اشاره:
آن‌چه كه در پي مي‌آيد، ويرايش نخست اولين بخش از مقاله‌ي « آشنايي با روش‌هاي بهبود بازيابي نفت» از مجموعه‌ي متون آموزشي مفاهيم مهندسي نفت، ويژه‌ي خبرنگاران سياستي و سياست‌پژوهان بخش بالادستي نفت و اقتصاد انرژي است كه در سرويس مسائل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران، تدوين شده است.
از آن جا كه بيشتر مخازن كشور در نيمه دوم عمر خود به‌سر مي‌برند و هر چه از عمر مخزن مي‌گذرد برداشت از آن دشوار‌تر مي‌شود بايد با روش‌هاي خاصي با توجه به شرايط مخزن، برداشت از آن را بهتر و بيشتر كرد، البته اين نكته را نبايد فراموش كرد كه در روش‌هاي ازدياد برداشت بايد از ميان روش‌هاي مختلف بهترين آن را از لحاظ عملي و اقتصادي انتخاب كرد. در اين مقاله سعي شده روش‌هاي مختلف ازدياد برداشت معرفي و موارد كاربرد آن ها توضيح داده شود.
توصيه مي‌شود خوانندگان گرامي قبل از مطالعه اين مقاله شماره‌هاي پيشين مجموعه مقالات آشنايي با مفاهيم مهندسي نفت را مطالعه كنند.

مقدمه:
مخزن هيدروكربوري ساختاري است متخلخل و نفوذپذير در زيرزمين كه انباشتي طبيعي از هيدروكربورها را به صورت مايع و يا گاز در خود جاي داده و به‌وسيله‌ي سنگ‌هاي غيرتراوا از محيط اطراف مجزا گرديده است. درتوصيفي ملموس‌تر مي‌توان مخازن هيدروكربوري را به بادبادكي پر از هوا تشبيه كرد كه پوسته‌ي اين بادبادك نقش همان سنگ‌هاي غيرتراوا را بازي مي‌كند و به محض سوراخ كردن اين محيط متعادل سيال‌هاي مخزني (هم‌چون هوا كه به سرعت از بادبادك خارج مي‌شود) توسط نيروهاي هيدروليكي به درون چاه رانده مي‌شوند. البته قدرت اين رانش طبيعي هم‌زمان با توليد از مخزن كاسته مي‌شود، چنان‌كه براي نمونه گفته مي‌شود مخازن ايران  به‌ طور متوسط سالانه 10-8 درصد افت طبيعي فشار مخزن و افت دبي‌ توليد از چاه - افت دبي‌ توليد از چاه با افت فشار مخزن رابطه مستقيم دارد - دارند.

با افت مداوم فشار مخزن، دبي‌ توليد رفته‌رفته كم شده تا جايي كه ديگر توليد طبيعي از مخزن مقرون به‌صرفه نخواهد بود. اين نقطه زماني اتفاق مي‌افتد كه بازيابي (Recovery) نفت از مخزن به نسبت پائين است. اين بازيابي براي مخازن ايران حدود 15-20 درصد است؛ به عبارتي 85 تا 80 درصد كل نفت مخزن در سازند باقي مي‌ماند. بنابراين براي برداشت نفت‌هاي باقي‌مانده در مخزن نيازمند روش‌هاي جديد و تكنيك‌هاي پيشرفته هستيم.
ازاين رو مي‌توانيم مراحل توليد از يك چاه را به‌طور كلي به دو دسته‌ي زير تقسيم كنيم (كه البته اين تقسيم‌بندي به نحوه‌ي برداشت از مخزن اطلاق مي‌شود):
1. توليد طبيعي (Primary Recovery)
2. توليد بهبوديافته (IOR or Improved Oil Recovery)

واژگان

فشار اشباع(Bubble Point Pressure):
با افت فشار مخزن، گاز محلول در نفت توانايي آن را پيدا مي‌كند كه از نفت خارج شود، «فشار اشباع» فشاري است كه اولين حباب گاز از نفت جدا مي‌شود. روشن است كه در فشار‌هاي بالاتراز آن تنها يك فاز مايع و در فشار‌هاي پايين ‌تر از آن دو فاز مايع و گاز وجود دارد.

كلاهك گازي (Gas Cap):
در صورتي كه در يك مخزن نفتي هر سه سيال آب، نفت و گاز وجود داشته باشد، ترتيب قرار گرفتن سيالات درون مخزن به گونه‌اي است كه از پايين به بالا ابتدا آب، بعد نفت و سپس گاز قرار مي‌گيرد. به سازند‌ي كه در آن گاز قرار دارد، سازند گازي و به سازندهاي ديگر سازندهاي نفتي و گازي مي‌گويند.

