استخراج نفت

[spow 44195]

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

تاریخچه استخراج نفت

سابقه اکتشاف نفت در ایران به حدود 4000 سال پیش می‌رسد. ایرانیان باستان به عنوان مواد سوختی و قیراندود کردن کشتی‌ها ، ساختمانها و پشت بامها از این مواد استفاده می کردند. نادر شاه در جنگ با سپاهیان هند قیر را آتش زد و مورد استفاده قرار داد. در بعضی از معابد ایران باستان برای افروختن آتش مقدس از گاز طبیعی استفاده شده و بر اساس یک گزارش تاریخی یک درویش در حوالی باکو چاه نفتی داشته که از فروش آن امرار معاش می‌کرده است.

 

عکسبرداری هوایی

اگر در منطقه‌ای به وجود نفت مشکوک شوند از آنجا عکسبرداری هوایی می‌کنند تا پستی و بلندیهای سطح زمین را دقیقا منعکس نمایند. آنگاه عکس را به صورت فتوموزائیک درآورده و با دستگاه استریوسکوپ مورد مطالعه قرار می‌دهند.

نقشه برداری عملی

برای گویا کردن عکسهای هوایی نقشه برداری از محل ، توسط اکیپی صورت می‌گیرد. فواصل و اختلاف ارتفاع با دستگاه فاصله یاب یا تئودولیت تعیین می‌شود و بدین ترتیب نقطه به نقطه محل مورد نظر مطالعه می‌شود.

نقشه کشی

اطلاعات بدست آورده را بوسیله دستگاه پانتوگراف در اندازه‌های بزرگتر و یا کوچکتر رسم کرده و همراه با عکسهای هوایی نقشه پانتوگرافی که پستی و بلندیهای سطح زمین را نشان می دهد رسم می کنند.

آزمایش روی نمونه های سطحی

پس از نمونه برداری ، آنها را شماره گذاری کرده و در کیسه‌های مخصوص به آزمایشگاه می‌فرستند. در آنجا بر روی یک شیشه مستطیل شکلی کمی چسب کانادا قرار داده و مقداری از خرده سنگهای دانه بندی شده را روی آن می‌چسبانند. سپس آنها را سائیده تا ضخامت آن 0.2 میلیمتر گردد و نور بتواند از آن عبور کند. این نمونه ها را که اسلاید می‌گویند در زیر میکروسکوپ قرار داده تا از نظر زمین شناسی ، نوع سنگ ، فسیل شناسی ، میکروفسیل شناسی و ساختار زمین مورد بررسی قرار گیرد.

رسم نقشه زمین شناسی

با در دست داشتن نتایجی که از روی نمونه‌های سطح زمین بدست آمده ، عکسهای هوایی و نقشه‌های توپوگرافی ، نقشه زمین شناسی سطح زمین را رسم می کنند. با داشتن خطوط میزان منحنی ، بعد سوم یا ارتفاعات را هم روی آنها مشخص می‌کنند.

نقشه ساختمانی زیرزمینی

برای آگاهی نسبت به زیر زمین نیاز به روشهای غیر مستقیم است که یکی از آنها روشهای ژئوفیزیکی است. بوسیله این روشها شکل لایه های زیر زمین را مشخص کرده و می‌توان تا اعماق زیادی اکتشاف غیر مستقیم نمود.

[spow 44195]

حفر چاه

پس از اطمینان از اینکه لایه های اعماق زمین مناسب ایجاد نفتگیر است و در صورتی که ذخیره هیدروکربورهای آن قابل ملاحظه باشد، محل حفر چاه را با علامت روی زمین مشخص کرده و دکل حفاری را در محل بر پا می کنند. عملیات جاده سازی از جاده اصلی تا سر چاه و کارگذاری یک لوله آب به منظور آبرسانی به دستگاههای حفاری نیز انجام می‌شود. دستگاه حفاری قابل حمل بوده و دکلهای بزرگ از چندین قسمت تشکیل شده‌اند که به هنگام استفاده قطعات آن را به هم وصل می‌کنند.

