Subject : Genesis Oil
Petroleum Engineering Basics :
ححح
منشا نفت : واژه نفت petroleumبه معنی روغن سبک از دو واژه یونانی petra به معنی صخره و oleum به معنی روغن تشکیل شده است . در زبان فارسی معلوم نیست واژه نفت از چه واژه ای گرفته شده است . دو تن از شرق شناسان به نامهای پروفسور «هرتزفلد » و«بیلی » به این باورند که این واژه از فعل ناب به معنی ضد نم گرفته شده و در زبان اوستایی نپتا بوده و کلدانی ها آن را از مادها گرفته و نفتا خوانده اند . امروزه این واژه معنای گسترده تری دارد و در بر گیرنده گاز طبیعی ـ نفت خام ـ قیر و مومهای طبیعی می باشد. حال بیبینم نفت چگونه پدید آمده و مخازن نفتی در کجا تشکیل می شود.
تئوری پیدایش نفت تئوریهای مختلفی نسبت به پیدایش نفت و گاز طبیعی وجود دارد و بطور دقیق نمیتوان گفت منشا موادی که نفت رابوجودآورده چه بوده است امادو نظریه ای که بیشترازهمه عمومیت داردعبارتنداز : 1) پیدایش نفت معدنی یا غیر عالی: پیدایش نفت به طریق معدنی ترکیب هیدروژن و کربن تحت فشار و درجه حرارت موجود در اعماق زمین است. 2) پیدایش نفت به طریق آلی: در اثر به وجود آمدن هیدروژن و کربن حاصل از گیاهان و حیوانات در دریاها بخصوص حیوانات ریز ذره بینی بنام پلانکتون و پس از یکسری فعل و انفعالات شیمیایی نفت تشکیل شده است. تئوری آلی بیشتر مورد قبول دانشمندان است زیرا دلایل و شواهد نشان میدهد که در جاییکه مخازن نفتی وجود دارد بیشتر زمینهایی هستند که زمانی دریا بوده اند. نفت از جهتی خالص و از جهتی مرکب است. بدان جهت خالص است که ترکیبی از هیدروکربونهای گوناگون است و ساختمان ملکولها به واسطه کم و زیاد شدن تعداد اتمها یکی از دو عنصر مذکور با هم متفاوت است و این بر حسب ترکیب ملکولهای اتمهای کربن است.
ترکیبات عمده موجود در نفت خام
ترکیبات عمده موجود در نفت خام عبارتند از:هیدروکربنهای سیر شده زنجیری به فرمول کلی CnH2n+2، هیدروکربنهای سیر شده حلقوی به فرمول عمومی CnH2n که اصطلاحا آنرا نفتن گویند و هیدروکربنهای سیرنشده زنجیری اتیلن و استیلن. هرچه درصد تشکیل دهنده های نفت در دماهای پایین بیشتر باشد، مرغوبیت آن بیشتر است.
چگونگی تشکیل نفت و مراحل آن
مواد اولیه ی نفت ، عمدتاً موجودات ریزی بوده اند که امروزه نیز به حالت شناور در آب دریا وجود دارند، این جانداران ، دارای بعضی ترکیبات ، نظیر اسیدهای چرب هستند که ماده ی اصلی تشکیل نفت است.
عمر جانوران و گیاهان شناور نفت ساز معمولاً کوتاه است و قسمتی از بقایای این موجودات بر کف دریا فرو می ریزد .البته باید توجه داشت که تمام بقایای این موجودات به کف حوضه ی رسوبی و بخشی از بقایا که در کف حوضه رسوب میکنند ، حجم زیادی دارند و برای تشکیل قابل توجهی نفت ، کافی هستند این قسمت از بقایا که از نوع مواد آلی است ، چون بر کف حوضه ی رسوبی می رسند به نحوی حفظ می شوند .عامل حفظ رسوبات دانه ریزی است که همراه با آن رسوب می کند و باعث محفوظ ماندن این مواد می شود به طوری که دیده می شود برای تشکیل نفت شرایط خاصی لازم است زیرا علاوه بر وجود مواد اولیه ، محیط نیز باید کم عمق باشد تا مواد بتوانند در زمان کوتاهی رسوب کنند . از سوی دیگر ، مقدار اکسیژن محیط نیز باید صفر یا ناچیز باشد تا مانع از اکسایش مواد شود.
