اشاره:
نبود بانك‌هاي اطلاعاتي از مهم‌ترين نقصان‌ها و نقاط ضعف فرآيند سياست‌گذاري عمومي در كشور ماست، اين خلاً در بخش‌هاي مختلف مانع از تشخيص دقيق مسئله، انتخاب راه حل يا اجراي آن مي‌شود. از اين رو بررسي نابساماني بانك‌هاي اطلاعاتي به‌عنوان يكي از نقصان‌ها و نقاط ضعف مشترك فرآيند سياست‌گذاري عمومي در بخش‌هاي مختلف، موضوع مورد بررسي سرويس مسائل راهبردي خبرگزاري دانشجويان ايران است.  
گزارش خبرنگار مهندسي نفت سرويس مسائل راهبردي خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) حاكي است، برخي از دانشگاهيان و متخصصان مهندسي نفت بر اين باورند كه نبود و نقصان اطلاعات به طور مستقيم و غير مستقيم خسارت‌هاي سنگيني را در صنعت نفت كشور ما به بار ‌آورده و نقش زيادي در افت ضريب بازيافت مخازن دارد. زيان‌هاي ناشي از اين نقصان از دست رفتن ده‌ها ميليارد‌ بشكه نفت، ميليون‌ها بشكه افت توليد روزانه و كاهش چشم‌گير توان اقتصادي كشور در دهه‌ي پيش روي برآورد مي‌شود. در يك نگرش راهبردي با رويكرد تجزيه و تحليل (SWOT) مي‌توان اين خلأ را به عنوان يك نقطه ضعف بنيادين در درون بخش مورد بررسي قرار داد.
استفاده از فناوري چاه‌هاي هوشمند، اگر چه در گام‌هاي ابتدايي خود در صنعت نفت كشور ما به سر مي‌برد، اما آغاز اين پروژه از سوي مركز مطالعات اكتشاف و توليد پژوهشگاه صنعت نفت مي‌تواند به مثابه يك نقطه قوت مهم تلقي شده و توسعه‌ي اين فناوري به عنوان راهبردي براي غلبه بر چالش نقصان اطلاعات در كشور مورد توجه قرار گيرد.
آن‌چه در پي مي‌آيد متن كامل گزارش هفتمين كارگاه سياست‌هاي مديريت و بهره‌برداري از مخازن نفت و گاز است كه به موضوع  " كاركرد فن‌آوري مخزن هوشمند در مديريت مخازن نفت و گاز" اختصاص داشت.
 در اين كارگاه كه از سوي سرويس مسائل راهبردي خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا) برگزار شد، مهندس مهدي ندري پري به بيان تجارب پژوهشي خود در اين‌باره پرداخت.
مهندس مهدي ندري پري كارشناسي مهندسي حفاري را در دانشكده‌ نفت اهواز دانشگاه صنعت نفت به پايان برده است. وي مدرك كارشناسي ارشد مهندسي حفاري خود را به طور مشترك از دانشكده نفت تهران و دانشگاه Curtin استراليا اخذ كرد. از او مقالاتي در مجلات اكتشاف توليد وزارت نفت، كنگره نفت اهواز، و  APPEA) Australian Petroleum Production & Exploration ) منتشر شده است.
عنوان پايان نامه وي توانايي و كاربرد چاه‌هاي هوشمند در تكميل چاه  ( Viability Study of Implementing Smart Completion in Commingled Wells
) در يكي از ميدان‌هاي offshore استراليا بوده است.

خبرنگار:
تكميل هوشمند چاه، امروزه در حال تبديل شدن به يك فناوري‌ متداول در دنياست، اين در حالي است كه كشور ما گام‌هاي اوليه در اين صنعت را بر مي‌دارد. قبل از توضيح درباره‌ي مزيت‌ها و كاركرد‌هاي اين فناوري به نظر مي‌رسد كه لازم باشد.

مهندس ندري پري: 
موضوع پژوهش ما مطالعه توجيهي يا امكان‌پذيري تكميل چاه به صورت هوشمند در چاه‌هاي به هم آميخته (commingle ) است. در چاه‌هاي به هم آميخته (commingle) چند سازند وجود دارد و هدف، توليد همزمان است. اين فعاليت با يك لوله برداشت (single tubing completion ) انجام مي‌شود و نيازي به تکميل دوگانه ( dual completion) نيست.
بين سال‌هاي 1997 تا 2006 ، حدود 300 تكميل چاه به روش هوشمند ( smart completion) در دنيا انجام شده است. طبق مطالعات ما ، 44 مزيت در استفاده از چاه‌هاي هوشمند نسبت به مدل سنتي تكميل چاه‌ وجود دارد كه برخي از آنها از جهاتي با يكديگر هم پوشاني دارند. توانايي جمع‌آوري‌ داده‌ها، انتقال آنها به مرکز کنترل و آناليز كردن داده‌هاي مخزن و توليد به منظور بهينه‌سازي كنترل چاه را تكنيك تکميل هوشمند چاه (smart completion) مي گويند. انواع مختلف چاه ها عبارتند از:
1. Smart Well .
2- Intelligent Well .
3- کنترل هيدروليکي از راه دور(Hydraulic control remotely).
4. Permanent Gauge .
5. Dumb well
که هر يك از اين مدل‌ها با توجه به شکل و نوع تکميل چاه عملکرد متفاوتي دارند.

