روش های استخراج نفت

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 که 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 که اگر نفت خود به خود به سطح زمین نیاید، برداشت اولیه وجود نخواهد داشت،بلکه وقتی از پمپ برای بالا آوردن نفت استفاده میکنیم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفت قرار داریم.

در این مرحله انرژی خاصی وارد مخزن نمی شود.با افزایش تولید و کاهش فشار، سرعت تولید نیز کاهش می یابد تا اینکه فشار به حدی میرسد که دیگر نفت خارج نمی شود. در این مرحله ممکن است ار ۳۰ تا ۵۰ درصد کل 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، کل نفت مخازن آمریکا حدود۱۰۹*۴۰۰ بشکه بوده است که تا سال ۱۹۷۰ حدود ۱۰۹*۱۰۰ بشکه 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 آمریکا به دلیل پایین بودن نفوذپذیری (کمتر از ۵۰ میلی دارسی) و انرژی کم مخزن که ناشی از پایین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است، میزان نفت استخراج شده با روش های اولیه بین ۵ تا ۲۵ درصد کل نفت بوده است و به همین دلیل در این ایالت روش های مرحله دوم از سال ۱۹۰۰ شروع شده است.

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 که برای استفاده از این روش، امروزه در دنیا روش تزریق آب مرسوم است.

 

در این روش از چاه تزریقی، آب به مخزن تزریق می شود و از چاه بهره برداری، نفت مورد بهره برداری قرار می گیرد. در این روش، ما با تزریق سیال در سیستم مداخله می کنیم و سیال تزریقی، نفت را به طرف چاه تولیدی هدایت می کند. البته به جای آب، میتوان گاز نیز تزریق کرد که به آن فرایند تزریق گاز می گویند.

باید توجه داشت که استفاده از این دو روش تزریقی با تزریق آب یا گازی که به منظور حفظ و نگهداری فشار مخزن انجام می گیرد متفاوت است. چرا که در تزریق آب و گاز برای حفظ فشار مخزن، سیال تزریقی باعث حرکت نفت نمی شود، بلکه از افت سریع فشار مخزن در اثر بهره برداری جلوگیری می کند.

 

در حالت ثانویه برداشت زمانی فرا می رسد که، ما ضمن تزریق آب به مخزن، در چاه تولیدی با تولید آب مواجه می شویم. در این حالت، چون نسبت آب به نفت زیاد می شود و تولید در این صورت بازده اقتصادی ندارد، باید از روش دیگر برای افزایش برداشت بهره بگیریم. اگر تزریق آب را متوقف کنیم و از فرایند های دیگری نظیر تزریق گاز CO2 استفاده کنیم. از روش های مؤثر در مرحله دوم یکی سیلابزنی آبی و دیگری سیلابزنی گازی یا تزریق گاز است.

در روش سیلابزنی آبی، آب با فشار زیاد در چاه های اطراف چاه تولید نفت وارد مخزن شده و نیروی محرکه 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. در کشور ونزوئلا حدود ۵۰% گاز طبیعی تولید شده دوباره به چاه های نفت برای استخراج در مرحله دوم برگردانده می شود.

نحوه تزریق گاز شبیه تزریق آب به صورت چاه های پنجگانه است. در مواردی که گرانروی نفت خیلی بالا باشد از تزریق بخار آب برای استخراج مرحله دوم استفاده می شود. تزریق بخار آب، دما را افزایش و گرانروی را کاهش می دهد. در این روش که از بخار آب به جای آب استفاده می شود، با کاهش گرانروی نفت، جریان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت تولید بالا می رود.

 

پس از استخراج به کمک روش های مرحله دوم هنوز هم حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد نفت می تواند به صورت اسنخراج نشده در مخزن باقی بماند. در اینجاست که استخراج نفت به کمک روش مرحله سوم صورت گیرد.

یکی از روش های مرحله سوم، تزریق محلول مایسلار (micellar solution) است که پس از تزریق آن، محلول های پلیمری به عنوان محلول های بافر به چاه تزریق می شود. در آمریکا ممکن است روش های استفاده از محلول های مایسلار تا ۵۰ درصد کل روش های مرحله سوم را شامل شود.

