اکتشاف نفت و ژئوفیزیک

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
امروزه اکتشاف ذخایر نفت و گاز بسیار پیچیده شده و با بهره گیری از تجهیزات ویژه، درصد موفقیت در کشف ذخایر فسیلی را به حد قابل قبولی رسانده است.

در این نوشتار، روش ها و مراحل اکتشاف ذخایر نفت و گاز بررسی می شود. تهیه بانک داده ها فناوری، نقش عمده ای در میزان موفقیت مکان یابی ذخایر نفت گاز طبیعی دارد. این فناوری هنگامی موثر است که یکی از ابزار اصلی آن را که همان داده های صحیح – نرم افزار – است، زمین شناسان و ژئوفیزیک ها بررسی و فرآوری کنند. این داده ها هنگامی کاربردی می شوند که به درستی جمع آوری و طبقه بندی شوند. این داده ها که معمولاً شامل ویژگی های ذخایر زیرزمینی است، به منظور تبیین زمینه های علمی برای تعیین محل ذخایر نفت خام و گاز طبیعی تفسیر می شوند. فرآیند اکتشاف نفت خام و گاز طبیعی سرشار از تردید و با آزمون و خطای فراوان همراه است، زیرا نفت و گازی که جست وجو می شود، اغلب صدها فوت پایین تر از سطح زمین قرار دارد. از این رو، جمع آوری و طبقه بندی علمی داده ها در کاهش خطای اکتشاف بسیار موثر است. مطالعات زمین شناسی زمین شناسان اکتشاف نفت خام و گاز طبیعی را با بررسی ساختار سطحی زمین مناطقی که احتمال دارد منابع نفت و گاز داشته باشند، آغاز می کنند.

در اواسط قرن هجدهم زمین شناسان به این نتیجه رسیدند که در سراشیبی های تاقدیسی، احتمال وجود ذخایر نفت و گاز بیشتر است. در این تاقدیس ها که زمین در محل خود چین خورده است، لایه های گنبدی شکل ایجاد شده که نشانگر تعداد زیادی از ذخایر نفت و گاز است. با بررسی و ترسیم مشخصات سطحی و زیرسطحی یک منطقه مشخص، زمین شناس پیش بینی می کند در کدام مناطق احتمال وجود ذخایر نفت خام و گاز طبیعی بیشتر است. زمین شناس از ابزار متعددی برای این بررسی بهره می برد. از جمله این ابزار، بررسی برش های صخره های درون زمین، دره ها و یا تنگه ها از نظر محتوای مایع درون سنگها، تخلخل سنگ، رطوبت پذیری، سن و ترتیب شکل یافتن صخره است که امکان استنتاج هایی درباره ذخایر احتمالی را به زمین نشان می دهد. هنگامی که زمین شناس، منطقه ای را ارزیابی می کند و احتمال وجود یک منبع نفتی و یا گازی را در آن محدوده محتمل می داند، آزمایش های بعدی برای به دست آوردن اطلاعات جزئی تر و ترسیم دقیق تشکل های زیرزمینی مرتبط با ذخایر نفت و گاز طبیعی انجام می شود.


معمولاً زمین شناسان این آزمایش ها را انجام می دهند. لرزه نگاری در اکتشاف لرزه نگاری بزرگ ترین پیشرفت پیش بینی نشده در اکتشاف نفت خام و گاز طبیعی است. لرزه نگاری بر مطالعه شکل موج های ارتعاشی استوار است که از میان لایه های زمین عبور می کند و با انواع تشکل های زیرزمینی به طور متفاوت تعامل دارد. در سال ۱۸۵۵، ال.پالیمیر، اولین لرزه نگار را به عنوان ابزاری برای تشخیص و ثبت زمین لرزه ها کشف کرد. این دستگاه قادر به ثبت ارتعاش های زمین بود که در یک زمین لرزه به وجود می آید.