خبرنگار:
تفاوت " smart well" با " intelligent well" چيست؟

مهندس ندري پري:
در مقالات دو واژه " smart well" و " intelligent well " را يكسان در نظر مي‌گيرند. اما من دراين باره‌ با يكي از نمايندگان شركت " well dynamic" كه يكي از شركت‌هاي خدماتي است و تجهيزات "smart well" را در اختيار شركت‌هاي متقاضي اين تكنولوژي قرار مي‌دهد، صحبت مي‌كردم، ايشان نيز اعتقاد داشتند كه اين دو واژه با يكديگر متفاوت هستند و نظر من نيز همين است. نظز استاد راهنماي  من ، آقاي اکيم کبير نيز  همين بود.
در حقيقت، بايد گفت شكل ظاهري (Configuration) داخل چاه در "smart well" و " intelligent well " يکسان است. تنها تفاوتي كه وجود دارد، روي سطح و در اتاق کنترل است.
در " smart well " يا به معناي ديگر "low IQ intelligent well" اطلاعاتِ فشار، دما و دبي توسط كابل هايي به نام "probe" به صورت لحظه اي و به‌هنگام ( real time) به سطح منتقل مي‌شوند. پس از ورود اين اطلاعات به كامپيوتر وظيفه تشريح و آناليز داده‌ها به عهده‌ي مهندس بهره‌بردار است. وي با توجه به اطلاعاتي كه دريافت مي‌كند، محل تغييرات ناگهاني را مشخص کرده و با تحليل داده‌ها تصميم گيري‌هاي لازم براي بستن، باز گذاشتن و يا نيمه بسته بودن نواحي توليد ( partial closing) را اعمال مي کند. به دست آوردن داده‌هاي لحظه اي و به روز يكي از بزرگترين مزيت‌هاي چاه‌هاي هوشمند است كه امكان تصميم‌گيري لحظه به لحظه را فراهم مي کند.
يكي ديگر از مزاياي چاههاي هوشمند ، امكان وجود فاصله‌هاي طولاني بين مرکز کنترل و محل چاه مي باشد. در اين‌گونه موارد، فاصله‌ي زماني جمع آوري و انتقال داده‌هاي چاه تا مرکز کنترل بسيار كوتاه است که در برخي متون براي فاصله 2000 کيلومتري تقريبا 5 دقيقه تخمين زده شده است. اين مسئله به عنوان يک مزيت جهت به خدمت گرفتن مهندسين بهره‌بردار عالي رتبه و با تجربه بسيار حائز اهميت است. به عنوان نمونه، در برونئي ميدان نفتي دور از خشکي ( offshore) وجود دارد که داراي آب و هواي بسيار بدي است، اما با استفاده از اين روش‌ در اين منطقه، توانسته‌اند از مهندسين بهره‌بردار عالي رتبه و با تجربه استفاده كنند.
در " intelligent well " ، داده‌هاي سنسو‌رها وارد يك نرم‌افزار از پيش طراحي شده مي‌شوند كه برنامه هاي لازم براي صدور دستور در شرايط مختلف را دارا است و ديگر نيازي به مهندس بهره‌بردار براي تحليل داده‌ها و تصميم‌گيري نيست. البته در اين نوع از چاه‌ هاي هوشمند در مرحله بهره‌برداري امكان برخورد با حادثه‌اي جديد كه براي نرم افزار تعريف نشده باشد، وجود دارد. بروز چنين مشکلي، اختلالاتي را در كل سيستم به وجود مي آورد. بنابراين در "intelligent well " به مطالعات بسيار كامل‌تري نياز است تا بتوان كل اتفاقاتي كه ممكن است در طول زمان بهره‌برداري از چاه با آن مواجه مي شويم را پيش‌بيني و براي نرم افزار تعريف كنيم. اما در " smart well" از آنجاكه داده‌ها توسط يك مهندس بهره‌بردار كنترل مي‌شود، اعتماد بيشتري وجود دارد.

خبرنگار:
از 300 چاه هوشمند موجود در دنيا چه تعداد به صورت "intelligent well" و چه تعداد به روش "smart well" تكميل شده‌اند؟

مهندس ندري پري:
از آنجا که تكنولوژي تكميل چاه به روش هوشمند هنوز به حدود طبيعي خود نرسيده يا به عبارت ديگر به بالاترين حد پيشرفت خود نرسيده است ، بر اساس منحني " s" پيشرفت تکنولوژي در مرحله رشد خود قرار دارد ، چرا که موسسات تحقيقاتي در حال ارتقاي نوع سنسور و عملکرد سنسورهاي قابل نصب در اين چاه‌ها هستند؛ از طرفي، شركت‌ها نيز ترجيح مي‌دهند در زمينه‌اي سرمايه‌گذاري کنند كه براي آن‌ها سوددهي بيشتري داشته باشد. نماينده يكي از اين شركت‌ها معتقد بود شركت‌هايي كه وارد اين عرصه مي‌شود ، نرم‌افزارها را به صورت محرمانه (confidential) تهيه مي‌كنند. اما به نظر مي رسد در ابتداي كار، از آنجاكه تمام اطلاعات مربوط به مخزن موجود نبوده و رفتار مخزن چندان قابل پيش‌بيني نيست، سطح اعتماد به روش " intelligent well " بسيار كمتر بوده و بنابراين بيشتر از همان روش "smart well" يا به عبارتي همان "low IQ intelligent well" استفاده مي‌شود.

خبرنگار:
در حال حاضر، شبيه سازي مخازن به دليل نقصان‌هاي موجود در انجام عمليات‌ چاه نگاري (Well Logging) و چاه‌آزمايي (well test) لحظه‌اي و به روز و در نتيجه نبود داده‌هاي مربوط به آن‌ها با چالش‌هايي مواجه است. اين در حالي است كه از طريق فن‌آوري چاه‌هاي هوشمند برخي از اين داده‌ها به صورت لحظه اي و به‌روز به دست مي‌آيد و به اين ترتيب مي توان مدل شبيه سازي را تا حد زيادي نزديک به واقعيت ارائه کرد. بنابراين سوال اينجاست كه اگر از يك مخزن مدلي داشته باشيم آيا اين امكان وجود دارد كه اطلاعات به صورت درون خطي ( on line) به مدل منتقل شود و مدل هر لحظه به روز (up to date ) شود؟

