استخراج نفت خام - extraction of petroleum

فاطمه یاس

کاربر ممتاز
استخراج نفت خام

استخراج نفت خام (extraction of petroleum) فرآیندی است در آن نفت خام قابل استفاده استخراج و از زمین به بیرون آورده می‌شود. نفت خام اغلب به وسیله حفاری (oil drilling) استخراج می‌شود.
قبل از این مرحله، مطالعات پایه‌ای زمین‌شناسی در مقیاس میدان (reservoir)، آنالیز رسوبات حوضچه (sedimentary basin analysis)، توصیف میدان (reservoir characterization) بر مبنای میزان تخلخل (porosit) و ساختار نفوذپذیر (permeable structure) انجام می‌گردد.


[h=1]مکان‌یابی میدان نفتی[/h]
زمین شناسان با استفاده از بررسی‌های لرزه نگاری (seismic)، ساختارهای زمین شناسی را که ممکن است مخازن نفت را تشکیل دهند، جستجو می‌کنند. روش کلاسیک، شامل ایجاد یک انفجار زیرزمینی در فاصله نزدیک و مشاهده پاسخ لرزه است که اطلاعات مربوط به ساختار زمین شناسی زیر زمین را فراهم می‌کند. البته روش‌های خنثی (passive) که اطلاعات را از امواج لرزه‌ای طبیعی استخراج می‌کنند نیز وجود دارند.

ابزار های دیگری مانند گرانش‌سنج (gravimeters) و مغناطیس‌سنج (magnetometers) نیز گاهی در اکتشاف نفت خام استفاده می‌شوند. استخراج نفت خام به طور معمول با حفر چاه به مخزن زیرزمینی آغاز می‌شود. هنگامی که چاه نفت حفر شد، یک زمین شناس که به عنوان مادلاگر (mudlogger) شناخته می‌شود، وجود نفت را بررسی می‌کند. از نظر تاریخی در ایالات متحده آمریکا میدان‌های نفتی وجود داشته است که در آن نفت به طور طبیعی به سطح زمین می‌آمده است، اما چنین میدان‌هایی به جز در مکان‌های خاصی در آلاسکا، به تاریخ پیوسته‌اند. اغلب چند چاه که به آن‌ها چاه‌های چند جانبه (multilateral wells) گفته می‌شود، به یک مخزن حفر می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که نرخ استخراج از لحاظ اقتصادی به صرفه خواهد بود. همچنین ممکن است به منظور بالا بردن یا حفظ فشار مخزن و برای حفظ نرخ استخراج اقتصادی، از چاه‌هایی به نام چاه ثانویه (secondary wells) برای پمپ کردن آب، بخار، اسید و یا مخلوط های گازی مختلف به مخزن استفاده شود.



[h=1]حفاری[/h]
چاه نفت (oil well) به وسیله حفاری (drilling) یک سوراخ بلند به درون زمین به وسیله یک دکل حفاری (oil rig) ایجاد می‌شود. یک لوله فولادی یا کیسینگ (casing) در سوراخ قرار داده می‌شود تا پکپارچگی سازه‌ای چاه تازه حفر شده را تامین کند. سوراخ‌هایی در کف چاه ایجاد می‌شود تا نفت را به داخل چاه هدایت کند. در نهایت مجموعه‌ای از ولوها (valves) به نام درخت کریسمس (christmas tree) در بالای چاه نصب می‌شود. این ولوها فشار را تنظیم و جریان را کنترل می‌کنند.




اجزای دکل حفاری



درخت کریسمس


[h=1] اجزای دکل حفاری[/h]
[h=1]برداشت اولیه[/h]
در مرحله برداشت اولیه (primary recovery stage)، نیروی محرک مخزن از تعدادی مکانیسم طبیعی ایجاد می‌شود. این مکانیزم‌ها عبارت‌اند از:

  • جایگزینی طبیعی آب موجود در اطراف چاه با نفت
  • انبساط گاز طبیعی که در ابتدا در نفت خام حل شده بود
  • تخلیه گرانشی ناشی از حرکت نفت در داخل مخزن از بالا به قسمت های پایین‌تری که در آن چاه در آن قرار دارد.

فاکتور برداشت (recovery factor) در مرحله برداشت اولیه به صورت معمول بین 5 تا 15 درصد است.

زمانی که فشار زیر زمینی در مخزن نفت برای فرستادن نفت به سطح کافی است، تنها قرار دادن یک آرایش پیچیده از ولو‌ها به نام درخت کریسمس در سر چاه (well head) برای اتصال چاه به شبکه خط لوله (pipeline) برای ذخیره‌سازی و فرآیند مورد نیاز است. گاهی از پمپ‌هایی، مانند پمپ‌های میله‌ای (beam pumps) و پمپ‌های مستغرق الکتریکی (electrical submersible pumps) یا ESP برای آوردن نفت به سطح استفاده می‌شوند که به آن‌ها مکانیزم لیفت مصنوعی (artificial lift) گفته می‌شود.
[h=1]
برداشت ثانویه
[/h]
در طول عمر چاه، فشار آن افت خواهد کرد و از یک نقطه به بعد فشار کافی در زیر زمین برای فرستادن نفت به سطح وجود نخواهد داشت. پس از این که درایو طبیعی مخزن از بین رفت، از روش‌های برداشت یا بازیافت ثانویه (secondary recovery ) استفاده می‌شود. روش‌های برداشت ثانویه به وسیله اعمال انرژی خارجی به مخزن به صورت تزریق مایعات عمل می‌کنند تا فشار مخزن را افزایش دهند و درایو طبیعی مخزن را با درایو مصنوعی جایگزین کنند.
تکنیک‌های برداشت ثانویه توسط تزریق آب (water injection) و تزریق دوباره گاز طبیعی (natural gas reinjection) فشار چاه را افزایش می‌دهند و یا به وسیله لیفت گازی (gas lift) که در آن هوا، دی‌اکسید کربن و یا برخی گازهای دیگر را به کف یک چاه فعال تزریق می‌کنند و دانسیته سیال درون چاه را کاهش می‌دهند، باعث افزایش برداشت از چاه‌های نفت می‌شوند. ضریب بازیافت معمول به وسیله عملیات تزریق آب (water-flood operations) در حدود 30 درصد است که بستگی به خواص نفت و ویژگی‌های سنگ مخزن دارد. به طور متوسط ضریب بازیافت پس از عملیات برداشت نفت اولیه و ثانویه بین 35 تا 45 درصد خواهد بود.



