مخازن نفت و گاز

[Niima]

تحریک لرزه ای مخازن (Seismic Wave Stimulation)

تحریک لرزه ای مخازن (Seismic Wave Stimulation)

اولین بار در دهه 1950 میلادی در فلوریدا رابطه بین امواج لرزه ای و افزایش بردداشت مشاهده شد. برای مثال با احداث ریل راه آهن در نزدیکی چاهها مشاهده شد که با عبور قطار چاه آب با افزایش سرعت بردداشت همراه است.
در زلزله 21 ژانویه 1952 کالیفرنیا دو چاه از دو مخزن مجاور، یکی به اندازه 14 بشکه افزایش برداشت و دیگری اندازه 48 بشکه کاهش برداشت را نشان می داد که این نشان از پیچیده بودن عملکرد این امواج بر مخزن دارد.
در زلزله دیگری که در تاریخ 14 می 1970 در تاجیکستان رخ داد، تغییر مثبتی در چاههای نفتی مشاهده شد که تا مدت ها ادامه داشت. ناگفته نماند که بهره برداری از این چاهها سالها متوقف شده بود.
کار و تحقییق روی امواج در اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 انجام شد و مشخص شد که زمین لرزه ها قادرند امواج الاستیک را درون زمین منتشر کنند.
بطور کلی دو نوع موج بوسیله زمین لرزه تولید می شود:

1- امواج P که به امواج فشاری یا Compressional معروفند.
2- امواج S که به امواج ثانویه یا Shear معروفند.
​

با توجه به دانسته های ما از مکانیک سیالات، امواج P قادرند در سیالات (مانند نفت، گاز و آب) و جامدات منتشر شوند در حالی که امواج S فقط در جامدات منتشر می شوند.
استفاده از دو نوع موج لرزه ای برای تحریک چاه متداول می باشد:

1- موج پر قدرت فرا صوتی (High Power Ultra Sonic Wave)
2- موج صوتی با فرکانس پایین (Low Frequency Sonic Wave)
​

امواج فراصوتی بوسیله ابزاری که دارای نوسان گرهای هیدرو دینامیکی می باشد، بدرون چاه فرستاده می شود و مورد استفاده آن برای تمیز کردن کف چاه از scale ها، کاهش دادن اثر پوسته و Mud Penetration می باشد. در پروژه های نمونه موفقیت این روش در ازدیاد بردداشت 40 تا 50 درصد می باشد. تاثیر این اموج می تواند تا سالها و ماهها وجود داشته باشد. اما مشکل این روش محلی بودن آن می باشد.

​

استفاده از امواج صوتی با بسامد پایین برای تحریک تمام مخزن می باشد که توسط یک ویبراتور در سطح زمین قرار می گیرد و مانند یک عملیات ساده 3D طراحی و مدیریت می شود. عملیات با توجه به نوع مخزن، سیال و زمین شناسی زیر زمینی منطقه از چند هفته تا 2 الی سه ماه انجام می شود و نتیجه آن می تواند تا یک سال ادامه داشته باشد.

​

تاثیر امواج لرزه ای بر مخازن

1- تغییر تراوایی که به دلیل تغییر تخلخل، گسترش شکاف و درز و تغییر حجم سنگ مخزن می باشد.
2- تغییر فشار سیالات مخزن
3- جابجایی محل سنگ های مخزن و گرادیان گرمایی در سنگ مخزن
​

