فناوری نوین اکتشاف در زمینه نفت و گاز

با ظهور فناوری های ویژه و پویا، تغییرات زیادی در شیوه های اکتشاف ایجاد شده است. اکتشاف و بهره‌برداری از منابع نفت و گاز، در ابتدا به روش جست وجوی شواهد سطحی این منابع زیرزمینی انجام می شد. این جست وجو شامل پیگیری رخنه‌های نفت یا گاز بود که از زمین به بیرون نفوذ کرده بود. به دلیل این که مقدار کمی از ذخایر نفت و گاز طبیعی به سطح زمین نفوذ می‌کنند، این فرآیند اکتشاف ناکارآمد بود. با توسعه صنایع در کشورهای مختلف، نیاز جهان به سوخت های فسیلی روزافزون شد. این مسئله ضرورت تغییر در روش های اکتشاف و افزایش بازده این روش ها را دوچندان ساخت.
امروزه اکتشاف ذخایر نفت و گاز بسیار پیچیده شده و با بهره‌گیری از تجهیزات ویژه، درصد موفقیت در کشف ذخایر فسیلی را به حد قابل قبولی رسانده است. در این نوشتار، روش ها و مراحل اکتشاف ذخایر نفت و گاز بررسی می شود. تهیه بانک داده‌ها فناوری، نقش عمده ای در میزان موفقیت مکان‌یابی ذخایر نفت گاز طبیعی دارد. این فناوری هنگامی موثر است که یکی از ابزار اصلی آن را که همان داده‌های صحیح – نرم‌افزار – است، زمین‌شناسان و ژئوفیزیک ها بررسی و فرآوری کنند. این داده‌ها هنگامی کاربردی می‌شوند که به درستی جمع‌آوری و طبقه‌بندی شوند. این داده‌ها که معمولاً شامل ویژگی‌های ذخایر زیرزمینی است، به منظور تبیین زمینه‌های علمی برای تعیین محل ذخایر نفت خام و گاز طبیعی تفسیر می‌شوند. فرآیند اکتشاف نفت خام و گاز طبیعی سرشار از تردید و با آزمون و خطای فراوان همراه است، زیرا نفت و گازی که جست وجو می‌شود، اغلب صدها فوت پایین‌تر از سطح زمین قرار دارد. از این رو، جمع‌آوری و طبقه‌بندی علمی داده‌ها در کاهش خطای اکتشاف بسیار موثر است. مطالعات زمین‌شناسی زمین شناسان اکتشاف نفت خام و گاز طبیعی را با بررسی ساختار سطحی زمین مناطقی که احتمال دارد منابع نفت و گاز داشته باشند، آغاز می کنند. در اواسط قرن هجدهم زمین شناسان به این نتیجه رسیدند که در سراشیبی‌های تاقدیسی، احتمال وجود ذخایر نفت و گاز بیشتر است. در این تاقدیس‌ها که زمین در محل خود چین خورده است، لایه‌های گنبدی شکل ایجاد شده که نشانگر تعداد زیادی از ذخایر نفت و گاز است. با بررسی و ترسیم مشخصات سطحی و زیرسطحی یک منطقه مشخص، زمین‌شناس پیش‌بینی می‌کند در کدام مناطق احتمال وجود ذخایر نفت خام و گاز طبیعی بیشتر است. زمین‌شناس از ابزار متعددی برای این بررسی بهره می‌برد. از جمله این ابزار، بررسی برش‌های صخره‌های درون زمین، دره‌ها و یا تنگه‌ها از نظر محتوای مایع درون سنگها، تخلخل سنگ، رطوبت‌پذیری، سن و ترتیب شکل یافتن صخره است که امکان استنتاج‌هایی درباره ذخایر احتمالی را به زمین نشان می‌دهد. هنگامی که زمین‌شناس، منطقه‌ای را ارزیابی می کند و احتمال وجود یک منبع نفتی و یا گازی را در آن محدوده محتمل می داند، آزمایش‌های بعدی برای به دست آوردن اطلاعات جزئی‌تر و ترسیم دقیق تشکل‌های زیرزمینی مرتبط با ذخایر نفت و گاز طبیعی انجام می‌شود.
