javadaria61
عضو جدید
گروه علمی تحقیقاتی نفت تایمز: آن‌چه كه در پی می‌آید، ویرایش نخست مقاله‌ی « آشنایی با مبانی ژئوشیمی آلی نفت و گاز» از مجموعه‌ی متون آموزشی آشنایی با مفاهیم مهندسی نفت، ویژه‌ی خبرنگاران سیاستی و سیاست‌پژوهان بخش بالادستی نفت و اقتصاد انرژی است كه در سرویس مسائل راهبردی دفتر مطالعات خبرگزاری دانشجویان ایران، تدوین شده است.
امروزه علوم زیادی وجود دارند كه تلفیقی از ۲ یا چند علم مختلف هستند. هدف ازتلفیق این دو یا چند علم مختلف، رفع مشكلات و جواب دادن به سؤالاتی است كه هیچ یك از این علوم به تنهایی توانایی انجام آن را ندارند، مانند علم ژئوفیزیك كه تركیبی از علوم زمین‌شناسی و فیزیك است. با تركیب این دوعلم می‌توان اطلاعات زمین شناسی را با كمك علم فیزیك مورد بررسی قرارداد. یكی دیگر از این علوم، علم ژئوشیمی آلی است كه تركیبی ازعلوم زمین شناسی و شیمی آلی است كه در این مقاله مورد بررسی قرارمی گیرد.
همان‌طوركه درمقاله مبانی شناخت مخزن گفته شد نفت در سنگ منشأ تشكیل می‌شود. برای تشكیل نفت در سنگ منشأ فرآیندهای مختلفی بر روی مواد آلی اتفاق می‌افتد تا این مواد تغییر ماهیت داده و به نفت و گاز و دیگر فرآورده‌ها تبدیل شوند. در ابتدا لازم است اطلاعاتی درخصوص سنگ منشأ بدست آوریم؛ به عنوان نمونه سنگ منشأیی كه مطالعه می‌شود چه نوع هیدروكربوری (نفت و گاز) تولید می‌كند یا اصلا توانایی ایجاد هیدروكربور را در خود دارد یا خیر؟
مواد آلی در درون سنگ منشأ تبدیل به كروژن (Kerogen) می شوند؛ كروژن به مواد آلی درشت دانه‌ای گفته می‌شود كه توانایی انحلال در اسیدهای آلی را ندارند. نفت ازتغییر و تحول و بلوغ كروژن تولید می‌شود؛ به طوركلی چهار نوع كروژن داریم:
۱- كروژن نوع اول
۲- كروژن نوع دوم
۳- كروژن نوع سوم
۴- كروژن نوع چهارم
- كروژن نوع اول
محیط تشكیل این نوع كروژن محیط های آبی شیرین و دریاچه‌های آب شیرین است. این نوع كروژن مرغوب‌ترین نوع كروژن است و فقط تولید نفت می‌كند. موجودات تشكیل دهنده این نوع كروژن ، جلبك‌ها هستند.
- كروژن نوع دوم
این نوع كروژن در محیط های دریایی و اقیانوسی تشكیل می‌شود وبخش عمده‌ی تولیدات آن نفت ومقداری هم گازاست. كروژن نوع دوم فراوان‌ترین كروژن است؛ به این دلیل كه در گذشته بیشتر قسمت‌های زمین را محیط های دریایی تشكیل داده بودند.
- كروژن نوع سوم
این نوع كروژن در محیط های خشكی تشكیل می‌شود. البته این نكته را باید یادآور شد كه رودخانه نیز جزء محیط های خشكی به حساب می‌آید. تولید این نوع كروژن گاز است؛ زیرا این نوع كروژن از مواد آلی گیاهی و درختان به‌وجود آمده است.
- كروژن نوع چهارم
در نهایت كروژن نوع چهارم كه هیچ هیدروكربوری به‌وجود نمی‌آورد و صرفاً كربن خالص یا اصطلاحاً گرافیت تولید می‌كند.
برای این‌كه كروژن موجود در ” سنگ‌های منشأ ” توانایی تولید نفت را پیدا كند، باید دانه‌های درشت مواد آلی به تدریج شكسته شوند و تبدیل به مواد آلی ریزدانه‌تر و قابل انحلال در اسیدهای آلی شوند.
این مسیر تغییر و تحولات مواد آلی درون سنگ منشأ را ” بلوغ (Maturation) مواد آلی” گویند.
