روش هاي ازدياد برداشت از مخازن نفتي و كاربرد آن در كشور
استفادة صحيح از منابع نفتي كشور، به منظور افزايش طول عمر آنها و برخورداري نسل*هاي آينده از اين ذخاير خدادادي، ايجاب مي*كند تا با مديريت صحيح اين منابع آشنا شويم.

از نكات قابل توجه در مديريت مخازن، اتخاذ روش*هايي براي حفظ و صيانت مخزن، بالابردن راندمان توليد و سعي بر نگه *داشتن آن در حد مطلوب در طول زمان مي*باشد. بدين منظور، در متن زير سعي شده است تا ضمن آشنايي اجمالي با روش*هاي ازدياد برداشت از مخازن نفتي، بستري براي انعكاس نظرات كارشناسان كشور به منظور ارائه راه حل*هاي مناسب در بهبود عملكرد مخازن نفتي ايجاد شود. همچنين در انتهاي اين مطلب، تحليلي با استفاده نظرات برخي از كارشناسان در مورد به*كارگيري اين روش*ها ارائه مي*گردد:
توليد اولية (طبيعي) نفت

مهمترين نيروهاي موجود در مخازن كه نفت به كمك آن به*طور طبيعي جريان مي*يابد، عبارتند از:

1- نيروي حاصل از فشار گاز حل شده در نفت

2- نيروي حاصل از فشار گاز جمع*شده در قسمت بالاي كلاهك

3- فشار هيدرواستاتيك سفرة آب مخزن كه در زير ستون نفت قرار گرفته است

4- نيروي ديگري كه برخي مخازن داراي ستون نفت بسيار مرتفع براي توليد طبيعي از آن بهره مي*برند، نيروي ريزش ثقلي است.

سهم مشاركت هر يك از اين نيروها در رانش نفت متفاوت است و به وضعيت ساختماني و زمين*شناسي سنگ مخزن و خواص فيزيكي و ترمو*ديناميكي سيال*هاي موجود در مخزن بستگي دارد. در مقابل اين نيروها، نيروهاي مخالفي سبب محبوس نگه *داشتن يا ايجاد تنگنا در بازيابي نفت مي*شوند كه مهمترين اين نيروها، نيروي فشار موئينگي سنگ مخزن و نيروي اصطكاك حاصل از حركت سيال در درون خلل و فرج سنگ مخزن تا ته چاه است. براي استحصال و بازيافت كامل نفت، بايد چنان نيرويي در اعماق مخزن وجود داشته باشد كه بتواند علاوه بر غلبه بر نيرو*هاي مخالف، موجب رانش نفت به سمت بالا گردد.
ازدياد برداشت

كاهش و افت نيروهاي موافق باعث مي*شود تا بازيافت نهايي كم شود. به همين دليل از روش*هايي تحت عنوان "روش*هاي ازدياد برداشت" براي بالابردن توليد از مخزن نفتي استفاده مي*شود. معمولا 30 درصد از نفت به*طور طبيعي از مخزن برداشت مي*گردد و 70 درصد آن نياز*مند بكار*گيري برخي روش*هاي ازدياد برداشت مي*باشد.
روش*هاي به*كار رفته جهت افزايش بازده عبارتند از :
1- تزريق گاز

2- تزريق آب

3- تزريق متناوب آب و گاز

4- روش حرارتي

5- تزريق فوم و ژل*هاي پليمري

6- استفاده از مواد شيميايي كاهش*دهندة نيروي كشش سطحي

7- استفاده از روش ميكروبي(M.E.O.R.)

1- تزريق گاز: روش تزريق گاز به دو صورت امتزاجي و غير*امتزاجي صورت مي*گيرد. در روش امتزاجي، گاز طبيعي با افزودن تركيبات هيدروكربني مياني c2 تا c6 غني مي*شود؛ به*طوري كه بخش غني*شدة گاز تزريقي كه در ابتداي كار تزريق مي*گردد، با نفت مخزن امتزاج يافته و آن را از درون خلل و فرج سنگ مخزن به طرف چاه*هاي توليدي هدايت مي*كند. راندمان افزايش بازيافت در اين روش، بيشترين درصد را به خود اختصاص مي*دهد و اگر سنگ مخزن داراي خواص همگن و يك*دست و تراوايي آن نيز مناسب باشد، به 65 تا 75 درصد حجم نفت باقي*مانده، مي*توان دست يافت.

