شماره مدرك
21118
شماره راهنما
18107
پديد آورنده
الخفاجي، حسن
عنوان
مطالعه شبيه سازي تأثير تزريق CO₂ به مخزن گاز ميعاني
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مخازن
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده، 75 ص.
توصيفگر ها
تزريق دياكسيد كربن , مخزن گاز ميعاني , افزايش برداشت گاز , ميعان معكوس , استفاده و ذخيرهسازي كربن
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/23
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي نفت
دانشكده
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/03/24
كد ايرانداك
23227709
چكيده فارسي
اين پژوهش مطالعهاي جامع درباره امكانسنجي فني و زيستمحيطي تزريق دياكسيد كربن (CO₂) بهعنوان راهكاري براي افزايش برداشت گاز (EGR) و ذخيرهسازي كربن در مخازن گاز ميعاني ارائه ميدهد. ميعان معكوس يكي از چالشهاي اصلي در اين مخازن بهشمار ميرود؛ زيرا با كاهش فشار مخزن به كمتر از نقطه شبنم، اجزاي سنگين هيدروكربني (C₁₀–C₁₅+) بهصورت فاز مايع غيرمتحرك رسوب ميكنند. اين پديده كه با عنوان تجمع ميعانات شناخته ميشود، موجب كاهش شديد تراوايي نسبي گاز و به دام افتادن هيدروكربنهاي باارزش شده و در نهايت زيان اقتصادي قابلتوجهي ايجاد ميكند.
در اين مطالعه از رويكرد شبيهسازي عددي با دقت بالا استفاده شده است؛ بهطوريكه نرمافزار CMG WinProp براي مشخصهسازي دقيق سيال و نرمافزار CMG GEM براي مدلسازي سهبعدي ساختار مخزن بهكار گرفته شدند. يك مدل سيالي 11 جزئي كه با استفاده از دادههاي آزمايشگاهي و معادله حالت پنگ–رابينسون (PR-EOS) اعتبارسنجي شده بود، در يك شبكه 9×9×4 وارد شد تا سه سناريوي عملياتي متفاوت طي يك دوره 39 ساله ارزيابي شوند. اين سناريوها شامل تخليه طبيعي مخزن (Case 1) بهعنوان حالت پايه، تزريق زودهنگام CO₂ (Case 2) با آغاز در سال 1986، و تزريق ديرهنگام CO₂ (Case 3) با آغاز در سال 2015 پس از افت شديد فشار مخزن بودند.
تحليل نتايج نشان داد كه زمانبندي تزريق CO₂ مهمترين عامل تعيينكننده بازده نهايي بازيافت است. تزريق زودهنگام CO₂ (Case 2) بهعنوان بهترين راهبرد شناخته شد، زيرا توانست فشار مخزن را در بيشتر دوره شبيهسازي بالاتر از نقطه شبنم 3000 psi حفظ كند. اين رويكرد پيشگيرانه از ورود سيستم به ناحيه پسرونده جلوگيري كرده و موجب باقي ماندن اجزاي سنگين در فاز گازي با تحرك بالا شد؛ در نتيجه بيشترين نرخ بازيافت گاز و ميعانات حاصل گرديد. در مقابل، حالت پايه تخليه طبيعي (Case 1) با افت سريع فشار تا حدود 600 psi همراه بود كه منجر به انسداد شديد ميعانات و اشباع موضعي نفت تا 19.7 درصد در نزديكي ديواره چاه شد.
علاوه بر اين، مطالعه حاضر كارايي دياكسيد كربن را بهعنوان يك حلال اصلاحكننده در Case 3 تأييد ميكند. تزريق CO₂ به مخزن تخليهشده باعث «بازگشت» نرخ توليد از طريق مكانيزمهايي نظير تورم سيال، تبخير مجدد سيالات بهدامافتاده و كاهش حدود 40 درصدي ويسكوزيته نفت شد. كاهش كشش سطحي و به حركت درآمدن ميعانات غيرمتحرك موجب شد Case 3 نسبت به شرايط پايه افزايش قابلتوجهي در بازيافت سيالات ايجاد كند.