به بخش بالايي مخزن كه حدفاصل ميان پوش سنگ و سطح تماس نفت و گاز است، كلاهك گازي مخزن نفتي مي‌گويند. گفتني است كه برخي از مخازن فاقد كلاهك گازي، برخي ديگر فاقد بخش آب ده هستند و برخي فاقد هر دوي آن‌ها هستند.

سفره آبي(Aquifer):
سازند آبي‌اي كه در پايين مخزن مي‌تواند وجود داشته باشد.

امتزاج‌پذيري (Miscibility):
دومايع را وقتي امتزاج‌پذير مي‌گويند كه كاملاً درهم حل شده و اموليسون نسازند.

اوپك (OPEC):
اوپك كه شكل خلاصه شده‌ي (Organizations of Petroleum exporting Countries) يعني سازمان كشورهاي صادركننده‌ي نفت است . اين سازمان در 14-10 سپتامبر 1960 توسط 5 كشور ايران، عربستان، ونزوئلا و كويت و عراق تشكيل شد كه بعد از آن 9 كشور ديگر الجزائر، قطر، نيجريه، امارات، اندونزي، ليبي، الجزيره، اكوادور، آنگولا به آن‌ها اضافه شدند. هدف از تشكيل اين سازمان كنترل سياست‌هاي قيمتي نفت بود.

توليد طبيعيPrimary Recovery) )

برداشت اوليه يا توليد طبيعي به استحصال نفت تحت مكانيسم‌هاي رانش طبيعي موجود در مخزن و بدون استفاده از انرژي خارجي نظير آب و گاز اطلاق مي‌شود. همان‌گونه كه بيان شد از يك مخزن تا مدت تقريباً كمي مي‌توان به‌طورطبيعي توليدي اقتصادي داشته باشيم . در توليد طبيعي از مخزن رانش نفت به‌علت مكانيسم‌هاي خاصي انجام مي‌پذيرد كه درزير به بيان آن‌ها خواهيم پرداخت:

- انبساط سنگ و سيال (Rock and Fluid expansion)
- رانش توسط گازمحلول (Solution Gas Drive)
- رانش كلاهك گازي (Gas Cap Drive)
- رانش توسط آب ورودي به مخزن (Aquifer Drive)

انبساط سنگ و سيال:
دراين مكانيسم فشار وزني لايه‌هاي بالا برروي سازند مخزن و انبساط خود سيال باعث رانش نفت به درون چاه خواهد شد.

رانش توسط گازمحلول: 
به طور طبيعي نفت درشرايط دما و فشار مخزن مقداري گاز درخود به‌صورت حل شده دارد كه با توليد و رساندن نفت به سطح زمين اين گاز آزاد مي‌شود. بنابراين مي‌توان گفت حجم نفت درشرايط مخزن بيشترازحجم آن درسطح زمين است. البته شايد اين‌گونه به نظر برسد كه در اين جا اين پديده بدون درنظرگرفتن تفاوت دما و فشار سازند با سطح زمين توضيح داده شده است. درصورتي‌كه با كمي دقت متوجه مي‌شويم كه تغييرات دما و فشار نفت از سازند به سطح زمين به ترتيب باعث كاهش حجم  و افزايش حجم مي‌شوند، چون دما و فشار درسازند نفتي نسبت به دما و فشار درسطح زمين بالاتر است كه اين كاهش درمورد دما باعث كاهش حجم و درمورد فشار باعث افزايش حجم مي‌شود. در اين صورت كاهش و افزايش حجم پديد آمده تقريباً اثر يكديگر را خنثي مي‌كنند، بنابراين مي‌توان گفت مهم‌ترين عامل تغيير حجم نفت از سازند به سطح زمين همان گازحل شده درنفت است. نسبت حجم نفت در شرايط دما و فشار مخزن به حجم نفت در شرايط دما و فشار سطح زمين را با ضريب حجمي سازند تعريف مي‌كنند كه با توجه به توضيحات قبلي همواره بزرگتر از يك خواهد بود.
 به دليل آن كه با توليد از مخزن فشار آن افت مي‌كند، اگر اين افت فشار تا رساندن فشار مخزن به فشار اشباع ادامه يابد مقداري از كل گاز محلول درشرايط مخزن آزاد شده كه انبساط اين گاز باعث رانش نفت به درون چاه خواهد شد.

رانش كلاهك گازي:
دربرخي از مخازن دربالاي سازند نفتي كلاهك گازي وجود دارد كه انبساط اين كلاهك گازي در زمان توليد از مخزن، نفت را مانند پيستوني از بالا به سمت پائين مي‌راند كه مسلماً هرچه كلاهك گازي بزرگتر باشد بازيابي نفت ازاين مخزن بالاتر خواهد بود.