معمولاً زمین شناسان این آزمایش‌ها را انجام می دهند. لرزه‌نگاری در اکتشاف لرزه‌نگاری بزرگ ترین پیشرفت پیش بینی نشده در اکتشاف نفت خام و گاز طبیعی است. لرزه‌نگاری بر مطالعه شکل موج‌های ارتعاشی استوار است که از میان لایه‌های زمین عبور می کند و با انواع تشکل‌های زیرزمینی به طور متفاوت تعامل دارد. در سال ۱۸۵۵، ال.پالیمیر، اولین لرزه‌نگار را به عنوان ابزاری برای تشخیص و ثبت زمین‌لرزه‌ها کشف کرد. این دستگاه قادر به ثبت ارتعاش های زمین بود که در یک زمین‌لرزه به وجود می‌آید. این فناوری از سال ۱۹۲۱ به منظور استفاده در یافتن محل تشکل‌های نفتی و گازی زیرزمینی در صنعت نفت به کار برده شد. موج های ارتعاشی یادشده که یک منبع آن را ایجاد می‌کند، از لایه‌های متفاوت زمین عبور می کند و قسمتی از آن را لایه‌های زیرزمینی مختلف به سمت منبع انعکاس می‌دهند. این انعکاس، امکان استفاده از لرزه‌نگاری را برای تبیین ویژگی های لایه‌های زمین به زمین‌شناس می‌دهد. زمین‌شناسان قادرند ارتعاش هایی را در سطح زمین ایجاد و چگونگی بازگشت این ارتعاش ها را به سطح ثبت کنند. موج های ارتعاش ارسال شده در برخورد با صخره‌ها و لایه‌های سخت زمین نسبت به لایه‌های با منفذ زیاد، بازتاب متفاوتی دارند و همین تفاوت به زمین‌شناس امکان می دهد تا محدوده و عمق سنگ های متخلخل را که احتمالاً حاوی نفت و گاز هستند، تخمین بزنند. لرزه‌نگاری ساحلی در لرزه‌نگاری برای اکتشاف در مناطق ساحلی، موج‌های ارتعاشی مصنوعی به سطح زمین فرستاده می‌شوند. این موج ها پس از برخورد با لایه‌های مختلف، بازتابی ایجاد می‌کنند که قطعات حساسی به نام ژئوفون آنها را ثبت می‌کنند. این داده‌های برداشت شده به یک ماشین ثبت ارتعاش منتقل می‌شود تا اطلاعات لازم برای تفسیر زمین شناسان و مهندسان مخزن را فراهم کند. این ماشین وظیفه تقویت، ترجمه و بایگانی ارتعاش های دریافتی از ژئوفون را دارد. در روزهای اولیه اکتشاف لرزه‌ای، امواج لرزه‌ای به وسیله دینامیت ایجاد می‌شود. طراحی و نحوه بارگذاری دینامیت‌ها بسیار دقیق بود، ‌به گونه ای که انفجارهای کوچک امواج لرزه‌ای لازم و ضروری را ایجاد می‌کرد. در اواسط دهه ۷۰ مشخص شد که نوارهای سفیدی به نام نقطه‌های روشن، روی باریکه‌های ثبت شده لرزه‌ای ظاهر می‌شود. این نوارهای سفید، نشانگر وجود ذخایر هیدروکربن در زیر زمین بود. صخره‌های طبیعی و پر منفذ دارای گاز طبیعی اغلب بازتاب های قوی تری نسبت به صخره‌های پر آب و معمولی دارد و از طریق نقطه‌های روشن به صورت مستقیم قابل تشخیص است. این روش تشخیص ذخایر گازی که روش بازرسی مستقیم نام دارد، در برخی موارد ذخایر هیدروکربنی را نمایان نمی کند؛ از این رو روش کاملاً مطمئن و مورد اعتمادی نیست. فناوری های نوین اکتشاف یکی از بزرگ ترین نوآوری‌های تاریخ اکتشاف نفت و گاز، استفاده از رایانه برای ثبت و تحلیل داده‌های زمین‌شناسی بر روی نقشه‌های مخصوص است. با توسعه یافتن میکروپروسسورها، اطمینان استفاده از رایانه برای ثبت و تحلیل داده‌های ارتعاشی، افزایش قابل توجهی یافته است. این مسئله امکان پردازش مقادیر بیشتری از اطلاعات را فراهم کرده و اعتبار و محتوای اطلاعاتی مدل های لرزه‌ای را افزایش داده است. زمین‌شناسان در اکتشاف به کمک رایانه از سه مدل اصلی اکتشاف بهره می‌برند. این مدل ها عبارتند از: - مدل دوبعدی - مدل سه‌بعدی - مدل