گزارش کارآموزی نگرشی بر فعالیت های بالادستی صنعت نفت

پیش گفتار:

کشورما بر پایه صنعت نفت به پیشرفتهای اقتصادی فراوانی دست یافته است و آشنایی با دانش فنی این صنعت و روش ها و فعالیت هایی که برای استخراج و بهره برداری از این سرمایه ملی مورد استفاده می باشد برای ما از اهمیت فراوانی برخوردار است. به طور کلی این فعالیت ها به دو دسته پایین دستی و بالا دستی تقسیم می شود. فعالیت های بالا دستی شامل مراحل زمین شناسی، اکتشاف، مطالعه مخزن، حفاری و سایر تلاش هایی است که برای به بهره برداری رساندن یک میدان نفتی انجام می شود و فعالیت های پایین دستی  شامل استخراج، جداسازی، پالایش و سایر عملیات از این قبیل می باشد.

در این پژوهش که در قالب 240 ساعت کار عملی تحت عنوان کارآموزی انجام شده است به شرح وظایف و فعالیت های بالا دستی صنعت نفت اشاره گردیده است که امیدوارم مورد توجه و استفاده علاقه مندان به این رشته قرار گیرد.

مقدمه:

پترولیوم[1] واژه ای لاتین است که در زبان فارسی معادل مناسبی ندارد. پترولیوم در واقع مواد هیدروکربنی است که به صورت طبیعی عمدتا در سنگ های رسوبی واقع می گردد. پترولیوم می تواند به صورت فازهای مختلف از جمله فاز گازی، نظیر گاز طبیعی[2]، فاز مایع، نظیر نفت خام[3] و فاز جامد مثل قیر[4] در خلل و فرج و شکستگی های سنگ ها تجمع یابد.

انباشته شدن مواد هیدروکربنی در زیر سطح زمین در سنگ هایی صورت می گیرد که توانایی نگهداری و انتقال سیالات را داشته باشند. این سنگ ها، مخزن[5] نامیده می شوند. تجمع مواد هیدروکربنی به صورت اقتصادی در سنگ مخزن منوط به وجود عوامل متعددی است. به طور کلی وجود پنج عامل برای تجمع اقتصادی نفت و گاز لازم و ضروری است.

این پنج عامل عبارتند از :

سنگ منشا بالغ[6]، که تولید هیدروکربن کرده باشد.

سنگ مخزن[7]، که بتواند هیدروکربن را در داخل خود جای دهد.

مهاجرت هیدروکربن بین سنگ منشا و سنگ مخزن[8] عملی باشد.

پوش سنگ[9] ناتراوا که از خروج نفت از داخل سنگ مخزن جلوگیری کند.

تله نفتی[10] که در آن نفت به صورت اقتصادی متمرکز گردد.

تاریخچه اکتشاف نفت:

نفت و گاز از زمان های بسیار قدیم به صورت تراوشهای سطحی، شناخته شده و مورد استفاده بوده اند. برای مثال می توان شعله های آتش جاویدان را نام برد که از شیل های نفتی نزدیک باکو نشات می گرفت. اکتشاف نفت یک دانش بسیار قدیمی و کاربردی است که با جمع آوری قیر[11] از تراوش های طبیعی سطحی[12] به قلمرو علم وارد شد. در آن زمان ها، نفت برای مقاصد پزشکی، گرمایی و همچنین مصارف عایق کاری استفاده می شد.

خلاصه ای از مراحل پیشرفت در اکتشاف نفت:

اولین چاه اکتشاف نفت در سال 1745 در فرانسه حفر شد و اولین چاه استخراج نفت توسط کلنل دریک در پنسیلوانیا در سال 1859 حفاری شد. این آغازی برای اکتشافات زیر سطحی نفت بود که بعدها، خصوصا بعد از افزایش تقاضا برای استخراج نفت در طول جنگ جهانی اول، شدت گرفت.

