دورة في النظام ألأنتاجي النفطي

بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
هذه دورة في النظام ألأنتاجي النفطي

• النظام الانتاجي النفطي
• مخطط الجريان للمكامن المشبعة
• علاقة أدائية الجريان ( دليل الانتاجية للمكامن المشبعة ) IPR
• علاقة أدائية الجريان للطورين ( النفط والغاز )
• كفاءة أدائية الجريان
• تأثيرات التضرر الطبقي Skin effects
• عمليان الاستصلاح Gravel pack completion
• إنجاز حفر البئر Well Bore Perfrenace
• تخمين الانتاجية
• رأس البئر والجريان في الخطوط
• فحص الابار
• تحليل توزيع الضغط
• عملية الجس
• عمليات التحميض
• تحضيرات تحميض الصخور الرملية
• تحضيرات تحميض الصخور الكاربونية
• ميكانيكية التشقق الهيدروكيلي
• تحليل إسراف الانتاجية
• الدفع بالغاز
• مضخات مساعدة بالرفع بالغاز
• عازلات المواقع
• نقل المواقع



النظام الأنتاجي النفطي Petroleom production system



يتكون من :-
1. استكشاف وانتاج النفط Petroleum exploration production
2. نظام الانتاجي Production engineer
3. هندسة الانتاج Production engine

أولاً : استكشاف وانتاج النفط يتطرق الى كيفية استكشاف النفط بالطرق الحديثة وهي :-
1. الاستكشاف النفطي التي يتم بطريقة المسوحات الجيوفيزيائية وهي :-
• الطريقة الجاذبية , الطريقة الكهربائية , الطريقة المغناطيسية , طريقة المسح الزلزالي .
• معالجة وتفسير معلومات المسح الزلزالي
• فتات عمليات الحفر
• الفحص الطبقي DST (Drill stem testing) وطاقة الدفع page zone
• تحديد الحقل الاحتياطي النفطي

2. إستثمار النفط Petroleum exploration ويتم بالاعتماد على :-
• تطوير وتنشيط الآبار المحفورة Pevelopment & infill well drilling
• معالجة وتقييم المعلومات بواسطة جس الابار formation evaluation.
• هندسة المكائن Reservoir engineering
• هندسة الأنتاج Production engineering

ثانياً : نظام الأنتاج ويتكون من :-
• المكمن Reservoir
• البئر Well
• راس البئر Wellhead
• شجرة الميلاد Christians tree
• الخانق Choke
• أنابيب الجريان Flow line
• العازلات

المكمن :- عبارة عن مكان تواجد النفط داخل الصخور الخازن للنفط وتصنف المكمن بالاعتماد على :-

1. النظرة الجيولوجية
2. المواد الهيدروكاربونية H.C
3. ميكانيكية طاقة الدفع للموائع

أنواع المكامن حسب المواد الـ (h.c) والتي لها علاقة مباشرة بالضغط والحرارة :-
1. مكامن الغاز الجاف Dry Gas res.
2. مكامن الغاز الرطب Wet Gas res.
3. مكامن الغازات المتكثفة Retrograde Gas res.
4. مكامن النفط الاسود Black oil res.
5. مكامن النفط المتطاير Volatile oil res.

ويمكن توضيح هذه المكامن الهيدروكاربونية بمنحني يمثل العلاقة بين الضغط المكمني والحرارة المكمنية :-

تصنف المكامن حسب قوة الدفع الى :-
1. مكامن حجمية Volumetric rese : يتم الانتاج بالاعتماد على طاقة المكمن للانتاج حيث لايوجد غير الغاز الذائب كطاقة انتاج النفط .
2. مكامن الدفع بقوة الغاز (القبة الغازية ) Gas Cap Draive
3. مكامن الدفع بقوة الماء المكمني ( Water Drive reservoir )

تصنف الآبار الأنتاجية Production well classic fication
1. بئر مفتوح الجريان Open Hole
2. آبار شقية (الخطية) Slotted Line
3. آبار فتح في منطقة رملية Gravel Pack
4. الأبار المبطنة المثقبة Cemented cased and perforated





رأس ا لبئر :- عبارة عن مجموعة من الصمامات ومزود بمقاييس لقياس الضغط ويربط على بطاقة البئر .