چهاربعدی فناوری بهره‌گیری از رایانه، آنقدر پیشرفت کرده که اکنون با ترکیب اطلاعات به دست آمده از انواع آزمایش ها مانند گزارش های روزانه، تولید اطلاعات و آزمایش های غلظت‌سنجی امکان ایجاد یک تجسم فکری از زیر زمین را فراهم کرده است. با استفاده از این امکانات، زمین‌شناسان قادر به ترکیب تمام داده‌ها برای پردازش و ایجاد یک تصویر روشن و کامل زمین‌شناسی از زیر زمین هستند. لرزه‌نگاری سه‌بعدی یکی از چشمگیرترین پیشرفت‌ها در اکتشاف به کمک رایانه، توسعه لرزه‌نگاری سه‌بعدی ست. این روش از داده‌های لرزه‌ای منطقه برای ایجاد یک تصویر سه‌بعدی از تشکل‌ها و لایه‌های مختلف زمین‌شناسی منطقه استفاده می‌کند. از آنجاکه این تصویر واقعی می‌تواند برای تخمین زدن وجود لایه‌های هیدروکربنی در منطقه و صفات خاص ساختمان این تشکل ها بسیار مفید باشد، به زمین‌شناسان در تخمین ذخایر هیدروکربوری با احتمال بسیار بالا کمک می کند. استفاده از روش لرزه‌نگاری سه بعدی احتمال موقعیت‌یابی مخزن را تا ۵۰ درصد افزایش می‌دهد. این فناوری با وجود موفقیت‌آمیز بودن، بسیار هزینه‌بر است.
لرزه‌نگاری سه‌بعدی می‌تواند بیش از یک میلیون دلار در یک منطقه با ۵۰ مایل مربع مساحت هزینه در بر داشته باشد. در تولید تصاویر سه‌بعدی نیاز به داده‌هایی است که از هزاران نقطه جمع‌آوری شده باشد، حال آن که در روش های دو بعدی صرفاً نیاز به چندصد نقاط داده است. به دلیل پیچیدگی و طولانی بودن فرآیند، از لرزه‌نگاری سه‌بعدی در ترکیب با دیگر روش های اکتشاف استفاده می شود. برای مثال، یک زمین شناس ممکن است از لرزه‌نگاری دوبعدی مرسوم به منظور طراحی و بررسی ویژگی های زمین‌شناسی برای ارزیابی احتمال وجود ذخایر نفت و گاز استفاده کند. در این حالت هنگامی که از فناوری های مقدماتی استفاده می شود، از لرزه‌نگاری سه‌بعدی صرفاً در مناطقی که احتمال وجود ذخایر هیدروکربوری بالا است، استفاده می شود. علاوه بر تعیین محل ذخایر نفت و گاز، لرزه‌نگاری سه‌بعدی در تعیین محل دقیق و بهینه چاه‌های حفاری نیز موثر است. با استفاده از این فناوری، علاوه بر بهینه کردن تعداد چاه ها و کاهش هزینه‌های خرج‌های اضافی، با تعیین محل دقیق چاه ها امکان استخراج بیشتر نفت و گاز از زمین فراهم می‌شود.
لرزه‌نگاری سه‌بعدی میزان بازیافت چاه های مولد را به حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد افزایش می‌دهد، حال آن که میزان بازیافت چاه هایی که با فناوری های معمولی اکتشاف تعیین محل شده‌اند، ۲۵ تا ۳۰ درصد است. تا سال ۱۹۸۰ تنها یکصد آزمایش لرزه‌نگاری سه‌بعدی صورت گرفته بود. در اواسط دهه ۹۰ با کاهش نسبی هزینه و توسعه فناوری در هر سال ۲۰۰ تا ۳۰۰ آزمایش لرزه‌نگاری سه‌بعدی صورت پذیرفت. در سال ۱۹۹۳، ۷۵ درصد از بررسی‌های اکتشاف ساحلی از لرزه‌نگاری سه‌بعدی استفاده کردند. در ایران، در میدان هایی مانند آب‌تیمور، دارخوین، کرنج و پارسی، عملیات لرزه‌نگاری سه‌بعدی با موفقیت اجرا شده است. تصویر لرزه‌نگاری دوبعدی اکتشاف به کمک رایانه دوبعدی شامل تولید یک تصویر از لایه‌های مختلف زیر سطح زمین است. در روش‌های مرسوم زمین‌شناسی با جمع‌آوری و تحلیل اطلاعات موجود، تصوری دوبعدی از این لایه‌های برای خود ترسیم می‌کند، اما با کمک فناوری رایانه، امکان ایجاد نقشه‌های بسیار مفصل‌تر و بسیار سریع تر از روش های مرسوم وجود دارد.
