یكی از روش های جدید ازدیاد برداشت نفت، فرآیند تزریق متناوب آب و گاز می باشد. در تزریق متناوب آب و گاز اولین هدف افزایش میزان سطح جاروب شده توسط گاز تزریق شده می باشد. در این روش می توان گاز تولید شده را مجددا از طریق چاه های تزریق آب به مخزن بازگرداند تا میزان بازیافت نفت افزایش یافته و باعث بالا نگهداشتن فشار مخزن نیز گردد. از آنجایی كه میزان نفت باقی مانده در مخزن بعد از فرآیند تزریق گاز كمتر از میزان نفت باقی مانده در مخزن پس از فرآیند سیلاب زنی است، لذا میزان اشباع نفت در نواحی سه فاز ایجاد شده كاهش خواهد یافت. تزریق متناوب آب و گاز با بهبود قابلیت تحرك، افزایش میزان سطح جاروب شده و همچنین افزایش بازده جابجایی میكروسكوپی، بازیافت نفت را بهبود می بخشد.

   در این فرآیند، توده های آب و گاز به صورت پی در پی به درون مخزن هیدروکربوری تزریق می شوند. به این صورت که یک توده از آب بعد از یک توده از گاز تزریق می شود و بلعکس.

شماتیكی از فرآیند تزریق متناوب آب و گاز

   اولین فرآیند تزریق متناوب آب و گاز در سال 1957 در كانادا و بعد از آن در دریای شمال گزارش شده است. میزان افزایش بازیافت نفت از یك مخزن توسط این فرآیند بین 15 تا 20 درصد از نفت درجای مخزن بوده است. گزارش های كمی از ناموفق بودن فرآیند تزریق متناوب آب و گاز موجود می باشد. روش تزریق متناوب آب و گاز در پروژه های خشكی و دریایی و با استفاده از گازهای هیدروكربنی و گازهای غیرهیدروكربنی قابل اجراست.

مقایسه تزریق متناوب آب و گاز با تزریق منفرد آب یا گاز

   راندمان تولید نفت به روش تزریق متناوب آب و گاز به دلیل یک یا تعدادی از مکانیزم های زیر، بالاتر از عملیات تزریق منفرد آب یا گاز می باشد:

ž            1- بهبود راندمان جاروبی حجمی از طریق تزریق آب پس از تزریق گاز

ž            2- کاهش گرانروی نفت در اثر انحلال گاز در آن

ž            3- متورم شدن نفت در اثر انحلال گاز در آن

ž            4- کاهش کشش بین سطحی

   تحقیقات انجام شده بر روی مخازن ایران نشان می دهند که در 3 صورت وجود منابع کافی از گاز دی اکسیدکربن، به منظور جلوگیری از پدیده انگشتی شدن به دلیل گرانروی بالای گاز و همچنین جلوگیری از حرکت گاز به سمت بالا در مخازن بدلیل دانسیته پایین، می توان از فرآیندهای تزریق متناوب آب و گاز دی اکسیدکربن استفاده نمود. استفاده از تزریق متناوب آب و گاز دی اکسیدکربن در مرحله ثانویه روشی مؤثر نسبت به تزریق پیوسته گاز دی اکسیدکربن یا سیلاب زنی آبی می باشد. فرآیند تزریق متناوب آب و گاز دی اکسیدکربن در مرحله ثانویه، میزان مصرف سیالات تزریقی و هزینه را در مقایسه با استفاده از این روش در مرحله ثالثیه کاهش می دهد.

   تزریق متناوب آب و گاز در مخازن شکافدار مزایای بیشتری نسبت به تزریق منفرد آب یا گاز دارد. بازیافت نهایی تزریق متناوب آب و گاز بطور معمول 10 درصد بالاتر از تزریق آب یا گاز به تنهایی می باشد. تعیین مدت زمان لازم تا انگشتی­شدن آب یا گاز به علت نیروهای فیزیکی مختلف در تزریق متناوب آب و گاز ضروری است. جاروبزنی ماکروسکوپیک بیشتر به علت اختلاف در دانسیته و تشکیل جبهه آب از انگشتی­شدن سریع گاز جلوگیری می­کند و تزریق متناوب آب و گاز را موفقیت ­آمیز می سازد.

   هنگامی که نفت در اثر انحلال گاز در آن متورم می شود، درصد اشباع نفت باقی مانده در مخزن کاهش می یابد و در نتیجه میزان بازیافت نفت افزایش خواهد یافت بدون اینکه به مکانیزم خاصی جهت کاهش میزان درصد اشباع نفت باقی مانده نیاز باشد. علت این امر را می توان در نمودارهای تراوایی نسبی جستجو کرد. زیرا همانگونه که می دانید فاز نفت تا درصد اشباع نفت باقی مانده در مخزن می تواند حرکت کند و پایین تر از این درصد اشباع توانایی حرکت ندارد. هنگامی که نفت متورم گردید، می توان اینگونه بیان کرد که درصد تراوایی نسبی آن افزایش یافته و می تواند حرکت کند و مقدار بیشتری از آن تولید گردد. در این حالت، میزان حجم باقی مانده در مخزن کاهش خواهد یافت.