ورود آب به سازند نفتي:
بر خلاف شيوه رانش گازي، به جاي آن‌كه گاز از بالا به سيال (نفت) نيرو وارد ‌كند و باعث توليد طبيعي نفت ‌شود، مي‌توان لايه‌ي آبي‌اي را تجسم كرد كه از پائين سازند نفتي همانند پيستون نفت را به درون چاه مي‌راند.
البته بايد توجه كرد كه درتوليد طبيعي نفت، انبساط سنگ و سيال و گازمحلول درتمامي مخازن به‌عنوان نيروي رانشي نفت به درون چاه عمل مي‌كند اما مي‌توانيم مخازني داشته باشيم كه  هردو يا يكي ازدوعامل كلاهك گازي و سفره آبي را داشته باشند و يا اصلاً هيچ‌يك را نداشته باشد.

پيش از توضيح توليد بهبود يافته مي‌توان اين‌گونه بيان كرد كه اصولاً توليد طبيعي نفت ازهر مخزني به فشار اوليه مخزن، نفوذپذيري سنگ مخزن و گرانروي  نفت رابطه دارد. روشن است كه هرچه فشاراوليه مخزن و نفوذپذيري سنگ مخزن بالاتر  و گرانروي نفت پائين‌تر باشد، بازيابي اوليه بالاتر خواهد بود. عدم تعادل دراين پارامترها باعث مي‌شود كه تكنيك‌هاي ديگري دربازيابي نفت به‌كار برده شود. كليه روش‌هايي كه طي آن به مخازني كه تحت شرايط طبيعي خود قادر به توليد اقتصادي نيستند و از بيرون انرژي داده شده و يا موادي درآن‌ها تزريق مي‌شود، روش‌هاي ازدياد برداشت ناميده مي‌شوند. (Enhanced Oil Recovery : EOR)
البته دربعضي مواقع كه سيال (نفت) درته چاه وارد شده و فشار سيال درته چاه توانايي بالا آوردن آن را به سرچاه ندارد، تكنيك‌هاي ديگري مانند فرازش گاز (بدين‌گونه كه گاز را ازسطح زمين به درون چاه تزريق مي‌كنند واين گاز با نفت درون چاه مخلوط امتزاج‌پذيري را به وجود مي‌آورد كه چگالي آن از چگالي نفت اوليه پائين‌تر است و مي‌توان با همان فشار ته‌چاه ، نفت را به سرچاه انتقال داد) و يا پمپ‌هاي درون چاهي (كه نفت را از ته چاه به سر چاه پمپاژ مي‌كنند) به‌كار گرفته مي‌شود؛ اما اصولاً ازاين تكنيك‌ها به‌عنوان يكي ازروش‌هاي ازدياد برداشت ياد نمي‌شود؛ آن‌چه روش‌هاي ازدياد برداشت(EOR) اطلاق مي‌شود روش‌هايي است كه ازطريق تزريق مواد به درون مخزن به سيال انرژي داده مي‌شود و هدف اين روش‌ها، كاهش ميزان نفت پس‌ماند مخزن است، اين روش‌ها را به دودسته زير تقسيم مي‌كنند:
1- برداشت ثانويه (Secondary Recovery)
2- برداشت ثالثيه (Tertiary Recovery)

1-2) برداشت ثانويه (Secondary Recovery):
اين روش، افزودن انرژي‌هاي خارجي بدون اعمال هيچ‌گونه تغيير در خواص فيزيكي سيالات و سنگ مخزن است . به زبان ساده‌تر، سيال تزريقي تنها نقش هل‌دهنده و تعقيبي دارد. لازم به ذكر است اگر چه اين تكنيك درابتدا با تزريق هوا كه ارزان‌ترين و دردسترس‌ترين ماده بوده است، اجرا شده، اما تاكنون در موارد قليلي، ازهوا به‌عنوان ماده تزريقي استفاده شده است. تزريق هوا گرچه معمولاً توليد را براي مدت‌كوتاهي افزايش مي‌داد اما به سرعت مشكلات عملياتي زيادي را پديد مي‌آورد.
بسياري از مشكلات پديد آمده درتزريق هوا، ناشي از وجود اكسيژن در آن است. چراكه اكسيژن به شدت واكنش‌دهنده است و مشكلات عديده‌اي را درتسهيلات سرچاهي و داخل مخزن پديد مي‌آورد. برخي ازاين مشكلات عبارتند از:
- اشتعال خود به خودي نفت در نزديكي چاه تزريق
- خوردگي (كه مهم‌ترين عامل آن اكسيژن است)
- تشكيل امولسيون‌ها
اين مشكلات و مشكلات ديگر باعث شد كه از هوا به‌ عنوان ماده تزريقي در روش‌هاي ازدياد برداشت ثانويه استفاده ‌نشود.  امروزه از گاز و آب‌ به ‌جاي هوا در اين تكنيك استفاده مي‌شود. اولين برنامه بازيابي ثانويه درايران درسال 1355 درميدان هفتكل با روش تزريق گاز به مرحله اجرا در‌آمد پس ازآن درسال 1356 تزريق گاز درميدان گچساران با هدف فشارزدائي و تثبيت فشار شروع شد كه تزريق گاز دراين دو ميدان عظيم نفتي كشورهم‌چنان ادامه دارد و باعث بالابردن بازيابي از حدود 20-15 درصد به حدود 25-30 درصد شده است. هم‌اكنون ايران از برنامه‌ي تزريق گاز به مخازن عقب است و بر اساس گزارش مركز پژوهش‌هاي مجلس شوراي اسلامي محاسبات انجام شده نشان مي‌دهند كه 24 مخزن از كل مخازن نفتي مناطق نفت‌خيز جنوب در اولويت تزريق – گاز- قرار دارند كه در16 مخزن زمان تزريق سپري شده و هر چه سريعتر بايد از افت فشار آنها جلوگيري به عمل آيد، 8 مخزن ديگر نيز ظرف 20 سال آينده نياز به تزريق خواهند داشت.

