moji5
29th October 2009, 05:38 PM
انتخاب روش اقتصادي بازيافت نفت از مخازن هيدروکربوري، از اهميت زيادي برخوردار است و سالانه سرمايه گذاري کلاني در اين باره در کشورهاي مختلف انجام ميشود. نفت خام با توجه به وضعيت مخزن ميتواند طي سه مرحله استخراج شود. در اين مطلب، ابتدا روشهاي مختلف بازيافت نفت از مخازن هيدروکربوري بيان شده است و در خاتمه روش بازيافت مناسب نفت در کشورمان مورد بررسي واقع شده است:
مرحله اول بازيافت
پس از عمليات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دليل فشار زياد موجود در مخزن، جريان نفت به سوي دهانة خروجي چاه سرازير ميشود. اين مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به "بازيافت اوليه نفت" موسوم است.
با افزايش توليد و کاهش فشار، سرعت توليد نيز کاهش مي‌يابد تا اينکه فشار به حدي مي‌رسد که ديگر نفت خارج نمي‌شود. در اين مرحله ممکن است, تنها 30 تا 50 درصد کل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن، عوامل ديگري مانند خواص سنگ مخزن و ميزان تخلخل آنها و نيز دماي مخزن نيز در ميزان توليد مؤثرند. به عنوان مثال، کل نفت مخازن آمريکا حدود 109*400 بشکه بوده است که تا سال 1970 حدود 109*100 بشکة آن توسط روشهاي اوليه استخراج شده‌اند. البته هر قدر 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 آمريکا به دليل پايين بودن نفوذپذيري سنگ مخزن (کمتر از 50 ميلي‌دارسي) و انرژي کم‌مخزن که ناشي از پايين بودن مقدار گاز طبيعي آزاد است، ميزان نفت استخراج شده با روشهاي اوليه بين 5 تا 25 درصد کل نفت بوده است و به همين دليل در اين ايالت روشهاي مرحله دوم از سال 1900 ميلادي شروع شده است.
مرحله دوم بازيافت
از روشهاي مؤثر در مرحلة دوم يکي "سيلابزني آب" و ديگري "سيلابزني گاز" يا "تزريق گاز" است. در روش سيلابزني آب، آب با فشار زياد، از طريق چاههاي اطراف چاه توليد نفت وارد مخزن شده و نيروي محرکه لازم براي استخراج نفت را به وجود مي‌آورد. معمولاً در اطراف هر چاه نفت، چهار چاه براي تزريق آب وجود دارد.
لازم به ذکر است, تزريق "بخار آب"، دما را افزايش و گرانروي را کاهش مي‌دهد. در اين روش که از بخار آب به جاي آب استفاده ميشود، با کاهش گرانروي نفت، جريان آن راحت‌تر صورت گرفته و سرعت توليد بالا مي‌رود.
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 مي‌اندازد. در کشور ونزوئلا, حدود 50 درصد گاز طبيعي توليد شده دوباره به چاههاي نفت براي استخراج در مرحلة دوم برمي‌گردند. نحوة تزريق گاز شبيه تزريق آب به صورت چاههاي پنجگانه است. در مواردي که گرانروي نفت خيلي بالا باشد از تزريق بخار آب براي استخراج مرحلة دوم استفاده ميشود.
مرحله سوم بازيافت
پس از استخراج به کمک روشهاي مرحلة دوم هنوز هم 30 الي 50 درصد نفت ميتواند به صورت استخراج نشده در مخزن باقي بماند. در اينجاست که استخراج نفت به کمک روش مرحلة سوم صورت مي‌گيرد.
يکي از روشهاي مرحلة سوم تزريق محلول "مايسلار" ( Micellar solution) است که پس از تزريق آن، محلول‌هاي پليمري به عنوان محلول بافر به چاه تزريق ميشود. در آمريکا ممکن است, روشهاي استفاده از محلول‌هاي مايسلار تا 50 درصد کل روشهاي مرحلة سوم را شامل شود. محلول مايسلار مخلوطي از آب، مواد فعال سطحي، مواد کمکي فعال سطحي، نفت و نمک است. در روشهاي جديد تهية محلول مايسلار، نفت، نمک و مواد مکمل فعال سطحي حذف گرديده‌اند. محلول‌هاي مايسلار نيروي تنش سطحي بين آب و نفت را تا حدود dyne/cm 0.001 يا کمتر از آن کاهش مي‌دهند. گرانروي محلول پليمري حدود 2 تا 5 برابر گرانروي نفت است. غلظت پليمر حدود ppm ميباشد. در حال حاضر از "پلي‌آکريليميدها" ( Polyacrylimides) و زيست‌پليمرها به عنوان پليمر در محلول بافر استفاده ميشود.