محلول مایسلار مخلوطی از آب، مواد فعال سطحی، نفت و نمک است. در روشهای جدید تهیه محلول مایسلار ، نفت، نمک و مواد کمکی فعال سطحی حذف گردیده اند. محلول های مایسلار نیروی تنش سطحی بین آب و نفت را تا حدود dyne/cm 001/0 یا کمتر از آن کاهش می دهد.

 

گرانروی محلول پلیمری حدود ۲ تا ۵ برابر گرانروی نفت است. غلظت پلیمر حدود ppm1000 می باشد. در حال حاضر از پلی اکریمید ها و زیست پلیمر‌ها به عنوان پلیمر در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولا سولفونات های نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها می باشند. از الکل ها برای مواد کمکی فعال سطحی استفاده می شود. هزینه تهیه محلول های مایسلار برای تولید هر بشکه نفت در سال ۱۹۷۵ حدود ۵/۱ دلار آمریکا بوده است.

یکی دیگر از روش های مرحله سوم، روش احتراق زیرزمینی است. طی این روش اکسیژن موجود در هوا در زیرزمین با هیدروکربن ها می سوزد و مقداری انری و گاز تولید شده، فشار مخزن بالا می رود. گرما همچنین گرانروی را کاهش داده و جریان نفت راحت تر صورت می گیرد.

یک روش دیگر مرحله سوم که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزریق گاز کربن دی اکسید می باشد که جزئی از روش جابجایی امتزاج پذیر است. گاز کربن دی اکسید بسیار ارزان بوده، در نفت نیز حل می شود و گرانروی ان را کاهش می دهد. از روش های دیگر مرحله سوم انفجار های هسته ای در زیرزمین است که این انفجار ها شکاف مصنوعی در سنگ ها به وجود می آورد و جریان نفت را ساده تر می کند.

 

به این گونه فرایند ها، مرحله سوم برداشت نف‍ت (Tertiary Oil Recovery) می گویند.

 

گفتنی است که مراحل برداشت نفت را به گونه ای دیگر می توان تقسیم بندی کرد، یعنی به جای اینکه بگوییم 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 که برای تعدیل کردن تکنولوژی های مورد استفاده برای افزایش برداشت به کار می رود. حال این فرایند می تواند در مرحله اول تولید انجام شود یا در مراحل دوم و سوم.

تکنولوژی هایی چون حفاری افقی یا مشبک کاری انتخابی و یا تزریق ژل در جا (Insitu gelation) از نوع IOR می باشند. بنابراین در IOR فرایند تولیـد عوض نمی شود، بلکه تکنولوژی به گونه ای تعدیل می شود که با همان فرایند قبلی، نفت بیشتری از مخزن تولید می گردد.

 

در حالی که ازدیاد برداشت یا EOR به فرایندی اطلاق می شود که در آن سعی می شود تا میزان درصد اشباع نفت باقیمانده تا آنجا که ممکن است پایین بیاید و نفت باقیمانده در مخزن به حداقل ممکن برسد. فرایند هایی چون سیلابزنی شیمیایی، تزریق CO2 و احتراق درجا از این قبیل می باشند.

بعد از عملیات تزریق آب می توان فرایند را تغییر داد. روش دیگری این است که عملیات تزریق آب را تعدیل کنیم. 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 کاری کرد که این لایه ها بسته شوند. این کار 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 که با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جایی مذکور سطح تماس نفت و ماده تزریق شده از بین می رود و جابه جایی به صورت حرکت تک فازی انجام می شود. در صورتی که شرایط از هر لحاظ برای امتزاج ماده تزریق شده و نفت فراهم باشد بازیافت چنین فرایندی در مناطق جاروب شده ۱۰۰% می باشد.

 

گاز تزریقی دارای ویسکوزیته کمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتیجه تحرک بیشتری نسبت به آن دارد. این خاصیت گاز تزریقی، یکی از دلایل امکان امتزاج آن با نفت مخزن است، زیرا تحرک زیاد گاز نسبت به نفت باعث می شود که گاز در مراحل مختلفی با نفت تماس پیدا کرده و در نهایت حالت امتـزاج بین نفت مخزن و گاز تزریقی حاصل آید.

مسئله ای که از تحرک زیــاد گاز ناشی می شود این است که گاز تمایل به Fingering و Channeling پیدا می کند 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 می شود.