در روش غير امتزاجي، گاز به مخازن نفتي تزريق مي*گردد كه اين تزريق نسبتاً ارزان است و در تعدادي از مخازن نفت*خيز خشكي و دريايي ايران اعمال مي*گردد. در اين روش، گاز تزريقي در قسمت بالاي مخزن متراكم مي*شود و فشار مخازن را افزايش مي*دهد و حركت نفت را سهولت مي*بخشد.

بايد توجه داشت كه لزومي ندارد گاز تزريقي حتما از نوع تركيبات هيدرو*كربني باشد. در كشورهاي صنعتي، از گازهاي خروجي از تاسيسات بزرگ صنعتي كه بخش اعظم آن *را دي*اكسيدكربن تشكيل مي*دهد، براي تزريق استفاده ميشود. در اين روش، حتي راندمان بالاتر از تزريق گاز*هاي هيدرو*كربني است و فوايد زيست*محيطي نيز در پي دارد .
2- تزريق آب:
در اين روش، آب به عنوان عامل فشار*افزايي به مخزن به كار برده مي*شود.
3- تزريق آب و گاز:
از تزريق متناوب آب و گاز براي افزايش فشار در مخزن نيز مي*توان سود جست.
4- روش حرارتي:
روش*هاي حرارتي معمولاً در بهره*برداري از مخازني كه نفت آنها نسبتا سنگين است، به كار برده مي*شود و براي نفت خام با شاخص API بين 10 تا 20 كاربرد دارد. حرارت*دادن به منظور كاستن گران*روي شامل تزريق آب داغ يا بخار به درون مخزن و يا ايجاد حرارت به كمك انرژي الكتريكي مي*باشد.
5و6- روش تزريق مواد شيميايي و يا فوم:
اين روش به منظور كاهش نيروي كشش سطحي بين سنگ و سيال، با تنظيم نسبت تراوايي به گران*روي نفت مخزن, مورد استفاده قرار مي*گيرد. استفاده از روش تزريق فوم و مواد شيميايي، به طور مثال در برخي از ميادين نروژ به صورت آزمايشي با موفقيت انجام پذيرفته است.

7- روش ميكروبي
: استفاده از ميكروب*ها جهت توليد گاز به منظور افزايش بازده و يا دفع موادي كه باعث كاهش غلظت و گران*روي نفت و انتقال آسان آن به سمت چاه*هاي توليدي مي*شود، تحت روشي به نام MEOR انجام مي*شود. روش*هاي ميكروبي از روش*هاي نوين افزايش بازده ذخاير به شمار مي*رود كه اين روش از جنبه*هاي نوين كاربرد علوم بيو*تكنولوژي در صنعت نفت مي*باشد.
تحليل:

طبق بررسي*هاي انجام شده، متوسط سرعت كاهش توليد طبيعي از مخازن مناطق خشكي در كشور معادل 9 تا 11 درصد در سال است.

بدين*ترتيب براي حفظ سطح توليد، بايد در هر سال تعدادي چاه جديد حفر نمود كه اين امر با توجه به هزينة بالاي حفر هر چاه منطقي به*نظر نمي*رسد. در نتيجه مي*بايد اين كاهش را با بازيافت ثانويه و به*كار*گيري روش*هاي مناسب ازدياد برداشت جبران نمود.

قبل از به*كارگيري اين روش، بايد مطالعات دقيقي بر روي مخزن صورت بپذيرد و سپس با توجه به نوع مخزن، روش مناسب برداشت آن به كار برده شود.

حدود 90 درصد از مخازن ايران از نوع شكاف*دار هستند و استخراج ثانويه از اين مخازن كمتر از 30 درصد است. مخازن شكاف*دار عمدتاً مربوط به خشكي است و برخي از مخازن دريايي مانند جزيرة سيري، مخازن شني هستند. با توجه به وجود مخازن گازي زياد در كشور، مي*توان از گاز براي ازدياد برداشت از چاه*هاي نفت سود جست.

همچنين تزريق گاز به مخازن بايد حساب شده باشد، زيرا در غير اين صورت، تعادل ديناميكي چاه به هم مي*خورد و اگر تزريق گاز به*درستي انجام نشود، ممكن است باعث رسوب مواد قيري و بسته*شدن خلل*وفرج گردد. در صورت اتفاق اين امر، مخازن براي هميشه غير قابل استفاده خواهند شد.