مواد فعال سطحي معمولاً "سولفوناتهاي نفتي سديم" هستند و از لحاظ خواص و ساختار شيميايي شبيه شوينده‌ها مي‌باشند. از الکل‌ها نيز براي مواد کمکي فعال سطحي استفاده ميشود. هزينة توليد محلول‌هاي مايسلار براي توليد هر بشکه نفت در سال 1975 حدود 1.5 دلار در آمريکا بوده است.
يکي ديگر از روشهاي مرحلة سوم، روش "احتراق زيرزميني" است. طي اين روش اکسيژن موجود در هوا در زيرزمين با هيدروکربن‌ها مي‌سوزد و مقدار گاز توليد‌شده، فشار مخزن بالا مي‌رود. گرما همچين گرانروي را کاهش داده و جريان نفت راحت‌تر صورت مي‌گيرد. يک روش ديگر مرحلة سوم که اخيراً مورد توجه فراوان قرار گرفته است, استفاده از گاز دي‌اکسيد کربن ميباشد. اين گاز بسيار ارزان بوده و در نفت نيز حل ميشود و گرانروي آن را کاهش مي‌دهد. از روشهاي ديگر مرحلة سوم، انفجارهاي هسته‌اي در زيرزمين است که اين انفجارها شکاف مصنوعي در سنگها به وجود مي‌آورد و جريان نفت را تسهيل مي‌کند. روشهاي مختلف بازيافت نفت (EOR ) به طور اختصار در شکل 1 نشان داده شده است.
روشهاي مناسب بازيافت نفت از مخازن ايران
به طورکلي در ايران، از روشهاي تزريق گاز و تزريق آب براي ازدياد برداشت استفاده ميشود. اما در بحث تزريق گاز، شرايط ايران بسيار استثنايي است؛ اولاً ايران داراي مخازن عظيم گازي است و ميتوان گاز را با هزينه بسيار ناچيزي توليد و سپس به مخازن نفت تزريق نمود، در حالي که در ساير نقاط دنيا به عنوان مثال درياي شمال، علاوه بر خريد گاز, هزينههاي نسبتاً بالايي نيز براي حمل و نقل بايد پرداخت نمود. دوم اينکه با توجه به مسئله صيانت, در حدود 90 درصد از گاز تزريق‌شده در مخازن به صورت گاز همراه يا در گاز کلاهک در مخزن ذخيره ميشود و پس از پايان کار حدود 90 درصد يا بيشتر اين مقدار مجدداً قابل بازيافت و استخراج خواهد بود.
در ساير کشورها, به دليل ماهيت خصوصي صنعت نفت خود, سرمايه گذاران خصوصي حاضر به ذخيره‌کردن گاز به مدت چند سال براي تزريق نيستند، لذا تزريق گاز براي اينگونه کشورها ممکن است غيراقتصادي باشد.
البته به جاي تزريق گاز در مخازن نفت، از تزريق آب نيز ميتوان سود جست که کشورهاي ديگر بيشتر از اين روش استفاده مي‌کنند ولي ميزان کارآيي تزريق آب نسبت به تزريق گاز بر حسب مخزن کاملا متفاوت ميباشد.
به‌طورکلي در مورد مخازن نفت ايران, به دليل نوع مخازن و ويژگيهاي نيروهاي کشش بين سطحي، تخليه ثقلي و غيره و همچنين ساير مسائل اقتصادي ديگري که عنوان شد، تزريق آب نسبت به تزريق گاز داراي مزيت کمتري است. از لحاظ صيانت هم نفت بيشتري توليد کرده و ميتوان از گاز ذخيره شده در مخازن بعدها استفاده نمود.
تزريق گاز خصوصاً در شرايطي که ما صاحب يک ميدان گازي مشترک هستيم، بسيار اقتصادي‌تر است و از طرف ديگر، اين گاز براي نسل آينده ذخيره ميشود. علاوه بر اين، توليد نفت نيز به مقدار قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد.