آزمایش روی نمونه‌های عمقی

در ضمن حفاری خرده سنگهایی که بوسیله گل حفاری به سطح زمین آورده شده‌اند توسط الک‌هایی از گل حفاری جدا شده و برای مطالعه به آزمایشگاه می‌فرستند. آگاهیهای بدست آمده را به عنوان یک داده جدید به سیستم اکتشاف می‌دهند.

تهیه مقاطع بزرگ

برای تهیه مقاطع بزرگ از یک مته الماسه موجدار توخالی استفاده می شود تا لایه های اعماق زمینی را برش داده و به سطح زمین آورد. روی این لایه ها که به مغزه معروف است عمق را نوشته و برای آزمایش در جعبه‌های مخصوص نگهداری می‌کنند روی این مغزه‌ها دو دسته عملیات انجام می‌گیرد یکی مطالعات مهندسی مخازن یا پتروفیزیکی است که در آن میزان خلل و فرج سنگ را اندازه گیری می کنند، و دیگری مطالعات زمین شناسی است که روی مقاطع نازک آن صورت می‌گیرد. برای این کار اسلایدی به ضخامت 0.2 میلیمتر از آن تهیه کرده و به آن آلیزارین یا فروسیانور می‌افزایند تا معلوم شود که نوع سنگ ، آهکی و یا از جنس دولومیت است. در صورتی که سنگ آهکی باشد رنگ اسلاید قهوه‌ای می‌شود.

نتیجه گیری

نتایج را در جداولی یادداشت کرده و اسلایدهای لایه های مختلف چاه را پس از شماره گذاری در جعبه های مخصوص بایگانی می‌کنند. این جعبه‌ها شناسنامه چاه مربوطه می‌باشند. با انجام آزمایش لحظه به لحظه کار حفاری دنبال شده تا تحت کنترل قرار گیرد. با حفر چاه به ذخیره اطلاعاتی آن منطقه افزوده تر می‌شود تا بالاخره نفت این ماده حیاتی پرارزش در خدمت بشر قرار گیرد. ماده‌ای که پس از مواد غذایی بهترین ارزش را در زندگی بشر امروز دارا می‌باشد.

امروزه چاههای نفت متعددی در سراسر جهان وجود دارد که از آنها نفت استخراج می‌کنند و به نفتی که از چاه بیرون کشیده می‌شود، نفت خام می‌گویند. نفت خام را تصفیه می‌کنند، یعنی هیدروکربنهای گوناگونی را که نفت خام از آنها تشکیل شده است از یکدیگر جدا می‌کنند که به این کار پالایش نفت می‌گویند و در پالایشگاهها این کار انجام می‌شود. نفت منبع انرژی و سرچشمه مواد اولیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی است و این دور از عوامل اصلی اقتصادی مدرن بشمار می‌رود. در صنایع جدید از ثروت بیکران و تغییر و تبدیل مواد خام اولیه آن بی‌اندازه استفاده می‌شود.

تشکیل نفت

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

نحوه پیدایش نفت دقیقا تشخیص داده نشده و در این مورد فرضیات گوناگونی پیشنهاد شده است. برخی از این تئوریها ، مربوط به مواد معدنی و بعضی دیگر مربوط به ترکیبات آلی می‌باشد.

تشکیل نفت از مواد معدنی :

اساس این فرضیه بر این است که کربورهای فلزی تشکیل شده در اعماق زمین در اثر تماس با آب‌هایی که در زمین نفوذ می‌نماید، ابتدا ایجاد هیدروکربورهای استیلنی با رشته زنجیر کوتاه می‌کند. سپس هیدروکربورهای حاصل در اثر تراکم و پلیمریزه شدن ایجاد ترکیبات پیچیده و کمپلکس را می نماید که اغلب آنها اشباع شده است.

[spow 44195]

تشکیل نفت از مواد آلی :

بر اساس این فرضیه تشکیل نفت را در اثر تجزیه بدن حیوانات در مجاورت آب و دور از هوا می‌دانند. زیرا در این شرایط ، قسمت اعظم مواد ازته و گوگردی تخریب و مواد چرب باقیمانده در اثر آب ، هیدرولیز می‌گردد. اسیدهای چرب حاصله ، تحت اثر فشار و درجه حرارت با از دست دادن عوامل اسیدی تولید هیدروکربورهائی با یک اتم کربن کمتر می‌نماید.