در مورد روش تزريق آب به مخزن نيز بايد در استفاده از اين روش كمال احتياط را به كار برد. برخي كارشناسان اعتقاد دارند، بازده اين روش مطلوب نيست، زيرا راندمان كار نهايتاً 35 درصد مي*باشد و اولويت در استفاده از روش تزريق گاز خواهد بود. تزريق آب بيشتر براي مخازن شني كاربرد دارد و براي مخازن نفتي كشور كه عمدتا شكاف*دار هستند نبايد مورد استفاده قرار گيرد.

استفاده از مواد شيميايي كاهش*دهندة نيروي كشش سطحي به عنوان موضوعي با مخاطرات زياد، ولي با ظرفيت فني بالقوه بالا مطرح است. اگر چه مطالعات زيادي در جهان انجام پذيرفته است، ولي با توجه به شرايط كنوني قيمت نفت، استفاده از برخي مواد شيميايي غير اقتصادي مي*باشد.

روش ميكروبي از نظر فني نياز به رشد بيشتر و طي مراحل تكميلي خود دارد، اما در آينده به عنوان يك روش تاثيرگذار مطرح است. روش ميكروبي درآينده از لحاظ هزينه*اي، مي*تواند قابل رقابت با ساير روش*ها باشد.

كاربرد نيتروژن در افزايش بهره وري مخازن نفت و گاز

امروز با اعمال روش*هاي مختلف ازدياد برداشت در مخازن نفت ايران روش*هاي اوليه بازيافت طبيعي، راندمان بازيافت متوسط حدود %20 بوده كه با اعمال روش*هاي بازيافت ثانويه شامل تزريق گاز و يا آب اين مقدار به %25 افزايش يافته است.

روش*هايي چون تزريق امتزاجي، روش*هاي شيميايي و حرارتي و تزريق 2CO به عنوان روش*هاي ثالثيه ازدياد برداشت شناخته شده*اند، تزريق نيتروژن به عنوان يكي از روش*هاي EOR در سال*هاي اخير كاربرد زيادي داشته است. بطوري كه اين گاز به عنوان جانشين مناسبي براي گاز طبيعي و متان از نظر اقتصادي، براي 2CO از نظر اقتصادي و قابليت دسترسي معرفي شده است. گزارش حاضر در همين زمينه توسط پايگاه اينترنتي مهندسي اكتشاف ارائه شده است.تزريق نيتروژن با اهدافي مانند جابه*جايي غير امتزاجي، جابه*جايي امتزاجي، تزريق با هدف تثبيت فشار و يا فشارافزايي، بالا بردن راندمان جابه*جايي ثقلي به همراه تزريق 2CO، در برداشت ثالثيه (برداشت نفت ته مانده بعد از تزريق آب)، براي بازگرداني گاز در مخازن گاز قطران و تزريق از نوع WAGدر مخازن نفتي و گازي قابل انجام است.

