استخراج نفت :

استخراج نفت به مجموعه عملياتي گفته مي‌شود که در طي آن نفت خام به منظور استحصال و بهره‌برداري از آن، به طرق مختلف از داخل زمين خارج و قابل استفاده مي‌شود. امروزه زمين‌شناسان با استفاده از دستگاه‌هاي لرزه‌نگاري موفق به شناسايي ميادين نفتي شده و تيمهاي حفاري با حفر چاه نفت شرايط را براي شروع فعاليت تيمهاي استخراج نفت و نصب ادوات مخصوص آنها فراهم مي‌آورند.

گاز طبيعي و آب شور در اغلب مخازن نفتي در کنار نفت حضور دارند. تفکيک نفت موجود در مخزن با اين فبيل ناخالصي‌ها يکي از مهمترين بخشهاي فعاليت استخراج‌کنندگان نفت مي‌باشد.

تاريخچه استخراج نفت:

سابقه اکتشاف نفت در ايران به حدود 4000 سال پيش مي‌رسد ايرانيان باستان به عنوان مواد سوختي و قيراندود کردن کشتي‌ها ، ساختمانها و پشت بامها از اين مواد استفاده مي کردند نادر شاه در جنگ با سپاهيان هند قير را آتش زد و مورد استفاده قرار داد در بعضي از معابد ايران باستان براي افروختن آتش مقدس از گاز طبيعي استفاده شده و بر اساس يک گزارش تاريخي يک درويش در حوالي باکو چاه نفتي داشته که از فروش آن امرار معاش مي‌کرده است.

تاسيس شرکت نفت انگلستان و ايران ونگاهي به کارهاي< ويليام ناکس دارسي>:

در سال 1909 تاسيس شرکت نفت انگلستان و ايران در لندن به ثبت داده شد نخستين چاه 26 ماه مه 1908 در عمق کمتر از 400 متر در مسجد سليمان به نفت رسيده بود و متعاقب آن دو چاه ديگر
دارسي براي اکتشاف و استخراج نفت ايران مهندس جورج رينولدز را به ايران فرستاد و در سال 1905 نيز با شرکت انگليسي نفت برمه شريک شد رينولدز که معروف به جرج سر سخت بود بعد از 3 سال حفاري در مسجد سليمان موفق به کشف نفت نشد و بارها توسط دارسي به لندن فرا خوانده شده بود اما او هر بار به بهانه اي حفاري را با سرسختي ادامه ميداد سر انجام روزي که آخرين نامه دارسي به دست او رسيد و او را به شدت توبيخ کرده که: "چرا از دستور اطاعت نميکني و پول و سرمايه را بيش از اين خودسرانه هدر ميدهي وميبايستي به سرعت خود را به لندن معرفي کني" اما باز ربنولدز علي رغم دستور دارسي يک روز ديگر به حفاري ادامه داد تا سر انجام به نفت رسيد.
 (William Knox D’Arcy) ويليام ناکس دارسي از اشراف زادگان انگليسي بود که از 17 سالگي با خانواده اش براي مدتي دراستراليا زندگي کرده بود و به استخراج طلا از کوه « مورگن » سرگرم بود پس از بازگشت و ادامه زندگي در لندن متوجه وجود نفت در ايران شد پيش از او ژوليوس رويتر ( موسس خبرگزاري رويتر ) با مطالعه يادداشتهاي يک زمين شناس فرانسوي که قبلا از ايران ديدن کرده بود به فکر گرفتن امتياز اکتشاف و استخراج آن از دولت تهران افتاده بود ولي موفق نشده بود.

دارسي از طريق همکارانش برمفاد يادداشتهاي زمين شناس فرانسوي و نيز تلاشهاي رويتر وقوف يافت و با يافتن يک دوست رئيس الوزراء وقت ايران و واسطه قرار دادن او از سال 1900 با دولت تهران تماس گرفت که سفارت روسيه در تهران متوجه فعاليت هاي او شد و اعتراض کرد با وجود اين ، قرارداد در سال 1901 براي مدت 60 سال امضاء شد و پنج استان ايراني مجاور مرز روسيه از شمول آن مستثني گرديد دارسي براي دريافت امتياز نفت ايران مبلغ ناچيزي با وعده تعدادي سهم به ايران داده بود.

