تاریخ شروع : 1403/02/01
مهلت ارسال : 1403/03/01
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 700 میلیون تومان
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 700 میلیون تومان
طراحی و ساخت سیال مجرابند (سیال تکمیل) شفاف با چگالی بالا
خلاصه فناوری
امروزه بسیاری از منابع نفت و گاز در محیط‌های عمیق دریایی و خشکی در سرتاسر جهان در مخازن با دما و فشار بالا و نفوذپذیری کم قرار دارند و چالش‌هایی برای تکمیل چاه در این مخازن به وجود می‌آورد. به همین دلیل طراحی یک سیال تکمیل چاه بدون مواد جامد و با چگالی و مقاومت حرارتی بالا در صنعت نفت موردنیاز است. پارامترهایی که باعث سخت‌تر شدن انتخاب سیال تکمیل چاه می‌شود، شامل صرفه اقتصادی، در دسترس بودن منابع اولیه ساخت سیال در کشور، خوردگی پایین و سازگاری با محیط‌زیست می‌باشد. این طرح درباره طراحی و ساخت سیال تکمیل چاه‌های نفت و گاز با در نظر گرفتن کاهش آسیب سازند می‌باشد. طبق این طرح سعی بر این است برای اولین بار سیالی با استفاده از منابع موجود در داخل کشور و به‌صورت کاملاً نوین، مهندسی‌شده و تحت شرایط دمایی ویژه بر مبنای نمک‌های محلول در آب ساخته شود. این سیال، جایگزین سیالی به نام کلسیم برماید است که از طریق کشورهای واسطه مانند چین وارد کشور می‌شود. این سیال دارای خصوصیات مناسبی است که برای عملیات تولید و تکمیل چاه‌های نفت و گاز ضروری است. ازجمله خصوصیات مهم و تأثیرگذار این سیال می‌توان به چگالی بالای سیال، نقطه بلوری و میزان خوردگی پایین، شفافیت، دارای pH بین 7 تا 5/10 و سازگار با محیط زیست اشاره کرد.
ضرورت مسئله
سیال تکمیل، سیالی است که پس از عملیات حفاری چاه جهت تکمیل آن به کار می‌رود. یکی از انواع سیالات تکمیل، سیال مجرابند می‌باشد. در تکمیل چاه‌های حفاری که وزن معادل حفاری آن‌ها تا pcf 86 است، معمولاً از کلسیم کلراید استفاده می‌شود؛ اما در چاه‌هایی که نیاز به سیال با چگالی بالاتر دارد از کلسیم بروماید استفاده می‌گردد. سیال مورد نظر در این پژوهش جایگزین سیالی به نام کلسیم بروماید است که از طریق کشورهای واسطه مانند چین وارد کشور می‌شود. در حال حاضر هر چاه حفاری‌شده تقریباً بین 600 الی 1000 بشکه سیال تکمیل نیاز دارد که با قیمت تقریبی بالای 1000 الی 1500 دلار به ازای هر بشکه می‌باشد. درصورت اجرای موفقیت آمیز این طرح یک فناوری برتر ارائه می‌شود که باعث جلوگیری از خروج میلیون‌ها دلار ارز از کشور خواهد شد. از طرفی دیگر هم‌اکنون تعدادی از چاه‌های حفاری میدان‌های مختلف و در دست تکمیل نیاز فوری به این سیال جهت تکمیل و قرار گرفتن در مدار تولید دارند. به دلیل نبود و هزینه بالای سیال کلسیم بروماید و عدم توانایی شرکت‌ها در تأمین این ماده شیمیایی، از خارج از کشور تأمین می‌شود؛ لذا تهیه و تولید سیال تکمیلی جایگزین کلسیم بروماید می‌تواند فرآیند تکمیل چاه‌های نفت و گاز را سرعت بخشیده و هزینه‌های جانبی تحمیلی به پروژه‌های حفاری (از جمله انتظار دستگاه‌های حفاری) را تا حد زیادی کاهش دهد.