مهندس ندري پري :
در واقع بايد گفت، مخزن هوشمند به همين ترتيب عمل مي‌کند. در چاه‌هاي معمولي، به خصوص چاه‌هايي كه اجازه بسته شدن ندارند و بايد به توليد خود ادامه دهند، از مدل قديمي مخزن استفاده مي‌شود. اما در "smart well " امکان به روز نمودن مدل مخزن با توجه به داده‌هايي كه در اختيار داريم، وجود دارد. در اين روش، اطلاعات به صورت لحظه اي و به‌هنگام (Real time ) وارد شبيه سازها مي‌شود و مدل مخزن توسط اين اطلاعات جديد شبيه سازي مجدد مي‌شود.
اطلاعاتي كه براي شبيه سازي مخازن لازم است، از طريق حسگرهاي "smart well" به‌دست مي‌آيد. اين داده‌ها را مي‌توان به نرم‌افزار شبيه‌ساز مخزن داد تا شبيه سازي را بازسازي كند. اگر بتوانيم تمام چاه‌هاي يك مخزن را هوشمند و كل مدل مخزن را به صورت درون خطي( on line ) به روز(up to date ) كنيم، مدل مخزن هوشمند مي شود. به اين ترتيب، مخزن هوشمند مفهوم پيدا مي‌كند؛ حال اگر تمام مخازن موجود در يك ميدان را هوشمند كنيم ، مي‌توان گفت ميدان، هوشمند (smart field) شده است.‌
البته كنترل يك ميدان هوشمند به مراتب مشكل‌تر از يك چاه هوشمند‌ است؛ چرا كه در يك چاه هوشمند فرآيند بهينه سازي توليد سيال از مخزن در چاه مورد بررسي قرار مي گيرد، اما در يك ميدان هوشمند علاوه بر بهينه‌سازي هر چاه به طور جداگانه، چاه ها نسبت به يکديگر نيز بهينه مي شوند. اين امر مشكلاتي را به همراه دارد. به عنوان نمونه، عمق مشبك‌كاري ( perforation) در چاه‌ها با يکديگر متفاوت است - عمليات مشبك‌كاري به منظور ايجاد يك گلوگاه بين سنگ مخزن و لوله جداري برداشتي(توليد) انجام مي شود. البته براي انجام عمليات مشبک کاري محاسبات دقيق و بهينه سازي عمليات لازم است.
داده‌هاي به دست آمده از مخزن شامل تخلخل، تراوايي ، فشار و... از چاه‌هاي ارزيابي و سپس توسعه‌اي به دست مي‌آيد. اين اطلاعات وارد نرم‌افزار شبيه‌سازي شده و با استفاده از آن مخزن شبيه سازي مي‌شود. اما اين شبيه سازي هميشه با خطاهايي روبه رو است. اين مسئله ، به ويژه در ايران كه اكثر مخازن شكاف‌دار هستند به دليل وجود ناهمگني( Heterogeneity) و ناهمساني (anisotropy) بالاي مخازن شديد‌تر است و پيش بيني و تخمين رفتار مخزن را بسيار مشكل مي‌كند. بنابراين براي شبيه سازي مخازن شکاف دار (fractured reservoir) از روش ديگري به نام مدل بلوك (block model ) استفاده مي شود. در اين روش، مخزن را به بلوك‌هايي تقسيم مي‌كنند و شكاف موجود در مخزن را كانال‌هاي بين اين بلوك‌ها تعريف مي‌كنند . نرم افزار "Eclipse " نيز از همين روش استفاده مي‌كند تا به نوعي اطلاعات به دست آمده دقيق‌تر و به شرايط حقيقي نزديك‌تر شود. 

خبرنگار:
با توجه به اينكه يكي از بزرگترين چالش در مديريت مخازن ما نقصان هاي موجود در انجام مجموعه‌ي چاه آزمايي( well test) لحظه اي و به روز است، توضيح دهيد كه "smart well " تا چه مي‌تواند نياز به انجام عمليات‌ها را رفع كند؟

مهندس ندري‌پري:
هم‌اكنون ، نبود اطلاعات مخزن بزرگترين چالشي است كه در زمينه مديريت مخزن در كشور ما وجود دارد. اين اطلاعات از طريق عمليات چاه آزمايي ( well test ) و نمودارگيري چاه ( well logging ) به دست مي‌آيد.
در انجام عمليات آزمايش "Build Up" - اين نوع چاه آزمايي به دليل آنکه شرايط دبي ثابت در چاه به آساني به دست مي آيد بيشترين استفاده را در جهان دارد - با در نظر گرفتن نوع مخزن، توليد چاه را براي مدتي که براي انجام اين عمليات لازم است متوقف مي کنند. اگر هزينه هاي ناشي از اين عمليات مورد ارزيابي قرار گيرد مشخص خواهد شد که اين هزينه شامل هزينه تاخير در توليد، هزينه دکل(Rig) و هزينه عمليات مداخله (Intervention) و غيره را شامل مي شود که اين مسئله در شرايط مخازن درون دريا (off shore) از شدت بيشتري برخوردار است که به طور کلي از 100 هزار دلار تا چندين ميليون دلار هزينه خواهد داشت. در عمليات نمودارگيري چاه (well logging) نيز  بسته به مدت زمان مورد نياز ، توليد متوقف مي شود تا دستگاه هاي گيرنده لاگ‌هاي توليدي، عمليات خود را درون چاه انجام دهند.
در روش چاه‌آزمايي (well test) با جمع آوري اطلاعات و با استفاده از فرمول‌هايي که وجود دارد مي‌توان داده‌هاي مانند تخلخل و تراوايي و ديگر موارد مورد نياز را به دست آورد. البته اين داده‌ها از طريق روش‌هاي ديگري مانند نمودارگيري چاه و استفاده از برخي از لاگ‌ها مانند لاگ مقاومت ويژه الكتريكي، صوتي ، گاما و يا آزمايشات فشار، حجم و دما (PVT) نيز بدست مي آيد .

خبرنگار: 
با استفاده از تكنولوژي چاه‌هاي هوشمند آيا امكان دارد نياز به عمليات چاه‌پيمايي يا نمودار گيري نيز رفع شود؟