2-2)روش‌هاي ازدياد برداشت ثالثيه :(Tertiary Recovery)
دراين روش انرژي خارجي به مخزن اعمال مي‌شود و درنتيجه‌ي آن تغييرات اساسي فيزيكي و شيميايي درخصوصيات سيال مخزن پديد مي‌آيد. به زبان ساده‌تر دراين‌جا ماده‌ي تزريقي با تغييردادن خصوصيات سيستم سيالي (مانند كم كردن گرانروي و يا تغيير چسبندگي ميان سنگ و سيال) باعث ازدياد برداشت خواهد شد. عمليات ثالثيه را مي‌توان به موارد زير تقسيم كرد:
- سيلاب‌زني امتزاجي با گاز
- سيلاب‌زني شيميايي
- فرآيندهاي حرارتي
- فرآيندهاي استفاده از كف
- فرآيندهاي تزريق ميكروب (البته دربعضي تقسيم‌بندي‌ها تزريق ميكروب را به‌عنوان فرآيندهايي جدا از "EOR" و تحت عنوان (MEOR (Microbial Enhanced Oil recovery مي‌شناسند. در اين روش ميكروب‌ها و مواد غذايي را به درون چاه تزريق مي‌كنند و اين ميكروب‌ها تحت عواملي يا توليد اسيد مي‌كنند كه براي حل كردن سنگ‌هاي كربناتي بكار مي‌رود و يا توليد گاز كرده كه باعث بالابردن فشارمخزن و يا پائين آوردن گرانروي نفت مي‌شوند.
متأسفانه در حال حاضر در بزرگ‌ترين كشورهاي توليد‌كننده عضو اوپك (OPEC) همچون ايران، كويت، عربستان و عراق روش‌هاي ازدياد برداشت ازنوع سوم (ثالثيه) هنوز به مرحله‌ي اجرا درنيامده است اما در برخي از مخازن ايران و كويت روش‌هاي بازيابي حرارتي مانند تزريق بخار آب در حال بررسي است. كل روش‌هاي ازدياد برداشت را به تازگي به ‌صورت زيرتقسيم مي‌كنند: (برخلاف تقسيم‌بندي قديم به صورت ثانويه و ثالثيه)
1- گرمايي:
- تزريق بخارآب (Steam Flooding)
- سيلاب‌زني آب گرم (HOT Water Flooding)
- احتراق درجا (In situe combustion ) [خشك (Dry) يا مرطوب (Wet)]
- گرم كردن حرارتي ( تزريق آب) (Water Flooding)

2- غيرگرمايي:
- سيلاب شيميايي(Chemical flooding)(پليمري يا قليايي) 
-جابه‌جايي امتزاج‌پذير(Miscible Flooding ):
- رانش گازغني‌ شده
- سيلاب الكلي
- سيلاب گاز Co2
- سيلاب گاز N2
- جابه‌جايي غيرامتزاج‌پذير(immisible Flooding )(- گاز طبيعي يا گاز طبيعي سوخته شده)

در مقالات بعدي به تفصيل به توضيح درباره‌ي هر يك از روش‌هاي پيش گفته خواهيم پرداخت. 

تدوين:
مهندس ابوالقاسم كاظمي‌نيا
خبرنگار افتخاري نفت سرويس مسايل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران(ISNA) 

انتهاي پيام