مهاجرت نفت

[Ha.Mi.D 8,376]

تشکیل پترولیم در لایه های رسی و شیلی فشرده که اصولا غیر تراوا می باشند، صورت می گیرد. بنایراین فرایند جابجایی هیدروکربن ها از سنگ منشا به سنگ مخزن تراوا-متخلخل (مهاجرت اولیه نفت) بطور کامل شناخته نشده است. تئوری های زیادی برای توجیه این فرایند طرح شده اند. ممکن است چندین مکانیزیم مختلف محیطی و زمین شناسی با هم برای ایجاد شرایط مهاجرت عمل کنند. تعدادی از آنها در زیر لیست شده اند:

الف) مهاجرت بصورت محلول های کلوئیدی مانند Micelles

ب) مهاجرت بصورت فاز هیدروکربنی پیوسته

پ) حرکت شناوری (Buoyancy) قطرات مجزا

ت) حل شدن هیدروکربن در آب و خارج شدن از سنگ منشا

ث) مهاجرت با نیرو های مکانیکی در حین دیاژتز رس

ج) مهاجرت از میکرو – ترک های موجود در سنگ منشا

بعد از خارج شدن از سنگ منشا هیدروکربن ها از لایه های تراوا بالا می روند. این مهاجرت تا رسیدن به تله مناسب برای تشکیل مخزن هیدروکربنی ادامه پیدا می کند. این مرحله مهاجرت ثانویه نفت نام دارد که مکانیزیم حرکتی آن بیشتر نیروی شناوری (Buoyancy) و هیدرودینامیکی می باشد.

مهاجرت اولیه

مدارک ژئوشیمیایی تولید نفت نشان می دهد که هیدروکربن ها عموما در تله های ساختمانی و استراتیگرافیی که در آنها مشاهده می شوند، تشکیل نمی گردند. مخازن پترولیم ساختمان های متخلخل و تراوا می باشند در حالی که سنگ منشا به عنوان شیل های فشرده و غیر تراوا شناخته شده است. بدلیل اینکه سنگ های منشا غیر تراوا می باشند، مکانیزم های مهاجرت نفت از محل تشکیل یعنی شیل های سنگ منشا مشخص نمی باشد. داده های قابل ملاحظه خروج آب از شیل در هنگام فشرده سازی نشان می دهد که بیشتر آب در زمان دفن شدن پیش از اینکه دما و فشار به حد مورد نیاز برای تشکیل نفت برسد، خارج می شود (تصویر 1).

فشرده شدن رسوبات از تجمع رسوبات شروع می شود. در زمان تجمع اصلی، رسوبات دانه ریز و سست دارای بیشتر از 50 درصد آب می باشند. در هنگام دفن شدن در زیر رسوبات بعدی نهشته شده، آب نفوذی موجود در آنها خارج شده که موجب افزایش چگالی و کاهش تخلخل می گردد. بر اثر فشرده و سفت شدن دانه ها نیروی چسبندگیی بین مواد ایجاد می گردد. تغییرات شیمیایی در آب های نفوذی باعث تولید سیمان و چسبیدن بیشتر دانه ها به یکدیگر خواهد شد.

تولید اصلی نفت در زیر عمقی که فشردگی شیل ها کامل می باشد، روی می دهد. همچنین جابجایی نفت از سنگ منشا در هنگام فشردگی شیل ها اتفاق نمی افتد. خارج شدن نفت در زمان فشرده شدن ممکن است در مواردی که دفن شدگی سریع باعث تشکیل نواحی دارای فشار و یا دمای بالای غیر طبیعی در اعماق کم مشاهده شود. بارکر (Barker) ادعا کرد که ممکن است نفت از بالا و پایین سنگ منشا بخاطر تغییرات فشار در عمق (Pressure Gradient) ایجاد شده در زمان دفن شدن رسوبات، مهاجرت کند. بعد از خارج شدن آب، پترولیم تشکیل شده در سنگ های شیلی، یک فاز پیوسته را تشکیل می دهند که این فاز با فشار فیزیکی از کانال های رشته ای کوچک شبکه ای خارج می شود.

بعضی از کانی های رس (بطور معمول اسمکتایت "Smectite") حاوی آب محصور شده در داخل شبکه های داخلی قطعه های رسی می باشند. این آب محصور شده در هنگام تغییر اسمکتایت به ایلایت (Illite) خارج می شود. این تغییر در دمای 200 درجه فارنهایت اتفاق می افتد. این دما در رنج دمای تشکیل پترولیم قرار دارد. بنابراین حضور اسمکتایت در شیل به مهاجرت اولیه نفت کمک می کند.