شجرة الميلاد :- Christmas tree عبارة عن مجموعة من الصمامات على شكل شجرة الميلاد وتحتوي على مقاييس الضغط ويربط عليه انبوب الخانق Choke .

الخانق :- Choke هو صمام خانق يسيطر على معدل الجريان .

العازلات :- عبارة عن وعاء باشكال مختلفة كروية او افقية او عمودية وباحجام مختلفة اعتمادا على القدرة التصميمية للعازلات وتكون اما عازلات ذات طورين ( غاز/ نفط ) اوثلاثة أطوار ( غاز / نفط / ماء ) .
________________________________________

أنواع الجريان في المكامن النفطية

بالنسبة للجريان في الوسط المسامي تطرقنا للجريان الهندسي ويكون على ثلاثة انواع :-
1. جريان خطي lines flow في الابار المفتوحة O.H
2. جريان شعاعي Radial flow
3. جريان كروي Spherical flow ويكون في الابار المثقبة .

ملاحظة : في هندسة النفط يفضل الجريان الخطي والشعاعي لانه يعطي انتاجية أعلى .


علاقة الضغط مع الزمن ونصف قطر البئر :-

هناك ثلاثة حالات جريان يمثل وضعية المكمن :
1. الحالة المستقرة Steady state (SSF) حيث يكون p/∂t = 0∂ في الابار ذات الدفع القوي والجريان يحصل نتيجة فرق في الضغط (Pi – Pwf ) حيث Pi ضغط المكمني (الابتدائي) وPwf ضغط قاع البئر فلذلك في هذه الحالة (المستقرة) يكون الانتاج في t1 نفسه t2,t3,……..)) فعندما يكون Pوt ثابت فالمشتقة الجزيئية لهما تساوي صفر . وافضل تمثيل رياضي لهذه الحالة هو قانون دارسي Darcys low :

Ф/µ ∂ S ∂ U= K حيث : U = velocity
K = النفاذية و µ = اللزوجة الحركية و Ф = الجهد Potential و S = طول عمود المائع
K/ µ = الحركية mobility .
ومن هذه المعادلة العامة تم اشتقاق معادلة معدل الجريان للحالة المستقرة

qo= 7.08*10-3 Kh (Pi-Pwf)/µoBo{Ln(re/rw)}

حيث qo معدل الجريان و K النفاذية و h سمك الطبقة المنتجة وµo لزوجة المائع و Bo معامل التكوين الحجمي
و re نصف قطر الطبقة المنتجة و rw نصف قطر البئر .
وتتناسب معدل الجريان طرديا مع النفاذية وسمك الطبقة وعكسيا مع اللزوجة ومعامل التكوين الحجمي .

2. الحالة الغير مستقرة Unsteady state USSF
في هذه الحالة p/∂t = exit ∂ (موجود) أي ان هناك تغير الضغط بمرور الزمن بسبب عدم وجود تعويض بالنقص الحاصل في الضغط المكمني وتستخدم معادلة الانتشارية تحديدا لهذه الحالة Diffusivity equation
2ρ/∂r2 + ∂ρ/∂r * 1/r = ФµC/K *∂ρ/∂t ∂
وهناك حلين في الهندسة النفطية لهذه المعادلة :-
• الحل الاول : Constant terminal rate (CTR)
• الحل الثاني : Constant terminal pressure (CTP)

3. الحالة الشبه مستقرة أو الزائفة Pseudo steady state (PSSF)
وتكون في هذه الحالة :-
• ليس هناك Flow Boundry جريان من المحيط نتيجة المدافع .
• علاقة ∂ρ/∂t = constant
• مكامن ذات نزول سريع للحفظ

