استخراج نفت

استخراج نفت

اسلاید 1: استخراج نفتPAYAM ZAMIRY

اسلاید 2: مقدمهاستخراج نفت به مجموعه عملیاتی گفته می‌شود که در طی آن نفت خام به منظور استحصال و بهره‌برداری از آن، به طرق مختلف از داخل زمین خارج و قابل استفاده می‌شود. امروزه زمین‌شناسان با استفاده از دستگاه‌های لرزه‌نگاری موفق به شناسایی میادین نفتی شده و تیمهای حفاری با حفر چاه نفت شرایط را برای شروع فعالیت تیمهای استخراج نفت و نصب ادوات مخصوص آنها فراهم می‌آورند.گاز طبیعی و آب شور در اغلب مخازن نفتی در کنار نفت حضور دارند. تفکیک نفت موجود در مخزن با این فبیل ناخالصی‌ها یکی از مهمترین بخشهای فعالیت استخراج‌کنندگان نفت می‌باشد.

اسلاید 3: 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.

اسلاید 4: 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.

اسلاید 5: 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.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.

اسلاید 6: 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.

اسلاید 7: 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.

اسلاید 8: تشکیل نفت : 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. 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.

اسلاید 9: "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

اسلاید 10: بطور کلی مواد سازنده نفت شامل: هیدروکربورها- ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته و مواد معدنی می‌باشد. دوره افزایش دبی: این دوره بعد از حفاری چاه نفت و برآورد مقدار ذخیره کل مخزن و تشخیص میزان نفت قابل برداشت و اقتصادی بودن برداشت از این میدان آغاز می‌شود. در این مرحله به دلیل توسعه میدان و ساخت تاسیسات بالادستی تولید نفت با روند نسبتاً ثابتی در حال افزایش است. در این دوره به دلیل بالا بودن فشار سیال، مخزن به صورت مخزن نامحدود (به انگلیسی: Infinite Acting) در نظر گرفته می‌شود. در این مرحله هرچه تعداد چاه‌های حفر شده بیشتر باشد، افزایش دبی ادامه پیدا می‌کند.دوره تثبیت دبی:در زمانی که حفر چاه‌های جدید به پایان رسید و برداشت با ظرفیت ثابت شروع شد، مرحله دوم از عمر مخازن ظاهر می‌شود. مدت زمان این دوره را پارامترهایی نظیر ارتفاع ستون هیدروکربنی، خصوصیت زمین و ساز و کارهای اجرایی و تعمیرات دوره‌ای تاسیسات کنترل می‌کنند. میزان درازای زمان این دوره بستگی به استراتژی تدوین شده در استخراج نفت از مخزن دارد.

اسلاید 11: برداشت بی‌رویه نفت در این مرحه می‌تواند منجر به مخلوط شدن گاز و آب با نفت استخراجی شود که تبعات اقتصادی سنگین وارد بر تجهیزات و تعطیلی چندین ماهه برداشت از میدان را به دنبال دارد.دوره کاهش دبی: در علم مهندسی نفت به دوره‌ای اطلاق می‌شود که امکان تثبیت دبی از طریق افزایش چاه‌های تولیدی مقدور نباشد و تولید مخزن نسبت به زمان دستخوش افت تولید می‌شود. با بهره‌برداری مداوم از مخزن، سیال موجود در آن کم می‌شود و در نتیجه ارتفاع ستون هیدروکربنی و انرژی طبیعی مخزن کاهش می‌یابد. در این مرحله است که تزریق گاز به میدان نفتی یا تزریق بخار به میدان نفتی می‌تواند کمک به افزایش دبی مقطعی کند.پس از عملیات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دلیل فشار زیاد موجود در مخزن، جریان نفت به سوی دهانه خروجی چاه سرازیر می شود. این مرحله از استخراج كه عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازیافت اولیه نفت موسوم است. در برداشت اولیه نفت ، از انرژی خود مخزن برای تولید نفت استفاده می شود.البته این بدان معنا نیست كه اگر نفت خود به خود به سطح زمین نیاید، برداشت اولیه وجود نخواهد داشت،بلكه وقتی از پمپ برای بالا آوردن نفت استفاده میكنیم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفـــــــت قرار داریم.