سنگ منشا معمولاً کم تخلخل است و به علت فشار لایه های بالایی، پترولیوم از سنگ منشاء حرکت می کند. این فرایند را مهاجرت اولیه گویند. بعد این مواد از لایه هابه سمت سنگ مخزن حرکت می کنند. این فرایند را مهاجرت ثانویه گویند. حرکت پترولیوم تا زمانی که هیدروکربن ها به تله بیفتند ادامه خواهد داشت. بدین صورت که این هیدروکربن ها بصورت جاری و یا منقطع از میان لایه های توارا به طرف این تله حرکت می کنند. این تله نفتی، مخزن نام دارد که باید دارای خواص توارایی و تخلخل خوبی باشد. زمانی که نفت قابل توجهی در مخازن نفتی جمع شود این مکان را میدان نفتی گویند. یک میدان نفتی دارای شرایط خاصی می باشد که مهمترین آنها عبارتند از: 1) سنگ منشا یا مادر 2) سنگ مخزن 3) لایه راهبر 4) پوش سنگ 5) تله نفتی
1- سنگ منشا Source Rock سنگ منشا، محیط تشکیل نفت خام در میلیون ها سال پیش بوده است. اما نفت پس از تشکیل در این محیط به سمت سنگ مخزن حرکت می کند و در آن جا ذخیره می شود. کارشناسان اکتشاف نفت، پس از اکتشاف یک مخزن نفتی، با تشخیص سنگ منشا و مطالعه ی آن، علاوه بر فهم برخی از ویژگی های کیفی نفت موجود در مخزن، می توانند تله هاینفتی ای که ممکن است در مسیر حرکت نفت از سنگ منشا به سنگ مخزن و بین آن دو وجود داشته و تبدیل به مخازن کوچک و بزرگی شده اند را شناسایی کنند. نفتی که امروزه در نقاط مختلف جهان و ایران برداشت می شود، حاصل فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی ای بوده است که روی موجودات و گیاهان در میلیون ها سال پیش انجام شده و این مواد طی این فرآیندها، مسیرهای مختلفی را به سمت بلوغ طی کرده اند و به نفت امروزی تبدیل شده اند.
2- سنگ مخزن: سنگی تراوا و متخلخل است علت تخلخل آن برای داشتن فضای کافی برای نگهداری هیدروکربن ها و تراوایی آن برای قدرت عبور و حرکت دهی هیدروکربن ها به طرف چاههای نفت که این از مهمترین عوامل است. مخازن معمولاً از ماسه سنگ و یا سنگ آهک است. ماسه سنگ دارای تراوای بالایی است و جزء مخازن خوب است. ولی بعضی مخازن از جنس سنگ آهک است با تراوایی بالا علت این امر وجود شکافهایی در این مخازن که باعث شده تراوایی سنگ مخزن ما بالا بیایید. اما به علت اختلاف فاز تر و غیر تر در انواع گوناگون مخازخ? کیفیت مخزنی نیز متفاوت خواهد بود. در مخازن ماسه ای فاز تر نفت ولی در آهکی آب می باشد. بنابراین در مخازن ماسه ای نفت با فشار تمایل به خروج از مخزن را داشته در صورتی که این مسئله در مخازن آهکی کاملا متفاوت بوده و این آب است که تمایل دارد با فشار خارج شود.
-3لایه ی راهبر (carrier bed )که نفت در درون آن که مسیری متخلخل و تراوا است، به سمت سنگ مخزن حرکت می کند و پدیده ی مهاجرت نفت را می آفریند. 4- پوش سنگ: این سنگ برخلاف سنگ مخزن از تراوایی و تخلخل بسیار پایین برخوردار است که مانع فرار نفت از طرف این سنگ است. پوش سنگ می تواند در بالا و یادر اطراف سنگ مخزن وجود داشته باشد و بر اساس نوع مخزن اشکال متفاوتی را دارا باشد. عدم وجود پوش سنگ موجب فرار نفت از سنگ مخزن شده ودر این صورت مخزن نفتی موجود نخواهد بود. در ایران بهترین پوش سنگ در مناطق نفت خیز جنوب سازند گچساران می باشد.