الف) می دانیم که در مخازن سیالات مانند آب و نفت با هم ترکیب می باشند. به عنوان مثال اگر یک فضای خالی را در نظر بگیریم، ملکول های آب و نفت کنار هم قرار گرفته اند و معمولا در مخازن ماسه سنگی معمولا فیلم آب قادر است به دیواره سنگ بچسبد و قطر مخزن را کم می کند و خروج ملکول نفت را مشکل می سازد. اموج لرزه ای باعث کاهش نیرو های کشش سطحی (Interfacial Tension) شده و فیلم آب را ویران می کند و باعث افزایش قطر منفذ شده و حرکت ملکول نفت را آسان می کند.
ب) علاوه بر ویران کردن فیلم آب، امواج فرا صوتی قادرند یک نوع آشفتگی و خلازایی (Turbulancy and Cavitation) در داخل فضای خالی ایجاد کند که باعث افزایش تحرک (Mobility) نفت در مخزن می شود.
ج) امواج لرزه ای فراصوتی هنگام انتشار انرژی خود را از دست داده و باعث افزایش دمای مخزن می شود و گرانروی سیال مخزن به خصوص پارافین و آسفالتین شده و حرکت آنرا آسانتر می کند و در واقع باعث افزایش فشار سیال مخزن می شود.
د) یکی دیگر از کارکردهای اموج لرزه ای بدین گونه است که باعث ایجاد نیرو های جاذبه میان ملکول های فاز سیالی در مخزن که از نظر اندازه حداقل می باشد شده (مثلا در مخازن نفتی با آب همراه بالای 90 درصد مورد ذکر شده برای نفت مطرح می شود) و باعث چسیبده شدن (Coalescence) ملکول های بهم شده و ایجاد یک فاز پیوسته می کند.
ر) حرکت اموج لرزه ای در مخازن ماسه ای باعث حرکت ذرات سازنده سنگ شده که این حرکات باعث تبدیل شدن دانه های درشت تر به دانه های ریز تر می شوند و با توجه به اینکه تخلخل و تراوایی دانه های ریز تر در طبیعت کمتر می باشد این مورد می تواند یک تاثیر منفی به شمار آید.
شرایط مخزنی برای استفاده از اموج فرا صوتی

1- چاه با کاهش تولید همراه باشد و Scale باید علت آن باشد و فقط ناحیه کمی باید تحت تاثیر این امواج قرار گیرد زیرا بسامد بالاست و عمق نفوذ کم می باشد.
2- مخزن نباید افت فشار شدیدی را نشان دهد.
3- تخلخل باید بالای 5 درصد باشد.
4- گرانروی کمتر از 2-10 پاسکال باشد.
5- عملیات باید در چاههای با لوله های جداری شکافدار انجام شود.
6- بهترین دما برای تحریک چاه توسط این اموج 100 تا 110 درجه سلسیوس می باشد.
​

شرایط مخزنی برای استفاده از موج صوتی با فرکانس پایین

1- عمق چاه بین 1500 تا 1700 متر
2- درصد آب نباید کمتر از 90 درصد باشد. چون این روش برای Coalescencing و چسباندن ذرات نفت مناسب می باشد.
3- گرانروی باید کم باشد.‏‏‏
​

در واقع استفاده از امواج الاستیک یک روش جدید، ارزان، بدون آلودگی محیط زیست و با کارایی بالا می باشد. دانشمندان پیشنهاد می کنند که از Wave Seismic Excitation و Gas Drive بعنوان روشی در EOR استفاده شود.
چون مطالعات جدی در این زمینه از 15 سال قبل شروع شده هنوز نتایج مدون و دسته بندی شدهبدست نیامده است و ذکر جزئیات و محاسبات کمی (Quantity) وجود ندارد.

 

[mahdi.adelinasab]

ازدیاد برداشت از مخازن نفتی به روش میكروبی

ازدیاد برداشت از مخازن نفتی به روش میكروبی

یكی از كاربردهای بیوتكنولوژی، استفاده از ریزسازواره­ها (میكروارگانیزم‌ها) در صنایع نفتی می‌باشد. این كاربرد، با توجه به گستردگی صنعت نفت در كشور ما بایستی مورد توجه خاص قرار گیرد. مطلب زیر از طرف خانم اعظم لقمانی برای شبكه ارسال شده است كه در پروژهٔ كارشناسی ارشد خود (در دانشگاه صنعتی امیركبیر)، بر روی ازدیاد برداشت از مخازن نفتی با استفاده از ریزسازواره‌ها، تحقیقاتی آزمایشگاهی داشته و در این رابطه مقالاتی نیز در ششمین كنفرانس ملی مهندسی شیمی و دومین همایش ملی بیوتكنولوژی ایران ارائه كرده است.
استفاده از میكروب‌ها در ازدیاد برداشت نفت بحث جدیدی نیست. اولین مورد مكتوب، در سال ۱۹۱۳ مربوط به ج.ب.دیویس (J.B.Davis) است. در سال ۱۹۴۶، سی.ای.زوبل (c.a.zobell) فرایندی برای بازیافت ثانویه نفت با استفاده از میكروب‌های بی‌هوازی و مكانیزم انحلال مواد معدنی سولفاتی ثبت كرد.
اولین آزمایش میدانی ازدیاد برداشت نفت به‌روش میكروبی (MEOR)، در سال ۱۹۵۴ در یكی از میادین نفتی آركانزاس انجام گرفت. اما با وجود موفق بودن، به‌دلیل در دسترس بودن منابع نفتی ارزان‌قیمت، این شیوه‌ها كنار گذاشته شدند. در دههٔ ۱۹۷۰ مجدداً به‌دلیل ناپایداری قیمت نفت و گرایش به بیوتكنولوژی، این شیوه‌ها مورد توجه قرار گرفتند. از ۱۹۸۰ به بعد به‌دلیل افزایش قیمت نفت در كشورهای گوناگون، این روش‌ها كم و بیش متداول شدند و به‌نظر می‌رسد كه در آینده تنها شیوهٔ افزایش برداشت عملی باشند. مخازن مناسب برای MEOR باید واجد شرایط زیر باشند:
دما كمتر از C ۷۳۰; شوری تا ۱۰۰۰۰، pH ۴ تا ۹، تراوایی بیش از mD ۷۵، سنگینی نفت بر اساس API بیش از ۱۸، فشار تا ۱۲۰۰۰atm و عمق كمتر از m۳۵۰۰. در این میان بیشترین تاثیر مربوط به دما و تراوایی است. میكروب‌ها با سازوكارهای مختلفی به شرح زیر به افزایش برداشت نفت كمك می‌كنند:


۱- تولید اسید آلی كه منجر به انحلال سنگ‌های كربناتی و توسعهٔ كانال‌ها می‌شود.

۲- احیاء گوگرد در تركیبات گچی و انیدریدی و مواد معدنی سولفاتی كه نفت به دام افتاده درآنها را آزاد می‌كند.

۳- تولید گازهایی از قبیل متان، دی‌اكسیدكربن، هیدروژن و نیتروژن كه نفت را از فضاهای مرده به خارج می‌رانند.

۴- تولید حلال‌های مختلف از قبیل اتانول، استون و الكل كه با انحلال یا تورم رسوبات آلی به تحرك فاز نفت كمك می‌كنند.

۵- تولید مواد فعال سطحی و دترجنت كه كشش سطحی وكشش فصل مشترك نفت و آب را كم می‌كنند و نفت را از سنگ جدا می‌كنند.

۶- تولید بیوپلیمر كه به‌طور انتخابی، مناطقی با تراوایی بالاتر را مسدود نموده، در نتیجه جریان سیال به طرف نقاطی با تراوایی كمتر هدایت می‌شود.

۷- تجزیه مولكول‌های هیدروكربنی بزرگ و كاهش گرانروی نفت.

باكتری مناسب برای MEOR باید:

۱- كوچك باشد،

۲- رشد سریعی داشته و از تحرك لازم برای انتقال در داخل چاه برخوردار باشد،

۳- تركیبات متابولیكی مناسب از قبیل گاز و اسید و حلال تولیدكند،

۴- قادر به تحمل شرایط محیطی خشن از قبیل دما و فشار و شوری بالا باشد،

۵- برای رشد و متابولیسم به مواد مغذی پیچیده نیاز نداشته باشد،

۶- بتواند مواد ضدخوردگی و میكروب‌كش را به خوبی تحمل كند،

۷- در حضور فلور میكروبی چاه جمعیت غالب باشد و

۸- بتواند شرایط بدون اكسیژن یا غلظت اندك آن را تحمل كند.

شیوه های متداول استفاده از میكروب‌ها در ازدیاد برداشت به شرح زیر است:

۱- روش برون محل (Ex-Situ): در این روش محصولات میكروبی از قبیل پلی‌ساكاریدها و سورفاكتانت‌ها (فعال‌كننده‌های سطحی) در فرمانتورهایی تولید شده و پس از جداسازی و خالص‌سازی به مخزن اضافه می شود.

۲- روش در محل (In-Situ ):

الف) تحریك جمعیت میكروبی مخزن به‌وسیله تزریق مواد مغذی برای افزایش فعالیت میكروبی

ب) تزریق میكروب‌هایی خاص همراه با مواد مغذی به داخل مخزن. این میكروب‌ها می‌توانند فعالیت مناسبی در مخزن داشته و محصولاتی را تولید نمایند كه باعث تحرك نفت می‌شوند. (این میكروب‌ها را می‌توان از مخزن جدا كرد و پس از تغییرات ژنتیكی به مخزن تزریق نمود.)