فراتر از افزايش برداشت هيدروكربن، اين پژوهش ظرفيت زيستمحيطي مخزن را بهعنوان محل ذخيرهسازي كربن نيز برجسته ميكند. نتايج مدل نشان ميدهد كه بخش قابلتوجهي از CO₂ تزريقشده، بهويژه در لايههاي با تراوايي بالاي 1 و 4، در مخزن به دام ميافتد. اين يافتهها از بهكارگيري بازيافت و گردش مجدد دياكسيد كربن بهعنوان يك الگوي مديريتي پايدار حمايت ميكنند؛ الگويي كه از طريق فناوري جذب، استفاده و ذخيرهسازي كربن (CCUS)، افزايش توليد انرژي را با اهداف جهاني كربنخنثي پيوند ميدهد. در نهايت، مطالعه نتيجهگيري ميكند كه اگرچه تزريق زودهنگام بهترين رويكرد فني محسوب ميشود، اما تزريق CO₂ در مراحل پاياني عمر مخزن نيز ابزاري مؤثر براي احياي مخازن بالغ گاز ميعاني و افزايش عمر اقتصادي آنها است.
چكيده انگليسي
This research presents a comprehensive study of the technical and environmental feasibility of carbon dioxide (CO₂) injection as a strategy for enhanced gas recovery (EGR) and carbon sequestration in condensate gas reservoirs. retrograde condensation presents a significant challenge in these systems, as the reservoir pressure dropping below the dew point leads to the precipitation of heavy hydrocarbon fractions (C₁₀–C₁₅+) as an immobile liquid phase. This phenomenon, known as condensate banking, severely impairs the relative permeability of the gas and traps high-value hydrocarbons, resulting in substantial economic losses.
The study employs a high-resolution numerical simulation approach, utilizing CMG WinProp software for detailed fluid characterization and CMG GEM software for 3D reservoir structure modeling. An 11-component fluid model, validated using laboratory data and the Peng-Robinson equation of state (PR-EOS), was incorporated into a 9×9×4 grid system to evaluate three distinct operational scenarios over a 39-year period. These scenarios include natural depletion (Case 1) as a baseline, early CO2 injection (Case 2) initiated in 1986, and late CO2 injection (Case 3) initiated in 2015 following significant depletion. Analysis of the results shows that the timing of CO2 injection is the primary determinant of final recovery efficiency. Early CO2 injection (Case 2) proved to be the optimal strategy, successfully maintaining reservoir pressure above the dew point of 3,000 psi for most of the simulation period. This proactive approach bypassed the downward regression zone, ensuring that heavy components remained in the highly mobile gas phase and resulting in the highest recovery rates for both gas and condensate. In contrast, the natural depletion baseline (Case 1) exhibited a rapid pressure drop to approximately 600 psi, leading to severe condensate blockage and a localized oil saturation of 19.7% near the wellbore wall.
Furthermore, the study confirms the effectiveness of carbon dioxide as a remediating solvent in Case 3. Introducing carbon dioxide into a depleted reservoir resulted in a "rebound" in production rates through fluid swelling mechanisms, re-evaporation of captured fluids, and a significant 40% reduction in oil viscosity. By reducing surface tension and agitating previously immobilized condensates, Case 3 achieved a significant increase in fluid recovery compared to the baseline condition. Beyond hydrocarbon recovery, the research highlights the reservoirʹs environmental potential as a storage site. The model indicates that a substantial proportion of the injected carbon dioxide remains trapped, particularly in the highly permeable layers 1 and 4. These findings support the adoption of carbon dioxide recycling as a sustainable management model that links increased energy production with global carbon neutrality goals through carbon capture, utilization, and storage (CCUS). The study concludes that while early injection prevention is the optimal technical approach, late-stage carbon dioxide injection remains an effective tool for remediating mature gas condensate fields and extending their economic viability.
استاد راهنما
روح اله هاشمي
استاد داور
حميدرضا شاه وردي , محسن محمدي