لذا بهتر است، پروژه‌هاي تزريق گاز در ايران اجرا شود, مگر اينکه اثبات شود که تزريق گاز از لحاظ فني و اقتصادي به صرفه نيست. به همين دليل در حال حاضر, به‌طور عمده در مخازن نفت, تزريق گاز نيز منظور ميشود.
مرحله اول بازيافت
پس از عمليات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دليل فشار زياد موجود در مخزن، جريان نفت به سوي دهانة خروجي چاه سرازير ميشود. اين مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به "بازيافت اوليه نفت" موسوم است.
با افزايش توليد و کاهش فشار، سرعت توليد نيز کاهش مي‌يابد تا اينکه فشار به حدي مي‌رسد که ديگر نفت خارج نمي‌شود. در اين مرحله ممکن است, تنها 30 تا 50 درصد کل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن، عوامل ديگري مانند خواص سنگ مخزن و ميزان تخلخل آنها و نيز دماي مخزن نيز در ميزان توليد مؤثرند. به عنوان مثال، کل نفت مخازن آمريکا حدود 109*400 بشکه بوده است که تا سال 1970 حدود 109*100 بشکة آن توسط روشهاي اوليه استخراج شده‌اند. البته هر قدر 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 آمريکا به دليل پايين بودن نفوذپذيري سنگ مخزن (کمتر از 50 ميلي‌دارسي) و انرژي کم‌مخزن که ناشي از پايين بودن مقدار گاز طبيعي آزاد است، ميزان نفت استخراج شده با روشهاي اوليه بين 5 تا 25 درصد کل نفت بوده است و به همين دليل در اين ايالت روشهاي مرحله دوم از سال 1900 ميلادي شروع شده است.
مرحله دوم بازيافت
از روشهاي مؤثر در مرحلة دوم يکي "سيلابزني آب" و ديگري "سيلابزني گاز" يا "تزريق گاز" است. در روش سيلابزني آب، آب با فشار زياد، از طريق چاههاي اطراف چاه توليد نفت وارد مخزن شده و نيروي محرکه لازم براي استخراج نفت را به وجود مي‌آورد. معمولاً در اطراف هر چاه نفت، چهار چاه براي تزريق آب وجود دارد.
لازم به ذکر است, تزريق "بخار آب"، دما را افزايش و گرانروي را کاهش مي‌دهد. در اين روش که از بخار آب به جاي آب استفاده ميشود، با کاهش گرانروي نفت، جريان آن راحت‌تر صورت گرفته و سرعت توليد بالا مي‌رود.
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 مي‌اندازد. در کشور ونزوئلا, حدود 50 درصد گاز طبيعي توليد شده دوباره به چاههاي نفت براي استخراج در مرحلة دوم برمي‌گردند. نحوة تزريق گاز شبيه تزريق آب به صورت چاههاي پنجگانه است. در مواردي که گرانروي نفت خيلي بالا باشد از تزريق بخار آب براي استخراج مرحلة دوم استفاده ميشود.
مرحله سوم بازيافت
پس از استخراج به کمک روشهاي مرحلة دوم هنوز هم 30 الي 50 درصد نفت ميتواند به صورت استخراج نشده در مخزن باقي بماند. در اينجاست که استخراج نفت به کمک روش مرحلة سوم صورت مي‌گيرد.
يکي از روشهاي مرحلة سوم تزريق محلول "مايسلار" ( Micellar solution) است که پس از تزريق آن، محلول‌هاي پليمري به عنوان محلول بافر به چاه تزريق ميشود. در آمريکا ممکن است, روشهاي استفاده از محلول‌هاي مايسلار تا 50 درصد کل روشهاي مرحلة سوم را شامل شود. محلول مايسلار مخلوطي از آب، مواد فعال سطحي، مواد کمکي فعال سطحي، نفت و نمک است. در روشهاي جديد تهية محلول مايسلار، نفت، نمک و مواد مکمل فعال سطحي حذف گرديده‌اند. محلول‌هاي مايسلار نيروي تنش سطحي بين آب و نفت را تا حدود dyne/cm 0.001 يا کمتر از آن کاهش مي‌دهند. گرانروي محلول پليمري حدود 2 تا 5 برابر گرانروي نفت است. غلظت پليمر حدود ppm ميباشد. در حال حاضر از "پلي‌آکريليميدها" ( Polyacrylimides) و زيست‌پليمرها به عنوان پليمر در محلول بافر استفاده ميشود.