علاوه بر این، با سیستم دوبعدی امکان استفاده از نمایش تصاویر رنگی ایجاد شده رایانه ای برای برجسته کردن خواص زمین‌شناسی وجود دارد‌ که از طریق روش‌های تصویرلرزه‌نگاری مرسوم امکان ظهور بسیار پایینی دارد. تصویر لرزه‌نگاری دوبعدی پیچیدگی و تفصیل کمتری از تصویر سه‌بعدی دارد. جالب توجه است که فناوری لرزه‌نگاری سه‌بعدی پیش از فناوری دوبعدی توسعه یافت. فناوری‌های دوبعدی تصویر لرزه‌نگاری در حقیقت توسعه‌ای از فناوری‌هایی سه‌بعدی است. فناوری دوبعدی برای ساده‌کردن و کاهش هزینه‌های لرزه‌نگاری سه‌بعدی، همچنین کاهش پیچیدگی‌های استفاده از فناوری سه‌بعدی توسعه یافت. تصویر لرزه‌نگاری دوبعدی به کمک رایانه (CAEX) در مناطقی به کار می‌رود که احتمال وجود ذخایر نفت خام و گاز طبیعی به حدی است که استفاده از لرزه‌نگاری سه‌بعدی را از لحاظ اقتصادی و صرف زمان توجیه‌پذیر سازد. تصویربرداری لرزه‌نگاری چهاربعدی یکی از پیشرفت های پیش بینی نشده اخیر در اکتشاف لرزه‌ای و شکل دادن ساختمان‌های صخره زیرزمین، ابداع تصویرلرزه‌نگاری چهاربعدی بوده است. این نوع تصویربرداری از توسعه فناوری تصویربرداری سه‌بعدی است. در تصویربرداری چهاربعدی به جای دریافت یک تصویر ساده و ساکن از زیر زمین، تغییرات در ساختار و خواص تشکل های زیرزمینی به طور مستمر مشاهده می‌شود. از آنجاکه چهارمین بعد در تصویر لرزه‌نگاری چهاربعدی زمان است، به آن تصویربرداری مشمول مرور زمان نیز گفته می‌شود.
مطالعات لرزه‌ای متفاوت از یک منطقه خاص در زمان های گوناگون انجام شده و این (ترتیب) داده‌های مختلف به یک رایانه قدرتمند منتقل می‌شود تا تصاویر مختلفی از آنچه در زیر زمین می‌گذرد، به دست آید. با مطالعه چگونگی تغییر تصاویر لرزه‌ای در سراسر زمان، زمین‌شناسان قادر به کسب آگاهی بیشتر از خواص مختلف صخره‌ها شامل جریان سیال در زیر زمین، چسبندگی، دما و غلظت هستند. علاوه بر این، زمین شناسان و مهندسان از لرزه‌نگاری چهار بعدی می‌توانند برای ارزیابی خواص یک مخزن مانند زمان استخراج نفت خام و هنگامی که توسعه مخزن اهمیت می‌یابد، استفاده کنند. استفاده از لرزه‌نگاری چهار بعدی در یک مخزن می‌تواند میزان بازیافت را به بیش از آنچه با استفاده از لرزه‌نگاری دوبعدی یا سه‌بعدی به دست می‌آمد، افزایش دهد، در حالی که میزان بازیافت این دو نمونه از لرزه‌نگاری ۲۵ تا ۳۰ درصد و ۴۰ تا ۵۰ درصد به ترتیب توالی است. استفاده از لرزه‌نگاری چهار بعدی می‌تواند میزان بازیافتی حدود ۶۵ تا ۷۰ درصد در پی داشته باشد. لرزه‌نگاری دریایی در آغاز اکتشاف برای نفت خام و یا گاز طبیعی که صدها یا هزاران پا زیر سطح دریا قرار دارد، از روشی نسبتاً متفاوت از اکتشاف لرزه‌ای استفاده می‌شود. در این روش به جای استفاده از خودرو و ژئوفون ها، از یک کشتی برداشت داده‌ها استفاده می‌شود.