مقايسه*ي خواص فيزيكي و كاربرد گاز طبيعي دي*اكسيد كربن (2)CO و ازت (2)N
گاز طبيعي جهت تزريق گاز از انواع امتزاجي و غيرامتزاجي و هم*چنين تثبيت فشار مخزن بسته به شرايط دما، فشار و سيال مخزن، كاربرد د ارد، كه از مهم*ترين خصوصيات آن مي توان به در دهه*ي اخير به عنوان تميزترين منبع انرژي معرفي شده است.گاز دي*اكسيد كربن (2)CO جهت تزريق گاز از نوع امتزاجي و گاه غيرامتزاجي كاربرد دارد، اما (2)N جهت تزريق گاز از نوع امتزاجي (با شرايط محدود) و غير امتزاجي در مخازن شكافدار و بدون شكاف، جهت تثببيت فشار مخزن، در بازيافت ثالثيه بعد از تزريق آب جهت توليد نفت باقي*مانده، تزريق به صورت WAG و هم*چنين در مخازن گاز ميعاني جهت جلوگيري از تشكيل مايعات گازي در شرايط مخزن و يا بالا بردن تحرك*پذيري مايعات گازي تشكيل شده كاربرد دارد.
از مهم*ترين خصوصيات آن نيتروژن جانشين مناسبي براي گاز متان بوده و در اكثر موارد كاربرد اين گاز، گاز ازت بي*اثر است، رسوب آسفالتين و خوردگي ايجاد نمي*كند و مشكلي نيز در رابطه با تزريق*پذيري ايجاد نمي*كند، در كشورهاي صنعتي گاز نيتروژن تزريقي را از هوا و يا از گازهاي حاصله از سوخت تهيه مي*كنند. در كشورهاي صنعتي هزينه*ي توليد ازت در فشار تزريق تقريبا يك سوم ارزش گاز طبيعي است، ذخاير بزرگ گازي ازت موجود در كشور، ضريب تراكم*پذيري بالا سبت به 2CO و گاز طبيعي به اين معنا كه در شرايط مساوي از نظر فشار و دما مقدار بيشتري گاز ازت در حجم معين موجود است.امروزه در مخازن متعددي در آمريكا و كانادا تزريق گاز ازت به طور خالص و يا همراه گاز 2CO حاصل از سوخت به صورت امتزاجي و غيرامتزاجي انجام مي*گيرد.ازت لازم براي پروژه*هاي تزريق در اين كشورها بيشتر از طريق جداسازي ازت از هوا )Cryogenic Air Separation( تامين مي*شود.اكسيژن همراه با نيتروژن در هوا، مي*تواند مشكل*ساز باشد، به اين صورت كه با S2H موجود در مخزن واكنش انجام داده و تركيبات اسيدي ايجاد مي*كند. هرقدر ميزان گوگرد سيال مخزن بيشتر باشد (سيال مخزن ترش*تر باشد) حضور اكسيژن مشكل*سازتر است. در پروژه*هاي تزريق نيتروژن كه تا امروز انجام شده درجه خلوص آن گاز به طور متوسط يبن 9/99% - %93 بوده است.تزريق ازت با هدف ازدياد برداشت به صورت گسترده در مخازن نفتي و هم*چنين با هدف recycling و تثبيت فشار مخزن در مخازن گازي و gas lift قابل انجام است، محدوديت*هاي موجود در رابطه با استفاده از گازهاي طبيعي و دي اكسيد كربن، ازت را به عنوان يك جانشين اقتصادي در پروژه*هاي امتزاجي مطرح مي*سازد.