از بین روش‌های فوق بهترین شیوه، ۲- ب است چرا كه در شیوهٔ ۱ به‌دلیل قابل تجزیه‌بودن محصولات، مواد ورودی به سرعت توسط میكروب‌های موجود در مخزن تجزیه می‌شوند.
روش ۲- الف هم به‌دلیل اینكه تعداد، نوع و نحوه فعالیت میكروب‌های مخزن مشخص نیست، روش چندان جالبی به‌شمار نمی‌رود. به‌دلیل تنوع مكانیزم‌های MEOR، از آن می‌توان در مواردی كه به سازند، در اثر اعمال شیوه‌های دیگر MEOR آسیب رسیده باشد یا كاهش تراوایی نفت اتفاق افتاده باشد یا به دلیل نیروهای موئینگی نفت به دام افتاده باشد یا در شرایطی كه در مخزن رسوب پارافینی یا نمك‌های حاصل از رسوب در حین تزریق آب باشد، استفاده نمود.

 

[mahdi.adelinasab]

ادامه----->

ادامه----->

از بین روش‌های فوق بهترین شیوه، ۲- ب است چرا كه در شیوهٔ ۱ به‌دلیل قابل تجزیه‌بودن محصولات، مواد ورودی به سرعت توسط میكروب‌های موجود در مخزن تجزیه می‌شوند. روش ۲- الف هم به‌دلیل اینكه تعداد، نوع و نحوه فعالیت میكروب‌های مخزن مشخص نیست، روش چندان جالبی به‌شمار نمی‌رود. به‌دلیل تنوع مكانیزم‌های MEOR، از آن می‌توان در مواردی كه به سازند، در اثر اعمال شیوه‌های دیگر MEOR آسیب رسیده باشد یا كاهش تراوایی نفت اتفاق افتاده باشد یا به دلیل نیروهای موئینگی نفت به دام افتاده باشد یا در شرایطی كه در مخزن رسوب پارافینی یا نمك‌های حاصل از رسوب در حین تزریق آب باشد، استفاده نمود. علی‌رغم محدودیت‌هایی كه ممكن است فعالیت میكروبی مخزن را تحت تاثیر قراردهد، گزارش‌های متعددی از حضور میكروب‌ها ارائه شده‌اند و به همین علت انواع گوناگونی از باسیلوس، پسودوموناس، میكروكوكوس، مایكوباكتریوم، كلاستریدیوم، اشرشیاكلی و برخی دیگر از انواع انتروباكتریاسه در MEOR بكار می‌روند. با وجود حضور میكروب‌ها در مخازن، فعالیت آن‌ها به‌دلایل زیر اندك است:
۱- شرایط بی‌هوازی مخزن كه در این شرایط امكان تجزیه تركیبات نفتی وجود ندارد و در نتیجه فقدان منبع كربن داریم.
۲- در اكثر مخازن نفتی غلظت فسفر پایین است.
۳- غلظت اندك نیتروژن می‌تواند دلیل كم بودن تعداد میكروب‌ها باشد.
از آنجایی كه فعالیت میكروب‌های بومی در مخزن بسیار اندك است، تغییر قابل ملاحظه‌ای در تركیب نفت مشاهده نمی‌شود. اما در صورتی‌كه منبع غذایی و فاكتورهای مكمل مناسب فراهم شوند تركیب نفت تغییر خواهد كرد. نفت فقط شامل مواد هیدروكربوری نیست و هرگونه تغییر در محتوای آن می‌تواند منجر به تغییر قابل ملاحظه‌ای در مشخصه‌های نفت خام گردد كه از آن جمله تولید گاز است كه منجر به سبك شدن نفت می‌شود. یك سیستم عملی MEOR شامل میكروب و مواد غذایی است. مشكلات و راه حل‌های متداول در این سیستم‌ها به شرح زیر هستند:
۱- آیا كاهش یا قطع تزریق به‌دلیل انسداد حفره چاه ناشی از تجمع میكروبی صورت می‌گیرد؟ قبل از تزریق می‌توان از مواد پركننده كه فضاهای خالی سنگ‌ها را پر می‌كنند یا تركیباتی كه مانع از جذب میكروب به سطح می‌شوند استفاده كرد تا میكروب در یك نقطه تجمع نیابد. همچنین می توان از اسپورها یا اولترامیكروباكتری‌ها استفاده كرد.
۲- آیا انتشار موفق و انتقال تمام تركیبات ضروری به نقاط هدف صورت می‌گیرد؟ عوامل مختلفی از قبیل خواص فیزیكی و شیمیایی سنگ، خواص سلول میكروبی و نحوهٔ تزریق از قبیل نرخ تزریق، محتوای نمك و چگالی سوسپانسیون سلولی مهم هستند. استفاده از تزریق ضربانی از به دام افتادن سلول‌ها جلوگیری می‌كند.
۳- افزایش فعالیت متابولیكی درمحل چگونه صورت می گیرد؟ با مطالعه دقیق شرایط میكروب و مخزن و سازگاركردن میكروب با شرایط مخزن این مشكل برطرف خواهد شد.
۴- از رقابت یا فعالیت نامطلوب میكروب‌های بومی چگونه می‌توان پیشگیری نمود؟ آزمایشات میدانی نشان می‌دهد كه در MEOR كه با تزریق مواد مغذی از قبیل ملاس همراه باشد رقابت با میكروب‌های بومی عامل مهمی نیست. مزایای اقتصادی این روش:مقالات متعدد اشاره دارند كه MEOR از نظر هزینه شیوه مناسبی برای افزایش تولید است. مزایای دیگری كه می توان بیان كرد عبارتند از: میكروب‌ها و مواد مغذی تزریق شده ارزان هستند، به‌راحتی در دسترس بوده و به‌سهولت به میادین نفتی حمل می‌شوند. MEOR از نظر اقتصادی برای میادین تولید فرعی مناسب است. هزینه سیال تزریقی به قیمت نفت وابسته نیست. اجرای فرایند فقط نیاز به اصلاحات اندكی بر روی تسهیلات میدانی موجود دارد و در نتیجه هزینهٔ زیادی نخواهد داشت. این شیوه به سادگی با تجهیزات موجود برای آب‌روبی قابل اجراست. اجرای MEOR نسبت به فرایندهای دیگر ساده‌تر و ارزانتر است. محصولات MEOR همگی قابلیت تخریب زیستی دارند و در محیط‌زیست تجمع نمی‌یابند. جمعیت میكروبی را می‌توان با مقدار ماده مغذی موجود تنظیم نمود. به عبارت دیگر اگر مواد مغذی تزریق نشود میكروب‌ها از بین نمی‌روند و در نتیجه حضور جمعیت میكروبی قابل كنترل است.