قدیمی ترین تئوری برای اکتشاف نفت، تئوری طاقدیس[13] بود ه به وسیله هانت[14] در سال 1861 معرفی شد. کاربرد این تئوری برای یافتن نفت در قله طاقدیس ها ابزار موفقی بود. این تئوری به عنوان تئوری اصلی برای اکتشافات مهم نفتی امریکا، ونزوئلا، آرژانتین، برمه و به خصوص در مسجد سلیمان ایران مورد استفاده قرار گرفت.

بعد از پیدا شدن نفت در سال 1880 در رسوبات دریایی پنسیلوانیا که ارتباطی با ساختمان های طاقدیسی نداشت و شکل گیری نفتگیر صرفا ناشی از تغییر رخساره رسوبات بود، مشخص شد که ذخایر نفتی می توانند در حوضچه های غیر چین خورده هم وجود داشته باشند. در نتیجه مفهوم نفتگیرهای چینه ای[15] با این کشف فراگیر شد.

تا اواسط دهه 1920، تهیه و استفاده از نقشه های سحطی طاقدیس ها ابزار اصلی اکتشافات نفتی بود و پیدا کردن نفتگیرهای چینه ای معمولا به صورت اتفاقی رخ می داد.

تا سال 1925 فقط ماسه سنگ ها به عنوان مخازن هیدروکربنی مورد نظر و مطالعه بودند، اما اکتشاف مخازن عظیم هیدروکربنی در کربناتها در میدان هایی نظیر مسجد سلیمان ایران، کرکوک عراق، کرتاسه مکزیکی و  Smackover آمریکا نشان داد که نفت می تواند در سنگ های کربناته نیز یافت شود.

بعد از اواسط دهه 1920 با روی کار آمدن روش های جدید نظیر مغناطیس سنجی[16]، ثقل سنجی[17] و مطالعات لرزه ای[18]، اکتشاف نفتی راه تازه ای برای پی بردن به آنومالی ها و ساختارهای زیر سطحی غیر قابل مشاهده از سطح پیدا نمود.

این تکنولوژی به تشخیص موقعیت پی سنگ و آنومالی های دیاپیریک کمک می کنند و به طور کلی یک شمای عمومی از ساختارهای زیر سطحی را آشکار می سازند.

در سال 1927 در فرانسه اولین نمودارهای ژئوفیزیکی برای اندازه گیری تخلخل[19] و آب اشباع شدگی[20] در چاه های حفاری شده، مورد استفاده قرار گرفت.

پیشرفت در علوم زمین شناسی نظیر میکرو پالئونتولوژی[21] و ارائه مدل های رخساره ای[22] در دهه 1960 کمک شایان توجهی برای اکتشافات نفتی بود. تا دهه 1960 مطالعات فسیل شناسی، صرفا بر روی ماکرو فسیل ها متمرکز بود که کاربرد محدودی داشتند چرا که بسیاری از آنها در اثر حفاری به دلیل اندازه بزرگشان کاملا منهدم شده و قابل شناسایی نبودند. بنابراین گسترش میکروپالئونتولوژی و تعریف بسیاری از بیوزون ها بر پایه میکرو فسیل ها که به آسانی در مغزه ها[23] و خرده های[24] حاصل از حفاری یافت می شوند،

در این راه کمک موثری بود، زیرا تطابق ناحیه ای چینه ها بسیار آسانتر و دقیق تر صورت می گرفت.

بعدها توسط مدل های رخساره ای و تفسیر جزییات محیط های رسوبی قدیمی[25] کمک موثری در تشخیص شکل هندسی مخازن[26] کردند و پیش بینی قابل اعتمادی از کیفیت مخازن از نظر تخلخل و تراوایی ارائه دادند.

در دهه 1950 قانون دینامیک سیالات به طور موفقی توسط هوبرت وهیل[27] برای توصیف مهاجرت و ذخیره نفت به کار برده شد. در دهه 1970 پیشرفت در کسب و پردازش[28] اطلاعات لرزه ای و نیز استفاده از کامپیوترهای سریع برای این منظور توانست نیمرخ های لرزه ای بسیار دقیق را بدست دهد و لذا امروزه این مقاطع سیمای عمومی درون زمین را به خوبی مشخص می کنند.

