آشنایی با مبانی اکتشاف نفت و گاز

مفاهیم مهندسی نفت

در بخش بالا‌دستی نفت اولین مرحله برای دست‌یابی به نفت و بهره‌برداری از آن، اکتشاف مخازن نفتی است. ابتدا با توجه به مطالعات سطحی و صحرایی محیط، مجموعه‌ای از اطلاعات اولیه بدست می‌آید و اولویت‌های اکتشاف برای استفاده از روش‌های دیگر مشخص می‌شود؛ این روش‌ها شامل:

۱- روش‌های سطحی

۲- ثقل سنجی و میدان‌های الکترومغناطیسی

۳- لرزه‌نگاری

۴-ژئوشیمی آلی

۵- چاه‌های اکتشافی

● روش‌های سطحی:

گاه مطالعه برخی از نشانه‌ها در سطح زمین می‌تواند راهنمای ما برای کشف مخازن احتمالی باشد. بخشی از لایه‌هایی که هزاران متر زیر زمین ‌هستند، ممکن است در اثر عوامل مختلفی به سطح زمین رسیده باشد و ما آن بخش از لایه را که برونزد(outcrop) آن نامیده می‌شود، مشاهده کنیم.

می‌توان برخی مطالعات در مورد آن لایه را از طریق نمونه گیری از برونزد آن انجام داد. گاه نفت موجود در زیر زمین، در اثر عوامل مختلفی به طور طبیعی و بدون حفاری به سطح زمین راه می‌یابد وچشمه‌های نفتی (oil spring) ایجاد می‌کند. این نفت می‌تواند از سنگ مخزن به سطح زمین راه یافته باشد یا آن که در مسیر حرکت نفت از سنگ منشأ به سنگ مخزن و به دلیل نبود پوش سنگ به سطح زمین آمده باشد. در منطقه‌ی مسجد سلیمان ایران نمونه‌های متعددی از چشمه‌های نفتی وجود دارد. ابتدایی‌ترین کار در اکتشاف مخازن نفت این است که با مطالعه برونزدها (outcrops) و نشانه‌های سطحی، اطلاعاتی در مورد سازندهای نفت بدست آورد و یا با مطالعه ساختارهای زیرزمینی که آثار آن‌ها در روی زمین قابل مشاهده و بررسی است، تا حدودی به وجود تله‌های نفتی پی‌برد و همچنین اگر در سطح، چشمه‌های نفتی (oil spring) وجود داشت، با مطالعه آن ها به سنگ منشأ(source rock) آن پی‌برد و از این طریق مخازن احتمالی را شناسایی کرد.

● روش‌های ثقل سنجی و مغناطیسی سنجی:

این ۲ روش برای شناسایی مخازن نفتی ای که ساختارهای مشخص و معینی (مثل طاقدیس) در اعماق کم دارند به کار می‌روند. البته با روش مغناطیس سنجی تلوریک (telluric) می‌توان مخازن تا حدی عمیق را نیز شناسایی کرد. در روش ثقل سنجی اساس کار این گونه است که تغییر شتاب جاذبه ثقل در نقاط مختلف را می‌توان به تغییر ماهیت سنگ یا تغییر ساختار، مخصوصا ساختارهای طاقدیس نسبت داد.

توضیح این که شتاب جاذبه‌ی زمین در قسمت‌های مختلف زمین، با توجه به تغییر ساختار‌های زمین شناسی و همچنین تغییر ماهیت لایه‌های موجود در آن بخش از زمین، تغییر می‌کند. هر اندازه که لایه‌ها دارای چگالی بیشتری باشند، یا آن که لایه‌های چگال‌تر در فاصله‌ی کمتری از سطح زمین قرار داشته باشند، نیروی جاذبه‌ی بیشتری ایجاد می‌کنند؛ به دلیل آن که لایه‌هایی که در عمق بیشتری قرار دارند در طاقدیس‌ها فاصله‌های آن ها از سطح زمین کمتر می شود و تفاوتی را در شتاب ثقل نسبت به نقاط اطراف ایجاد می‌کند. این نشانه می‌تواند عامل شناسایی طاقدیس‌ها باشد.