این فناوری از سال ۱۹۲۱ به منظور استفاده در یافتن محل تشکل های نفتی و گازی زیرزمینی در صنعت نفت به کار برده شد. موج های ارتعاشی یادشده که یک منبع آن را ایجاد می کند، از لایه های متفاوت زمین عبور می کند و قسمتی از آن را لایه های زیرزمینی مختلف به سمت منبع انعکاس می دهند. این انعکاس، امکان استفاده از لرزه نگاری را برای تبیین ویژگی های لایه های زمین به زمین شناس می دهد. زمین شناسان قادرند ارتعاش هایی را در سطح زمین ایجاد و چگونگی بازگشت این ارتعاش ها را به سطح ثبت کنند.

موج های ارتعاش ارسال شده در برخورد با صخره ها و لایه های سخت زمین نسبت به لایه های با منفذ زیاد، بازتاب متفاوتی دارند و همین تفاوت به زمین شناس امکان می دهد تا محدوده و عمق سنگ های متخلخل را که احتمالاً حاوی نفت و گاز هستند، تخمین بزنند. لرزه نگاری ساحلی در لرزه نگاری برای اکتشاف در مناطق ساحلی، موج های ارتعاشی مصنوعی به سطح زمین فرستاده می شوند. این موج ها پس از برخورد با لایه های مختلف، بازتابی ایجاد می کنند که قطعات حساسی به نام ژئوفون آنها را ثبت می کنند. این داده های برداشت شده به یک ماشین ثبت ارتعاش منتقل می شود تا اطلاعات لازم برای تفسیر زمین شناسان و مهندسان مخزن را فراهم کند.

این ماشین وظیفه تقویت، ترجمه و بایگانی ارتعاش های دریافتی از ژئوفون را دارد. در روزهای اولیه اکتشاف لرزه ای، امواج لرزه ای به وسیله دینامیت ایجاد می شود. طراحی و نحوه بارگذاری دینامیت ها بسیار دقیق بود، به گونه ای که انفجارهای کوچک امواج لرزه ای لازم و ضروری را ایجاد می کرد.

در اواسط دهه ۷۰ مشخص شد که نوارهای سفیدی به نام نقطه های روشن، روی باریکه های ثبت شده لرزه ای ظاهر می شود. این نوارهای سفید، نشانگر وجود ذخایر هیدروکربن در زیر زمین بود. صخره های طبیعی و پر منفذ دارای گاز طبیعی اغلب بازتاب های قوی تری نسبت به صخره های پر آب و معمولی دارد و از طریق نقطه های روشن به صورت مستقیم قابل تشخیص است. این روش تشخیص ذخایر گازی که روش بازرسی مستقیم نام دارد، در برخی موارد ذخایر هیدروکربنی را نمایان نمی کند؛ از این رو روش کاملاً مطمئن و مورد اعتمادی نیست. فناوری های نوین اکتشاف یکی از بزرگ ترین نوآوری های تاریخ اکتشاف نفت و گاز، استفاده از رایانه برای ثبت و تحلیل داده های زمین شناسی بر روی نقشه های مخصوص است.

با توسعه یافتن میکروپروسسورها، اطمینان استفاده از رایانه برای ثبت و تحلیل داده های ارتعاشی، افزایش قابل توجهی یافته است. این مسئله امکان پردازش مقادیر بیشتری از اطلاعات را فراهم کرده و اعتبار و محتوای اطلاعاتی مدل های لرزه ای را افزایش داده است. زمین شناسان در اکتشاف به کمک رایانه از سه مدل اصلی اکتشاف بهره می برند.

این مدل ها عبارتند از: مدل دوبعدی مدل سه بعدی مدل چهاربعدی فناوری بهره گیری از رایانه، آنقدر پیشرفت کرده که اکنون با ترکیب اطلاعات به دست آمده از انواع آزمایش ها مانند گزارش های روزانه، تولید اطلاعات و آزمایش های غلظت سنجی امکان ایجاد یک تجسم فکری از زیر زمین را فراهم کرده است. با استفاده از این امکانات، زمین شناسان قادر به ترکیب تمام داده ها برای پردازش و ایجاد یک تصویر روشن و کامل زمین شناسی از زیر زمین هستند. لرزه نگاری سه بعدی یکی از چشمگیرترین پیشرفت ها در اکتشاف به کمک رایانه، توسعه لرزه نگاری سه بعدی ست.

