پایان نامه نفت

علي رغم رشد صادرات محصولات غير نفتي، نفت هنوز عمده ترين منبع درآمد ارزي و تأمين كنندة بيش از 98 درصد انرژي اوليه مورد نياز كشور است. با اين حال اين بخش از نظر امكان تداوم توليد در بلند مدت با مشكلات و محدوديتهايي روبه رو است كه لازم است با توجه به رشد جمعيت و نيازهاي توسعة اقتصادي كشور طي سالهاي آينده، در جهت رفع اين محدويتها از هم اكنون اقدامهاي جدي در خصوص افزايش توان توليد و بهينه سازي مصرف داخلي، صورت گيرد. اين اقدامات با توجه به افزايش تقاضاي جهاني نفت وگاز در آينده مي تواند جايگاه جمهوري اسلامي ايران را در بين كشورهاي عضو اوپك و جهان حفظ نمايد. بي ترديد با توجه به اهميت نفت و گاز در اقتصاد ايران ضروري است اين منابع به عنوان ثروت ملي تجديد شونده تبديل و از بكارگيري آن براي تأمين هزينه هاي مصرفي و يا انجام سرمايه گذاري غير اقتصادي پرهيز شود.

بر اساس اطلاعات و آمار موجود بعد از مرحلة اول توليد نفت به روش طبيعي (Natural Drive) مقدار زيادي از نفت اوليه در مخزن باقي مي ماند. اين مقدار از نفت بسيار با ارزش بوده و سرمايه گذاري جهت توليد آن داراي اهميت بسزايي است.

يك مخزن (بالاخص مخزن نفت سنگين) بعد از توليد مقداري نفت اوليه دچار افت توليد مي شود با توجه به اينكه اقتصاد كشورمان در حد زيادي به نفت وابسته است ضرورت استصال بيشتر اين ماده و تبديل آن به محصولات با ارزش افزوده بالا احساس مي شود. بنابراين وجود روشهايي كه بتوان با آن توليد را افزايش داد و يا مقداري از نفت باقيمانده در مخزن را به صورت اقتصادي توليد نمود حائز اهميت فراوان است. براي حفظ و افزايش فشار مخزن ممكن است سيالات مختلفي به آن تزريق شود. اين كار بازيابي ثانويه نام دارد . معمولاً در اين حالت از تزريق آب يا تزريق گاز غير محلول استفاده مي شود.

    با تزريق سيال به مخزن، توليد نفت افزايش يافته و با ادامة عمليات نهايتاً خود مادة تزريقي از مخزن خارج مي شود. لازم به ذكر است كه سيال تزريقي نمي تواند تمام نفت را جابجا كند زيرا مقدار قابل ملاحظه اي از نفت در منافذ سنگ ها به دام مي افتد. بازدة كلي عمليات مرحلة دوم به تعداد و محل تزريق كننده ها، مشخصات مخزن، مشخصات نفت و عوامل ديگري بستگي دارد.

    درصورتي كه ادامة عمليات توليد نفت توسط بازيابي ثانويه توجيه اقتصادي نداشته باشد از روش بازيابي مرحلة سوم استفاده مي شود. روشهاي بازيابي مرحلة سوم را روش هاي ازدياد برداشت نفت مي نامند.

    ازدياد برداشت نفت بوسيلة كاهش ويسكوزيته نفت (روشهاي گرمايي) يا به وسيلة كاهش نيروهاي موئينگي يا تنش سطحي (سيلابهاي شيميايي) صورت مي گيرد. متوسط درصد بازيابي نفت از عمليات مرحلة اول توليد طبيعي) حدود 19 درصد، عمليات مرحله دوم 32 درصد (32 درصد نفت باقي مانده از مرحلة اول) و عمليات مرحلة سوم 13 درصد (13 درصد نفت باقي مانده از مرحلة اول و دوم) مي باشد. با توجه به اطلاعات فوق درصد بازيابي متوسط به صورت زير محاسبه مي شود :

Total Recovery

    يعني به طور متوسط 52 درصد از نفت اولية مخزن را ميتوان بازيابي كرد.

بازيافت نفت در كشورهاي مختلف (مربوط به سال 1989) در جدول مقايسه شده است.

Thermal

Gas

Chemical

Total

USA

454

191

9/11

656

Canada

8

127

2/17

2/152

Venezuela

108

11

0

119

USSR

20

90

50

160

Other

171

280

5/1

5/452

Total

761

699

6/80

6/1540

جدول : مقايسة بازيافت نفت (bbl/d 103 ) در كشورهاي مختلف

    به كارگيري روشهاي ازدياد برداشت نفت در جهان رو به گسترش بوده و از اين طريق ميانگين بازدهي مخازن نفتي به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش يافته است.