مهندس ندري پري:
عمليات چاه آزمايي و عمليات نمودارگيري چاه داراي اهداف متفاوتي هستند که در برخي جهات اين اهداف با يکديگر و به صورت غير مستقيم همپوشاني دارد. براي نمونه شما مي توانيد از طريق نمودارگيري و استفاده از برخي فرمول هاي تجربي تخلخل و تراوايي را به دست آوريد که اين کار توسط چاه آزمايي نيز انجام مي شود. شما در هر حال نيازمند استفاده از هر دو عمليات هستيد تا کاملا به شرايط مخزن احاطه کامل داشته باشيد. نمودار گيري چاه اطلاعاتي از قبيل جنس سنگ، تخلخل، تراوايي، مقاومت ويژه ، سطح تماس آب ‌و گاز با نفت و ... را در اختيار قرار مي دهد.
تا يك سال پيش حسگرهاي نصب شده در داخل چاه هاي هوشمند، اطلاعات فشار، دما و دبي جريان را ارائه مي کردند. امروزه حسگرهايي در مرحله آزمايش است که قادر هستند اطلاعات مربوط به نمودارگيري چاه را به شما ارائه دهند. به جز سه مورد اول يعني فشار، دما و دبي جريان، ساير موارد تحت تحقيق و آزمايش هستند. براي مثال، حسگرهاي تحت توسعه (under development) عبارتند از : حسگر آب برش(water cut sensor)، حسگر چگالي سنج وابسته به نوع سيال (fluid densimeter) ، حسگر ارايه مقاومت ويژه سازند (Formation resistivity array) ، حسگر لرزه نگار ميکرو(micro seismic array) و حسگر آناليز مواد شيميايي درون چاه (down hole chemical analysis sensor) و ديگر حسگرها.
با پيشرفت اين فن آوري در آينده ديگر نيازي به بستن چاه و صرف هزينه هاي ديگر براي انجام عمليات نمودارگيري چاه وجود ندارد. با استفاده از سه پارامتر فشار، دما و دبي جريان كه در چاه‌هاي هوشمند به دست مي‌آيند، مي‌توان تمام اطلاعات چاه آزمايي و حتي اطلاعاتي فراتر از آن را به دست آورد. اكثر تست‌هاي چاه‌آزمايي در حالت ايستا (static) است اما "smart well" حالت پويا (dynamic) دارد و نياز ما را به استفاده از دکل و مداخله در چاه برطرف مي کند و به تبع آن هزينه‌ها به طور قابل توجهي کاهش مي‌يابد. همچنين به دليل آنكه اطلاعات مربوط به دما را نيز ارائه مي‌کند، به شناسايي‌ رژيم‌هاي جريان داخل چاه ‌ كمك مي‌كند.

خبرنگار:
اما اگر چه اولين اقدامات براي استفاده از اين فناوري در حال انجام است، اما با توجه به نياز بسيار بالاي مخازن نفت كشور به اين فناوري، مسئله اساسي گستره استفاده از اين فناوري و سرعت توسعه آن است. در اين زمينه اولين و مهمترين عامل رويكرد مديران مخازن و مديران شركت‌هاي نفتي است و در گام بعدي نظام بودجه‌ريزي كشور است كه بايد براي تخصيص بودجه و اعتبار لازم در اين زمينه قانع شود.

مهندس ندري پري:
در حقيقت، هم‌اكنون مهم‌ترين مسئله ما در زمينه بكارگيري فن‌آوري تكميل چاه ‌به روش هوشمند، متقاعد كردن روساي شركت‌هاي نفتي است. از آنجا كه اين شركت‌ها دولتي هستند براي استفاده از اين روش بايد مجلس، دولت و ... را متقاعد كرد و اين امر بسيار وقت‌گير است. در اكثر كشورهاي نفت‌خيز دنيا، شركت‌هاي نفتي خصوصي هستند و به شكل سهامي خاص اداره مي‌شوند. بنابراين براي متقاعد كردن اين شركت‌ها كافي است، هيئت مديره و سهامداران اصلي را با اين روش آشنا و آنها را براي انجام آن متقاعد كرد.
استفاده از چاه هوشمند (smart well) در كوتاه مدت سوددهي را افزايش مي دهد و از پرداخت هزينه‌هاي هنگفت جلوگيري مي کند و در بلند مدت موفقيت‌هاي بزرگي را به همراه خواهد داشت ، اين مساله بايد براي مسوولين توضيح داده شود. با استفاده از چاه‌هاي هوشمند مي‌توان بازدهي مخازن خود را از 25 درصد به 27 درصد و حتي بيشتر از آن رساند که اين نشان دهنده افزايش توليد روزانه است که مثلا به توليد روزانه 30 هزار بشكه يا بيشتر افزود که در شرايط قيمت بالاي نفت به نفع کشور صادر کننده نفت خواهد بود، البته اين به نحوي است كه به دليل کنترل لحظه‌اي که روي مخزن وجود دارد از اعمال شوک ناگهاني به مخزن و به تبع آن آسيب مخزن جلوگيري به عمل مي آيد. شيرهاي به كار رفته در چاه‌هاي هوشمند، قابل تنظيم هستند و دبي توليدي به راحتي قابل تغيير است. اگر قيمت نفت يا گاز افزايش يابد و يا در مقاطعي نياز بيشتري به اين دو احساس شود، مي‌توان با تنظيم اين شيرها ميزان توليد را به حالت بهينه تغيير داد. همچنين، حسگرهاي نصب شده در اين چاه ، احتمال ايجاد هرگونه آسيب در مخزن را نيز به خوبي هشدار مي‌دهند.
علاوه بر اين موارد، گاهي بنا به دلايل اقتصادي و يا بحران انرژي، نياز به افزايش توليد در كوتاه مدت وجود دارد كه با اين روش مي‌توان اين كار را به صورت بهينه انجام داد و صدمات وارد شده به مخزن را كنترل كرد. همچنين، در صورت استفاده از چاه هاي هوشمند در مخازن گازي مي‌توان از بروز مشكلاتي که به دليل تغيير فشار و دماي کنترل نشده براي اين نوع مخازن وجود دارد، جلوگيري کرد. براي نمونه ، مي توان از بروز مشکل ايجاد قطرات ميعانات گازي در نزديک چاه که به عنوان آسيب سازند  مطرح هستند، جلوگيري كرد. البته اين موضوع بستگي به شرايط چاه و نوع گاز دارد. هر چاه گازي نمودار خاص (Phase Envelope) خود را دارد. مديران ما بايد ريسك‌پذيري خود را افزايش دهند و به اين ترتيب موجب بهينه‌سازي فعاليت‌ها شوند.
از سال 1973 تا 1983، 481 حلقه چاه افقي توسط شرکت ملي نفت حفر شده است. همچنين در چند سال گذشته يك حلقه چاه چند شاخه‌اي (Multi lateral) توسط يك شركت خارجي در ايران حفر شده است كه با مطالعات به عمل آمده مشخص شد جهت حفر برخي از شاخه‌هاي اين چاه اشتباه بوده است؛ اما نبايد به دليل وجود تجربه‌هاي ناموفق، به طور كامل يک تكنولوژي را كنار گذاشت.  در اين زمينه بايد به نياز روبه گسترش استفاده از تكنولوژي چاه‌هاي هوشمند در اين نوع از چاه‌ها توجه ويژه‌اي كرد.