علاقة أدائية الجريان
Inflow Perfomance Relation ship

هو علاقة او منحني بين الجريان (q) وبين الضغط المكمني (ρwf) والـ IPR هو دالة للـ (q) .
لحساب IPR نحتاج حساب دليل الانتاجية (PI) Production index (J) .
ونحسب قيمة (J) من معرفة معدل الجريان (q) وكذلك فرق الضغط بين ضغط الطبقة وضغط البئر بعد ذلك نقوم برسم العلاقة بين الـ (q) والـ ( ρwf) .
حيث يكون معدل الجريان (q) دالة لضغط الطبقة ( ρwf)
منقول للامانة

= الضغط الابتدائي الكلي
Ρwf= ضغط البئر

ملاحظة :-
1. حيث ان العلاقة تكون بشكل خط مستقيم وذلك بسبب ان لدينا حالة طور واحد .
2. عندما يكون ρwf PI= فعندها q=0
3. J=q/Δp

ومن المعادلة أعلاه نلاحظ ان التناسب طردي بين الجريان ودليل الانتاجية وعكسيا مع الضغط .
حيث :- جريان انتقالي for TF ρwf Δp = ρi-
Δp = ρe- ρwf for SSF
Δp = ρ-ρwf for PSS
Theoratical Models :-

qo= 7.08*10-3 Kh (Pi-Pwf)/µoBo{Ln(re/rw+s)}

حيث يتم السيطرة على قيمة الـ ρwf وزيادتها بواسطة الـ Backer اما بقية القيم فلا نستطيع تغييرها فهي ثابتة في المعادلة .

________________________________________

ألـ IPR بالنسبة لـطورين reservoir 2- phace
وتم حسابها من معادلة فوكل :-
qo= qomax.{1-0.2(ρwf/ρ)-0.8(ρwf/ρ)2}
حيث أن :-
qomax = √ρ/1.8 وكذلك بالنسبة لـ PSSF

J= Ko h (Pi-Pwf)/191.2µoBo{Ln(re/rw-3/4+s)}

وتم تطوير معادلة فوكل من قبل العالم Fet Kovich الى أن تم التوصل الى معادلة فوكل العاملة وحسب الشكل الآت
التضرر الطبقي Skin effects

في احيان كثيرة يتاثر معدل الجريان نتيجة التضرر في الطبقة المنتجة بسبب :-
1. في آبار حقن الماء Injection حيث يتداخل الماء المحقون مع الماء المكمني مما يؤدي الى حدوث ترسبات وانسداد في الطبقة المنتجة Production .
2. اذا كان مستوى الانتاج في الطبقة المنتجة والقريبة من الماء فيحصل الضرر فيكون الانتاج جزئي .
3. عمليات التسميت وعند التثقيب للانتاج (Ccementing).
4. استخدام سوائل الحفر وسوائل عمليات اكمال البئر (Completion)
5. عمليات طحن الصخور خلال عمليات الحفر (Drilling)
وتحسب قيمة الضرر من قانون هاوكنز (Skin effect)
S = (K/Ks-1)lnrs/rw

حيث K نفاذية الاولية و Ks نفاذية الطبقة بعد الاكمال والحفر , rw نصف قطر البئر وهذه المعادلة وضعت من قبل العالم هاوكنز بالاستناد الى معادلة دارسي حيث كلما تكون قيمة Ks اكبر من K فان قيمة S تكون موجبة أي حصول تضرر طبقي وعندما تكون Ks مساوية الى K فان قيمة S تكون صفر أي عدم حصول تضرر طبقي وعندما تكون قيمة Ks اصغر من قيمة K فان قيمة S تكون سالبة أي ان هناك عملية انعاش او تنشيط للبئر .
________________________________________

الضرر الطبقي الكلي Skin Cmoponents
هو الضرر الناتج نتيجة مجموعة من العوامل وممثلة بالمعادلة التالية :-

S = Sd + Sc+o + Sp + ∑Spseudo
حيث ان :-
S الضرر الكلي .
Sp ضرر سوائل الحفر وعمليات الاكمال damage skin
Sc+o الضرر النتاتج عن استصلاح جزئي للبئروالتشوه Skin due to partial completion and slant
Sp الضرر الناتج عن عمليات التثقيب والتي تسبب انسداد لفتحات الطبقة Perforation Skin
Spseudo التضرر الناتج من تحول (طور واحد) الى طورين Pseudo skin from rate depend phase – dependent converging skin.