مراحل بلوغ به شرح زیر است.
۱- دیاژنز ( Diagenesis )
این تغییرات بلافاصله بعد ازنهشته شدن مواد آلی در درون رسوبات سنگ منشأ آغاز می‌شود؛ فعالیت‌های موجودات زنده ای كه در كف دریا زندگی می‌كنند و همچنین بعد از گذشت مدتی، فشار رسوبات بالایی -كه روی رسوبات در برگیرنده مواد آلی نشسته‌اند- می‌توانند عامل این تغییرات باشند.در این مرحله از بلوغ ، گازی به نام گاز بیوژنیك (Biogenesis) تولید می‌شود.
۲- كاتاژنز (Katagenesis )
دراین مرحله سنگ منشأ به بلوغی می‌رسد كه می‌تواند نفت و گازتولید كند در واقع دما و فشار به حدی می‌رسد كه مواد آلی تولید نفت و گازمی‌كنند. در مرحله كاتاژنز در یك رنج دمایی خاص، نفت شروع به تولید می‌كند كه به آن (Oil window) گویند.
۳- متاژنز (methagenesis )
در این مرحله بلوغ، فقط گاز تولید می‌شود كه به گاز تولید شده دراین مرحله گاز ژنتیك (genetic gas) گویند. اگرشكسته شدن مواد آلی و تبدیل به مولكول‌های كوچكتر ادامه یابد، بلوغ به مرحله متامورفیزم (metamorphism) می‌رسد. در این مرحله كربن خالص یا گرافیت تولید می‌شود كه همان ذغال‌سنگ است.
تشخیص بلوغ
برای تشخیص بلوغ هرسنگ منشأ روش‌های مختلفی وجود دارد. مانند استفاده از دستگاه Rock eval كه اطلاعات زیادی را در اختیارمتخصصین قرارمی‌دهد. روش دیگر استفاده از میكروسكوپ و مطالعه ماده آلی ( Vitrinite ) است كه تغییرات رنگ آن منجر به تشخیص مرحله بلوغ سنگ منشأ می‌شود. روش‌های دیگری نیز وجود دارد كه می‌توان به‌وسیله آن بلوغ سنگ منشأ را تخمین زد.
تشخیص نوع كروژن
اما برای تشخیص نوع كروژن موجود، می‌توان با مطالعه “میسرالی” (macelar) كه در درون آن است نوع آن را تشخیص داد. هر كروژن یك macelar خاص خود را دارد كه با مشاهده آن در نمونه سنگ منشأ می‌توان پی به نوع كروژن برد. به عنوان نمونه میسرال كروژن نوع دوم ویترینایت(vitrinite) نام دارد.میسرال درون سنگ منشأ یا كروژن، حكم فسیل در سنگ را دارد. همان‌طور كه با دیدن فسیل یك سازند خاص می‌توان به نوع سازند پی برد، با دیدن میسرال هر نوع كروژن می‌توان به نوع كروژن آن پی برد.
كاربردها
یكی از كاربردهای ژئوشیمی، در مطالعه سنگ منشأ است كه می توان به وسیله این نوع مطالعه تشخیص داد كه آیا این “سنگ منشأ” توانایی تولید هیدروكربور را دارد و اگر دارد چه نوع هیدروكربوری (نفت یا گاز) می تواند تولید كند؟ آیا تولید نفت آن مقرون به صرفه و قابل توجه است یا خیر؟
از كاربردهای دیگر ژئوشیمی آلی ، در اكتشاف نفت و مطالعه مخازن نفتی است. از كارهایی كه در ژئوشیمی آلی انجام می‌شود مطابقت نفت با نفت (oil-oil correlation) یا نفت با سنگ منشأ (oil-source correlation) است، به‌این معنی كه در مطابقت نفت با سنگ منشأ، نفت موجود دریك سنگ مخزن با سنگ‌های منشأ اطراف از جهات مختلف مطابقت داده می‌شود و به این ترتیب می‌توان سنگ منشأ نفت موجود در مخزن را مشخص كرد و ازاین طریق این امكان را بررسی كرد كه آیا در مسیر بین سنگ منشأ و سنگ مخزن ، تله‌ی نفتی دیگری هم وجود دارد یا خیر و به این ترتیب اولویت‌های حفاری برای اكتشاف یا حفاری‌های بعدی با حداقل ریسك را مشخص كرد و یا درمطابقت نفت با نفت (oil-oil correlation) نفت دو یا چند مخزن را با هم مقایسه و مطالعه كرد؛ به این منظوركه آیا دارای سنگ منشأ یكسانی هستند یا خیر؟ این تطبیق كمك زیادی در اكتشاف تله‌های نفتی بعدی می‌كند.