گزيده‌ي نتايج پايان نامه توانايي و كاربرد چاه‌هاي هوشمند در تكميل چاه 
 ( Viability Study of Implementing Smart Completion in Commingled Wells

1- چاه کنترل از راه دور هيدروليکي (hydraulic control remotely):
در اين چاه‌ها بر روي لوله‌ي توليدي (Production tubing)، دريچه‌هاي كشويي (sliding sleeves) نصب شده است که به صورت هيدروليكي باز و بسته مي‌شوند. اين دريچه‌ها در نواحي (zone) مختلف نفت و گاز، درون چاه نصب مي شوند. در اين چاه‌ها سنسوري وجود ندارد و به تبع آن داده‌ها به سطح منتقل نمي شوند.

2- permanent gauge :
در اين نوع چاه‌ها، گيج‌هايي با توجه به نواحي توليدي درون چاه نصب مي‌شوند. وظيفه جمع آوري داده‌ها بر عهده‌ي يک دستگاه نگارنده‌ي داده ( data logger ) است که سرچاه قرار دارد و هر چند وقت يك‌بار ( مثلا هر 5 روز ) اطلاعات را جمع‌آوري مي کند. در اين نوع چاه‌ها عمليات ديگري مانند بستن چاه، مداخله و... نيز انجام مي‌شود.

3- dumb well :
در اين نوع از چاه‌ها، درون چاه گيجي وجود ندارد و تنها يك دريچه کشويي (sliding sleeve )مكانيكي وجود دارد. اين دريچه با دستگاهي به نام  " jar" نصب ، جا به جا و باز و بسته مي‌شود.

4- smart well :
• به وجود آمدن گيج درون چاهي، دريچه‌هاي كشويي و شيرهاي كنترل و ايمني درون چاهي که از سطح کنترل مي شوند باعث توسعه چاه‌هاي هوشمند شد.
• در سال 1997 م. اولين چاه هوشمند در درياي شمال نصب شد كه تنها فشار و دما را اندازه مي‌گرفت.
• طي 10 سال گذشته، به دليل برداشت نفت و گاز مخازن دستخوش تغييرات گسترده اي شده‌اند. برخي از آن‌ها دچار افت شده و شرايط پيچيده‌تري پيدا كرده‌اند . برخي از مخازن جهت توسعه نيازمند هزينه‌هاي هنگفتي بودند. هزينه تکميل چاه به روش هوشمند 3 تا 4 برابر تكميل به روش سنتي است.
• در تکميل چاه به روش سنتي نظارت به صورت پيوسته نيست. در اين روش براي به دست آوردن داده‌ها، لاگ‌هاي توليدي را به داخل چاه مي فرستند. اين عمل به صورت ناپيوسته و هر چند وقت يكبار انجام مي‌شود اما در چاه‌هاي هوشمند اطلاعات توسط حسگرها به صورت پيوسته به دست مي‌آيند.
• تجهيزات تكميل چاه هوشمند بطور كلي شامل شيرهاي كنترل جريان (ICV (Inflow Control Valves، گيج‌هاي دائمي درون چاهي" Permanent Down Hole Gauge ) "PDHG) و حسگرهاي اندازه‌گيري دما(DTS" (Distributed Temperature Sensing" است.
• در چاه‌هاي معمولي يك شير كه باز و بسته كردن چاه را بر عهده دارد، در سر چاه قرار مي‌گيرد. اين شيرها جهت عبور دبي‌هاي مشخص تهيه شده‌اند که به آن‌ها Preset size valve مي گويند. اما شيرهاي درون چاهي كه در چاه‌هاي هوشمند استفاده مي‌شوند (ICV) براي هر نوع دبي قابل تنظيم مي باشند و مانند يك شير آب عمل مي‌كنند كه مي‌توان آن را كم يا زياد كرد.
• در تكميل چاه به روش سنتي (Conventional Completion) دبي جريان را با فرستادن لاگ توليدي به درون چاه، به دست مي آورند و آن را با داده‌هاي سطحي تطابق مي‌دهند؛ بنابراين توليد تا زمان افت فشار ادامه پيدا مي‌كند.به اين ترتيب، توليد آب (water cut) به تدريج افزايش مي‌يابد و چاه توان توليد به ميزان دبي قبلي را نخواهد داشت. اما در تكميل چاه به روش هوشمند ( smart well ) مي‌توان تشخيص داد كه آب از كدام منطقه وارد چاه مي‌شود. به اين ترتيب با بستن شيرهاي ( ICV) مربوط به آن منطقه و يا کاهش دبي برداشت مي‌توان با کنترل آب برش توليد نفت را افزايش داد.

مزيت‌هاي چاه هوشمند:
• از آنجايي که در تکميل چاه به روش هوشمند نيازي به چاه آزمايي و بسته شدن چاه در هنگام بروز مشكل نيست، توليد افزايش خواهد يافت و همچنين برخي از هزينه‌هاي مربوط به اجاره دکل و ديگر موارد حذف مي شود.
• در حال حاضر به گفته برخي از مسوولين بازدهي مخازن نفت ايران 25 درصد است. با توجه به اينكه در چاه هوشمند كنترل كاملي بر روي رفتار مخزن صورت مي پذيرد مي‌توان با استفاده از اين تکنولوژي بازدهي مخازن را تا بيش از 35 درصد افزايش ‌داد.
• چاه هوشمند در بلند مدت، هزينه‌هاي بهره‌برداري و توليد را كاهش مي‌دهد.
• از آنجايي كه براي براي باز و بسته کردن نواحي توليدي در چاه نيازي به مداخله (Intervention) نيست، هزينه اجاره كردن دکل و پرسنلي كه براي انجام اين عميات استخدام مي‌شوند و تاخير توليد (production delay ) حذف مي‌شود.
• در اين روش، بهره‌برداري از ميدان به دليل وجود داده‌هاي به هنگام ( Real time ) گسترش مي يابد.
• در توليد به روش سنتي، در جريان به هم آميخته ( Commingled flow ) زماني كه دو سازند از لحاظ نوع سيال با هم سازگاري داشته باشند (compatible fluid )، براي كنترل دو سازند، دو راه وجود دارد: مي‌توان از ( single tubing ) و دو دريچه کشويي (Sliding sleeves) استفاده كرد. در اين روش اگر آب به سازند پاييني بر‌سد، جهت بستن دريچه کشويي ناحيه اي که توليد آب دارد بايد چاه به طور کامل بسته شود. به اين ترتيب توليد از سازند بالايي كه توليد آب بالايي ندارد نيز متوقف مي‌شود. اين در حالي است كه در تکميل چاه به روش هوشمند اين مسئله رخ نخواهد داد. از ديگر مزاياي تکميل چاه به روش هوشمند افزايش عمر چاه و نيز مخزن مي باشد.