"انگلر Engler" از تقطیر حیوانات دریائی توانسته است مواد نفتی را تهیه نماید و با توجه به خاصیت "چرخش نوری" مواد نفتی که علت آن وجود گلسترین است (ماده ای که در بدن حیوانات وجود دارد) این فرضیه بیان و مورد تایید شده است. در صورتی که فرضیه های دیگر که مبتنی بر اساس مواد معدنی در تشکیل نفت می‌باشد، هیچگونه توضیح و دلیل قانع کننده ای در مورد این ویژگی نمی‌تواند بیان نماید.

همچنین نفت می‌تواند از تجزیه گیاهان تولید گردد. در این حالت ، خاصیت چرخش نور را به علت وجود ترکیب مشابه گلسترین یعنی پلی استرولها می‌دانند."مرازک Mrazec" ، میکروبها را در این تغییر و تبدیل موثر می‌داند. تئوری تشکیل نفت بر مبنای مواد آلی ، فعلا بیشتر مورد قبول می‌باشد و اختلاف قابل ملاحظه‌ای را که بین ژیزمان‌ها (منابع نفتی) مشاهده می‌گردد، بعلت شرایط و عوامل مختلف تشیکل ژیزمان‌ها می‌دانند.

مواد سازنده نفت خام :

مواد سازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر نوع ترکیبات هترواتم دار بستگی به محل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک منبع نسبت به منبع دیگر تغییر می‌کند. بطور کلی مواد سازنده نفت شامل: هیدروکربورها- ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته و مواد معدنی می‌باشد.

[spow 44195]

پس از عمليات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دليل فشار زياد موجود در مخزن، جريان نفت به سوي دهانه خروجي چاه سرازير مي شود. اين مرحله از استخراج كه عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازيافت اوليه نفت موسوم است.

 

در برداشت اوليه نفت ، از انرژي خود مخزن براي توليد نفت استفاده مي شود.البته اين بدان معنا نيست كه اگر نفت خود به خود به سطح زمين نيايد، برداشت اوليه وجود نخواهد داشت،بلكه وقتي از پمپ براي بالا آوردن نفت استفاده ميكنيم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفـــــــت قرار داريم.در اين مرحله انرژي خاصي وارد مخزن نمي شود.با افزايش توليد و كاهش فشار، سرعت توليد نيز كاهش مي يابد تا اينكه فشار به حدي ميرسد كه ديگر نفت خارج نمي شود. در اين مرحله ممكن است ار 30 تا 50 درصد كل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن عوامل ديگري مانند خواص سنگ مخزن و ميزان تخلخل آنها و همچنين دماي مخازن نيز در ميزان توليد مؤثرند.

به عنوان مثال، كل نفت مخازن آمريكا حدود109*400 بشكه بوده است كه تا سال 1970 حدود 109*100 بشكه آن توسط روشهاي اوليه استخراج شده اند.البته هر چه ميزان گاز آزاد در مخزن بيشتر باشد مقدار توليد نفت توسط اين روش بيشتر است، زيرا تغييرات حجم گاز در مقابل تغيير فشار بسيار زياد است. به عنوان مثال در ايالت پنسيلوانياي آمريكا به دليل پايين بودن نفوذپذيري (كمتر از 50 ميلي دارسي) و انرژي كم مخزن كه ناشي از پايين بودن مقدار گاز طبيعي آزاد است، ميزان نفت استخراج شده با روشهاي اوليه بين 5 تا 25 درصد كل نفت بوده است و به همين دليل در اين ايالت روشهاي مرحله دوم از سال 1900 شروع شده است.

وقتي مخزن تخليه شد و ما نتوانستيم نفت را حتي با پمپاژ از مخزن به چاه و از چاه به سطح زمين انتقال دهيم،در اين صورت استفاده از روش eor از نوع بازيافت ثانويه شروع ميشود كه براي استفاده از اين روش، امروزه در دنيا روش تزريق آب مرسوم است.