برخی از كاربردهای میدانی MEOR
میدان نفتی كانادا Loyid minister:
به‌میزان ۶% ، میكروب لكونوستوك (هوازی) با غلظت ml / ۱۰۳ ۱۰۲ و ml / ۱۰۴ میكروب بی هوازی و ۱۱.۶ مترمكعب ملاس در ۱۲۰ مترمكعب آب تزریق شده است. پاسخ مخزن تولید اسید و الكل و كاهش pH و كشش سطحی بوده است. میدان‌های نفتی رومانی با شوری g/l ۱۸۰ ۵: میكروب‌های باسیلوس–كلاستریدیوم، اشرشیاكلی و…. با مخلوط میكروبی ml/ ۱۰۹ ×۹ ۱۰۸ × ۴ تزریق شد. پاسخ، تولید گاز و اسید، افزایش تولید نفت، افزایش گرانروی و چگالی نفت و افزایش كسر سبك نفت بوده است. میدان نفتی لیسبون آركانزاس با شوری ppm ۴۲۰۰۰: میكروب كلاستریدیوم و ملاس (gal ۴۰۰۰ محلول ۲% وزنی) تزریق شد. پاسخ به صورت تولید گاز (عمدتاً ۲H و CO2) و اسید بوده حداكثر نرخ افزایش تولید ۲۵۰% بوده است.
یكی از میادین نفتی هلند: میكروب كلاستریدیوم و ملاس تزریق شد. پاسخ بصورت افزایش CO2 و افزایش بازیافت حدود ۲۰۰ ۲۰% بود.
اهمیت MEOR برای كشور

با توجه به قدمت چاه‌های نفتی ایران (نخستین چاه نفتی در ایران در سال ۱۲۸۷ در منطقه نفتون حفر شده است) و از آنجایی كه MEOR معمولاً پس از اجرای روش‌های دیگر بكار می‌رود، به نظر می‌رسد اهداف متعددی در ایران برای این شیوه وجود داشته باشد. به ویژه اینكه MEOR برای چاه‌هایی كه به‌دلیل تزریق آب، دیگر قادر به تولید نفت نیستند و در اصطلاح غرقاب شده‌اند و همچنین چاه‌هایی كه به‌دلیل رسوب تركیبات آلی و معدنی مسدود شده‌اند روش مناسبی است.
از آنجایی‌كه حتی پس از تزریق آب و گاز حداكثر ۴۰/ ۳۸ % از مخزن برداشت می‌شود، اگر با بكاربردن MEOR بتوان ۱% هم نفت آزاد نمود مقدار قابل ملاحظه‌ای خواهد بود.