عمليات الاستصلاح General Pack Completion

هي احد انواع عمليات الاستصلاح وذلك برص رمل بحجم جزيئات الرمل الموجود في الطبقة المنتجة لما لها من تاثيرات :-
1. الرمل مادة تسبب التعرية Erossion للانابيب والمعدات وبمرور الوقت يترسب هذه الدقائق في راس البئر ومن ثم المنشآت السطحية .
2. عندما يتحرك دقائق الرمل من مكانها وتسبب نشوء فراغ بين اطراف البطانة وبالتالي قد يؤدي الى تهدم المنطقة المحيط بها .
وأحد حلولها هي Gravel pack
حيث ان الخطوة الاولى في هذه العملية يتم تحديد الحجم لحبيبات الرمل وعلى ضوء هذه العملية يتم حقن الرمل بحجم حبيبي اكبر من حجم الرمل في المنطقة المنتجة ويتم عملية تثبيت حبيبات الرمل بالاستعانة لمواد مثل CMC من المكمن (كاربوكسي مثيل سليلوز) لزيادة لزوجة الماء ويضاف مواد اخرى لاسترجاع مادة CMC من المكمن وتتم بمراحل هي :-

أ‌- Gravel pack placement
ب‌- Gravel and screen design
ت‌- Productivity of Gravel packed well
ث‌- Gravel pack evaluation

= الضغط الابتدائي الكلي
Ρwf= ضغط البئر

ملاحظة :-
1. حيث ان العلاقة تكون بشكل خط مستقيم وذلك بسبب ان لدينا حالة طور واحد .
2. عندما يكون ρwf PI= فعندها q=0
3. J=q/Δp

ومن المعادلة أعلاه نلاحظ ان التناسب طردي بين الجريان ودليل الانتاجية وعكسيا مع الضغط .
حيث :- جريان انتقالي for TF ρwf Δp = ρi-
Δp = ρe- ρwf for SSF
Δp = ρ-ρwf for PSS
Theoratical Models :-

qo= 7.08*10-3 Kh (Pi-Pwf)/µoBo{Ln(re/rw+s)}

حيث يتم السيطرة على قيمة الـ ρwf وزيادتها بواسطة الـ Backer اما بقية القيم فلا نستطيع تغييرها فهي ثابتة في المعادلة .

________________________________________

ألـ IPR بالنسبة لـطورين reservoir 2- phace
وتم حسابها من معادلة فوكل :-
qo= qomax.{1-0.2(ρwf/ρ)-0.8(ρwf/ρ)2}
حيث أن :-
qomax = √ρ/1.8 وكذلك بالنسبة لـ PSSF

J= Ko h (Pi-Pwf)/191.2µoBo{Ln(re/rw-3/4+s)}

وتم تطوير معادلة فوكل من قبل العالم Fet Kovich الى أن تم التوصل الى معادلة فوكل العاملة وحسب الشكل الآت
التضرر الطبقي Skin effects

في احيان كثيرة يتاثر معدل الجريان نتيجة التضرر في الطبقة المنتجة بسبب :-
1. في آبار حقن الماء Injection حيث يتداخل الماء المحقون مع الماء المكمني مما يؤدي الى حدوث ترسبات وانسداد في الطبقة المنتجة Production .
2. اذا كان مستوى الانتاج في الطبقة المنتجة والقريبة من الماء فيحصل الضرر فيكون الانتاج جزئي .
3. عمليات التسميت وعند التثقيب للانتاج (Ccementing).
4. استخدام سوائل الحفر وسوائل عمليات اكمال البئر (Completion)
5. عمليات طحن الصخور خلال عمليات الحفر (Drilling)
وتحسب قيمة الضرر من قانون هاوكنز (Skin effect)
S = (K/Ks-1)lnrs/rw