این روش از داده های لرزه ای منطقه برای ایجاد یک تصویر سه بعدی از تشکل ها و لایه های مختلف زمین شناسی منطقه استفاده می کند. از آنجاکه این تصویر واقعی می تواند برای تخمین زدن وجود لایه های هیدروکربنی در منطقه و صفات خاص ساختمان این تشکل ها بسیار مفید باشد، به زمین شناسان در تخمین ذخایر هیدروکربوری با احتمال بسیار بالا کمک می کند. استفاده از روش لرزه نگاری سه بعدی احتمال موقعیت یابی مخزن را تا ۵۰ درصد افزایش می دهد. این فناوری با وجود موفقیت آمیز بودن، بسیار هزینه بر است.

 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
لرزه نگاری سه بعدی می تواند بیش از یک میلیون دلار در یک منطقه با ۵۰ مایل مربع مساحت هزینه در بر داشته باشد. در تولید تصاویر سه بعدی نیاز به داده هایی است که از هزاران نقطه جمع آوری شده باشد، حال آن که در روش های دو بعدی صرفاً نیاز به چندصد نقاط داده است. به دلیل پیچیدگی و طولانی بودن فرآیند، از لرزه نگاری سه بعدی در ترکیب با دیگر روش های اکتشاف استفاده می شود. برای مثال، یک زمین شناس ممکن است از لرزه نگاری دوبعدی مرسوم به منظور طراحی و بررسی ویژگی های زمین شناسی برای ارزیابی احتمال وجود ذخایر نفت و گاز استفاده کند.

در این حالت هنگامی که از فناوری های مقدماتی استفاده می شود، از لرزه نگاری سه بعدی صرفاً در مناطقی که احتمال وجود ذخایر هیدروکربوری بالا است، استفاده می شود. علاوه بر تعیین محل ذخایر نفت و گاز، لرزه نگاری سه بعدی در تعیین محل دقیق و بهینه چاه های حفاری نیز موثر است. با استفاده از این فناوری، علاوه بر بهینه کردن تعداد چاه ها و کاهش هزینه های خرج های اضافی، با تعیین محل دقیق چاه ها امکان استخراج بیشتر نفت و گاز از زمین فراهم می شود.


لرزه نگاری سه بعدی میزان بازیافت چاه های مولد را به حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد افزایش می دهد، حال آن که میزان بازیافت چاه هایی که با فناوری های معمولی اکتشاف تعیین محل شده اند، ۲۵ تا ۳۰ درصد است. تا سال ۱۹۸۰ تنها یکصد آزمایش لرزه نگاری سه بعدی صورت گرفته بود. در اواسط دهه ۹۰ با کاهش نسبی هزینه و توسعه فناوری در هر سال ۲۰۰ تا ۳۰۰ آزمایش لرزه نگاری سه بعدی صورت پذیرفت. در سال ۱۹۹۳، ۷۵ درصد از بررسی های اکتشاف ساحلی از لرزه نگاری سه بعدی استفاده کردند. در ایران، در میدان هایی مانند آب تیمور، دارخوین، کرنج و پارسی، عملیات لرزه نگاری سه بعدی با موفقیت اجرا شده است.

تصویر لرزه نگاری دوبعدی اکتشاف به کمک رایانه دوبعدی شامل تولید یک تصویر از لایه های مختلف زیر سطح زمین است. در روش های مرسوم زمین شناسی با جمع آوری و تحلیل اطلاعات موجود، تصوری دوبعدی از این لایه های برای خود ترسیم می کند، اما با کمک فناوری رایانه، امکان ایجاد نقشه های بسیار مفصل تر و بسیار سریع تر از روش های مرسوم وجود دارد.