از دیگر كاربردهای ژئوشیمی آلی مطالعه نفت موجود در مخازن است. امروزه بعضی از مخازن كشور با مشكل رسوب آسفالتن روبرو هستند. به این ترتیب كه در پایین این مخازن یك لایه نازك آسفالتن تشكیل می‌شود و باعث می‌شود به عنوان نمونه، قسمت آبران مخزن كه در قسمت زیرین مخزن قرار دارد از قسمت نفتی جدا شود و نتواند به‌خوبی انرژی لازم برای حركت نفت را فراهم كند.
با مطالعات ژئوشیمیایی آلی نفت موجود در مخزن می‌توان عامل تشكیل آسفالتن را پیدا كرد و مانع از تشكیل آن شد. از دیگر مشكلات این است كه در سطح تماس آب با نفت، آب می‌تواند قسمت‌های سبك نفت را درخود حل كند (Water washing) و با خود به جاهای دیگر ببرد و این نیز زیان آور است و باعث سنگین شدن نفت باقی مانده می‌شود و یا میكروب‌هایی كه از طریق آبهای زیرزمینی به نفت وارد می‌شوند باعث سنگین‌تر شدن نفت می‌شوند. از آن‌جا كه خوراك این میكروب‌ها مواد نفتی سبك است، این میكروب‌ها با مصرف این مواد ؛ باعث می‌شوند نفت موجود در این مخازن به نفت سنگین تبدیل شود. با مطالعات ژئوشیمیایی آلی و اعمال روش‌های پیشنهادی آن می‌توان این آثار زیان بار را كم كرد. همچنین در ازدیاد برداشت به روش میكروبی یا MEOR ، كه برای نفت سنگین باقی‌مانده در مخزن به‌كار می‌رود، نیز نیاز به مطالعه نفت موجود در آن مخزن داریم تا با پی‌بردن به تركیب نفت و میكروب‌های موجود در آن ، شرایط را برای رشد میكروب‌هایی فراهم كنیم كه با مصرف مواد نفتی و ایجاد گاز در مخزن ، فشار مخزن را افزایش می‌دهند و باعث ازدیاد برداشت نفت باقی‌مانده می‌شود
امروزه علوم زیادی وجود دارند كه تلفیقی از ۲ یا چند علم مختلف هستند. هدف ازتلفیق این دو یا چند علم مختلف، رفع مشكلات و جواب دادن به سؤالاتی است كه هیچ یك از این علوم به تنهایی توانایی انجام آن را ندارند، مانند علم ژئوفیزیك كه تركیبی از علوم زمین‌شناسی و فیزیك است. با تركیب این دوعلم می‌توان اطلاعات زمین شناسی را با كمك علم فیزیك مورد بررسی قرارداد. یكی دیگر از این علوم، علم ژئوشیمی آلی است كه تركیبی ازعلوم زمین شناسی و شیمی آلی است كه در این مقاله مورد بررسی قرارمی گیرد.
همان‌طوركه درمقاله مبانی شناخت مخزن گفته شد نفت در سنگ منشأ تشكیل می‌شود. برای تشكیل نفت در سنگ منشأ فرآیندهای مختلفی بر روی مواد آلی اتفاق می‌افتد تا این مواد تغییر ماهیت داده و به نفت و گاز و دیگر فرآورده‌ها تبدیل شوند. در ابتدا لازم است اطلاعاتی درخصوص سنگ منشأ بدست آوریم؛ به عنوان نمونه سنگ منشأیی كه مطالعه می‌شود چه نوع هیدروكربوری (نفت و گاز) تولید می‌كند یا اصلا توانایی ایجاد هیدروكربور را در خود دارد یا خیر؟
مواد آلی در درون سنگ منشأ تبدیل به كروژن (Kerogen) می شوند؛ كروژن به مواد آلی درشت دانه‌ای گفته می‌شود كه توانایی انحلال در اسیدهای آلی را ندارند. نفت ازتغییر و تحول و بلوغ كروژن تولید می‌شود؛ به طوركلی چهار نوع كروژن داریم:
۱- كروژن نوع اول
۲- كروژن نوع دوم
۳- كروژن نوع سوم
۴- كروژن نوع چهارم
- كروژن نوع اول
محیط تشكیل این نوع كروژن محیط های آبی شیرین و دریاچه‌های آب شیرین است. این نوع كروژن مرغوب‌ترین نوع كروژن است و فقط تولید نفت می‌كند. موجودات تشكیل دهنده این نوع كروژن ، جلبك‌ها هستند.
