روش هاي استخراج نفت
پس از عمليات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دليل فشار زياد موجود در مخزن، جريان نفت به سوي دهانه خروجي چاه سرازير مي شود. اين مرحله از استخراج كه عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازيافت اوليه نفت موسوم است. در برداشت اوليه نفت ، از انرژي خود مخزن براي توليد نفت استفاده مي شود.البته اين بدان معنا نيست كه اگر نفت خود به خود به سطح زمين نيايد، برداشت اوليه وجود نخواهد داشت،بلكه وقتي از پمپ براي بالا آوردن نفت استفاده ميكنيم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفـــــــت قرار داريم.در اين مرحله انرژي خاصي وارد مخزن نمي شود.با افزايش توليد و كاهش فشار، سرعت توليد نيز كاهش مي يابد تا اينكه فشار به حدي ميرسد كه ديگر نفت خارج نمي شود. در اين مرحله ممكن است ار ۳۰ تا ۵۰ درصد كل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن عوامل ديگري منند خواص سنگ مخزن و ميزان تخلخل آنها و همچنين دماي مخازن نيز در ميزان توليد مؤثرند.
به عنوان مثال، كل نفت مخازن آمريكا حدود۱۰۹*۴۰۰ بشكه بوده است كه تا سال ۱۹۷۰ حدود ۱۰۹*۱۰۰ بشكه آن توسط روشهاي اوليه استخراج شده اند.البته هر چه 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 آمريكا به دليل پايين بودن نفوذپذيري (كمتر از ۵۰ ميلي دارسي) و انرژي كم مخزن كه ناشي از پايين بودن مقدار گاز طبيعي آزاد است، ميزان نفت استخراج شده با روشهاي اوليه بين ۵ تا ۲۵ درصد كل نفت بوده است و به همين دليل در اين ايالت روشهاي مرحله دوم از سال ۱۹۰۰ شروع شده است.
وقتي مخزن تخليه شد و ما نتوانستيم نفت را حتي با پمپاژ از مخزن به چاه و از چاه به سطح زمين انتقال دهيم،در اين صورت استفاده از روش EOR از نوع بازيافت ثانويه شروع ميشود كه براي استفاده از اين روش، امروزه در دنيا روش تزريق آب مرسوم است. در اين روش از چاه تزريقي،آب به مخزن تزريق ميشود و از چاه بهره برداري،نفت مورد بهره برداري قرار مي گيرد.در اين روش،ما با تزريق سيال در سيستم مداخله ميكنيم و سيال تزريقي،نفت را به طرف چاه توليدي هدايت ميكند. البته به جاي آب،ميتوان گاز نيز تزريق كرد كه به آن فرايند تزريق گاز مي گويند. بايد توجه داشت كه استفاده از اين دو روش تزريقي با تزريق آب يا گازي كه به منظور حفظ و نگهداري فشار مخزن انجام ميگيرد متفاوت است. چرا كه در تزريق آب و گاز براي حفظ فشار مخزن، سيال تزريقي باعث حركت نفت نمي شود،بلكه از افت سريع فشار مخزن در اثر بهره برداري جلوگيري مي كند.
در حالت ثانويه برداشت زماني فرا ميرسد كه، ما ضمن تزريق آب به مخزن،در چاه توليدي با توليد آب مواجه مي شويم. در اين حالت، چون نسبت آب به نفت زياد ميشود و توليد در اين صورت بازده اقتصادي ندارد،بايد از روش ديگر براي افزايش برداشت بهره بگيريم.اگر تزريق آب را متوقف كنيم و از فرايند هاي ديگري نظير تزريق گاز CO۲ استفاده كنيم. از روشهاي مؤثر در مرحله دوم يكي سيلابزني آبي و ديگري سيلابزني گازي يا تزريق گاز است.
در روش سيلابزني آبي، آب با فشار زياد در چاههاي اطراف چاه توليد نفت وارد مخزن شده و نيروي محركه لازم راي استخراج نفت را به وجود مي آورد.معمولا در اطراف هر چاه نفت چهار چاه براي تزريق آب وجود دارد. 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 مي اندازد. در كشور ونزوئلا حدود ۵۰% گاز طبيعي توليد شده دوباره به چاههاي نفت براي استخراج در مرحله دوم برگردانده مي شود. نحوه تزريق گاز شبيه تزريق آب به صورت چاههاي پنجگانه است. در مواردي كه گرانروي نفت خيلي بالا باشد از تزريق بخار آب براي استخراج مرحله دوم استفاده ميشود. تزريق بخار آب، دما را افزايش و گرانروي را كاهش ميدهد. در اين روش كه از بخار آب به جاي آب استفاده ميشود، با كاهش گرانروي نفت، جريان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت توليد بالا مي رود.
پس از استخراج به كمك روشهاي مرحله دوم هنوز هم حدود ۳۰ الي ۵۰ درصد نفت ميتواند به صورت اسنخراج نشده در مخزن باقي بماند. در اينجاست كه استخراج نفت به كمك روش مرحله سوم صورت گيرد. يكي از روشهاي مرحله سوم، تزريق محلول مايسلار (micellar solution) است كه پس از تزريق آن، محلولهاي پليمري به عنوان محلولهاي بافر به چاه تزريق مي شود. در آمريكا ممكن است روشهاي استفاده از محلولهاي مايسلار تا ۵۰ درصد كل روشهاي مرحله سوم را شامل شود. محلول مايسلار مخلوطي از آب، مواد فعال سطحي، نفت و نمك است. در روشهاي جديد تهيه محلول مايسلار ، نفت، نمك و مواد كمكي فعال سطحي حذف گرديده اند. محلولهاي مايسلار نيروي تنش سطحي بين آب و نفت را تا حدود dyne/cm ۰۰۱/۰ يا كمتر از آن كاهش ميدهد.