مواد فعال سطحي معمولاً "سولفوناتهاي نفتي سديم" هستند و از لحاظ خواص و ساختار شيميايي شبيه شوينده‌ها مي‌باشند. از الکل‌ها نيز براي مواد کمکي فعال سطحي استفاده ميشود. هزينة توليد محلول‌هاي مايسلار براي توليد هر بشکه نفت در سال 1975 حدود 1.5 دلار در آمريکا بوده است.
يکي ديگر از روشهاي مرحلة سوم، روش "احتراق زيرزميني" است. طي اين روش اکسيژن موجود در هوا در زيرزمين با هيدروکربن‌ها مي‌سوزد و مقدار گاز توليد‌شده، فشار مخزن بالا مي‌رود. گرما همچين گرانروي را کاهش داده و جريان نفت راحت‌تر صورت مي‌گيرد. يک روش ديگر مرحلة سوم که اخيراً مورد توجه فراوان قرار گرفته است, استفاده از گاز دي‌اکسيد کربن ميباشد. اين گاز بسيار ارزان بوده و در نفت نيز حل ميشود و گرانروي آن را کاهش مي‌دهد. از روشهاي ديگر مرحلة سوم، انفجارهاي هسته‌اي در زيرزمين است که اين انفجارها شکاف مصنوعي در سنگها به وجود مي‌آورد و جريان نفت را تسهيل مي‌کند. روشهاي مختلف بازيافت نفت (EOR ) به طور اختصار در شکل 1 نشان داده شده است.
روشهاي مناسب بازيافت نفت از مخازن ايران
به طورکلي در ايران، از روشهاي تزريق گاز و تزريق آب براي ازدياد برداشت استفاده ميشود. اما در بحث تزريق گاز، شرايط ايران بسيار استثنايي است؛ اولاً ايران داراي مخازن عظيم گازي است و ميتوان گاز را با هزينه بسيار ناچيزي توليد و سپس به مخازن نفت تزريق نمود، در حالي که در ساير نقاط دنيا به عنوان مثال درياي شمال، علاوه بر خريد گاز, هزينههاي نسبتاً بالايي نيز براي حمل و نقل بايد پرداخت نمود. دوم اينکه با توجه به مسئله صيانت, در حدود 90 درصد از گاز تزريق‌شده در مخازن به صورت گاز همراه يا در گاز کلاهک در مخزن ذخيره ميشود و پس از پايان کار حدود 90 درصد يا بيشتر اين مقدار مجدداً قابل بازيافت و استخراج خواهد بود.
در ساير کشورها, به دليل ماهيت خصوصي صنعت نفت خود, سرمايه گذاران خصوصي حاضر به ذخيره‌کردن گاز به مدت چند سال براي تزريق نيستند، لذا تزريق گاز براي اينگونه کشورها ممکن است غيراقتصادي باشد.
البته به جاي تزريق گاز در مخازن نفت، از تزريق آب نيز ميتوان سود جست که کشورهاي ديگر بيشتر از اين روش استفاده مي‌کنند ولي ميزان کارآيي تزريق آب نسبت به تزريق گاز بر حسب مخزن کاملا متفاوت ميباشد.
به‌طورکلي در مورد مخازن نفت ايران, به دليل نوع مخازن و ويژگيهاي نيروهاي کشش بين سطحي، تخليه ثقلي و غيره و همچنين ساير مسائل اقتصادي ديگري که عنوان شد، تزريق آب نسبت به تزريق گاز داراي مزيت کمتري است. از لحاظ صيانت هم نفت بيشتري توليد کرده و ميتوان از گاز ذخيره شده در مخازن بعدها استفاده نمود.
تزريق گاز خصوصاً در شرايطي که ما صاحب يک ميدان گازي مشترک هستيم، بسيار اقتصادي‌تر است و از طرف ديگر، اين گاز براي نسل آينده ذخيره ميشود. علاوه بر اين، توليد نفت نيز به مقدار قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد.
لذا بهتر است، پروژه‌هاي تزريق گاز در ايران اجرا شود, مگر اينکه اثبات شود که تزريق گاز از لحاظ فني و اقتصادي به صرفه نيست. به همين دليل در حال حاضر, به‌طور عمده در مخازن نفت, تزريق گاز نيز منظور ميشود.