مسئله اصلی تحقیق
با پیشرفت‌هایی که در تکمیل چاه‌های افقی و حفره باز در صنعت نفت و گاز صورت گرفته است، بسیاری از مهندسان تکمیل چاه، باید به‌محض ورود مته حفاری به لایه تولید طراحی عملیات تکمیل چاه را آغاز کنند. سیال تکمیل چاه به عنوان یکی از بخش‌های اصلی عملیات تکمیل چاه در صنعت نفت و گاز باید به طور جامع مورد بررسی قرار گیرد. بعد از اتمام عملیات حفاری و نصب مجرابندها در مکان مورد نظر سیالی که به فضای آنالوس از سرچاه پمپ می‌گردد، به عنوان سیال تکمیل چاه یا سیال مجرابند شناخته می‌شود. سیال تکمیل (آب نمک) یک محلول نمکی بدون ذرات جامد، شفاف و دارای طیف وسیعی از چگالی‌های بالا می‌باشد که از حل شدن نمک‌های مختلف در آب به دست می‌آید. هدف اصلی استفاده این سیال به حداقل رساندن آسیب‌های سازند و کنترل فشار مخزن می‌باشد. به جریان درآوردن و انتقال مواد جامد، حفاظت از لایه تولیدی، پایدار کردن شرایط سطحی و ته چاهی و مساعد کردن محیط برای کنترل چاه از اهداف دیگر سیال تکمیل چاه به شمار می‌رود. به طور کلی دو نوع سیال تکمیل وجود دارد: سیال تکمیل سنتی و سیال تکمیل بدون مواد جامد. سیال تکمیل سنتی مشابه گل حفاری است که ذرات جامد در آن معلق است، در حالی که سیال تکمیل بدون مواد جامد یک سیال شفاف است که بدون هیچ آسیب سازندی در اثر هجوم مواد جامد طراحی شده است. بنابراین سیال تکمیل بدون مواد جامد، به گل‌های حفاری دارای ذرات جامد که امکان ته‌نشین شدن آن‌ها طی زمان وجود دارد، ترجیح داده می‌شود. زیرا سیالات دارای ذرات جامد در صورت نفوذ به سازند، نفوذپذیری سازند را کاهش می‌دهند. بنابراین مهندسان تکمیل چاه باید نفوذ سیال به سازند را به حداقل برسانند و از یک سیال سازگار با سازند استفاده کنند. آب نمکی که برای تکمیل چاه مورد استفاده قرار می‌گیرد باید در شرایط سطحی و ته چاهی پایدار باشد.
سیالاتی مانند سیال اسیدکاری، سیال مجرابند، سیال مشبک‌کاری، سیال شکاف هیدرولیکی، سیال حفاری مخزن و سیال تعمیر و نگهداری، همگی به عنوان سیال تکمیل چاه شناخته می‌شوند اما هدف از سیال تکمیل در این پژوهش همان سیال مجرابند می‌باشد که در فضای آنالوس قرار می‌گیرد. یک سیال مجرابند مطلوب با استفاده از بازدارنده‌های خوردگی مناسب، از خوردگی لوله‌ها جلوگیری می‌کند. در صورت نشتی مجرابند، سیال مجرابند باید به سازند آسیبی نرساند. سیال همچنین باید چگالی کافی داشته باشد تا در فشارهای پیش‌بینی‌شده به‌درستی عمل کند. بنابراین سیال مجرابند به‌عنوان یکی از بخش‌های اصلی عملیات تکمیل چاه در صنعت نفت و گاز باید به‌طور جامع مورد بررسی قرار گیرد. همان طور که پیش‌تر گفته شد، در تکمیل چاه‌های حفاری که وزن معادل حفاری آن‌ها تا pcf 86 می‌باشد، معمولاً از کلسیم کلراید استفاده می‌شود اما در چاه‌هایی که نیاز به سیال با چگالی بالاتر می‌باشد از کلسیم بروماید استفاده می‌گردد. از آنجا که کلسیم بروماید دارای معایبی می‌باشد، ساخت سیالی که دارای پارامترهای بهینه باشد برای صنعت نفت ضروری است. با توجه به مسائل مذکور هدف اصلی از این پژوهش تولید سیال تکمیل جایگزین کلسیم بروماید می باشد. در این پژوهش با توجه به در دسترس بودن مواد اولیه که منشأ آن‌ها در داخل کشور وجود دارد، اقدام به ساخت سیال سنگین مجرابند برای چاه‌های نفت و گاز شده است.