بعد از دهه 1980، تا کنون توسعه صرفا به صورت پیشرفته در تکنولوژیهای گذشته و نیز معرفی نرم افزار های مختلف کامپیوتری بوده که باعث شده است اکتشاف هیدروکربن ها آسانتر، سریعتر و مطمئن تر انجام شود.

فصل اول

نفت خام

خواص فیزیکی نفت خام:

خواص فیزیکی نفت خام، توسط ساختمان شیمیایی آن کنترل می شود.

- رنگ

نفت به رنگ های مختلف از جمله زرد، سبز، قهوه ای تیره و یا سیاه دیده می شود. نفت های پارافینی معمولا دارای رنگ روشن تا قهوه ای در نور عبوری و به رنگ سبز در نور انعکاسی اند. نفت های آلفالتیک غالبا قهوه ای تا سیاه هستند که به عنوان نفت سیاه[29] شناخته می شوند. هیدروکربن ها وقتی در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش قرار گیرند تحریک می شوند و از خود خاصیت فلورسانس نشان می دهند. رنگ فلورسانس ساطع شده با نوع نفت تغییر می کد.

گرانروی[30]

ویسکوزیته یا گرانروی، اصطکاک درونی یک سیال است که در مقابل جریان یافتن آن سیال مقاومت می کند. گرانروی پارامتر مهمی است که برای پیش بینی جریان سیال در مخزن ودر سطح نیاز است. گرانروی نفت به دانسیته یا تعداد اتم های کربن و همچنین به گازهای حل شده در آن بستگی دارد. هر چه تعداد اتم های کربن نفت زیادتر شود، گرانروی آن بالاتر می رود وهر چه میزان گاز حل شده در نفت بیشتر شود گرانروی آن کمتر می شود. گرانروی نفت به طور معمول بین 50 – 2/0 سانتی پوآز است. نفت خام در سطح زمین گرانروی بالاتری نسبت به وقتی که در زیر زمین است نشان می دهد. گرانروی نفت با افزایش فشار تا رسیدن به نقطه جوش افزایش می یابد.

نقطه ریزش[31]

نقطه ریزش یک راهنمای خوب برای تعیین گرانروی است. نقطه ریزش یک نفت کمترین دمایی است که نفت می تواند تحت شرایط استاندارد جریان پیدا کند. نقطه ریزش برای نفت خام با محتوای واکسی پارافینیک بالا در حدود 0 C 40 است.

نقطه ریزش برای نفت های سبک خاورمیانه و آفریقا به 0 C 26- هم می رسد که پمپاژ آن را حتی در شرایط سرد قطبی نیز امکان پذیر می کند. نفت های خام با نقطه ریزش بالا به علت محتوای واکس زیاد ظاهری درخشنده دارند. این نوع نفت ها ممکن است محتوای واکس خود را در طی مهاجرت رسوب دهند و به تدریج سبک تر شود.

چگالی[32]

چگالی نفت در سطح، به وسیله قراردادن نمونه در یک تنگ استوانه ای با استفاده از یک هیدرومتر اندازه گرفته می شود. چگالی نفت معمولا در واحد  API که به وسیله موسسه نفت امریکا[33] تعریف شده بیان می گردد.

API نمونه نفت خام تحت تاثیر درجه حرارت است، چون انبساط حرارتی مایعات هیدروکربنی، به خصوص برای بیشتر نفت های فرار مهم می باشد. بنابراین ثبت درجه حرارت در نمونه ای که اندازه گرفته می شود، مهم است.

درجه API نسبت معکوس با چگالی دارد. نفت های سبک درجه API بالا تا حدود 40 را دارند که معادل با وزن مخصوص 83/0 است، در حالی که نفت های سنگین دارای  API پایین نمی باشند. معمولا نفت های سنگین، نفت هایی می باشند که دارای API کمتر از 25 هستند که معادل با وزن مخصوص 9/0 است. وقتی که درجه API نفت به 10 برسد، دارای وزن مخصوص یک است که همان چگالی آب شیرین می باشد.