به هر حال پس از تاسيس شرکت در سال 1909 ، سهام آن به معرض فروش گذارده شد و 2 لرد انگليسي متعاقب هم مدير عامل آن شدند ، ولي دارسي تا زمان مرگ در سال 1917 عضو هيات مديره بود.

در سال 1914 در آستانه جنگ جهاني اول نيروي دريايي انگلستان 51 درصد سهام اين شرکت را دراختيار گرفت که بعدا تا 97 درصد آن متعلق به دولت انگلستان شد .

عکسبرداري هوايي:

اگر در منطقه‌اي به وجود نفت مشکوک شوند از آنجا عکسبرداري هوايي مي‌کنند تا پستي و بلنديهاي سطح زمين را دقيقا منعکس نمايند آنگاه عکس را به صورت فتوموزائيک درآورده و با دستگاه استريوسکوپ مورد مطالعه قرار مي‌دهند.

نقشه برداري عملي:

براي گويا کردن عکسهاي هوايي نقشه برداري از محل ، توسط اکيپي صورت مي‌گيرد فواصل و اختلاف ارتفاع با دستگاه فاصله ياب يا تئودوليت تعيين مي‌شود و بدين ترتيب نقطه به نقطه محل مورد نظر مطالعه مي‌شود.

نقشه کشي:

اطلاعات بدست آورده را بوسيله دستگاه پانتوگراف در اندازه‌هاي بزرگتر و يا کوچکتر رسم کرده و همراه با عکسهاي هوايي نقشه پانتوگرافي که پستي و بلنديهاي سطح زمين را نشان مي دهد رسم مي کنند.

آزمايش روي نمونه هاي سطحي:

پس از نمونه برداري ، آنها را شماره گذاري کرده و در کيسه‌هاي مخصوص به آزمايشگاه مي‌فرستند در آنجا بر روي يک شيشه مستطيل شکلي کمي چسب کانادا قرار داده و مقداري از خرده سنگهاي دانه بندي شده را روي آن مي‌چسبانند سپس آنها را سائيده تا ضخامت آن 02 ميليمتر گردد و نور بتواند از آن عبور کند اين نمونه ها را که اسلايد مي‌گويند در زير ميکروسکوپ قرار داده تا از نظر زمين شناسي ، نوع سنگ ، فسيل شناسي ، ميکروفسيل شناسي و ساختار زمين مورد بررسي قرار گيرد.

رسم نقشه زمين شناسي:

با در دست داشتن نتايجي که از روي نمونه‌هاي سطح زمين بدست آمده ، عکسهاي هوايي و نقشه‌هاي توپوگرافي ، نقشه زمين شناسي سطح زمين را رسم مي کنند با داشتن خطوط ميزان منحني ، بعد سوم يا ارتفاعات را هم روي آنها مشخص مي‌کنند.

نقشه ساختماني زيرزميني:

براي آگاهي نسبت به زير زمين نياز به روشهاي غير مستقيم است که يکي از آنها روشهاي ژئوفيزيکي است بوسيله اين روشها شکل لايه هاي زير زمين را مشخص کرده و مي‌توان تا اعماق زيادي اکتشاف غير مستقيم نمود.

حفر چاه:

پس از اطمينان از اينکه لايه هاي اعماق زمين مناسب ايجاد نفتگير است و در صورتي که ذخيره هيدروکربورهاي آن قابل ملاحظه باشد، محل حفر چاه را با علامت روي زمين مشخص کرده و دکل حفاري را در محل بر پا مي کنند عمليات جاده سازي از جاده اصلي تا سر چاه و کارگذاري يک لوله آب به منظور آبرساني به دستگاههاي حفاري نيز انجام مي‌شود دستگاه حفاري قابل حمل بوده و دکلهاي بزرگ از چندين قسمت تشکيل شده‌اند که به هنگام استفاده قطعات آن را به هم وصل مي‌کنند.

