فصل اول
مقدمه
مقدمه­ای بر مهندسی مخزن
نفت خام­، گاز طبیعی و آب موادی هستند که برای مهندسان نفت دارای اهمیت ویژه­ای هستند­. این مواد که در دما و فشار پایین گاهی به صورت جامد یا نیمه جامد­­ (مانند پارافین­، هیدرات­های گازی­، یخ و نفت خام با نقطه ریزش بالا) یافت می­شوند­­، در اعماق زمین ودر ستون چاه به حالت سیال­، به صورت فاز بخار (گاز) یا مایع یا عمدتا دو فازی ظاهر می­شوند­. مواد جامدی که در عملیات حفاری­، سیمان­کاری و ایجاد شکاف به­کار برده می­شوند نیز به حالت سیال یا دوغاب استفاده می­شوند­. تقسیم ­بندی سیالات مخزن و چاه به فازهای مایع و بخار­، به دما و فشار وابسته است­. وقتی دما ثابت است­، حالت یا فاز سیال درون مخزن با فشار تغییر می­ کند­. در بسیاری از موارد­، حالت یا فاز سیال درون مخزن با حالت یا فاز سیال در هنگام تولید در شرایط سطح مطابقت ندارد­. شناخت دقیق رفتار نفت خام­، گاز طبیعی و آب - به صورت تکی یا ترکیبی- تحت شرایط مختلف از مهمترین اهداف مهندسان نفت است­.

اوایل سال ۱۹۲۸­، توجه خاصی به روابط گاز و انرژی شد­ و مهندسان نفت در مورد شرایط فیزیکی چاه­ها و مخازن زیر­زمینی­، دست­یابی به اطلاعات دقیق­تر را لازم دانستند­. پیشرفت­های اولیه در مورد روش­های بازیافت نفت این موضوع را آشکار ساخت که محاسبات انجام شده بر اساس اطلاعات سر چاه یا داده ­های سطح­،اغلب گمراه­کننده هستند­. اسکلاتر و استفانسون^[۱] اولین دستگاه ثبت فشار درون چاهی و نمونه­گیر را برای نمونه گیری از سیالات تحت فشار درون چاه­ها ابداع کردند[۱]. جالب اینکه این دستگاه داده ­های درون چاهی را باتوجه به مقادیر مثبت فشار، دما، نسبت­های گاز به نفت و طبیعت فیزیکی و شیمیایی سیالات مشخص می­ کند­. لزوم اندازه ­گیری فشارهای صحیح درون چاهی هنگامی مورد توجه قرار گرفت که اولین دستگاه فشار سنج دقیق توسط میلیکان و سیدول^[۲] ساخته شد و اهمیت اساسی فشارهای درون چاهی در تعیین مؤثرترین روش­های بازیافت و فرایند­های فرازآوری، به مهندسان نفت نشان داده شد[۲]­. به این ترتیب مهندس مخزن قادر خواهد بود فشار مخزن که مهمترین داده­ی پایه ای مورد نیاز محاسبات عملکرد مخزن است­، اندازه ­گیری کند­.
دانش پتروفیزیک­، مطالعه­ خواص سنگ­ها و ارتباط با سیالات موجود در آن­ها در هر دو حالت استاتیک و جریانی می­باشد­. تخلخل­، تراوایی­، درجه اشباع و توزیع سیالات­، ضریب هدایت الکتریکی سنگ و سیال­، ساختار منافذ و رادیواکتیویته­، برخی از مهم­ترین خواص پتروفیزیکی هستند­. پیشگامان علم مهندسی مخزن از همان ابتدا به این نکته پی برده بودند که قبل از محاسبه­ی حجم­های نفت و گاز درجا­، آگاهی از تغییر خواص فیزیکی نمونه­های ته چاهی سیالات مخزن­، نسبت به فشار، ضروری است­.
طی دهه­ ۱۹۶۰­، عبارات شبیه سازی و مدل­سازی ریاضی مخزن عمومیت یافت[۳]­­. این عبارت مترادف هستند و به توانایی استفاده از معادلات ریاضی جهت پیش بینی عملکرد مخزن نفت یا گاز اشاره دارند­. پیدایش رایانه­های دیجیتالی پرسرعت در مقیاس وسیع­، باعث تقویت علم شبیه سازی مخازن گردید­. روش­های عددی پیچیده نیز با بهره گرفتن از شیوه ­های اختلاف محدود یا المان محدود­، جهت حل تعداد زیادی از معادلات گسترش یافت­.
با توسعه این روش­ها­، مفاهیم و معادلات مهندسی مخزن به صورت شاخه­ای قوی تعریف شده از مهندسی نفت در آمد­. مهندسی مخزن عبارت است از کاربرد اصول علمی جهت حل مسائل تخلیه که ضمن توسعه و بهره ­برداری مخازن نفت و گاز بروز می­نماید­. مهندسی مخزن (هنر توسعه و بهره ­برداری سیالات نفت وگاز به طریقی که بازیابی اقتصادی بالا حاصل شود) نیز تعریف شده است[۴]­.

­مخازن نفت و بهره ­برداری از مخازن نفتی