• در مخازن شکاف دار، اطلاعات حقيقي از سازند مخزني وجود ندارد و ممكن است به دليل جهت حفاري نادرست در حين توليد، توليد آب در درون چاه به سرعت اتفاق بيفتد. در برخي مخازن، آب به دليل نسبت سياليت بالا نسبت به نفت، در رقابت با نفت آن را كنار مي‌زند و به تعبيري آن را به دام مي‌اندازد. به اين ترتيب، عمر مخزن كم مي شود و در مراحل بعدي مي‌بايست براي برداشت ثانويه ( second recovery) هزينه كرد. اين در حالي است كه در چاه هوشمند، بعد از کار گذاشتن لوله، شير کنترل( ICV )نصب شده در چاه در مواقع بروز مشکلات بسته مي‌شود. عملکرد آن به طور خلاصه اين‌گونه است که در اين نوع چاه‌ها، حسگر دما از طريق اختلاف دما، ورود آب را تشخيص مي‌دهد. در چنين وضعيتي شير کنترل( ICV ) مربوط به زون توليد کننده آب بسته مي‌شود و توليد به راحتي از ساير نقاط ادامه مي يابد. البته در اين مرحله، ساير شير کنترل‌ها( ICV )نيز بايد كنترل شود، چرا كه آب سعي مي‌كند از جايي كه مي‌تواند، نفوذ كند.
در چاه‌هاي چند شاخه ( multi lateral ) نيز مي‌توان هر يک از شاخه‌ها را با استفاده از اين شيرهاي کنترلي به دقت تحت نظر داشت. به اين صورت كه روي هر شاخه‌( branch) ، يك شير کنترل( ICV )نصب مي‌شود و كنترل از طريق آن صورت مي‌گيرد.

• "smart well " به تخصيص بهتر جريان (Better flow allocation ) كمك مي‌كند. به عنوان مثال ، زماني كه بخواهيم از يك سازند 6 هزار بشكه و از سازند ديگر 4 هزار بشكه در روز توليد داشته باشيم، با توجه به شرايط مختلف مانند توليد آب و ... مي توانيم ميزان توليد هر سازند را از اين طريق تغيير دهيم.
• در چاه‌هاي افقي براي برقراري جريان از در قسمت افقي، بايد اختلاف فشار در تمام نقاط آن وجود داشته باشد به اين معني که انتهاي بخش افقي داراي فشار بيشتر و ابتداي آن داراي فشار کمتر باشد. در اين چاه‌ها فشار موجود در ( toe) بايد بيشتر از فشار ( heel ) باشد. بنابراين اختلاف فشار بين ( toe) و فشار مخزن كمتر از اختلاف فشار بين ( heel) و فشار مخزن است. در نتيجه، توليد از (heel) بيشتر خواهد بود. در نقاطي که توليد آب از پايين و توليد گاز از بالا، نفت را به دام مي‌اندازند، غير از بخش (heel) ، ساير بخش‌ها از لحاظ توليد نفت متوقف مي شوند. با نصب چند شير کنترل ( ICV )از مکان (heel ) تا كمي قبل از (toe) مي توان رژيم جريان يکنواختي را در قسمت افقي برقرار کرد که اين مطلب در قالب بستن جزئي شير هاي کنترل ( Partial closing) امکان پذير است چرا که با بستن جزئي شير کنترل ( ICV ) در حقيقت افت فشار بيشتري در ناحيه heel به سيال اعمال مي شود. در نتيجه اختلاف فشار در قسمت افقي چاه يكسان مي‌شود و از تمام قسمت‌هاي آن توليد خواهيم داشت. اين امر، عمر مخزن و توليد را افزايش خواهد داد.

• بهينه سازي در چاه‌هاي هوشمند به هنگام ( Real time ) است و به دليل دريافت داده‌هاي به روز، بسياري از مشكلات از قبيل بسته شدن چاه رخ نخواهد داد.
با استفاده از چاه هوشمند، مشکل بسته شدن چاه به دو صورت مرتفع مي‌شود:
اول اينكه، در صورت بروز مشكل در مخزن نيازي به بستن چاه براي رفع آن نيست.
دوم اينكه، به دليل وجود داده‌هاي لحظه اي از بروز مشكل پيشگيري مي‌شود. بنابراين در چاه عمودي سازندهاي مختلف و در چاه افقي بخش‌هاي مختلف يك سازند مورد بررسي قرار مي‌گيرد و به اين ترتيب عمل بهينه سازي صورت مي‌پذيرد.

