پاسخ داده‌های لرزه‌نگاری به تزریق گاز به مخازن هیدروکربنی با اهداف ازدیاد برداشت و ذخیره‌سازی زیرزمینی

Abstract

گاز طبیعی در مخازن زیرزمینی به‌صورت مستقل و یا به‌صورت کلاهک گازی در مخازن نفتی وجود دارد. در کنار آن، گاز با هدف ازدیاد برداشت (IOR/EOR) و یا با هدف ذخیره‌سازی زیرزمینی، به مخازن هیدروکربنی تزریق می‌شود. در موارد قابل‌توجهی از پروژه‌های تزریق گاز، ناهمگنی (Heterogeneity) مخازن زیرزمینی و وجود گسل‌ها، باعث حرکت گاز به مکان‌ها و لایه‌های ناخواسته می‌شود که باعث عدم تأمین هدف اصلی پروژه می‌گردد. برای رفع این نگرانی و پایش (Monitoring) تزریق گاز زیرزمینی با اهداف ازدیاد برداشت و یا ذخیره‌سازی، از داده‌های لرزه‌نگاری چهار‌بعدی استفاده می‌شود که در حقیقت تکرار لرزه‌نگاری سه‌بعدی در زمان‌های متوالی است. در سال‌های اخیر موفقیت‌های قابل‌توجهی از کاربرد این تکنیک نسبتاً جدید ارائه شده است. با وجود این موفقیت‌های کیفی، مشکلات فراوانی در زمینه محاسبات کمی در صورت وجود گاز در مخازن زیرزمینی گزارش شده است. مبنای این مشکلات پاسخ کاملاً غیر خطی گاز به پارامترهای کشسانی سنگ از قبیل سرعت صوت بوده است. در صورت تزریق گاز به سنگ‌های حاوی آب و همچنین نفت، کاهش شدیدی در سرعت صوت به‌ازای افزایش چند درصد گاز ایجاد می‌شود؛ اما با افزایش بیشتر اشباع‌شدگی گاز، تغییری در سرعت صوت ایجاد نمی‌شود. این مورد باعث نتیجه‌گیری کلی عدم کارایی داده‌های لرزه‌نگاری برای محاسبه تغییرات اشباع‌شدگی گاز شده است. در این کار پژوهشی، اقدام به درک توزیع و پراکندگی گاز در داخل مخازن هیدروکربنی و در مقیاس مخزن گردید و مشاهده شد که توزیع گاز در مقیاس مخزن متفاوت از توزیع آن در مقیاس آزمایشگاهی است. با تزریق گاز به مخازن هیدروکربنی، گاز به قسمت‌های بالای مخازن مهاجرت کرده و در زمان اندکی، به اشباع‌شدگی ثابتی با نام اشباع‌شدگی گاز بیشینه (برابر1-S_wir ) می‌رسد. با ادامه تزریق گاز، ضخامت گاز از بالای مخزن و به سمت پایین شروع به افزایش می‌کند ولی اشباع‌شدگی گاز ثابت می‌ماند؛ بنابراین تنها متغیر موجود، ضخامت گاز خواهد بود و بر خلاف مقیاس آزمایشگاهی، اشباع‌شدگی گاز تقریباً ثابت است. این مشاهده باعث ارائه پاسخ‌های مناسب برای لرزه‌نگاری چهاربعدی (و همچنین سه‌بعدی) شد. دو نشانگر اصلی لرزه‌نگاری چهاربعدی، تغییرات دامنه (Amplitude Change) و شیفت زمانی (Timeshift) برای این کار انتخاب شدند. این پاسخ‌ها به‌صورت تحلیلی استخراج شده و به‌صورت عددی بررسی گردیدند. صحت معادلات ارائه شده با استفاده از مدل‌های مختلف با ضخامت‌ها و ناهمگنی‌های متفاوت بررسی شدند و مشاهده شد که برای تزریق گاز به مخازنی با کیفیت متوسط تا خوب، پاسخ نشانگرهای لرزه‌نگاری به ضخامت گاز تزریق شده (و یا حجم گاز تزریق شده) به‌صورت خطی می‌باشد؛ بنابراین داده‌های لرزه‌نگاری قادر به نشان دادن حجم گاز تزریق شده در قسمت‌های مختلف به‌صورت کمی است. صحت نتایج اخذ شده در این کار تحقیقی نیاز به مطالعه بیشتر در مخازن با کیفیت پایین (تخلخل و تراوایی بسیار پایین) دارد.