نفت های با API بیشتر از 30 درجه به عنوان سبک، با API 30 – 22 درجه به عنوان نفت متوسط و با API کمتر از 22 درجه به عنوان نفت سنگین در نظر گرفته می شوند.

نفت خام لزوما فقط هیدروکربن مایعی که ممکن است از یک مخزن زیرزمینی تولید شود، نیست. غالبا همراه با تولید گاز طبیعی، یک هیدروکربن سبک و روشن با API بالا بدست می آید که نفت میعانی[34] نامیده می شود.

< >قابلیت تراکم پذیری نفت:[35]قابلیت تراکم پذیری نفت، بستگی به مقدار گاز حل شده در آن دارد. تراکم پذیری نفت در حدود   می باشد و برای آب و گاز به ترتیب  است. نفت های با قابلیت تراکم کم که مقدار گاز محلول کمی دارند. در هنگام تولید فشار آن ها به زودی پایین می آید. اگر انبساط نفت، تنها عامل رانش نفت از مخزن به چاه باشد، تولید در سطح احتمالا به کمتر از 5% نفت اولیه خواهد رسید.

فصل دوم

انواع سازندهای زمین شناسی

- توصیف سازنده های مورد حفاری در مناطق نفت خیز جنوب:

(مربوط به دوران های سوم و دوم زمین شناسی زاگرس)

با توجه به اینکه طبقات و سازندهای زمین شناسی از بالا به پایین مورد حفاری قرار می گیرند بدین لحاظ در توصیف سازندها به ترتیب از سازندهای جدید و قدیم در زیر آمده است.

< >سازند کنگلومرای بختیاری:[36]سازند بختیاری در مقطع نمونه[37] با ضخامت 550 متر متشکل از کنگلومرای چرنی و سنگهای سیلیسی و ماسه سنگهای دانه درشت سیلیسی است. این سازند در بخش های مختلفی از مناطق کوهستانی زاگرس با ضخامت متفاوت گسترش دارد و در محدوده دشت خوزستان وجود ندارد.

< >سازند آغاجاری[38]:این سازند در مقطع نمونه دارای ضخامت 2965 متر است و از ماسه سنگهای آهکی و مارن های قرمز همراه با سیلیت استون و رگه های نازک لایه گچی تشکیل شده است.

بخش لهبری مربوط به سازند آغاجاری است ومتشکل از سیلت استون و مارن های سیلیتی و ماسه سنگ و لایه های گچ می باشد. ضخامت این بخش در مقطع نمونه 7/1575 متر است. این بخش همچنین دارای رگه های گچی همراه با سیلت استون های نخودی رنگ و مارن های سیلتی است. این بخش در قسمت بالای سازند آغاجاری قرار می گیرد. سن زمین شناسی برای این بخش پلیولن – میوسن پسین است.

< >سازند میشان[39]:ضخامت این سازند در مقطع نمونه 710 متر است و در مناطق نفت خیز دارای ضخامت های متفاوت است به طوری که در میدان نفتی اهواز دارای ضخامتی در حدود 120 متر است و به طرف میدان نفتی بی بی حکیمه ضخامت آن در حدود 500 متر است. لیتولوژی این واحد، از مارن های خاکستری و آهک های مارنی تشکیل شده است.

عمده مارن های خاکستری در قسمت فوقانی آن و سنگ های آهکی به رنگ سفید تا کرم رنگ در قسمت زیرین سازند قرار دارند. این بخش از سازند آهکی است به نام بخش آهک گوری مصروف می باشد ودر مقطع نمونه در حدود 113 متر گزارش شده است. سن این سازند به طور کلی میوسن پیشین – میانی می باشد. لازم به توضیح که سازند میشان در ناحیه لرستان گزارش ندارد.