مهاجرت ثانویه

تا هنگامی که مخازن پترولیم در محیط آبی قرار داشته باشند، مهاجرت هیدروکربن ها از نقطه رها شدن در سنگ منشا به بالای تله بهمراه نیرو های فشار مویینه و هیدرولوژی اتفاق می افتد. پراکندگی اندازه فضای خالی، پیچ و خم های مسیر فضای های خالی (Tortuosity) کانال ها، تخلخل، تراوایی، و ویژگی های شیمیایی سنگ های مخزن و آب نفوذی موجود در آنها با یکدیگر متفاوت می باشد. در هر صورت بدلیل وجود آب، فشار مویینه، نیروی شناوری و نیروی هیدرولوژی در همه مخازن موجود است.

[Ha.Mi.D 8,376]

مهاجرت نفت بصورت قطره های مجزا در سنگ های شاباح شده از آب بوسیله نیروی فشار مویینه مخالفت می گردد. این نیرو به اندازه فضای خالی، نیروی پیوستگی میان نفت و آب، و چسبندگی نفت به سطح کانی ها (خیس شدگی) مربوط است. موارد ذکر شده بوسیله اندازه زاویه تماس برای یک فشار مویینه در اندازه یکسان بیان می شوند.

چون هر دو فشار شناوری و هیدرودینامیکی عمل کننده بر یک قطره محصور برای رسیدن به فشار جابجایی لازمه برای غلبه بر فشار مویینه کافی نمی باشند، قطره های محصور شده قادر به جابجایی در حضور این نیرو های غیر کافی نیستند.

در هنگامی که نفت سنگ منشا را بر اثر فشردگی ترک می کند، اشباح زیادی در ورودی به سنگ مخزن ایجاد می گردد. بعد از آن نفت شروع به بالا رفتن به حالت فاز پیوسته در مسیر های موجحود در فضای خالی می کند. در این شرایط نیروی شناوری و هیدرودینامیکی مناسب باعث مهاجرت نفت می شوند.

مهاجرت نفت بوسیله حل شدگی ملکولی نفت در آب در حال حرکت، و یا حل شدگی کلوئیدی بوسیله سورفکتنت (Surfactant) های موجود در پترولیم صورت می گیرد. دو تئوری ذکر شده بخاطر حل شدگی کم نفت در آب و مقدار کم سوفکتنت در نفت خام در مرحله تئوری باقی مانده اند. در صورتیکه آب گرم با فشار بالا در ماسه سنگ ها تزریق شود، قطرات نفت پراکنده در آن قابل جابجایی است. این روش کمک به محاسبه مقدار نفت موجود در ماسه سنگ های سنگ مخزن می کند که در نتیجه به اندازگیری زمان زمین شناسی توام با تغییرات دما و تحولات ارضی زمین کمک می کند.

مهاجرت ثانویه پترولیم در پایان تجمع پترولیم در تله های ساختمانی و استراتیگرافی و یا ترکیبی از هر دو پایان می پذیرد. لورسون (Levorsen) عنوان کرد که نفت در تله های بعد از اشکوب پلیستوسن (Pleistocene) تا بحال مشاهده شده است که حداقل زمان برای تشکیل و تجمع نفت یک میلیون سال می باشد. هیدروکربن ها در بالاترین نقطه تله تجمع پیدا می کنند و سیالات بر اساس چگالیشان در مخزن طبقه طبقه می شود. این نشان دهنده آزاد بودن هیدروکربن ها برای حرکت در مخزن است. نفت های جمع شده سنگ های رسوبی نهشته شده در دوره کرتاسه و قبل از آن بر اثر تحولات ارضی زمین و دیگر تغییرات دما و فشار از بین رفتند. نفت جمع شده ممکن است:

(1) به سطح زمین رفته و چشمه های نفتی را تشکیل دهد

(2) بالا آمده و فرسوده شده و گودال های قیری را تشکیل دهد.

به علاوه پترولیم ممکن است به سکانس رسوبی دیگری بخاطر فرسایش سریع و جابجایی آواری جابجا شود. لورسون این نوع مهاجرت ثانویه نفت را به عنوان نفت قدیمی (Recycled) مطرح کرد که بدلیل حملات باکتری های هوازی فقدان از پارافین می باشند. بنابراین تاریخ زمین شناسی مخزن نفت ممکن است بطور کامل تغییر کرده باشد و علم بر تاریخ رسوب گذاری، سنگ منشا، مهاجرت نفت و تجمع نفت برای شناسایی کامل بردداشت های نفت و صدمات وارده بر مخرن در حین بردداشت نفت مفید می باشد.

پوش سنگ یا حصار بالایی تله نفتی برای هیدروکربن های سبک بطور کامل غیر تراوا می باشد. رابطه فشار مویینه سنگ های بالای تله نفتی ممکن است ایجاد یک حصار عمودی موثر برای پترولیم مایع (هیدروکربن های C5+) کند ولی برای هیدروکربن های سبک تر بطور موثر عمل نمی کند.