اساس کار روش مغناطیس سنجی تلوریک براین است که میدان مغناطیسی طبیعی زمین را می‌سنجد، اما اگر سنگی وجود داشته باشد که خود میدان مغناطیسی اضافی ایجاد کند، با استفاده از دستگاه‌های مغناطیس سنج شناسایی می شود. از آ‌ن‌جایی که برخی از سنگ‌های رسوبی خود مغناطیسه هستند و میدان مغناطیس اضافی ایجاد می‌کنند، به کمک این دستگاه می‌توان ضخامت این لایه‌ها را تا حدودی مشخص کرد. باید توجه داشت که جنس سنگ مخزن و منشا از سنگ‌های رسوبی است.

● مطالعه لرزه‌نگاری: (seismic)

در روش لرزه‌نگاری امواج لرزه‌ای در اثر انفجار به صورت موج‌های مکانیکی در لایه‌های درون زمین منتشر می‌شوند؛ برای این‌که بازتاب این امواج از لایه‌های مختلف، دریافت شود، گیرنده‌هایی (Geophone) بر روی زمین تعبیه شده‌اند که بازگشت این امواج را ثبت می‌کنند. منابعی که برای ایجاد این لرزه‌ها بکار می‌رود می‌تواندچاله‌هایی که از مواد منفجره پر شده است، یا دستگاه vibrosize باشد؛ این دستگاه کامیونی است که یک صفحه در زیر خود دارد. به هنگام ایجاد لرزه این صفحه روی زمین قرار می‌گیرد و وزن کامیون بر روی صفحه می‌افتد و با لرزه‌هایی که این صفحه ایجاد می‌کند امواجی پدید می‌آید.

لرزه‌ نگاری در ابعاد مختلف مانند :۲ بعدی (۲-Dimensional) یعنی شبکه برداشت را به گونه‌ای می‌چینیم که داده ها را تنها در مختصات صفحه‌ای برداشت کنیم وبا استفاده از دستگاه‌های پیشرفته‌تر و تحلیل‌های پیچیده‌تر راستای دیگری نیز به آن اضافه می‌شود که به آن روش ۳ بعدی (۳- Dimensional) گفته می‌شود و هر نقطه درون زمین با سه پارامتر مختصاتی قابل تشخیص است و حتی به روش ۴ بعدی ( ۴- Dimensional) که بعد زمان را نیز در داده‌ها مکانی لحاظ می‌کنند. اطلاعاتی که این روش در اختیار قرار می‌دهد بسیار دقیق‌تر است در واقع هر چه ابعاد لرزه‌نگاری افزوده شود تله‌های نفتی بیشتری با دقت بالاتری قابل شناسایی هستند به عنوان نمونه تله‌های غیر ساختمانی که در مقاله مبانی شناخت مخزن توضیح داده شدند را نمی توان با لرزه نگاری ۲ بعدی تشخیص داد و شناسایی آن ها حتما نیاز به روش ۳ و یا ۴ بعدی است. امروزه با توجه به افزایش روزافزون قیمت نفت و کاهش نفت تله‌های نفتی ساختاری ، توجه کشورها به اکتشاف این گونه تله‌های نفتی(غیر ساختمانی) هر روز بیشتر می‌شود.

اساس کار این‌گونه است که با توجه به این‌که سازندهای مختلف قابلیت‌های مختلفی برای عبور موج از درون خود دارند، سرعت امواج درون این لایه‌ها با هم متفاوت است؛ و به این وسیله می‌توان سطوح بین لایه‌ای را تشخیص داد البته به این شرط که این لایه‌ها دارای چگالی و سرعت متفاوتی باشند این تفاوت اساس شناسایی لایه‌ها و سازندهای مختلف است.

▪ تطبیق اطلاعات لرزه نگاری با اطلاعات عملیات چاه‌نگاری:

در روش لرزه نگاری، گیرنده‌ها بر روی سطح زمین قرار دارند، جابجایی آن‌ها به صورت افقی است؛ گستره‌ی اخذ اطلاعات به صورت افقی جابجا می‌شود و در نقاط مختلف در سطح افقی زمین، اطلاعات به دست آمده از لایه‌های مختلف زمین دریافت می‌ شود. اما در روش چاه پیمایی که در مقاله‌ی جداگانه‌ای به آن خواهیم پرداخت دستگاه به درون چاه فرستاده می‌شود و جابجایی گیرنده‌ها در راستای عمودی انجام می‌شود. تطبیق اطلاعات این دو روش می‌تواند تا حدود زیادی، خطاها را برطرف کند.