در اين روش از چاه تزريقي،آب به مخزن تزريق ميشود و از چاه بهره برداري،نفت مورد بهره برداري قرار مي گيرد.در اين روش،ما با تزريق سيال در سيستم مداخله ميكنيم و سيال تزريقي،نفت را به طرف چاه توليدي هدايت ميكند. البته به جاي آب،ميتوان گاز نيز تزريق كرد كه به آن فرايند تزريق گاز مي گويند. بايد توجه داشت كه استفاده از اين دو روش تزريقي با تزريق آب يا گازي كه به منظور حفظ و نگهداري فشار مخزن انجام ميگيرد متفاوت است. چرا كه در تزريق آب و گاز براي حفظ فشار مخزن، سيال تزريقي باعث حركت نفت نمي شود،بلكه از افت سريع فشار مخزن در اثر بهره برداري جلوگيري مي كند.

در حالت ثانويه برداشت زماني فرا ميرسد كه، ما ضمن تزريق آب به مخزن،در چاه توليدي با توليد آب مواجه مي شويم. در اين حالت، چون نسبت آب به نفت زياد ميشود و توليد در اين صورت بازده اقتصادي ندارد،بايد از روش ديگر براي افزايش برداشت بهره بگيريم.اگر تزريق آب را متوقف كنيم و از فرايند هاي ديگري نظير تزريق گاز co2 استفاده كنيم. از روشهاي مؤثر در مرحله دوم يكي سيلابزني آبي و ديگري سيلابزني گازي يا تزريق گاز است.

در روش سيلابزني آبي، آب با فشار زياد در چاههاي اطراف چاه توليد نفت وارد مخزن شده و نيروي محركه لازم راي استخراج نفت را به وجود مي آورد.معمولا در اطراف هر چاه نفت چهار چاه براي تزريق آب وجود دارد.

در روش سيلابزني گازي، گاز (مانند گاز طبيعي ) با فشار زياد به جاي آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجي به جريان مي اندازد. در كشور ونزوئلا حدود 50% گاز طبيعي توليد شده دوباره به چاههاي نفت براي استخراج در مرحله دوم برگردانده مي شود. نحوه تزريق گاز شبيه تزريق آب به صورت چاههاي پنجگانه است. در مواردي كه گرانروي نفت خيلي بالا باشد از تزريق بخار آب براي استخراج مرحله دوم استفاده ميشود. تزريق بخار آب، دما را افزايش و گرانروي را كاهش ميدهد. در اين روش كه از بخار آب به جاي آب استفاده ميشود، با كاهش گرانروي نفت، جريان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت توليد بالا مي رود.

[spow 44195]

پس از استخراج به كمك روشهاي مرحله دوم هنوز هم حدود 30 الي 50 درصد نفت ميتواند به صورت اسنخراج نشده در مخزن باقي بماند. در اينجاست كه استخراج نفت به كمك روش مرحله سوم صورت گيرد.

يكي از روشهاي مرحله سوم، تزريق محلول مايسلار (micellar solution) است كه پس از تزريق آن، محلولهاي پليمري به عنوان محلولهاي بافر به چاه تزريق مي شود. در آمريكا ممكن است روشهاي استفاده از محلولهاي مايسلار تا 50 درصد كل روشهاي مرحله سوم را شامل شود. محلول مايسلار مخلوطي از آب، مواد فعال سطحي، نفت و نمك است. در روشهاي جديد تهيه محلول مايسلار ، نفت، نمك و مواد كمكي فعال سطحي حذف گرديده اند. محلولهاي مايسلار نيروي تنش سطحي بين آب و نفت را تا حدود dyne/cm 001/0 يا كمتر از آن كاهش ميدهد.

گرانروي محلول پليمري حدود 2 تا 5 برابر گرانروي نفـــــــــــت است. غلظت پليمر حدود ppm1000 مي باشد. در حال حاضر از پلي اكريميد ها و زيست پليمر ها به عنوان پليمر در محلول بافر استفاده مي شود. مواد فعال سطحي معمولا سولفوناتهاي نفتي سديم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شيميايي شبيه شوينده ها مي باشند. از الكلها براي مواد كمكي فعال سطحي استفاده مي شود.هزينه تهيه محلولهاي مايسلار براي توليد هر بشكه نفت در سال 1975 حدود 5/1 دلار آمريكا بوده است.