گرانروي محلول پليمري حدود ۲ تا ۵ برابر گرانروي نفـــــــــــت است. غلظت پليمر حدود ppm۱۰۰۰ مي باشد. در حال حاضر از پلي اكريميد ها و زيست پليمر ها به عنوان پليمر در محلول بافر استفاده مي شود. مواد فعال سطحي معمولا سولفوناتهاي نفتي سديم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شيميايي شبيه شوينده ها مي باشند. از الكلها براي مواد كمكي فعال سطحي استفاده مي شود.هزينه تهيه محلولهاي مايسلار براي توليد هر بشكه نفت در سال ۱۹۷۵ حدود ۵/۱ دلار آمريكا بوده است.
يكي ديگر از روشهاي مرحله سوم، روش احتراق زير زميني است. طي اين روش اكسيژن موجود در هوا در زير زمين با هيدروكربنها مي سوزد و مقداري انري و گاز توليد شده، فشار مخزن بالا ميرود.گرما همچنين گرانروي را كاهش داده و جريان نفت راحتتر صورت ميگيرد. يك روش ديگر مرحله سوم كه اخيرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزريق گاز كربن دي اكسيد مي باشد كه جزئي از روش جابجايي امتزاج پذير است. گاز كربن دي اكسيد بسيار ارزان بوده، در نفت نيز حل ميشودو گرانروي ان را كاهش مي دهد.از روشهاي ديگر مررحله سوم انفجار هاي هسته اي در زير زمين است كه اين انفجار ها شكاف مصنوعي در سنگها به وجود مي آورد و جريان نفت را ساده تر ميكند. به اين گونه فراينـــــد ها، مرحله سوم برداشت نف‍ــت (Tertiary Oil Recovery) مي گويند.
گفتني است كه مراحل برداشت نفت را به گونه اي ديگر ميتوان تقسيم بندي كرد، يعني به جاي اينكه بگوئيم مرحله اول،دوم يا سوم، مي توانيم بگوييم Primary Recovery ، مرحـله Improved Oil Recovery يا IOR و مرحله EOR يا Enhanced Oil Recovery.
برداشت بهبود يافته يا IOR فرايندي است كه براي تعديل كردن تكنولوژي هاي مورد استفاده براي افزايش برداشت بكار ميرود. حال اين فرايند مي تواند در مرحله اول توليد انجام شود يا در مراحل دوم و سوم. تكنولوژي هايي چون حفاري افقي يا مشبك كاري انتخابي و يا تزريق ژل در جا (Insitu gelation) از نوع IOR ميباشند.
بنابراين در IOR فرايند توليـد عوض نميشود، بلكه تكنولوژي به گونه اي تعديل مي شود كه با همان فرايند قبلي،نفت بيشتري از مخزن توليد مي گردد. در حالي كه ازدياد برداشت يا EOR به فرايندي اطلاق مي شود كه در آن سعي ميشود تا ميزان درصد اشباع نفت باقيمانده تا آنجا كه ممكن است پايين بيايد و نفت باقيمانده در مخزن به حداقل ممكن برسد. فرايند هايي چون سيلابزني شيميايي، تزريق CO۲ و احتراق درجا از اين قبيل ميباشند. بعد از عمليات تزريق آب ميتوان فرايند را تغيير داد. روش ديگري اين است كه عمليات تزريق آب را تعديل كنيم. بدين منظور در لايه هاي با خاصيت گذر دهي متفاوت، آب وارد لايه هاي با خاصيت گذردهي بالا شده و به سمت چاه توليدي هدايت ميگردد، لذا بايد كاري كرد كه اين لايه ها بسته شوند. اين كار با تزريق ژل در لايه هاي مورد نظر صورت مي گيرد.فرايند جابه جايي امتزاجي (Miscible Displacement) به معني بازيافت نفت به وسيله تزريق ماده اي است كه با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جايي مذكور سطح تماس نفت و ماده تزريق شده از بين مي رود و جابه جايي بصورت حركت تك فازي انجام ميشود. در صورتي كه شرايط از هر لحاظ براي امتزاج ماده تزريق شده و نفت فراهم باشدبازيافت چنين فرايندي در مناطق جاروب شده ۱۰۰% ميباشد.
گاز تزريقي داراي ويسكوزيته كمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتيجه تحرك بيشتري نسبت به آن دارد.اين خاصيت گاز تزريقي،يكي از دلايل امكان امتزاج آن با نفت مخزن است، زيرا تحرك زياد گاز نسبت به نفت باعث مي شود كه گاز در مراحل مختلفي با نفت تماس پيدا كرده و در نهايت حالت امتـزاج بين نفت مخزن و گاز تزريقي حاصل آيد.
مسئله اي كه از تحرك زيــاد گاز ناشي مي شود اين است كه گاز تمايل به Fingering و Channeling پيدا ميكند و در نتيجه مناطقي از مخزن به وسيله گاز جاروب نمي گردد و لذا اين امر باعث پايين آمدن Recovery Factor در جابه جايي امتزاجي ميشود.