   کشش بین سطحی نفت و گاز کمتر از کشش بین سطحی آب و نفت است. از این رو پایین بودن کشش سطحی بین نفت و گاز این اجازه را به گاز می دهد که نفت موجود در فضاهای متخلخل و گلوگاه های بسیار ریز را نیز جاروب نماید. به عبارتی می توان گفت نفت موجود در فضاهایی که آب به تنهایی در شرایط گرادیان فشاری غالب توانایی جاروب نمودن آنها به دلیل ریز بودن گلوگاه ها و بالا بودن کشش سطحی میان نفت و آب را ندارد، به کمک تزریق متناوب آب و گاز قابلیت تولید پیدا می کند.

   در مورد روش تزریق آب به مخزن نیز باید توجه داشت که در استفاده از این روش كمال احتیاط را به كار برد. برخی كارشناسان اعتقاد دارند بازده این روش مطلوب نیست، زیرا راندمان كار نهایتا 35 درصد می باشد و اولویت در استفاده از روش تزریق گاز خواهد بود. تزریق آب بیشتر برای مخازن شنی كاربرد دارد و برای مخازن نفتی كشور كه عمدتا شكاف دار هستند نباید مورد استفاده قرار گیرد.

فاکتورهای تأثیرگذار در فرآیند تزریق متناوب آب و گاز

1. ناهمگونی مخزن (لایه ­بندی و خواص نابرابر در جهات مختلف)
2. ترشوندگی سنگ مخزن
3. خواص سیالات مخزن
4. شرایط امتزاج پذیری
5. تكنیك­های متفاوت تزریق

پارامترهای عملیاتی در تزریق متناوب آب و گاز نیز عبارتند از:

1. تعداد دوره ها
2. نسبت توده های آب به گاز در هر دوره
3. اندازه حجمی توده تزریقی

روش های مختلف تزریق متناوب آب و گاز

   فرآیند تزریق متناوب آب و گاز را می‌توان به روش‌های مختلفی انجام داد. متداول ترین تقسیم ‌بندی انجام شده شامل جابجایی امتزاجی متناوب آب و گاز، جابجایی غیر‌امتزاجی متناوب آب و گاز و تزریق مختلط متناوب آب و گاز می باشد.

ž            1- تزریق امتزاجی متناوب آب و گاز

   در تزریق امتزاجی منظور این است که محل تماس سطح مشترک بین دو فاز وجود نداشته باشد و به عبارتی کشش میان سطوح تماس جابه جا کننده و جابه جا شونده صفر باشد. امتزاج پذیری دو سیال هنگامی به وقوع می پیوندد که امکان اختلاط تمامی خواص آنها بدون تشکیل حد و مرزی وجود داشته باشد.

ž            2- تزریق غیرامتزاجی متناوب آب و گاز

   در فرآیند غیرامتزاجی متناوب آب و گاز، گاز تزریق شده به درون مخزن، قابلیت ممزوج شدن با سیال سازند را نداشته و نمی تواند با آن تشکیل یک فاز را دهد. این روش به منظور بهبود راندمان تولید از طریق جاروب نمودن سیال نواحی جاروب نشده مورد استفاده قرار می گیرد. به گونه ای که درصد اشباع نفت باقی مانده در فرآیند تزریق غیرامتزاجی متناوب آب و گاز، کمتر از تزریق منفرد آب و یا گاز خواهد بود.

ž            3- تزریق مختلط متناوب آب و گاز

   در صورتی كه پس از تزریق یك توده بزرگ گاز، چندین توده كوچك آب و گاز به درون مخزن تزریق شوند، این فرآیند تزریق متناوب مختلط آب و گاز نامیده می­شود.

انتخاب نوع گاز در تزریق متناوب آب و گاز

ž            1- گاز دی اکسید کربن

این گاز به دو صورت امتزاجی و غیر امتزاجی می تواند در تزریق متناوب آب و گاز مورد استفاده قرار گیرد. تزریق امتزاجی این گاز تناسب بیشتری با مخازن حاوی نفت های سبک و نیمه سنگین داشته و تزریق غیر امتزاجی آن معمولا در مخازن نفتی سنگین کاربرد دارد. از طرفی در مخازنی که جابجایی نفت در لایه نفتی، تقریبا افقی است، برای کنترل نسبت تحرک، تزریق متناوب آب و گاز دی اکسید کربن صورت می گیرد. اثر امتزاجی، کمتر نمودن گرانروی، تورم نفت، بهبود تزریق پذیری و رانش گاز محلول داخلی، از مکانیزم های بهبود بازیافت نفت در تزریق گاز دی اکسید کربن به همراه آب است.

ž            2- گازهای هیدروکربنی

ž            3- گازهای غیرهیدروکربنی (به غیر از گاز دی اکسید کربن )