اسلاید 12: در این مرحله انرژی خاصی وارد مخزن نمی شود.با افزایش تولید و كاهش فشار، سرعت تولید نیز كاهش می یابد تا اینكه فشار به حدی میرسد كه دیگر نفت خارج نمی شود. در این مرحله ممكن است ار ۳۰ تا ۵۰ درصد كل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن عوامل دیگری منند خواص سنگ مخزن و میزان تخلخل آنها و همچنین دمای مخازن نیز در میزان تولید مؤثرند.به عنوان مثال، كل نفت مخازن آمریكا حدود۱۰۹*۴۰۰ بشكه بوده است كه تا سال ۱۹۷۰ حدود ۱۰۹*۱۰۰ بشكه آن توسط روشهای اولیه استخراج شده اند.البته هر چه میزان گاز آزاد در مخزن بیشتر باشد مقدار تولید نفت توسط این روش بیشتر است، زیرا تغییرات حجم گاز در مقابل تغییر فشار بسیار زیاد است. به عنوان مثال در ایالت پنسیلوانیای آمریكا به دلیل پایین بودن نفوذپذیری (كمتر از ۵۰ میلی دارسی) و انرژی كم مخزن كه ناشی از پایین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است، میزان نفت استخراج شده با روشهای اولیه بین ۵ تا ۲۵ درصد كل نفت بوده است و به همین دلیل در این ایالت روشهای مرحله دوم از سال ۱۹۰۰ شروع شده است.

اسلاید 13: وقتی مخزن تخلیه شد و ما نتوانستیم نفت را حتی با پمپاژ از مخزن به چاه و از چاه به سطح زمین انتقال دهیم،در این صورت استفاده از روش EOR از نوع بازیافت ثانویه شروع میشود كه برای استفاده از این روش، امروزه در دنیا روش تزریق آب مرسوم است. در این روش از چاه تزریقی،آب به مخزن تزریق میشود و از چاه بهره برداری،نفت مورد بهره برداری قرار می گیرد.در این روش،ما با تزریق سیال در سیستم مداخله میكنیم و سیال تزریقی،نفت را به طرف چاه تولیدی هدایت میكند. البته به جای آب،میتوان گاز نیز تزریق كرد كه به آن فرایند تزریق گاز می گویند. باید توجه داشت كه استفاده از این دو روش تزریقی با تزریق آب یا گازی كه به منظور حفظ و نگهداری فشار مخزن انجام میگیرد متفاوت است. چرا كه در تزریق آب و گاز برای حفظ فشار مخزن، سیال تزریقی باعث حركت نفت نمی شود،بلكه از افت سریع فشار مخزن در اثر بهره برداری جلوگیری می كند.

اسلاید 14: در حالت ثانویه برداشت زمانی فرا میرسد كه، ما ضمن تزریق آب به مخزن،در چاه تولیدی با تولید آب مواجه می شویم. در این حالت، چون نسبت آب به نفت زیاد میشود و تولید در این صورت بازده اقتصادی ندارد،باید از روش دیگر برای افزایش برداشت بهره بگیریم.اگر تزریق آب را متوقف كنیم و از فرایند های دیگری نظیر تزریق گاز CO۲ استفاده كنیم. از روشهای مؤثر در مرحله دوم یكی سیلابزنی آبی و دیگری سیلابزنی گازی یا تزریق گاز است.در روش سیلابزنی آبی، آب با فشار زیاد در چاههای اطراف چاه تولید نفت وارد مخزن شده و نیروی محركه لازم رای استخراج نفت را به وجود می آورد.معمولا در اطراف هر چاه نفت چهار چاه برای تزریق آب وجود دارد. در روش سیلابزنی گازی، گاز (مانند گاز طبیعی ) با فشار زیاد به جای آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجی به جریان می اندازد.

اسلاید 15: در كشور ونزوئلا حدود ۵۰% گاز طبیعی تولید شده دوباره به چاههای نفت برای استخراج در مرحله دوم برگردانده می شود. نحوه تزریق گاز شبیه تزریق آب به صورت چاههای پنجگانه است. در مواردی كه گرانروی نفت خیلی بالا باشد از تزریق بخار آب برای استخراج مرحله دوم استفاده میشود. تزریق بخار آب، دما را افزایش و گرانروی را كاهش میدهد. در این روش كه از بخار آب به جای آب استفاده میشود، با كاهش گرانروی نفت، جریان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت تولید بالا می رود. پس از استخراج به كمك روشهای مرحله دوم هنوز هم حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد نفت میتواند به صورت اسنخراج نشده در مخزن باقی بماند. در اینجاست كه استخراج نفت به كمك روش مرحله سوم صورت گیرد. یكی از روشهای مرحله سوم، تزریق محلول مایسلار (micellar solution) است كه پس از تزریق آن، محلولهای پلیمری به عنوان محلولهای بافر به چاه تزریق می شود. در آمریكا ممكن است روشهای استفاده از محلولهای مایسلار تا ۵۰ درصد كل روشهای مرحله سوم را شامل شود