- سازند گچساران[40]:

سازند گچساران در مناطق نفت خیز جنوب دارای 7 بخش است و به طور عمده از جنس مارن خاکستری، انیدریت، نمک، سنگهای آهکی نازک لایه و مارن های قرمز تشکیل شده است. این سازند در نواحی فارس شامل سه بخش چهل، چمپه و مول می باشد. بخش چهل که بخش زیرین سازند به شمارمی رود از لایه های انیدریت تشکیل شده است. بخش چمپه از آهک های ژیپس دار و بخش مول از مارن های قرمز و خاکستری همراه با لایه های انیدریت تشکیل شده است و در قسمت فوقانی سازند قرار دارد.

در سازند گچساران منطقه خوزستان 7 بخش شناسایی شده است. بخش 7 در بالای سازند بوده و بخش 1 که به نام پوش سنگ در قسمت های زیرین سازند قرار دارد، به عنوان سنگ پوشش مخزن نفتی آسماری مطرح می باشد.

< >سازند آسماری[41]:سازند آسماری در مقطع نمونه دارای ضخامت 314 متر است و در برخی از چاهها ضخامت آن به حدود 450 متر نیز می رسد. این سازند از آهک سخت و کرم رنگ تا قهوه ای رنگ تشکیل شده است. البته لازم به ذکر است که لایه های مارن خاکستری، مارن قرمز و شیل های مختلف نیز دراین سازند و در نواحی مختلف وجود دارد. تجمع های نازک از جنس انیدریت نیز در قسمت های فوقانی سازند بیشتر وجود دارد. لایه ها و عدسی های ماسه سنگی عمدتا در میادین اهواز مارون، آب تیمور و منصوری مشاهده می شوند به طوری که در میدان گچساران این ماسه سنگ ها وجود ندارند. بخش ماسه سنگی اهواز متعلق به سازند آسماری است. هم از این بخش در نواحی لرستان بخش کلهر می باشد که از جنس سنگهای تبخیری خصوصا انیدریت می باشد این بخش در قسمت های میانی و زیرین سازند آسماری قرار دارد.این بخش با سازند پابده که در زیر آن قرار دارد هم شیب است. بخش کلهر فقط در جنوب غرب لرستان وجود دارد. سن سازند آسماری از الیگوسن تا میوسن پیشین می باشد.

< >سازند پابده[42]:در مقطع نمونه 798 متر ضخامت دارد و از جنس شیل های خاکستری، آهکهای رسی و مارن های خاکستری تشکیل شده است. مارن خاکستری در این سازند حاوی سنگواره های ذره بینی پلانکتون ها می باشد. بخش شیل ارغوانی در قسمت پایینی سازند قرار دارد. سن این سازند در خوزستان پالئوسن پسین تا الیگوسن است. سازند پابده در زیر آسماری در خوزستان قرار می گیرد.

- سازند جهرم[43]:

این سازند در نواحی فارس وجود دارد و در زیر سازند آسماری قرار دارد. از جنس دولومیت و آهک است و ضخامت آن در مقطع نمونه 468 متر گزارش شده است. این سازند هم ارز سازندهای رضومه و دمام عربستان و کویت وجنوب شرق عراق است. سن این سازند پالئوسن تا ائوسن پسین می باشد. سازندهای تله زنگ و شهبازان که در نواحی لرستان وجود دارند، هم ارز و معادل با سازند جهرم هستند.

- سازند شهبازان[44]:

سازند شهبازان در مقطع نمونه 333 متر می باشد و از جنس آهک، دولومیت و آهک دولومیتی است. این سازند در نواحی لرستان و مستقیما در زیر سازند آسماری قرار می گیرد. سن این سازند ائوسن میانی یا ائوسن پسین است.