حيث K نفاذية الاولية و Ks نفاذية الطبقة بعد الاكمال والحفر , rw نصف قطر البئر وهذه المعادلة وضعت من قبل العالم هاوكنز بالاستناد الى معادلة دارسي حيث كلما تكون قيمة Ks اكبر من K فان قيمة S تكون موجبة أي حصول تضرر طبقي وعندما تكون Ks مساوية الى K فان قيمة S تكون صفر أي عدم حصول تضرر طبقي وعندما تكون قيمة Ks اصغر من قيمة K فان قيمة S تكون سالبة أي ان هناك عملية انعاش او تنشيط للبئر .
________________________________________

الضرر الطبقي الكلي Skin Cmoponents
هو الضرر الناتج نتيجة مجموعة من العوامل وممثلة بالمعادلة التالية :-

S = Sd + Sc+o + Sp + ∑Spseudo
حيث ان :-
S الضرر الكلي .
Sp ضرر سوائل الحفر وعمليات الاكمال damage skin
Sc+o الضرر النتاتج عن استصلاح جزئي للبئروالتشوه Skin due to partial completion and slant
Sp الضرر الناتج عن عمليات التثقيب والتي تسبب انسداد لفتحات الطبقة Perforation Skin
Spseudo التضرر الناتج من تحول (طور واحد) الى طورين Pseudo skin from rate depend phase – dependent converging skin.



عمليات الاستصلاح General Pack Completion

هي احد انواع عمليات الاستصلاح وذلك برص رمل بحجم جزيئات الرمل الموجود في الطبقة المنتجة لما لها من تاثيرات :-
1. الرمل مادة تسبب التعرية Erossion للانابيب والمعدات وبمرور الوقت يترسب هذه الدقائق في راس البئر ومن ثم المنشآت السطحية .
2. عندما يتحرك دقائق الرمل من مكانها وتسبب نشوء فراغ بين اطراف البطانة وبالتالي قد يؤدي الى تهدم المنطقة المحيط بها .
وأحد حلولها هي Gravel pack
حيث ان الخطوة الاولى في هذه العملية يتم تحديد الحجم لحبيبات الرمل وعلى ضوء هذه العملية يتم حقن الرمل بحجم حبيبي اكبر من حجم الرمل في المنطقة المنتجة ويتم عملية تثبيت حبيبات الرمل بالاستعانة لمواد مثل CMC من المكمن (كاربوكسي مثيل سليلوز) لزيادة لزوجة الماء ويضاف مواد اخرى لاسترجاع مادة CMC من المكمن وتتم بمراحل هي :-

أ‌- Gravel pack placement
ب‌- Gravel and screen design
ت‌- Productivity of Gravel packed well
ث‌- Gravel pack evaluation

= الضغط الابتدائي الكلي
Ρwf= ضغط البئر

ملاحظة :-
1. حيث ان العلاقة تكون بشكل خط مستقيم وذلك بسبب ان لدينا حالة طور واحد .
2. عندما يكون ρwf PI= فعندها q=0
3. J=q/Δp

ومن المعادلة أعلاه نلاحظ ان التناسب طردي بين الجريان ودليل الانتاجية وعكسيا مع الضغط .
حيث :- جريان انتقالي for TF ρwf Δp = ρi-
Δp = ρe- ρwf for SSF
Δp = ρ-ρwf for PSS
Theoratical Models :-

qo= 7.08*10-3 Kh (Pi-Pwf)/µoBo{Ln(re/rw+s)}

حيث يتم السيطرة على قيمة الـ ρwf وزيادتها بواسطة الـ Backer اما بقية القيم فلا نستطيع تغييرها فهي ثابتة في المعادلة .