يكي ديگر از روشهاي مرحله سوم، روش احتراق زير زميني است. طي اين روش اكسيژن موجود در هوا در زير زمين با هيدروكربنها مي سوزد و مقداري انري و گاز توليد شده، فشار مخزن بالا ميرود.گرما همچنين گرانروي را كاهش داده و جريان نفت راحتتر صورت ميگيرد. يك روش ديگر مرحله سوم كه اخيرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزريق گاز كربن دي اكسيد مي باشد كه جزئي از روش جابجايي امتزاج پذير است. گاز كربن دي اكسيد بسيار ارزان بوده، در نفت نيز حل ميشودو گرانروي ان را كاهش مي دهد.از روشهاي ديگر مررحله سوم انفجار هاي هسته اي در زير زمين است كه اين انفجار ها شكاف مصنوعي در سنگها به وجود مي آورد و جريان نفت را ساده تر ميكند.

به اين گونه فراينـــــد ها، مرحله سوم برداشت نف‍ــت (Tertiary Oil Recovery) مي گويند.

گفتني است كه مراحل برداشت نفت را به گونه اي ديگر ميتوان تقسيم بندي كرد، يعني به جاي اينكه بگوئيم مرحله اول،دوم يا سوم، مي توانيم بگوييم Primary Recovery ، مرحـله Improved Oil Recovery يا IOR و مرحله EOR يا Enhanced Oil Recovery.

برداشت بهبود يافته يا IOR فرايندي است كه براي تعديل كردن تكنولوژي هاي مورد استفاده براي افزايش برداشت بكار ميرود. حال اين فرايند مي تواند در مرحله اول توليد انجام شود يا در مراحل دوم و سوم.

تكنولوژي هايي چون حفاري افقي يا مشبك كاري انتخابي و يا تزريق ژل در جا (Insitu gelation) از نوع IOR ميباشند.

بنابراين در IOR فرايند توليـد عوض نميشود، بلكه تكنولوژي به گونه اي تعديل مي شود كه با همان فرايند قبلي،نفت بيشتري از مخزن توليد مي گردد.

در حالي كه ازدياد برداشت يا EOR به فرايندي اطلاق مي شود كه در آن سعي ميشود تا ميزان درصد اشباع نفت باقيمانده تا آنجا كه ممكن است پايين بيايد و نفت باقيمانده در مخزن به حداقل ممكن برسد. فرايند هايي چون سيلابزني شيميايي، تزريق CO2 و احتراق درجا از اين قبيل ميباشند.

بعد از عمليات تزريق آب ميتوان فرايند را تغيير داد. روش ديگري اين است كه عمليات تزريق آب را تعديل كنيم. بدين منظور در لايه هاي با خاصيت گذر دهي متفاوت، آب وارد لايه هاي با خاصيت گذردهي بالا شده و به سمت چاه توليدي هدايت ميگردد، لذا بايد كاري كرد كه اين لايه ها بسته شوند. اين كار با تزريق ژل در لايه هاي مورد نظر صورت مي گيرد.فرايند جابه جايي امتزاجي (Miscible Displacement) به معني بازيافت نفت به وسيله تزريق ماده اي است كه با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جايي مذكور سطح تماس نفت و ماده تزريق شده از بين مي رود و جابه جايي بصورت حركت تك فازي انجام ميشود. در صورتي كه شرايط از هر لحاظ براي امتزاج ماده تزريق شده و نفت فراهم باشدبازيافت چنين فرايندي در مناطق جاروب شده 100% ميباشد.

گاز تزريقي داراي ويسكوزيته كمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتيجه تحرك بيشتري نسبت به آن دارد.اين خاصيت گاز تزريقي،يكي از دلايل امكان امتزاج آن با نفت مخزن است، زيرا تحرك زياد گاز نسبت به نفت باعث مي شود كه گاز در مراحل مختلفي با نفت تماس پيدا كرده و در نهايت حالت امتـزاج بين نفت مخزن و گاز تزريقي حاصل آيد.

مسئله اي كه از تحرك زيــاد گاز ناشي مي شود اين است كه گاز تمايل به Fingering و Channeling پيدا ميكند و در نتيجه مناطقي از مخزن به وسيله گاز جاروب نمي گردد و لذا اين امر باعث پايين آمدن Recovery Factor در جابه جايي امتزاجي ميشود.