امروزه بسیاری از منابع نفت و گاز در محیط‌های عمیق دریایی و خشکی در سرتاسر جهان در مخازن با دما و فشار بالا و نفوذپذیری کم قرار دارند و چالش‌هایی برای تکمیل چاه در این مخازن به وجود می‌آورد. به همین دلیل طراحی یک سیال تکمیل چاه بدون مواد جامد و با چگالی و مقاومت حرارتی بالا در صنعت نفت موردنیاز است. پارامترهایی که باعث سخت‌تر شدن انتخاب سیال تکمیل چاه می‌شود، شامل صرفه اقتصادی، در دسترس بودن منابع اولیه ساخت سیال در کشور، خوردگی پایین و سازگاری با محیط‌زیست می‌باشد. این طرح درباره طراحی و ساخت سیال تکمیل چاه‌های نفت و گاز با در نظر گرفتن کاهش آسیب سازند می‌باشد. طبق این طرح سعی بر این است برای اولین بار سیالی با استفاده از منابع موجود در داخل کشور و به‌صورت کاملاً نوین، مهندسی‌شده و تحت شرایط دمایی ویژه بر مبنای نمک‌های محلول در آب ساخته شود. این سیال، جایگزین سیالی به نام کلسیم برماید است که از طریق کشورهای واسطه مانند چین وارد کشور می‌شود. این سیال دارای خصوصیات مناسبی است که برای عملیات تولید و تکمیل چاه‌های نفت و گاز ضروری است. ازجمله خصوصیات مهم و تأثیرگذار این سیال می‌توان به چگالی بالای سیال، نقطه بلوری و میزان خوردگی پایین، شفافیت، دارای pH بین 7 تا 5/10 و سازگار با محیط زیست اشاره کرد.
ضرورت مسئله
سیال تکمیل، سیالی است که پس از عملیات حفاری چاه جهت تکمیل آن به کار می‌رود. یکی از انواع سیالات تکمیل، سیال مجرابند می‌باشد. در تکمیل چاه‌های حفاری که وزن معادل حفاری آن‌ها تا pcf 86 است، معمولاً از کلسیم کلراید استفاده می‌شود؛ اما در چاه‌هایی که نیاز به سیال با چگالی بالاتر دارد از کلسیم بروماید استفاده می‌گردد. سیال مورد نظر در این پژوهش جایگزین سیالی به نام کلسیم بروماید است که از طریق کشورهای واسطه مانند چین وارد کشور می‌شود. در حال حاضر هر چاه حفاری‌شده تقریباً بین 600 الی 1000 بشکه سیال تکمیل نیاز دارد که با قیمت تقریبی بالای 1000 الی 1500 دلار به ازای هر بشکه می‌باشد. درصورت اجرای موفقیت آمیز این طرح یک فناوری برتر ارائه می‌شود که باعث جلوگیری از خروج میلیون‌ها دلار ارز از کشور خواهد شد. از طرفی دیگر هم‌اکنون تعدادی از چاه‌های حفاری میدان‌های مختلف و در دست تکمیل نیاز فوری به این سیال جهت تکمیل و قرار گرفتن در مدار تولید دارند. به دلیل نبود و هزینه بالای سیال کلسیم بروماید و عدم توانایی شرکت‌ها در تأمین این ماده شیمیایی، از خارج از کشور تأمین می‌شود؛ لذا تهیه و تولید سیال تکمیلی جایگزین کلسیم بروماید می‌تواند فرآیند تکمیل چاه‌های نفت و گاز را سرعت بخشیده و هزینه‌های جانبی تحمیلی به پروژه‌های حفاری (از جمله انتظار دستگاه‌های حفاری) را تا حد زیادی کاهش دهد.