- كروژن نوع دوم
این نوع كروژن در محیط های دریایی و اقیانوسی تشكیل می‌شود وبخش عمده‌ی تولیدات آن نفت ومقداری هم گازاست. كروژن نوع دوم فراوان‌ترین كروژن است؛ به این دلیل كه در گذشته بیشتر قسمت‌های زمین را محیط های دریایی تشكیل داده بودند.
- كروژن نوع سوم
این نوع كروژن در محیط های خشكی تشكیل می‌شود. البته این نكته را باید یادآور شد كه رودخانه نیز جزء محیط های خشكی به حساب می‌آید. تولید این نوع كروژن گاز است؛ زیرا این نوع كروژن از مواد آلی گیاهی و درختان به‌وجود آمده است.
- كروژن نوع چهارم
در نهایت كروژن نوع چهارم كه هیچ هیدروكربوری به‌وجود نمی‌آورد و صرفاً كربن خالص یا اصطلاحاً گرافیت تولید می‌كند.
برای این‌كه كروژن موجود در ” سنگ‌های منشأ ” توانایی تولید نفت را پیدا كند، باید دانه‌های درشت مواد آلی به تدریج شكسته شوند و تبدیل به مواد آلی ریزدانه‌تر و قابل انحلال در اسیدهای آلی شوند.
این مسیر تغییر و تحولات مواد آلی درون سنگ منشأ را ” بلوغ (Maturation) مواد آلی” گویند.
مراحل بلوغ به شرح زیر است.
۱- دیاژنز ( Diagenesis )
این تغییرات بلافاصله بعد ازنهشته شدن مواد آلی در درون رسوبات سنگ منشأ آغاز می‌شود؛ فعالیت‌های موجودات زنده ای كه در كف دریا زندگی می‌كنند و همچنین بعد از گذشت مدتی، فشار رسوبات بالایی -كه روی رسوبات در برگیرنده مواد آلی نشسته‌اند- می‌توانند عامل این تغییرات باشند.در این مرحله از بلوغ ، گازی به نام گاز بیوژنیك (Biogenesis) تولید می‌شود.
۲- كاتاژنز (Katagenesis )
دراین مرحله سنگ منشأ به بلوغی می‌رسد كه می‌تواند نفت و گازتولید كند در واقع دما و فشار به حدی می‌رسد كه مواد آلی تولید نفت و گازمی‌كنند. در مرحله كاتاژنز در یك رنج دمایی خاص، نفت شروع به تولید می‌كند كه به آن (Oil window) گویند.
۳- متاژنز (methagenesis )
در این مرحله بلوغ، فقط گاز تولید می‌شود كه به گاز تولید شده دراین مرحله گاز ژنتیك (genetic gas) گویند. اگرشكسته شدن مواد آلی و تبدیل به مولكول‌های كوچكتر ادامه یابد، بلوغ به مرحله متامورفیزم (metamorphism) می‌رسد. در این مرحله كربن خالص یا گرافیت تولید می‌شود كه همان ذغال‌سنگ است.
تشخیص بلوغ
برای تشخیص بلوغ هرسنگ منشأ روش‌های مختلفی وجود دارد. مانند استفاده از دستگاه Rock eval كه اطلاعات زیادی را در اختیارمتخصصین قرارمی‌دهد. روش دیگر استفاده از میكروسكوپ و مطالعه ماده آلی ( Vitrinite ) است كه تغییرات رنگ آن منجر به تشخیص مرحله بلوغ سنگ منشأ می‌شود. روش‌های دیگری نیز وجود دارد كه می‌توان به‌وسیله آن بلوغ سنگ منشأ را تخمین زد.