تزریق دی‌اکسید کربن

چاه‌های تزریق



لیفت گازی

لیفت گازی


[h=1]برداشت سوم[/h]
روش‌های بازیافت سوم (tertiary oil recovery) یا روش‌های افزایش بازیافت (enhanced oil recovery)، برای افزایش میزان استخراج قابلیت حرکت نفت را افزایش می‌دهند.
روش‌های حرارتی افزایش بازیافت نفت خام (thermally enhanced oil recovery) یا TEOR، تکنیک‌های بازیافت سومی هستند که به نفت حرارت می‌دهند و در نتیجه ویسکوزیته آن را کاهش و استخراج آن را ساده‌تر می‌کنند. تزریق بخار رایج‌ترین شکل از TEOR است که اغلب با یک پلانت تولید همزمان (cogeneration plant) یا CHP انجام می‌شود. در این نوع ازنیروگاه تولید همزمان، از یک توربین گاز (gas turbine) برای تولید برق استفاده می‌شود و حرارت تلف شده برای تولید بخاری به کار می‌رود که به مخزن تزریق می‌شود. احتراق در محل (in-situ burning) شکل دیگری از TEOR است که به جای بخار، بخشی از نفت را برای گرم کردن نفت اطراف آن می‌سوزاند.



تزریق بخار
گاهی سورفاکتانت (surfactant) یا مواد شوینده به به چاه تزریق می‌کنند تا کشش سطحی بین آب و نفت درون مخزن کاهش یابد و به نفتی که در غیر این صورت در مخزن باقی می‌ماند، قابلیت حرکت بدهد.
روش دیگر برای کاهش ویسکوزیته، استغراق دی‌اکسید کربن (carbon dioxide flooding) است.
بازیافت سوم، امکان بازیافت 5 تا 15 درصد دیگر از نفت مخزن را فراهم می‌کند.


عملیات میکروبی (microbial treatments) یکی دیگر از روش‌های بازیافت سوم است. ترکیب‌های ویژه‌ای از میکروب‌ها برای اصلاح و شکستن زنجیره‌های هیدروکربنی در نفت و در نتیجه آسان‌سازی برداشت نفت به کار می‌روند که نسبت به دیگر روش‌های مرسوم اقتصادی‌تر است.




بازیافت سوم زمانی آغاز می‌شود که بازیافت ثانویه نفت برای ادامه استخراج کافی نیست، اما تنها زمانی انجام می‌شود که استخراج نفت هنوز هم بتواند به صورت سودآور انجام شود. این بستگی به هزینه روش استخراج و قیمت کنونی نفت خام دارد. هنگامی که قیمت بالا هستند، چاه‌های بدون سود قبلی دوباره به استفاده باز می‌گردند و هنگامی که قیمت پایین باشد، استخراج محدود می‌شود.
[h=1]
نرخ بازیافت و عوامل موثر بر آن
[/h]
میزان نفتی که قابل بازیافت است توسط تعدادی از عوامل از جمله نفوذپذیری سنگ‌ها، قدرت درایوهای طبیعی (شامل گاز موجود، فشار آب مجاور و یا گرانش) و ویسکوزیته نفت تعیین می‌شود. زمانی که سنگ‌های مخزن فشرده هستند، مانند شیل (shale)، نفت کلا نمی‌تواند جریان یابد؛ اما زمانی که سنگ‌ها نفوذ پذیر هستند، مانند سنگ ماسه‌ای، نفت آزادانه جریان می‌یابد. جریان نفت اغلب به وسیله فشارهای طبیعی اطراف سنگ مخزن، از جمله گاز طبیعی حل شده در نفت، گاز طبیعی بالای نفت، آب زیر نفت و قدرت جاذبه انجام می‌شود. نفت دامنه وسیعی از ویسکوزیته را از مایعاتی به سبکی بنزین تا مایعاتی به سنگینی قیر تشکیل می‌دهد. اشکال سبک‌تر نفت تمایل به نرخ استخراج بالاتر دارند.
مهندسی نفت (petroleum engineering) رشته‌ای است که مسئول ارزیابی مکان مناسب و مکانیسم‌های برداشت مناسب برای مخازن و برآورد میزان بازیافت و ذخایر نفت (oil reserves) قبل از استخراج واقعی می‌باشد.
[h=1]
برآورد برداشت نهایی
[/h]
اگر چه نمی‌توان برداشت نهایی (ultimate recovery) از یک چاه را تا زمان توقف تولید چاه با اطمینان دانست، مهندسان نفت اغلب یک تخمین از برداشت نهایی (estimated ultimate recovery) یا EUR را بر اساس پیش‌بینی در میزان کاهش در سال‌های آینده برآورد می‌کنند. برای این کار از مدل‌های مختلف، روش‌های ریاضی و تقریب استفاده می‌شود.

 

Similar threads

بالا