    به طوري كه در حال حاضر حدود 725 هزار بشكه در روز از توليدات نفت آمريكا بوسيلة روشهاي ازدياد برداشت صورت مي گيرد. به ازاي هر بشكه نفت خامي كه در ايالات متحده توليد مي شود، دو بشكه نفت خام در زيرزمين باقي مي ماند. ميانگين بازيافت نفت از ذخائر ايالات متحده حدود 32 درصد است.

    اگرچه عملاً استحصال تمامي نفت كشف شده از ذخائر ممكن نيست، اما پتانسيل موجود براي افزايش درصد بازيافت بسيار بالا مي باشد.

    لازم به ذكر است ايران 9 درصد مخازن نفت و 15 درصد مخازن گاز دنيا را دارد. هدف اصلي اين پايان نامه، بررسي ازدياد برداشت نفت در مخازن مختلف (از لحاظ نوع نفت و درجة تخلخل مخزن) توسط روشهاي تزريقي آب و بخار آب و تزريق گاز است.

-1- تشكيل نفت :

    نظريه هاي بسياري در زمينة منشأ نفت و حركت و جمع شدن آن در يك مخزن وجود دارد. برخي از نظريه ها بر اين اساس است كه نفت در همان محل مخزن تشكيل مي شود، ولي برخي نظريه هاي ديگر صحبت از حركت نفت را از مواد غير آلي مي دانند و اين به دليل وجود هيدروژن در نفت است، ولي بيشتر نظريه ها بر اساس مواد آلي استوارند.

    مادة اصلي نفت، كربن ( C ) و هيدروژن (H) است كه اين مواد اساس گياهان وحيوانات را تشكيل مي دهند. از آنجا كه بيشتر مخازن نفتي د مجاورت درياها قرار دارند، ريشة اصلي نفت را بايستي از محيط درياها دانست، خصوصاً اينكه مواد آلي‌اي كه در دريا وجود دارند در تشكيل نفت از اهميت بسياري برخوردارند. نقش گياهان دريايي در تشكيل نفت را مي توان در اين دانست كه قادرند مواد پيچيدة آلي را توسط واكنشهاي نوري از مواد غيرآلي كه در آب حل شده اند تهيه كنند.

    مواد آلي سپس تحت شرايط خاصي به نفت تبديل مي شوند. عوامل مؤثر در تبديل مواد آلي به نفت عبارتند از : 1-گرما و فشار، 2- بمباران راديواكتيو توسط مواد راديواكتيو در زمين مانند پرتو گاما، 3- واكنشهاي كاتاليزوري

    به طور خلاصه، مراحل زير لازمة تشكيل نفت و گاز هستند : 1- منبع مادة آلي، 2- فرآيندي كه مواد آلي را به نفت تبديل كند، 3- مخزن براي ذخيره كردن هيدروكربنها، 4- پوشش سنگي براي بستن سيستم. شرايطي كه در مرحلة 2 براي تبديل مواد آلي به نفت لازم است عبارتند از : 1- زمان لازم براي تبديل مواد آلي به نفت كه حدود يك ميليون سال است، 2- حداكثر فشار در زمان تبديل حدود psi 2500 است، 3- دماي لازم حدود F200 است.

1-2- تركيب نفت

    نفت از انواع مختلف هيدروكربنها تشكيل شده است. فرمول كلي هيدروكربنها CxHy است. مقدار كمي نيتروژن، گوگرد و اكسيژن نيز در نفت يافت مي شوند. تركيب اين عناصر در نفت خام بر حسب درصد وزني در جدول 1-1 داده شده است. فلزاتي كه در نفت سافت مي شوند عمدتاً نيكل و واناديم هستند ولي آهن، سيليسيم، آلومينيوم، كلسيم، منيزيم و سديم نيز ممكن است به مقدار جزئي در نفت يافت شوند.

عنصر

درصد وزني

وزن اتمي

كربن

هيدروژن

گوگرد

اكسيژن

نيتروژن

فلزات

83 تا 87

11تا 15

0 تا6

0 تا 2

0 تا 05/0

0 تا 01/0

01/12

008/1

06/32

00/16

01/14

                                                               جدول 1-1 تركيب عناصر مختلف در نفت خام

وزن مولكولي متوسط نفت ممكن است به 1000 نيز برسد و متوسط نقطة جوش آن يز ممكن است از 20 تا C 50 تغيير كند.

1-3- خواص فيزيكي نفت و نحوة محاسبة آنها

    از مهمترين خواص فيزيكي، وزن مولكولي، نقطة جوش، چگالي نسبي، نقطة ريزش، ضريب انبساط و نيروي كشش سطحي است.

وزن مولكولي :

    وزن مولكولي كه با M مشخص مي شود، براي يك ماده معمولاً از طريق اندازه گيري نقطة ذوب يا گرماي نهان تبخير آن و مقايسة آنها با مقادير نقطة ذوب و يا گرماي نهان تبخير يك ماده با وزن مولكولي معيّن اندازه گيري مي شود.