تشخیص نوع كروژن
اما برای تشخیص نوع كروژن موجود، می‌توان با مطالعه “میسرالی” (macelar) كه در درون آن است نوع آن را تشخیص داد. هر كروژن یك macelar خاص خود را دارد كه با مشاهده آن در نمونه سنگ منشأ می‌توان پی به نوع كروژن برد. به عنوان نمونه میسرال كروژن نوع دوم ویترینایت(vitrinite) نام دارد.میسرال درون سنگ منشأ یا كروژن، حكم فسیل در سنگ را دارد. همان‌طور كه با دیدن فسیل یك سازند خاص می‌توان به نوع سازند پی برد، با دیدن میسرال هر نوع كروژن می‌توان به نوع كروژن آن پی برد.
كاربردها
یكی از كاربردهای ژئوشیمی، در مطالعه سنگ منشأ است كه می توان به وسیله این نوع مطالعه تشخیص داد كه آیا این “سنگ منشأ” توانایی تولید هیدروكربور را دارد و اگر دارد چه نوع هیدروكربوری (نفت یا گاز) می تواند تولید كند؟ آیا تولید نفت آن مقرون به صرفه و قابل توجه است یا خیر؟
از كاربردهای دیگر ژئوشیمی آلی ، در اكتشاف نفت و مطالعه مخازن نفتی است. از كارهایی كه در ژئوشیمی آلی انجام می‌شود مطابقت نفت با نفت (oil-oil correlation) یا نفت با سنگ منشأ (oil-source correlation) است، به‌این معنی كه در مطابقت نفت با سنگ منشأ، نفت موجود دریك سنگ مخزن با سنگ‌های منشأ اطراف از جهات مختلف مطابقت داده می‌شود و به این ترتیب می‌توان سنگ منشأ نفت موجود در مخزن را مشخص كرد و ازاین طریق این امكان را بررسی كرد كه آیا در مسیر بین سنگ منشأ و سنگ مخزن ، تله‌ی نفتی دیگری هم وجود دارد یا خیر و به این ترتیب اولویت‌های حفاری برای اكتشاف یا حفاری‌های بعدی با حداقل ریسك را مشخص كرد و یا درمطابقت نفت با نفت (oil-oil correlation) نفت دو یا چند مخزن را با هم مقایسه و مطالعه كرد؛ به این منظوركه آیا دارای سنگ منشأ یكسانی هستند یا خیر؟ این تطبیق كمك زیادی در اكتشاف تله‌های نفتی بعدی می‌كند.
از دیگر كاربردهای ژئوشیمی آلی مطالعه نفت موجود در مخازن است. امروزه بعضی از مخازن كشور با مشكل رسوب آسفالتن روبرو هستند. به این ترتیب كه در پایین این مخازن یك لایه نازك آسفالتن تشكیل می‌شود و باعث می‌شود به عنوان نمونه، قسمت آبران مخزن كه در قسمت زیرین مخزن قرار دارد از قسمت نفتی جدا شود و نتواند به‌خوبی انرژی لازم برای حركت نفت را فراهم كند.
با مطالعات ژئوشیمیایی آلی نفت موجود در مخزن می‌توان عامل تشكیل آسفالتن را پیدا كرد و مانع از تشكیل آن شد. از دیگر مشكلات این است كه در سطح تماس آب با نفت، آب می‌تواند قسمت‌های سبك نفت را درخود حل كند (Water washing) و با خود به جاهای دیگر ببرد و این نیز زیان آور است و باعث سنگین شدن نفت باقی مانده می‌شود و یا میكروب‌هایی كه از طریق آبهای زیرزمینی به نفت وارد می‌شوند باعث سنگین‌تر شدن نفت می‌شوند. از آن‌جا كه خوراك این میكروب‌ها مواد نفتی سبك است، این میكروب‌ها با مصرف این مواد ؛ باعث می‌شوند نفت موجود در این مخازن به نفت سنگین تبدیل شود. با مطالعات ژئوشیمیایی آلی و اعمال روش‌های پیشنهادی آن می‌توان این آثار زیان بار را كم كرد. همچنین در ازدیاد برداشت به روش میكروبی یا MEOR ، كه برای نفت سنگین باقی‌مانده در مخزن به‌كار می‌رود، نیز نیاز به مطالعه نفت موجود در آن مخزن داریم تا با پی‌بردن به تركیب نفت و میكروب‌های موجود در آن ، شرایط را برای رشد میكروب‌هایی فراهم كنیم كه با مصرف مواد نفتی و ایجاد گاز در مخزن ، فشار مخزن را افزایش می‌دهند و باعث ازدیاد برداشت نفت باقی‌مانده می‌شود