كاربرد چاه‌هاي هوشمند:
• در مخازن شكاف دار (Fractured reservoirs ) که مشکلاتي از قبيل عدم وجود اطلاعات کافي زمين شناسي (Geological Uncertainties ) وجود دارد به ويژه هنگامي‌ که از تزريق آب(Water Flooding) جهت افزايش بازدهي استفاده شود. استفاده از چاه هوشمند در اين مخازن ميزان برداشت ( recovery ) را بسيار بالاتر خواهد برد.
• امروزه گفته مي شود که در حين برداشت اوليه (primary recovery ) عمليات برداشت ثانويه( second recovery) نيز، جهت افزايش عمر مخزن و چاه انجام مي‌شود که اين مهم از طريق چاه‌هاي هوشمند با عملکرد بهتري همراه خواهد بود.
• در سازندهايي که در زير سازند آسماري قرار دارند مخازن گازي وجود دارد که از اين مخازن مي توان به طور چند منظور استفاده کرد. يا به عنوان گاز در gas lift و يا جهت تزريق گاز به کلاهک گازي مخازن نفتي بالايي استفاده کرد. همچنين تجهيزات سر چاهي مورد نياز، به ويژه در چاه‌هاي دور از خشکي (off shore) فضاي زيادي را اشغال مي کنند و مشکلات بسياري را به وجود مي آورند، اما با استفاده از چاه‌هاي هوشمند مي توان دو سازند گازي و نفتي حفر کرد و از قسمت گازي به سازند نفتي، گاز تزريق نمود. به اين ترتيب، برداشت و تزريق هم زمان خواهد بود. در اين روش که به آن تزريق دروني گاز (internal gas injection) مي گويند هزينه هاي حفر چاه‌هاي تزريقي و انتقال گاز به چاه توليدي حذف مي‌شود.
• يكي از انواع مخازن نفتي كه در حال حاضر با وجود گران شدن نفت مورد توجه شرکت‌هاي نفتي دنيا قرار گرفته است، مخازن حاشيه‌اي (marginal reserves ) است. از آنجا که ميزان نفت درون مخازن حاشيه‌اي بسيار کم است، در گذشته بهره‌برداري از اين مخازن توجيه اقتصادي نداشت، اما در حال حاضر با استفاده از تکنولوژي " smart well " با حفر يك چاه و چند شاخه كردن آن به مخازن حاشيه‌اي متصل مي‌شويم و از اين نوع از مخازن نيز توليدي كنترل شده خواهيم داشت.
• در آب‌هاي عميق اجاره دکل، استخدام پرسنل و بستن چاه هزينه بالايي در بردارد كه اين هزينه‌ها در "smart well " حذف مي‌شود.
• در توليد دنباله‌اي (sequential production ) به دليل عدم وجود سازگاري سيال‌هاي سازندهاي مختلف، برداشت از هر سازند به طور جداگانه صورت مي گيرد. توليد از هر سازند پس از آنکه توليد آب به حد تعيين شده خود رسيد متوقف مي شود، و در اين لحظه برداشت از سازند ديگر آغاز مي شود. انجام اين نوع توليد با وجود استفاده از تکميل چاه به روش هوشمند از عملکرد بهتري برخوردار خواهد بود.
• اگر چند سازند كه سيالات آن‌ها سازگاري دارند روي هم قرار گرفته باشند به آن Stacked Pay گويند. با فناوري "Smart well" مي‌توان به شيوه‌ي توليد به هم آميخته ( commingled ) از آن‌ها برداشتي بهينه داشت.
• در چاه هوشمند زماني كه توليد از چاه به صرفه نيست، بايد آن را ترک کرد؛ اما به دليل باقي ماندن سيستم در داخل چاه، هميشه مي‌توان اطلاعات با ارزش توسعه ميدان مانند گسل ها، پيوستگي آبده و غيره را از آن چاه، دريافت كرد.
• ارزش اين تکنولوژي در چاههاي افقي ، چاههاي انحرافي (Deviated Well) ، نفت سنگين (Heavy Oil) ، پارافين و ESP) Electricity Submersible Pump) بسيار نمايانگر است.

چالش‌ها و راه حل‌ها:
• کشش‌ها و گشتاورها(Torque and drag) :
از آنجا که قطر بيروني شير كنترل(ICV) مقداري بيشتر از لوله مغزي (Tubing) است باعث ايجاد گشتاور (torque) مي‌شود.

• Junk in Hole:
تکه‌هايي از ابزار حفاري که از زمان حفاري در درون چاه باقي مانده اند باعث ايجاد مشکلاتي از قبيل گشتاور نامنظم (Erratic torque and drag) مي شوند. در اين حالت مي‌بايست تمام تجهيزات را بيرون كشيده و درون چاه را تميز كرد.

• عدم عملکرد شيرهاي کنترلي (Failure ):
در صورتي که شير كنترل(ICV) نصب شده در چاه دچار مشکل گردد، چرخش دريچه (valve ) متوقف خواهد شد. در چنين وضعيتي بسته به شرايط و نوع چاه وجود ساير شير‌هاي كنترل (ICV) نيز بي فايده است و مشكلات بسياري در چاه پديد مي‌آيد، البته در صورتي که شير کنترلي مذکور از ابتدا بسته بوده باشد مشکلي براي سيستم پيش نخواهد آورد. همچنين اگر دريچه (valve ) به دليل وجود فشار جمع شود يا به دليل از کار افتادن حسگري كه فرمان چرخش را به آن مي‌دهد، دچار مشكل گردد نيز عملکردي از خود نشان نخواهد داد. در صورت بروز چنين مشکلي لوله مغزي را بايد خارج کرد و قطعاتي که غير فعال شده‌اند را تعويض کرد. چنين فرآيندي در عمل به صرفه نخواهد بود. يکي از مزاياي چاه هوشمند پايين بودن ميزان مداخله (intervention less) در آن است، اما در صورت بروز چنين مشکلي مجبور به مداخله ( intervene) خواهيم شد. راه حل ارائه شده براي اين مشکل اين است در طراحي شيرهاي کنترلي به نحوي عمل کرد که در صورت بروز چنين مشکلي بتوان آن را بدون خارج کردن تمامي تجهيزات برطرف کرد. البته در صورتي که شير مذکور از ابتدا بسته بوده باشد مي توان در بخش‌هاي مختلف دو شير كنترل (ICV) در كنار هم نصب شود تا در صورت خراب شدن يكي، ديگري كه در حالت آماده به کار ( standby ) قرار دارد، شروع به فعاليت كند.

• قابليت اعتماد ( Reliability) :
چالش برانگيزترين مساله در مورد چاه هوشمند ميزان اعتمادي است كه مي‌توان به آن داشت. شركت " shell" طي گزارشي در يک مقاله‌ اظهار داشته كه از سال 2002 با افزايش تعداد شيرهاي کنترلي قابليت اعتماد (Reliability ) بالاتر و مشکل عدم عملکرد (failure) کمتري داشته است.

• خطر آسيب سيم حسگر ( Risk of Sensor Cable Damage ) :
پس از ترك چاه براي جلوگيري از آسيب به محيط زيست بايد لوله جداري توليدي( production casing) را قطع و چاه را بست. ممكن است در اين حين سيمي كه قصد داده گيري از آن را داشتيم، دچار آسيب شود. اين مشکل با استفاده از سيستم‌هاي بدون سيم (Wireless System) قابل حل است. تنها مشکل اين دستگاه‌ها نياز آن‌ها به باتري است و بايد هر چند وقت يکبار براي تعويض باتري از چاه خارج شوند.