اسلاید 16: محلول مایسلار مخلوطی از آب، مواد فعال سطحی، نفت و نمك است. در روشهای جدید تهیه محلول مایسلار ، نفت، نمك و مواد كمكی فعال سطحی حذف گردیده اند. محلولهای مایسلار نیروی تنش سطحی بین آب و نفت را تا حدود dyne/cm ۰۰۱/۰ یا كمتر از آن كاهش میدهد.گرانروی محلول پلیمری حدود ۲ تا ۵ برابر گرانروی نفـــــــــــت است. غلظت پلیمر حدود ppm۱۰۰۰ می باشد. در حال حاضر از پلی اكریمید ها و زیست پلیمر ها به عنوان پلیمر در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولا سولفوناتهای نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها می باشند. از الكلها برای مواد كمكی فعال سطحی استفاده می شود.هزینه تهیه محلولهای مایسلار برای تولید هر بشكه نفت در سال ۱۹۷۵ حدود ۵/۱ دلار آمریكا بوده است.یكی دیگر از روشهای مرحله سوم، روش احتراق زیر زمینی است. طی این روش اكسیژن موجود در هوا در زیر زمین با هیدروكربنها می سوزد و مقداری انری و گاز تولید شده، فشار مخزن بالا میرود.

اسلاید 17: گرما همچنین گرانروی را كاهش داده و جریان نفت راحتتر صورت میگیرد. یك روش دیگر مرحله سوم كه اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزریق گاز كربن دی اكسید می باشد كه جزئی از روش جابجایی امتزاج پذیر است. گاز كربن دی اكسید بسیار ارزان بوده، در نفت نیز حل میشودو گرانروی ان را كاهش می دهد.از روشهای دیگر مررحله سوم انفجار های هسته ای در زیر زمین است كه این انفجار ها شكاف مصنوعی در سنگها به وجود می آورد و جریان نفت را ساده تر میكند. به این گونه فراینـــــد ها، مرحله سوم برداشت نف‍ــت (Tertiary Oil Recovery) می گویند.گفتنی است كه مراحل برداشت نفت را به گونه ای دیگر میتوان تقسیم بندی كرد، یعنی به جای اینكه بگوئیم مرحله اول،دوم یا سوم، می توانیم بگوییم Primary Recovery ، مرحـله Improved Oil Recovery یا IOR و مرحله EOR یا Enhanced Oil Recovery.برداشت بهبود یافته یا IOR فرایندی است كه برای تعدیل كردن تكنولوژی های مورد استفاده برای افزایش برداشت بكار میرود. حال این فرایند می تواند در مرحله اول تولید انجام شود یا در مراحل دوم و سوم. تكنولوژی هایی چون حفاری افقی یا مشبك كاری انتخابی و یا تزریق ژل در جا (Insitu gelation) از نوع IOR میباشند.

اسلاید 18: بنابراین در IOR فرایند تولیـد عوض نمیشود، بلكه تكنولوژی به گونه ای تعدیل می شود كه با همان فرایند قبلی،نفت بیشتری از مخزن تولید می گردد. در حالی كه ازدیاد برداشت یا EOR به فرایندی اطلاق می شود كه در آن سعی میشود تا میزان درصد اشباع نفت باقیمانده تا آنجا كه ممكن است پایین بیاید و نفت باقیمانده در مخزن به حداقل ممكن برسد. فرایند هایی چون سیلابزنی شیمیایی، تزریق CO۲ و احتراق درجا از این قبیل میباشند. بعد از عملیات تزریق آب میتوان فرایند را تغییر داد. روش دیگری این است كه عملیات تزریق آب را تعدیل كنیم. بدین منظور در لایه های با خاصیت گذر دهی متفاوت، آب وارد لایه های با خاصیت گذردهی بالا شده و به سمت چاه تولیدی هدایت میگردد، لذا باید كاری كرد كه این لایه ها بسته شوند. این كار با تزریق ژل در لایه های مورد نظر صورت می گیرد.فرایند جابه جایی امتزاجی (Miscible Displacement) به معنی بازیافت نفت به وسیله تزریق ماده ای است كه با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جایی مذكور سطح تماس نفت و ماده تزریق شده از بین می رود و جابه جایی بصورت حركت تك فازی انجام میشود. در صورتی كه شرایط از هر لحاظ برای امتزاج ماده تزریق شده و نفت فراهم باشدبازیافت چنین فرایندی در مناطق جاروب شده ۱۰۰% میباشد.

اسلاید 19: گاز تزریقی دارای ویسكوزیته كمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتیجه تحرك بیشتری نسبت به آن دارد.این خاصیت گاز تزریقی،یكی از دلایل امكان امتزاج آن با نفت مخزن است، زیرا تحرك زیاد گاز نسبت به نفت باعث می شود كه گاز در مراحل مختلفی با نفت تماس پیدا كرده و در نهایت حالت امتـزاج بین نفت مخزن و گاز تزریقی حاصل آید.مسئله ای كه از تحرك زیــاد گاز ناشی می شود این است كه گاز تمایل به Fingering و Channeling پیدا میكند و در نتیجه مناطقی از مخزن به وسیله گاز جاروب نمی گردد و لذا این امر باعث پایین آمدن Recovery Factor در جابه جایی امتزاجی میشود.

اسلاید 20: منابعوبسایت ویکیپدیاپایان