________________________________________

ألـ IPR بالنسبة لـطورين reservoir 2- phace
وتم حسابها من معادلة فوكل :-
qo= qomax.{1-0.2(ρwf/ρ)-0.8(ρwf/ρ)2}
حيث أن :-
qomax = √ρ/1.8 وكذلك بالنسبة لـ PSSF

J= Ko h (Pi-Pwf)/191.2µoBo{Ln(re/rw-3/4+s)}

وتم تطوير معادلة فوكل من قبل العالم Fet Kovich الى أن تم التوصل الى معادلة فوكل العاملة وحسب الشكل الآت
التضرر الطبقي Skin effects

في احيان كثيرة يتاثر معدل الجريان نتيجة التضرر في الطبقة المنتجة بسبب :-
1. في آبار حقن الماء Injection حيث يتداخل الماء المحقون مع الماء المكمني مما يؤدي الى حدوث ترسبات وانسداد في الطبقة المنتجة Production .
2. اذا كان مستوى الانتاج في الطبقة المنتجة والقريبة من الماء فيحصل الضرر فيكون الانتاج جزئي .
3. عمليات التسميت وعند التثقيب للانتاج (Ccementing).
4. استخدام سوائل الحفر وسوائل عمليات اكمال البئر (Completion)
5. عمليات طحن الصخور خلال عمليات الحفر (Drilling)
وتحسب قيمة الضرر من قانون هاوكنز (Skin effect)
S = (K/Ks-1)lnrs/rw

حيث K نفاذية الاولية و Ks نفاذية الطبقة بعد الاكمال والحفر , rw نصف قطر البئر وهذه المعادلة وضعت من قبل العالم هاوكنز بالاستناد الى معادلة دارسي حيث كلما تكون قيمة Ks اكبر من K فان قيمة S تكون موجبة أي حصول تضرر طبقي وعندما تكون Ks مساوية الى K فان قيمة S تكون صفر أي عدم حصول تضرر طبقي وعندما تكون قيمة Ks اصغر من قيمة K فان قيمة S تكون سالبة أي ان هناك عملية انعاش او تنشيط للبئر .
________________________________________

الضرر الطبقي الكلي Skin Cmoponents
هو الضرر الناتج نتيجة مجموعة من العوامل وممثلة بالمعادلة التالية :-

S = Sd + Sc+o + Sp + ∑Spseudo
حيث ان :-
S الضرر الكلي .
Sp ضرر سوائل الحفر وعمليات الاكمال damage skin
Sc+o الضرر النتاتج عن استصلاح جزئي للبئروالتشوه Skin due to partial completion and slant
Sp الضرر الناتج عن عمليات التثقيب والتي تسبب انسداد لفتحات الطبقة Perforation Skin
Spseudo التضرر الناتج من تحول (طور واحد) الى طورين Pseudo skin from rate depend phase – dependent converging skin.



عمليات الاستصلاح General Pack Completion

هي احد انواع عمليات الاستصلاح وذلك برص رمل بحجم جزيئات الرمل الموجود في الطبقة المنتجة لما لها من تاثيرات :-
1. الرمل مادة تسبب التعرية Erossion للانابيب والمعدات وبمرور الوقت يترسب هذه الدقائق في راس البئر ومن ثم المنشآت السطحية .
2. عندما يتحرك دقائق الرمل من مكانها وتسبب نشوء فراغ بين اطراف البطانة وبالتالي قد يؤدي الى تهدم المنطقة المحيط بها .
وأحد حلولها هي Gravel pack
حيث ان الخطوة الاولى في هذه العملية يتم تحديد الحجم لحبيبات الرمل وعلى ضوء هذه العملية يتم حقن الرمل بحجم حبيبي اكبر من حجم الرمل في المنطقة المنتجة ويتم عملية تثبيت حبيبات الرمل بالاستعانة لمواد مثل CMC من المكمن (كاربوكسي مثيل سليلوز) لزيادة لزوجة الماء ويضاف مواد اخرى لاسترجاع مادة CMC من المكمن وتتم بمراحل هي :-

أ‌- Gravel pack placement
ب‌- Gravel and screen design
ت‌- Productivity of Gravel packed well
ث‌- Gravel pack evaluation