علاوه بر این، با سیستم دوبعدی امکان استفاده از نمایش تصاویر رنگی ایجاد شده رایانه ای برای برجسته کردن خواص زمین شناسی وجود دارد که از طریق روش های تصویرلرزه نگاری مرسوم امکان ظهور بسیار پایینی دارد. تصویر لرزه نگاری دوبعدی پیچیدگی و تفصیل کمتری از تصویر سه بعدی دارد. جالب توجه است که فناوری لرزه نگاری سه بعدی پیش از فناوری دوبعدی توسعه یافت. فناوری های دوبعدی تصویر لرزه نگاری در حقیقت توسعه ای از فناوری هایی سه بعدی است. فناوری دوبعدی برای ساده کردن و کاهش هزینه های لرزه نگاری سه بعدی، همچنین کاهش پیچیدگی های استفاده از فناوری سه بعدی توسعه یافت. تصویر لرزه نگاری دوبعدی به کمک رایانه (CAEX) در مناطقی به کار می رود که احتمال وجود ذخایر نفت خام و گاز طبیعی به حدی است که استفاده از لرزه نگاری سه بعدی را از لحاظ اقتصادی و صرف زمان توجیه پذیر سازد.

تصویربرداری لرزه نگاری چهاربعدی یکی از پیشرفت های پیش بینی نشده اخیر در اکتشاف لرزه ای و شکل دادن ساختمان های صخره زیرزمین، ابداع تصویرلرزه نگاری چهاربعدی بوده است. این نوع تصویربرداری از توسعه فناوری تصویربرداری سه بعدی است. در تصویربرداری چهاربعدی به جای دریافت یک تصویر ساده و ساکن از زیر زمین، تغییرات در ساختار و خواص تشکل های زیرزمینی به طور مستمر مشاهده می شود. از آنجاکه چهارمین بعد در تصویر لرزه نگاری چهاربعدی زمان است، به آن تصویربرداری مشمول مرور زمان نیز گفته می شود.


مطالعات لرزه ای متفاوت از یک منطقه خاص در زمان های گوناگون انجام شده و این (ترتیب) داده های مختلف به یک رایانه قدرتمند منتقل می شود تا تصاویر مختلفی از آنچه در زیر زمین می گذرد، به دست آید. با مطالعه چگونگی تغییر تصاویر لرزه ای در سراسر زمان، زمین شناسان قادر به کسب آگاهی بیشتر از خواص مختلف صخره ها شامل جریان سیال در زیر زمین، چسبندگی، دما و غلظت هستند. علاوه بر این، زمین شناسان و مهندسان از لرزه نگاری چهار بعدی می توانند برای ارزیابی خواص یک مخزن مانند زمان استخراج نفت خام و هنگامی که توسعه مخزن اهمیت می یابد، استفاده کنند.

استفاده از لرزه نگاری چهار بعدی در یک مخزن می تواند میزان بازیافت را به بیش از آنچه با استفاده از لرزه نگاری دوبعدی یا سه بعدی به دست می آمد، افزایش دهد، در حالی که میزان بازیافت این دو نمونه از لرزه نگاری ۲۵ تا ۳۰ درصد و ۴۰ تا ۵۰ درصد به ترتیب توالی است. استفاده از لرزه نگاری چهار بعدی می تواند میزان بازیافتی حدود ۶۵ تا ۷۰ درصد در پی داشته باشد. لرزه نگاری دریایی در آغاز اکتشاف برای نفت خام و یا گاز طبیعی که صدها یا هزاران پا زیر سطح دریا قرار دارد، از روشی نسبتاً متفاوت از اکتشاف لرزه ای استفاده می شود. در این روش به جای استفاده از خودرو و ژئوفون ها، از یک کشتی برداشت داده ها استفاده می شود.


به جای ژئوفون ها، در اکتشاف دریایی از هیدروفون ها استفاده می شود که برای برداشت امواج لرزه ای زیر آب طراحی شده است. این هیدروفون ها در ساختارهای متفاوت بر حسب نیاز زمین شناس با طناب به دنبال کشتی کشیده می شود. در این روش به جای استفاده از دینامیت یا ضربه بر کف بستر دریا، کشتی لرزه ای از یک تفنگ بادی بزرگ استفاده می کند که گلوله های هوای فشرده را به زیر آب رها می کند.