< >سازند کشکان[45]:سازند کشکان در مقطع نمونه 370 متر ضخامت دارد. این سازند تنها در نواحی لرستان وجود دارد و در زیر سازند شهبازان قرار دارد. این سازند از سیلتستون های قرمز و ماسه سنگهای چخماقی و کنگلومراهای مختلف تشکیل شده است. سن سازند کشکان پالئوسن – ائوسن میانی است.< >سازند تله زنگ[46]:سازند تله زنگ منحصرا در ناحیه لرستان گسترش دارد. در مقطع نمونه 204 متر آهک های متوسط لایه خاکستری رنگ می باشد. این سازند در زیر سازند کشکان قرار دارد و سن آن پائوسن تا ائوسن میانی است.

< >سازند امیران[47]:سازند امیران در ناحیه لرستان گسترش داشته و در مقطع نمونه 872 متر ضخامت دارد. این سازند در زیر سازند تله زنگ قرار دارد و از ماسه سنگ مارن و شیل  (رسوبات آواری فلیش) تشکیل شده است. سن این سازند مائس تریشتین تا پالئوسن است.

< >سازند ساچون[48]:این سازند در ناحیه فارس گسترش دارد و در زیر سازند جهرم قرار می گیرد. ضخامت آن در مقطع نمونه 1414 متر گزارش گردیده است. این سازند از گچ، مارن و دولومیت تشکیل شده است. سن این سازند مائسن تریشتین پسین تا پالئوسن پیشین است.

- سازند تاربور[49]:

سازند تاربور درناحیه فارس گسترش و با سازند گورپی هم شیب است. ضخامت آن در مقطع نمونه 524 متر است و از جنس آهک ضخیم لایه و گچ تشکیل شده است. سن این سازند کامپانین پسین تامائسن تریشتین است. زبانه کوچکی از سازند مزبور در محدوده ای از خوزستان (میدان منصوری و آب تیمور) به ضخامت حدود 50 متر در وسط سازند گورپی وجود دارد.

< >سازند گورپی[50]:سازند گورپی درمقطع نمونه 320 متر ضخامت دارد. و در خوزستان در زیر سازند پابده قرار دارد. این سازند متشکل از شیل، آهکی مارنی و مارن خاکستری می باشد و دارای سنگواره های ذره بینی پلانکتون ها است.

سن آن در نواحی لرستان از کامپانین تا پالئوسن است اما در خوزستان از سانتونین تا مائسن تریشتین است و ضخامت آن کمتر از نواحی لرستان است و در حدود 200 تا 220 متر (به طور تقریبی) در چاه های نفتی گزارش شده است.

< >سازند ایلام[52]:سازند ایلام در زیر سازند گورپی قرار دارد ودر مقطع نمونه ضخامت آن 190 متر گزارش شده است. این سازند از آهک های شیلی به رنگهای خاکستری تا روشن تشکیل شده است.

سن آن سانتونین پیشین تا کامپانین است. از نظر رخساره زمین شناسی، این سازند درنواحی لرستان مربوط به رسوبات دریای عمیق است و در این سازند سنگواره های ذره بینی پلاژیک یافت می شود. سازند مذکور در خوزستان دارای رخساره کم عمق دریا است.

< >سازند سورگاه[53]:سازند سورگاه منحصرا در نواحی لرستان گسترش دارد و در زیرسازند ایلام قرار می گیرد. ضخامت این سازند در مقطع نمونه 175 متر گزارش شده است. این سازند از جنس شیل خاکستری تا خاکستری تیره و پیریت دار و لایه های فرعی و زرد رنگ آهکی تشکیل شده است. سازند مذکور در ناحیه خوزستان دیده نمی شود. سن این سازند کنیاسین تا سانتونین پیشین ( در مقطع نمونه)می باشد.

< >سازند سروک[54]:سازند سروک در نواحی لرستان در زیر سازند سورگاه قرار دارد و رخساره رسوبی آن عمیق است.  در مقطع (در کوه بنگستان شمال بهبهان) نمونه ضخامت آن 820 متر است. مرز این سازند، با سازند کژدمی که در زیر آن قرار دارد به طور هم شیب و تدریجی است. این سازند متشکل از سنگهای آهکی ضخیم لایه و گلی، سفید تا نخودی رنگ همراه با سنگهای آهکی چخماقی (چرنی) است.