مسئله اصلی تحقیق
با پیشرفت‌هایی که در تکمیل چاه‌های افقی و حفره باز در صنعت نفت و گاز صورت گرفته است، بسیاری از مهندسان تکمیل چاه، باید به‌محض ورود مته حفاری به لایه تولید طراحی عملیات تکمیل چاه را آغاز کنند. سیال تکمیل چاه به عنوان یکی از بخش‌های اصلی عملیات تکمیل چاه در صنعت نفت و گاز باید به طور جامع مورد بررسی قرار گیرد. بعد از اتمام عملیات حفاری و نصب مجرابندها در مکان مورد نظر سیالی که به فضای آنالوس از سرچاه پمپ می‌گردد، به عنوان سیال تکمیل چاه یا سیال مجرابند شناخته می‌شود. سیال تکمیل (آب نمک) یک محلول نمکی بدون ذرات جامد، شفاف و دارای طیف وسیعی از چگالی‌های بالا می‌باشد که از حل شدن نمک‌های مختلف در آب به دست می‌آید. هدف اصلی استفاده این سیال به حداقل رساندن آسیب‌های سازند و کنترل فشار مخزن می‌باشد. به جریان درآوردن و انتقال مواد جامد، حفاظت از لایه تولیدی، پایدار کردن شرایط سطحی و ته چاهی و مساعد کردن محیط برای کنترل چاه از اهداف دیگر سیال تکمیل چاه به شمار می‌رود. به طور کلی دو نوع سیال تکمیل وجود دارد: سیال تکمیل سنتی و سیال تکمیل بدون مواد جامد. سیال تکمیل سنتی مشابه گل حفاری است که ذرات جامد در آن معلق است، در حالی که سیال تکمیل بدون مواد جامد یک سیال شفاف است که بدون هیچ آسیب سازندی در اثر هجوم مواد جامد طراحی شده است. بنابراین سیال تکمیل بدون مواد جامد، به گل‌های حفاری دارای ذرات جامد که امکان ته‌نشین شدن آن‌ها طی زمان وجود دارد، ترجیح داده می‌شود. زیرا سیالات دارای ذرات جامد در صورت نفوذ به سازند، نفوذپذیری سازند را کاهش می‌دهند. بنابراین مهندسان تکمیل چاه باید نفوذ سیال به سازند را به حداقل برسانند و از یک سیال سازگار با سازند استفاده کنند. آب نمکی که برای تکمیل چاه مورد استفاده قرار می‌گیرد باید در شرایط سطحی و ته چاهی پایدار باشد.
سیالاتی مانند سیال اسیدکاری، سیال مجرابند، سیال مشبک‌کاری، سیال شکاف هیدرولیکی، سیال حفاری مخزن و سیال تعمیر و نگهداری، همگی به عنوان سیال تکمیل چاه شناخته می‌شوند اما هدف از سیال تکمیل در این پژوهش همان سیال مجرابند می‌باشد که در فضای آنالوس قرار می‌گیرد. یک سیال مجرابند مطلوب با استفاده از بازدارنده‌های خوردگی مناسب، از خوردگی لوله‌ها جلوگیری می‌کند. در صورت نشتی مجرابند، سیال مجرابند باید به سازند آسیبی نرساند. سیال همچنین باید چگالی کافی داشته باشد تا در فشارهای پیش‌بینی‌شده به‌درستی عمل کند. بنابراین سیال مجرابند به‌عنوان یکی از بخش‌های اصلی عملیات تکمیل چاه در صنعت نفت و گاز باید به‌طور جامع مورد بررسی قرار گیرد. همان طور که پیش‌تر گفته شد، در تکمیل چاه‌های حفاری که وزن معادل حفاری آن‌ها تا pcf 86 می‌باشد، معمولاً از کلسیم کلراید استفاده می‌شود اما در چاه‌هایی که نیاز به سیال با چگالی بالاتر می‌باشد از کلسیم بروماید استفاده می‌گردد. از آنجا که کلسیم بروماید دارای معایبی می‌باشد، ساخت سیالی که دارای پارامترهای بهینه باشد برای صنعت نفت ضروری است. با توجه به مسائل مذکور هدف اصلی از این پژوهش تولید سیال تکمیل جایگزین کلسیم بروماید می باشد. در این پژوهش با توجه به در دسترس بودن مواد اولیه که منشأ آن‌ها در داخل کشور وجود دارد، اقدام به ساخت سیال سنگین مجرابند برای چاه‌های نفت و گاز شده است.