اين مهم را بايد مدنظر قرار داد كه متدهاي امتزاجي با گاز ازت تنها در مخازن خاصي قابل اجرا است. حالت امتزاجي گاز ازت و نفت*هاي سبك حدودا مثل گاز متان است، امتزاج گاز ازت و نفت*هاي سبك از نوع تبخيري (VaporizingGas Drive) و به واسطه*ي تبخير تركيبات سبك و مياني نفت در فاز گاز در اثر تماس*هاي متوالي و مكرر گاز و نفت است. فشار امتزاج (MMP) ازت و نفت*هاي سبك از متان بالاتر بوده (اعداد 5000 تا 8000 پام در مقالات گزارش شده است) و بعضي از مطالعات نشان داده*اند كه اگر مقدار متان نفت مخزن بالاتر از 40 درصد مولي باشد MMP دو گاز ازت و متان مساوي*اند.در مطالعات فوق مشخص شده است كه با افزايش ميزان گاز محلول موجود در نفت ميزان MMP نفت مخزن و ازت كاهش مي*يابد.تزريق امتزاجي گاز ازت با نفت سبك در واقع عمل امتزاج در تماس اول انجام نشده و بنا بر مكانيزم تبخيري به تدريج اجزاي سبك نفت در داخل گاز ازت تبخير مي*شوند. از اين رو تزريق امتزاجي ازت در مراحلي مانند تغيير تركيب نفت در طي جابه*جايي آن با گاز ازت، تغيير در خواص نفت و گاز در طي تزريق ازت، امتزاج نفت و گاز بعد از تماس*هاي متوالي به وقوع مي*پيوندد.
در صورتي كه شرايط ذكر شده جهت تزريق امتزاجي ازت فراهم نباشد (فشار و نوع سيال مخزن)، تزريق از نوع غيرامتزاجي و با هدف تثبيت فشار و يا در پروژه*هاي ريزش ثقلي انجام مي*گيرد. يكي از قديمي*ترين و ساده*ترين روش*هاي بازيافت نفت تزريق گاز از نوع غيرامتزاجي مي*باشد كه با توجه به قيمت بالاي گاز طبيعي، گاز ازت جانشين مناسبي براي آن است. گاه با توجه به پارامترهاي سنگ مخزن از جمله فشار موئينگي و تر شوندگي، عبورپذيري نسبي و هم*چنين مشخصات فيزيكي نفت، تزريق گاز غيرامتزاجي كارآيي مناسب را ندارد. تعدادي از مقالات جهت بهبود شرايط تزريق امتزاجي ازت راه*حل*هايي را ارائه كرده*اند. از آن جمله تاثير تزريق اوليه مقاديري 2-C6C در كاهش قابل توجه فشار امتزاجي (MMP) ازت است، گاه نيز به تزريق همزمان گازهاي 2CO و 2N جهت كاهش فشار امتزاجي اشاره شده است.در مخازن گاز ميعاني با درصد مايعات گازي بالا تزريق گاز ازت جهت تثبيت فشار و عدم كاهش آن به زير فشار نقطه شبنم از تشكيل مايعات گازي در شرايط مخزن و به تله افتادن آنها جلوگيري كرده و بسيار موثر است.
بنابراين تزريق گاز ازت از كاهش راندمان توليد مايعات گازي جلوگيري كرده و با نگاه داشتن فشار مخزن در بالاي فشار نقطه شبنم با سيال موجود در چاه نيز ممزوج شده و راندمان توليد گاز و ميعانات را بالا مي*برد.مورد كاربرد ديگر گاز ازت در پروژه*هاي ازدياد برداشت استفاده از اين گاز در تزريق از نوع WAG است كه به نظر مي*رسد مي*تواند به عنوان جانشين مناسبي براي گاز طبيعي به صورت متناوب با آب، به مخزن نفتي تزريق شده و راندمان توليد را افزايش دهد.در تعدادي از مقالات نيز به نقش ازت در برداشت ثالثيه بعد از تزريق آب اشاره شده است. به طوري كه نفت*هاي در تله افتاده كه توسط مكانيزم تزريق آب قابل برداشت نبوده*اند با تزريق گاز ازت قابل جابه*جايي است. معمولا در پروژه*هاي ازدياد برداشت با تزريق نيتروژن، فاصله چاه*هاي تزريقي و توليدي را به اندازه*اي انتخاب مي*كنند كه مسئله آلودگي با نيتروژن به تعويق بيافتد.در صورت نياز به توليد بعد از توليد گاز آلوده به نيتروژن جداسازي (Rejection) صورت خواهد گرفت. جداسازي نيتروژن از گاز در دماي فوق سرد انجام مي*گيرد. براي اين*كه در آن دما مشكلي از لحاظ يخ زدن اجزاي موجود در گاز پيش نيايد بايد اجزاي مورد نظر را جدا كرد.
مثلا آب توسط غربال*هاي مولكولي جدا خواهد شد. دي*اكسيد كربن و سولفيد هيدروژن نيز توسط سيستم آمين جدا شده و نهايتا نيتروژن از گاز جدا مي*شود. نيتروژن جدا شده جهت تزريق مجدد، و گازهاي با ارزش جهت فروش ارسال مي*شوند. در مقالات موجود در رابطه با بهبود ضريب برداشت نفت و گاز به هنگام تزريق ازت اعدادي ارايه شده*اند كه بسته به شرايط مخزن از نظر فشار، دما، مكانيزم به كار گرفته شده و خصوصيت سنگ مخزن متفاوت است.از اين رو با توجه به وجود چند مخزن بزرگ گاز ازت با درصد بالا همچون مخزن گازي كبيركوه (دهرم با حجم گاز درجاي 21 تريليون فوت مكعب (TCF)، مخزن ميلاتون (سورمه با حجم گاز درجاي بيش از 24 تي سي اف)، مخزن سمند (دالان بالايي با حجم گاز درجاي بيش از 75 تي.سي. اف)، با در نظر گرفتن اين گاز به عنوان جانشين مناسب براي گاز طبيعي بعد از انجام آزمايش*هاي لازم منطقي به نظر مي*رسد.آزمايش*هاي لازم شامل اندازه*گيري حداقل فشار امتزاج (MMP) و تعيين درصد برداشت در نمونه سنگ واقعي مخزن در شرايط فشار و درجه حرارت مخزن با نمونه سيال واقعي مخزن با اعمال مكانيزم*هاي مختلف و مقايسه آنها، انجام آزمايش*هاي سرچاهي، مطالعات اقتصادي و انجام پروژه*هاي نمونه صنعتي (Pilot) است.