5- تله نفتی: این همان شکل مخزن است که باعث می شود با کمک پوش سنگ نفت را در خود ذخیره کند. بطور کلی سه نوع مخزن داریم:
الف) ساختمانی
ب) استراتیگرافیک
ج) مختلط که بسته به تغییرات ساختمانی و یا رخساره ای و سنگ شناسی ازهم متمایزند.
مهاجرت نفت Oil migration))
مهاجرت اولیه:
یکی از ناشناخته های علم زمین شناسی نفت به شمار می آید و مکانیسم آن به خوبی مشخص نیست. ریز بودن منافذ در سنگ های منشا و عدم حلالیت هیدروکربن ها در آب از دلایل اصلی مهاجرت اولیه است.
اندازه متوسط ملکول های متان ۳/۸ انگسترم و ملکول های آسفالت بین ۵٠ تا ١٠٠ انگسترم می باشد که در عمق دو کیلومتری به طور متوسط قطر منافذ ۵٠ انگسترم می شود بنابراین ذرات هیدروکربن به اندازه کوچک مانند متان می توانند به راحتی از آن خارج شوند ولی ذرات دانه درشت تر یا هیدروکربن های سنگین توانایی خارج شدن از این منافذ را به صورت طبیعی ندارند.
عوامل موثر در مهاجرت اولیه نفت:
١) قطرات و حباب های هیدروکربنی: حرکت هیدروکربن به صورت قطره و حباب از میان خلل فرج ریز و اشباع از آب سنگ منشا درگیر پدیده ی نیروی موئینگی می باشد. زمانی که اندازه قطرات و حباب ها کوچک تر و یا هم اندازه با خلل و فرج ها باشند مشکلی در حرکت آنها به وجود نمی آید ولی اگر اندازه حفرات کوچکتر از قطر هیدروکربن ها باشد در این صورت باید بتوان بر نیروی موئینگی غلبه نمود برای اینکه قطرات بتوانند از منافذ گفته شده عبور نمایند باید تغییر شکل دهند اما کشش سطحی بین دو سیال آب و هیدروکربن مانع تغییر شکل هیدروکربن می شود بنابراین برای تغییر شکل نیاز به فشار می باشدکه این فشار می تواند در اواخر مرحله ی کاتاژنز تا اوایل مرحله ی متاژنز در سنگ منشا که در
معتقدند که حرکت قطرات نفت در داخل سنگ های منشاء نقش مهمی را بر عهده ندارد و برای مهاجرت اولیه نیاز به مکانیسم های دیگری می باشد.
٢) حرکت مستقل هیدروکربن: یکی از مهم ترین مکانیسم های مهاجرت اولیه حرکت مستقل فاز هیدروکربن می باشد این مکانیسم چنان بیان می شودکه در ابتدا فاز هیدروکربن تشکیل شده در کروژن به وسیله انتشار خود را به منافذ درشت تر سنگ منشاء رسانده و شروع به تجمع می نمایند پس از شکل گیری قطرات درشت و اتصال آنها به یکدیگر می توانند شروع به حرکت نمایند.
٣) شکستگی های سنگ منشاء : تولید هیدروکربن در سنگ منشاء باعث افزایش حجم مولی می شود.این افزایش باعث وارد شدن فشار به سنگ و در نتیجه ایجاد شکستگی های ریز در آن می شود. نفت و گاز می تواند به درون این شکستگی ها ریز نفوذ نموده و از طریق آن حرکت کنند.
* برای مهاجرت نفت و گاز در داخل سنگ منشاء تنها یک مکانیسم نمی تواند موثر باشد بلکه نیاز به عملکرد چندین فرآیند است که با یکدیگر به صورت متوالی عمل می کنند در این رابطه به نظر می رسد که حرکت هیدروکربن ها در اثر فشارهای حاصل از فشردگی سنگ منشاء بسیار مهم باشد.
نفتگیرهای ساختمانی (Structural Traps)
شکل مهندسی موجود در این گونه نفتگیرها به تغییرات بعد از رسوبگذاری در مخزن مانند چین خوردگی و گسل خوردگی بستگی دارد. این نوع نفتگیرها خود به دو دسته چین خورده و گسلی تقسیم می شوند.