درباره تیم پژوهشی
| نام و نام‌خانوادگی | رشته/ مقطع تحصیلی | همکار/ مشاور طرح | وضعیت شغلی |
| احسان خامه چی | دکتری تخصصی/مهندسی شیمی گروه مخازن نفت و گاز | مجری | عضو هیات‌علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر / رئیس پردیس ماهشهر دانشگاه صنعتی امیرکبیر |
| جواد مهدوی کلاته نو | دانشجوی دکتری/مهندسی نفت | همکار | دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر |
سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی
دکتر احسان خامه چی، استاد تمام دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران) با سابقه درخشان دانشگاهی و صنعتی در حوزه مهندسی نفت می‌باشد و نزدیک به 15 سال است که به طور فعال به تدریس و تحقیق مشغول بوده‌اند. ایشان مدرک دکترای خود را در رشته مهندسی شیمی با تمرکز بر بهینه‌سازی تولید میادین نفتی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اخذ رتبه یک دریافت کردند. آقای دکتر خامه‌چی بیش از 10 پروژه تحقیقاتی را با همکاری همکاران صنعتی و دانشگاهی انجام داده است. کار گسترده ایشان منجر به انتشار بیش از 200 مقاله علمی، کتاب و ثبت اختراع در سطح ملی و بین المللی شده است که موضوعات مختلف مرتبط با مهندسی نفت و مهندسی شیمی را پوشش می‌دهد. تخصص و خدمات دکتر خامه چی در این زمینه، افتخارات و جوایز متعددی را برای وی به ارمغان آورده است که از آن جمله می‌توان به انتخاب یکی از کتاب‌های ایشان به عنوان کتاب برگزیده سال اشاره نمود که وی را به چهره‌ای معتبر و شناخته‌شده تبدیل کرده است. ایشان همچنین دانش و تجربه خود را با شرکت در بسیاری از کنفرانس‌ها، کارگاه‌ها و سمینارها به‌عنوان سخنران و میزگرد به اشتراک گذاشته‌اند.
مهندس جواد مهدوی کلاته نو: ایشان مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته مهندسی بهره‌برداری نفت از دانشگاه صنعتی امیرکبیر اخذ کرد و در حال حاضر در حال تحصیل در مقطع دکتری در رشته مهندسی نفت در همین دانشگاه است. همچنین ایشان با یک ثبت اختراع در مهندسی نفت و بیش از چهار مقاله منتشر شده در مجلات علمی و کنفرانس‌های بین المللی، کمک‌های قابل توجهی در رشته خود داشته است. علاوه بر این، در دو پروژه همکاری دانشگاه و صنعت با هدف رسیدگی به چالش‌های صنعت نفت مشارکت داشته‌اند. ایشان همچنین برنده جوایز و افتخارات متعددی از جمله جایزه فرهنگی البرز 1402 است که معادل جایزه نوبل ایرانی محسوب می‌شود. پیش از این نیز ایشان به‌عنوان رئیس شاخه دانشجویی انجمن مهندسین نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر فعالیت داشته است.
مزایا
- در صورت ساخت این سیال علاوه بر اینکه نیاز صنعت نفت برطرف خواهد شد، باعث عدم خروج ارز از کشور و سودآوری حدوداً 5 میلیون دلار در سال برای کشور خواهد داشت.
- طراحی و سنتز سیال تکمیل کاملاً مهندسی شده، سنگین و بدون ذرات جامد با چگالی بالا و با در نظر گرفتن پارامترهای تاثیرگذار در ساخت سیال تکمیل بهینه مانند pH، نقطه تبلور، نرخ خوردگی، سازگاری محیط زیستی، ویسکوزیته و....
خروجی‌های مورد انتظار تحقیق
طراحی و سنتز سیال تکمیل (سیال مجرابند) که ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
طراحی و سنتز سیال تکمیل (سیال مجرابند) که ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
- شفاف و بدون ذرات جامد
- با چگالی حدودا pcf 106
- مقدار pH بین 7 تا 5/10
- پایدار در شرایط دما 75 تا 300 درجه فارنهایت
- نقطه بلوری زیر 20 درجه فارنهایت
- نرخ خوردگی کمتر از mpy 20
- سازگاری محیط زیستی
هزینه و زمان اجرای طرح
- هزینه اجرای طرح حدود 650 تا 700 میلیون تومان برآورد می‌شود.
- مدت‌زمان اجرای طرح حدود 12 ماه برآورد می‌شود.
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجه‌به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل‌مذاکره و توافق است).
ارتباط با ما
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@