به این طریق امواج لرزه ای که می تواند به درون پوسته زمین برود و بازتاب های مورد نیاز را تولید کند، ایجاد می شود. اندازه گیری مغناطیسی (مگنومتر) علاوه بر استفاده از لرزه شناسی برای جمع آوری اطلاعات مرتبط با ترکیب پوسته زمین، خواص مغناطیسی ساختمان های زیر زمین نیز می تواند برای تولید داده های زمین شناسی استفاده شود. این کار با استفاده از مگنومترها انجام می شود؛ دستگاه هایی که می تواند تفاوت های جزئی در خواص مغناطیسی لایه های مختلف زمین را اندازه گیری کند.

در روزهای اولیه مگنومترها، دستگاه های بزرگ و حجیم بودند که تنها قادر بودند یک منطقه کوچک را در یک زمان بررسی کنند. با توسعه فناوری، در سال ۱۹۸۱، ناسا ماهواره ای به فضا پرتاب کرد که قادر به برداشت داده های مغناطیسی در یک مقیاس قاره ای بود. این ماهواره که «مگ ست» نامیده می شد، مطالعه ساختمان های صخره های زیرزمینی و پوشش زمین را در یک مقیاس بزرگتر شدنی و امکان جمع آوری اطلاعاتی مانند جابه جایی لایه های مختلف زمین و تعیین محل ذخایر نفت خام، گاز طبیعی و سایر معادن ارزشمند را فراهم کرد. تفسیر داده ها با استفاده از روش های یادشده، منابع زیادی از داده ها و اطلاعات برای زمین شناس به منظور استفاده در اکتشاف هیدروکربن ها فراهم می شود.

این اطلاعات خام بدون تفسیر دقیق و مبتنی بر روش های علمی، قابل استفاده نخواهد بود. زمین شناس همانند قراردادن قطعات یک پازل، تمام منابع داده قابل دسترس نظیر ساختار لایه های صخره های زیرزمین را برای ایجاد یک مدل یا حدس های علمی به کار می برد. گفتنی است که با وجود تکامل تدریجی و شگفت انگیز فناوری و روش های اکتشاف، تنها راهی که سبب اطمینان از وجود یک مخزن گاز طبیعی یا نفت خام می شود، حفاری یک چاه اکتشافی است. یک زمین شناس گرچه می تواند بهترین حدس های موجود را برای موقعیت مخازن بزند، اما این حدس مصون از خطا نیست.

شاید در آینده ای نزدیک، پیشرفت و توسعه فناوری سبب شود که این حدس ها و تخمین ها، با کمترین خطای ممکن، سبب کاهش هزینه های اکتشاف و حفاری شوند. همان گونه که ملاحظه شد، استفاده از تکنیک های لرزه نگاری سه و چهار بعدی، اکتشاف در میدان های نفت و گاز جهان را به دلیل فراهم آوردن اطلاعات بسیار دقیق تری برای ادامه کار اکتشاف تا بهره برداری، تحت تاثیر خود قرار داده است. در حال حاضر در کشور ما به طورعمده از لرزه نگاری دوبعدی استفاده می شود. لرزه نگاری سه بعدی نیز در بعضی از پروژه های اخیر صنعت نفت از طرف شرکت های خارجی استفاده شده و هنوز نیروهای متخصص داخلی آن را به طور مستقل انجام نداده اند. با آن که لرزه نگاری چهار بعدی نیز افزایش بازیافت نفت و گاز مخازن با هزینه های کمتر را به همراه دارد، اما هنوز در ایران استفاده نشده است.

صنعت نفت کشور ما به منظور بهره گیری از فناوری های مدرن لرزه نگاری، می تواند همکاری مشترکی را در مطالعه و به کارگیری این روش ها با صاحبان فناوری های یادشده مدنظر قرار دهد تا از مزیت های این فناوری ها بهره مند شود.

 

Similar threads

بالا