● ژئوشیمی آلی (organic Geochemistry)

امروزه از روش‌ ژئوشیمی آلی (organic Geochemistry) برای اکتشافات مخازن و سنگ منشا و تحلیل این سنگ‌ها استفاده می‌شود. در این زمینه ظرفیت بالایی برای توسعه‌ی فعالیت‌ها وجود دارد که در مقاله آشنایی با مبانی ژئوشیمی آلی نفت و گاز به تفصیل درباره‌ی آن سخن خواهیم گفت.

● چاه‌های اکتشافی:

هیچ یک از روش‌های گفته شده نمی‌تواند به طور قطعی وجود نفت را تأیید کند. در واقع روش‌های پیشین تنها می‌توانند به تشخیص سازند‌هایی که احتمال وجود نفت یا گاز در آن‌ها می‌رود کمک کنند. تنها راه حل برای شناسایی مخزن و اثبات وجود سیال در درون آن‌ها، حفر چاه‌های اکتشافی است. روش‌های پیش گفته اطلاعات اولیه را برای حفر اولین چاه در اختیار متخصصین اکتشاف قرار می‌دهند؛ این متخصصین برای دست‌یابی به دقت بیشتر در اطلاعات خود باید چاه‌های اکتشافی را در مخزن حفر کنند.

اطلاعات حاصل از چاه‌های اکتشافی به متخصصین اکتشاف کمک می‌کند که سازند مخزن نفتی و سازندهای بالای آن را به خوبی شناسایی کنند و خطاهای خود را در روش‌های قبل اصلاح کنند.

از یک چاه اکتشافی، اطلاعات زیر به دست می‌آید:

۱.۴) ترتیب قرار گرفتن سازند‌های مختلف در عمق زمین

۲.۴) عمق واقعی مخزن در زیر زمین

۳.۴) ضخامت مخزن

۴.۴) خصوصیات سنگ و سیال‌های درون مخزن(گاز، نفت و آب) که با نمونه برداری از سنگ و سیال و انجام آزمایش‌های مربوطه مطالعه می‌شود.

۵.۴) مرز لایه‌ها‌ی زمین شناختی، جنس و شیب هر لایه، برخی از ویژگی‌های سنگ مخزن از جمله میزان تخلخل و درجه‌ی اشباع آن از سیال‌های مختلف و دمای مخزن با انجام عملیات چاه پیمایی(Well Logging)شناسایی می‌شود.

به اولین چاهی که در مخزن حفر می‌شود (wild cat) گویند کنایه از این که این چاه بسیار خطرناک و ناشناخته است؛ چرا که قبل از حفر چاه امکان پیش بینی رفتار مخزن وجود ندارد. مخزن برای ما ماهیتی ناشناخته دارد. در واقع مخزن نفت همچون موجود زنده‌ای است که تا با آن روبرو نشویم نمی‌توانیم رفتار آن را در برابر عوامل مختلف پیش‌بینی کنیم. بنابراین در چاه‌های اکتشافی باید با رعایت سطح ایمنی بالایی، حفاری انجام شود تا خطرات ناشی از رفتار‌های ناشناخته‌ی مخزن، از جمله آتش سوزی و فوران ناگهانی چاه که ممکن است با قدرت زیادی منجر به پرتاب دکل و تأسیسات سرچاه ‌شود، به حداقل برسد.

● تطبیق کلیه‌ی اطلاعات اکتشافی و مدل سازی مخزن

پس از دست یابی به اطلاعات کافی به دنبال حفر اولین چاه در درون مخزن، مجموعه‌ی اطلاعات به دست آمده در روش‌های مختلف اکتشافی، به وسیله‌ی متخصصین مطالعات مخزن مورد بررسی قرار گرفته و یک مدل از مخزن طراحی می‌شود. با استفاده از این مدل برنامه‌ی توسعه آن و بهترین نقاط برای حفر چاه‌های جدید به منظور بهره‌برداری از مخزن تعیین می‌شود و می‌توان چاه‌هایی را که برای توسعه و برداشت از مخزن استفاده می‌شوند، حفر کرد. چاه‌ها باید در نقاطی حفر شوند که بهترین بهره‌برداری از مخزن حاصل شود. شناسایی محل مناسب برای انجام حفاری‌های بعدی نیز نیاز به مطالعات دقیق مخزن و روش‌های آماری دقیق دارد که در فرایند مدل سازی مخزن مورد پردازش قرار می‌گیرند.

تدوین: مهندس محسن اطمینان ـ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی نفت دانشکده‌ی فنی دانشگاه تهران ـ خبرنگار مهندسی نفت سرویس مسائل راهبردی ایران