیره سازی و تولید مجدد حدود 3/1 میلیارد متر مکعب خواهد بود.

 

10- نتیجه گیری

 خواص پتروفیزیکی مخزن گازی سراجه با استفاده از نمودارهای ژئوفیزیکی و مقایسه آنها با اطلاعات حاصل از مغزه تعیین گردید. لاگهای ژئوقیزیکی از قبیل چگالی، نوترون و صوتی جهت تعیین تخلخل و لاگ پرتو گامای تصحیح شده جهت محاسبه حجم شیل بکار گرفته و تجزیه و تحلیل شدند. براساس مطالعات لاگ و مغزه کیفیت سنگ مخزن از لحاظ تخلخل، ضعیف ارزیابی می شود. همچنین ن

کلید واژه ها: مهندسیمخزن میدانگازیسراجه گازطبیعی زمین شناسی نفت قم