    براي يك مخلوطي با تركيب مشخص، وزن مولكولي متوسط از رابطة زير تعيين مي شود.

                                                           (1-1) 

كه Xi كسر مولي جزء I در مخلوط و Mi وزن مولكولي آن جزء است.

چگالي نسبي :

    چگالي نسبي مايعات ر معمولاً در مقايسه با چگالي آب بيان مي كنند. از آنجا كه چگالي مايعات با دما تغيير مي كند دما F60 توسط انستيتو نفت آمريكا (API) به عنوان دماي مبنا براي اندازه گيري چگالي نسبي نفت انتخاب شده است.

                    60F چگالي نفت مايع در                                                                    (1-2)

SG =                                                                                                               

                    60F چگالي آب در

    چگالي آب در F60 برابر 999/0 است. بنابراين چگالي نسبي (SG) بدون بعد است. چگالي نسبي را ممكن است با درجة API نيز بيان مي كنند كه ارتباط آنها به صورت زير است :

                                        5/141                                                                        (1-3)

نفت API درجة =                                         - 5/131                                  

                     60F چگالي نسبي نفت در

    براي نفتهاي سنگين با چگالي نسبي بالا، درجة API كمتر است. هرگاه درجة API براي نفتي از 45 كمتر باشد آن را نفت سنگين مي نامند. با تعريف فوق، چگالي نسبي 8% معادل API48/45 است.

گرانروي :

گرانروي معيار معكوس از قدرت ماده براي حركت است. هرچه گرانروي مايع بالاتر باشد قدرت حركت آن كمتر است. گرانروي معمولاً بر حسب سانتي پويز (cp) بيان مي شود. هر پويز معادل 1 است.

گرانروي نفت خام بستگي مستقيم به ميزان گاز حل شده در آن دارد كه با دما و فشار تغيير مي كند. تأثير ميزان گاز حل شده در يك نفت خام بر روي گرانروي و چگالي در شكل زير نشان داده شده است.

شكل 1-1 تأثير ميزان گاز حل شده در نفت خام بر روي گرانروي و چگالي

ضريب انبساط :

    ضريب انبساط اثر دما روي تغيير حجم را به ازاي واحد حجم نفت نشان مي دهد و به صورت زير تعريف مي شود.

                                                                 (1-4)

نيروي كشش سطحي :

    نيروهاي جاذبه بين مولكولهاي مايع توسط نيروهاي واندروالس بيان مي شوند. تمام مولكولهاي مايع به جز آنهايي كه در سطح مايع قرار گرفته اند تحت تأثير اين نيروها به اطراف كشيده مي شوند. ولي مولكولهاي واقع در سطح مايع تحت تأثير جزئي از مولكولهايي كه در قسمت مايع و در تماس با آنها هستند قرار دارند. اين امر باعث مي شود كه سطح مايع به كوچكترين مقدار كه همان شكل كروي است درآيد. كار لازم براي اينكه از سطح مايع سطحي معادل يك سانتي متر مربع بوجود آيد را انرژي سطحي مي نامند و داراي واحد  است. نيروي سطحي وقتي كه سطح مايع در تماس با هوا و يا بخار خود باشد را كشش سطحي مي نامند و با نشان مي دهند كه داراي واحد  است. از لحاظ عددي مقدار كشش سطحي با انرژي سطحي برابر است. كشش سطحي با افزايش دما كاهش مي يابد و براي آب در دماي  برابر  5/72 است. كشش سطحي براي نفت خام در همين دما 24 تا 33 است.

منابع

1- دكتر محمدرضا رياضي، مهندسي مخازن نفت و گاز، چاپ اول، تهران ، مؤسسة انتشارات دانشگاه صنعتي شريف، س 1374 .

2- مهندس سيد عليرضا طباطبائي نژاد، خواص سيالات مخازن نفتي، چاپ اول، تبريز، دانشگاه صنعتي سهند، س 1373 .

3- B.C.Craft and M.F.Hawkins, petroleum reservoir Engineering, Perentice – Hall, 1959

4- M.Baviere, Basic concepts in Enhanced oil Recovery Processes, 1991

5- رضا رضايي، زمين شناسي نفت، 1380 .

6- ماهنامة نفت گاز پتروشيمي، شمارة 15 اسفند 1380 .

7- ماهنامة اقتصاد انرژي، شمارة 29 مهر 1380 .

8- كمال دانشيار، مختصري بر تكنولوژي اردياد برداشت از مخازن نفتي ايران، شركت مهندسي و توسعة نفت، نشرية 104، 1380 .

9- عباس خداداي اسكي، مختصري بر تزريق دي اكسيد كربن، شركت مهندسي و توسعة نفت، نشرية 101، 1380 .

10- گزارشات داخلي شركت ملّي نفت .