ملاحظات اقتصادي اجراي " smart well " :
• در صورت اجتناب از مداخله (intervention avoidance ) ميليون‌ها دلار به ارزش فعلي خالص ( NPV ) افزوده خواهد شد.
• هزينه دکل و مداخله در خشکي (onshore )، پنجاه‌هزار دلار و در دريا ( offshore ) بيش از 10 ميليون دلار است.
• 30 روز تاخير توليد موجب حذف 10 هزار بشكه در روز به قيمت هر بشكه 40 دلار مي‌شود. در نهايت، کسب 12 ميليون دلار به تاخير خواهد افتاد.
• بر اساس ادعاي سايت "Baker Tool " سيستم تكميل كننده هوشمند در حالت پايه و ساده، 100 هزار دلار است.
* مساله حائز اهميت اين است كه خريد تكنولوژي به مراتب ارزان‌تر از خلق نوآوري است.
• بازگشت سرمايه تكميل چاه به روش هوشمند ( intelligent completion ) كمتر از 6 ماه است.
• هزينه چاه آزمايي در هر چاه 12 ميليون دلار است و ممكن است در هر ماه 3 تا 4 چاه نياز به چاه آزمايي داشته باشند و اين امر در مقابل هزينه لازم براي انجام اين پروژه تاخير بزرگي در بازدهي محسوب مي‌شود.
• بازدهي (Recovery) مخزن تا 15 درصد افزايش خواهد يافت.
• به دليل نبستن چاه، خط لوله (Pipeline ) هيچ‌گاه خالي از نفت نخواهد بود.
• مديريت توليد كه زير مجموعه مديريت مخزن محسوب مي‌شود، بهبود خواهد يافت.
• هزينه چاه آزمايي (well test) و مداخله (intervention) حذف خواهد شد.
• هزينه چاه آزمايي ( well test) ، دکل و... از 100 هزار دلار تا چندين ميليون دلار خواهد بود؛ البته اين مبلغ براي كشورهايي كه تجهيزات لازم براي اين كار را در اختيار دارند، كمتر است.
• هزينه (work over) و دکل در آب‌هاي عميق 10 ميليون دلار خواهد بود.
• هزينه حسگرها، به عمق چاه و تجهيزات استفاده شده بستگي دارد.
• هزينه ميله ( mandrel ) ، گيج(gauge) و محافظ‌هاي نصب شده در چاه هوشمند براي حفاظت از سيم ، بر حسب مورد تعيين مي‌شود. به عنوان مثال، هزينه براي 8 هزار فوت، 200 هزار دلار است. (طبق ادعاي " well dynamic")
• در برونه‌اي چاه هوشمند را در چاه افقي ماري شکل ( Horizontal Snake Well) كار گذاشتند که در نهايت به سود هر بشكه 1 تا 5/1 دلار به دليل هزينه کم واحد توسعه ميدان افزوده شد و 2 تا 3 درصد بازدهي مخزن افزايش يافت.

مورد مطالعه شده در ميدان دور از خشکي ( offshore ) استراليا:
هدف ما مقايسه روش سنتي تكميل چاه با روش هوشمند بود. بر اين اساس، هوشمند سازي بر روي يك مخزن شامل چند چاه صورت گرفت و توليد هر چاه نسبت به ساير چاه‌ها بهينه سازي شد. محل چاه‌ها با انجام بررسي‌هايي لازم و با توجه به تراکم ( accumulation) نفت، انتخاب شد . سه چاه به هم آميخته( commingled) و چهار چاه منفرد ( single ) در نظر گرفته شد. با تنظيم نرم افزار، داده ها گرفته شد و تمام فعاليت‌هاي لازم به صورت هوشمند صورت گرفت. در نهايت سودي 170 ميليون دلاري درعرض 6 سال تخمين زده شد. اين تنها سودي است که به واسطه افزايش بازدهي مخزن به دست مي آيد. با در نظر گرفتن حذف هزينه هاي مداخله، اجاره دکل و غيره اين سود به مراتب بيش از اين ميزان خواهد بود. در اين شبيه سازي از چهار نرم افزار" Eclipse" ، "Prosper" ،" Resolve " و " GAP" استفاده شد. " Eclipse " شبيه ساز مخزن، " Prosper" شبيه ساز چاه ، " GAP" شبيه ساز تجهيزات سطح و تاسيسات توليد است و همچنين كنترل چاه‌ها را نيز بر عهده دارد. " Resolve " داده را از "Eclipse " مي‌گيرد و به " GAP" مي‌فرستد و پس از دريافت داده‌هاي جديد توليد، آن‌ها را به "Eclipse" برمي‌گرداند. در واقع داده هاي جديد همزمان با توليد به شبيه ساز منتقل مي شوند. براي يك مقايسه ي دقيق و معقولانه بين تكميل چاه به روش معمولي و هوشمند پارامتر‌هاي مختلف مخزن مانند نسبت گاز به نفت(GOR)، ثقل گاز(Gas gravity )، فشار نقطه حباب (bubble point pressure) ، دماي مخزن (reservoir temperature)، نسبت سياليت(mobility ratio) و API بايد يكسان باشد و بتوان مقايسه‌ي درستي بين نتايج اين دو چاه داشته باشيم .

در نهايت، بايد گفت که در حقيقت چاه هوشمند يک تكنولوژي جديد نيست، بلكه از به هم پيوستن تكنولوژي‌هايي كه در گذشته وجود داشته‌اند، شكل گرفته است و مي‌توان آن را نوآوري در جهت بهره‌برداري و مديريت مخزن ناميد. 
 
تيمي كه براي انجام يك بررسي جامع بر روي چاه هوشمند و توجيه اين عمليات اقدام مي کنند شامل مهندسان نفت، مهندسان چاه، مهندسان فن آوري اطلاعات (IT ) ، متخصصان اتوماسيون، متخصصان کاربرد و مديريت داده ها ( data management application) ، مهندسان تاسيسات (facility engineering ) و مهندس بهره بردار است.
نکته‌اي که بايد مورد توجه قرار گيرد اين است كه انتقال تكنولوژي نبايد به وارد کردن تکنولوژي محدود شود بايد به نحوي باشد كه بتوان در قالب اين انتقال، توانايي پياده‌سازي آن و در مراحل پيشرفته‌تر توانايي توسعه و توليد آن را داشته باشيم. 

انتهاي پيام