به جای ژئوفون‌ها، در اکتشاف دریایی از هیدروفون ها استفاده می‌شود که برای برداشت امواج لرزه‌ای زیر آب طراحی شده است. این هیدروفون ها در ساختارهای متفاوت بر حسب نیاز زمین شناس با طناب به دنبال کشتی کشیده می‌شود. در این روش به جای استفاده از دینامیت یا ضربه‌ بر کف بستر دریا، کشتی لرزه‌ای از یک تفنگ بادی بزرگ استفاده می‌کند که گلوله‌های هوای فشرده را به زیر آب رها می‌کند. به این طریق امواج لرزه‌ای که می‌تواند به درون پوسته زمین برود و بازتاب های مورد نیاز را تولید کند، ایجاد می‌شود. اندازه‌گیری مغناطیسی (مگنومتر) علاوه بر استفاده از لرزه‌شناسی برای جمع‌آوری اطلاعات مرتبط با ترکیب پوسته زمین، خواص مغناطیسی ساختمان های زیر زمین نیز می‌تواند برای تولید داده‌های زمین‌شناسی استفاده شود. این کار با استفاده از مگنومترها انجام می‌شود؛ دستگاه هایی که می‌تواند تفاوت های جزئی در خواص مغناطیسی لایه‌های مختلف زمین را اندازه‌گیری کند.
در روزهای اولیه مگنومترها، دستگاه‌های بزرگ و حجیم بودند که تنها قادر بودند یک منطقه کوچک را در یک زمان بررسی کنند. با توسعه فناوری، در سال ۱۹۸۱، ناسا ماهواره‌ای به فضا پرتاب کرد که قادر به برداشت داده‌های مغناطیسی در یک مقیاس قاره‌ای بود. این ماهواره که «مگ‌ست» نامیده می‌شد، مطالعه ساختمان های صخره‌های زیرزمینی و پوشش زمین را در یک مقیاس بزرگتر شدنی و امکان جمع‌آوری اطلاعاتی مانند جابه جایی لایه‌های مختلف زمین و تعیین محل ذخایر نفت خام، گاز طبیعی و سایر معادن ارزشمند را فراهم کرد. تفسیر داده‌ها با استفاده از روش‌های یادشده، منابع زیادی از داده‌ها و اطلاعات برای زمین‌شناس به منظور استفاده در اکتشاف هیدروکربن‌ها فراهم می‌شود.
این اطلاعات خام بدون تفسیر دقیق و مبتنی بر روش‌های علمی، قابل استفاده نخواهد بود. زمین شناس همانند قراردادن قطعات یک پازل، تمام منابع داده قابل دسترس نظیر ساختار لایه‌های صخره‌های زیرزمین را برای ایجاد یک مدل یا حدس‌های علمی به کار می‌برد. گفتنی است که با وجود تکامل تدریجی و شگفت‌انگیز فناوری و روش های اکتشاف، تنها راهی که سبب اطمینان از وجود یک مخزن گاز طبیعی یا نفت خام می‌شود، حفاری یک چاه اکتشافی است. یک زمین‌شناس گرچه می‌تواند بهترین حدس های موجود را برای موقعیت مخازن بزند، اما این حدس مصون از خطا نیست.
شاید در آینده‌ای نزدیک، پیشرفت و توسعه فناوری سبب شود که این حدس‌ها و تخمین‌ها، با کمترین خطای ممکن، سبب کاهش هزینه‌های اکتشاف و حفاری شوند. همان گونه که ملاحظه شد، استفاده از تکنیک‌های لرزه‌نگاری سه و چهار بعدی، اکتشاف در میدان های نفت و گاز جهان را به دلیل فراهم آوردن اطلاعات بسیار دقیق تری برای ادامه کار اکتشاف تا بهره‌برداری، تحت تاثیر خود قرار داده است. در حال حاضر در کشور ما به طورعمده از لرزه‌نگاری دوبعدی استفاده می‌شود. لرزه‌نگاری سه‌بعدی نیز در بعضی از پروژه‌های اخیر صنعت نفت از طرف شرکت‌های خارجی استفاده شده و هنوز نیروهای متخصص داخلی آن را به طور مستقل انجام نداده اند. با آن که لرزه‌نگاری چهار بعدی نیز افزایش بازیافت نفت و گاز مخازن با هزینه‌های کمتر را به همراه دارد، اما هنوز در ایران استفاده نشده است.
صنعت نفت کشور ما به منظور بهره‌گیری از فناوری‌های مدرن لرزه‌نگاری، می‌تواند همکاری مشترکی را در مطالعه و به‌کارگیری این روش‌ها با صاحبان فناوری های یادشده مدنظر قرار دهد تا از مزیت های این فناوری ها بهره مند شود

میلاد تقی زاده الوندی

منبع : واکنش