آزمايش روي نمونه‌هاي عمقي:

در ضمن حفاري خرده سنگهايي که بوسيله گل حفاري به سطح زمين آورده شده‌اند توسط الک‌هايي از گل حفاري جدا شده و براي مطالعه به آزمايشگاه مي‌فرستند آگاهيهاي بدست آمده را به عنوان يک داده جديد به سيستم اکتشاف مي‌دهند.

تهيه مقاطع بزرگ:

براي تهيه مقاطع بزرگ از يک مته الماسه موجدار توخالي استفاده مي شود تا لايه هاي اعماق زميني را برش داده و به سطح زمين آورد روي اين لايه ها که به مغزه معروف است عمق را نوشته و براي آزمايش در جعبه‌هاي مخصوص نگهداري مي‌کنند روي اين مغزه‌ها دو دسته عمليات انجام مي‌گيرد يکي مطالعات مهندسي مخازن يا پتروفيزيکي است که در آن ميزان خلل و فرج سنگ را اندازه گيري مي کنند، و ديگري مطالعات زمين شناسي است که روي مقاطع نازک آن صورت مي‌گيرد براي اين کار اسلايدي به ضخامت 20 ميليمتر از آن تهيه کرده و به آن آليزارين يا فروسيانور مي‌افزايند تا معلوم شود که نوع سنگ ، آهکي و يا از جنس دولوميت است در صورتي که سنگ آهکي باشد رنگ اسلايد قهوه‌اي مي‌شود.

مراحل استخراج نفت:

دوره افزايش دبي:

اين دوره بعد از حفاري چاه نفت و برآورد مقدار ذخيره کل مخزن و تشخيص ميزان نفت قابل برداشت و اقتصادي بودن برداشت از اين ميدان آغاز مي‌شود. در اين مرحله به دليل توسعه ميدان و ساخت تاسيسات بالادستي توليد نفت با روند نسبتاً ثابتي در حال افزايش است. در اين دوره به دليل بالا بودن فشار سيال، مخزن به صورت مخزن نامحدود (به انگليسي: Infinite Acting) در نظر گرفته مي‌شود. در اين مرحله هرچه تعداد چاه‌هاي حفر شده بيشتر باشد، افزايش دبي ادامه پيدا مي‌کند.

دوره تثبيت دبي:

در زماني که حفر چاه‌هاي جديد به پايان رسيد و برداشت با ظرفيت ثابت شروع شد، مرحله دوم از عمر مخازن ظاهر مي‌شود. مدت زمان اين دوره را پارامترهايي نظير ارتفاع ستون هيدروکربني، خصوصيت زمين و ساز و کارهاي اجرايي و تعميرات دوره‌اي تاسيسات کنترل مي‌کنند. ميزان درازاي زمان اين دوره بستگي به استراتژي تدوين شده در استخراج نفت از مخزن دارد. برداشت بي‌رويه نفت در اين مرحه مي‌تواند منجر به مخلوط شدن گاز و آب با نفت استخراجي شود که تبعات اقتصادي سنگين وارد بر تجهيزات و تعطيلي چندين ماهه برداشت از ميدان را به دنبال دارد.

دوره کاهش دبي:

در علم مهندسي نفت به دوره‌اي اطلاق مي‌شود که امکان تثبيت دبي از طريق افزايش چاه‌هاي توليدي مقدور نباشد و توليد مخزن نسبت به زمان دستخوش افت توليد مي‌شود. با بهره‌برداري مداوم از مخزن، سيال موجود در آن کم مي‌شود و در نتيجه ارتفاع ستون هيدروکربني و انرژي طبيعي مخزن کاهش مي‌يابد. در اين مرحله است که تزريق گاز به ميدان نفتي يا تزريق بخار به ميدان نفتي مي‌تواند کمک به افزايش دبي مقطعي کند.

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 نفت 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.