نفتگیرهای چینه ای ((Stratigraphic Traps
شکل گیری این نوع از نفتگیرها ، مدیون تغییرات لیتولوژیکی است. تغییر در لیتولوژی یا در طی رسوبگذاری صورت می گیرد ، مانند تغییر رخساره در رسوبات کانال های رودخانه ای و یا ریف ها و یا ناشی از تغییرات بعد از رسوبگذاری است ، نظیر فرسایش رسوبات و یا تغییرات دیاژنزی آنها.
تعیین موقعیت نفتگیرهای چینه ای به مراتب مشکل تر از نفتگیرهای ساختمانی است چرا که این نوع نفتگیرها به راحتی بوسیله مطالعات لرزه ای آشکار نمی شوند و همچنین فرآینهایی که در تشکیل آن ها دخالت دارند عموماً خیلی پیچیده هستند.
این دسته از نفتگیرها خود به دو دسته نیز تقسیم می شوند:
١- نفتگیرهایی که ارتباطی به سطوح ناپیوستگی ندارند
٢- نفتگیرهایی که همراه ناپیوستگی ها می باشند
٣) نفتگیرهای هیدرودینامیکی (Hydrodynamic Traps)))
در این نوع نفتگیرها حرکت رو به پایین آب مانع رو به بالای نفت و گاز می شود. نفتگیرهایی که صرفاً هیدرودینامیکی باشند بسیار کمیاب اند ولی تعدادی از نفتگیرها هستند که در واقع نتیجه ترکیب نیروهای هیدرودینامیکی و عوامل ساختمانی و چینه ای هستند.
تله های صرفاً هیدرودینامیکی بسیار نادرند اگر چه میدان های وجود دارند که در آن ها سطح تماس آب و نفت به صورت کج شده است و به تله افتادن نفت تحت تاثیر ترکیبی از عوامل ساختمانی و نیرو های هیدرودینامیکی است. جریان هیدرودینامیکی عموماً با فشار مخزن در طول یک میدان تعیین می شود تشخیص وضعیت سطح تماس آب و نفت در یک میدان بسیار با ارزش است.
۴) نفتگیرهای مرکب (Combination Traps)
نفتگیرهای مرکب نفتگیرهایی هستند که از ترکیب دو یا چند نوع نفتگیر بوجود آمده اند. راه های متفاوتی برای تشکیل این نوع نفتگیرها وجود دارد. نفتگیرهای مرکب می توانند ناشی از ترکیب عوامل ساختمانی و چینه ای ، ساختمانی و هیدرودینامیکی ، چینه ای و هیدرودینامیکی و غیره باشد.
به طور مثال زمانی که باریک شدگی لایه نفوذ پذیر به طرف بالا در یک مخزن ایجاد شود و این ساختمان با یک گسل ، قطع شود یک نفتگیر مرکب ایجاد می شود.
مقایسه اهمیت نفتگیرها:
مقدار نفت در انواع مختلف نفتگیرها بسیار متفاوت است. میدان عظیم نفتی (giont oil field)آن هایی هستند که دارای بیش از ۵٠٠ میلیون بشکه ذخایر قابل بازیافت می باشند. نفتگیرهای تاقدیسی حاوی ٧۵% از نفت میدان های عظیم شناخته شده جهان هستند. نفتگیر های مرتبط با گسل فقط ١% و نفتگیرهای مرتبط با گنبدهای نمکی ٢% نفتگیرها را شامل می شوند و تنها ١٣%نفت های شناخته شدهی دنیا از نفتگیرهای چینه ای و ٩% نیز در نفتگیر های مرکب قرار دارند.
این درصدها تنها متعلق به ذخایر شناخته شده است و شامل تمام ذخایر واقعی موجود در زیرزمن نیست. بنابراین ، این درصدها نسان دهنده توانایی انسان در پیدا کردن نفت است.
پیدا کردن نفتگیرهای تاقدیسی به مراتب آسان تر از سایر نفتگیرها از جمله نفتگیرهای چینه ای است.
اکتشافات هیدروکربوری با استفاده از داده های ماهواره ای
دریک نگاه کلی، داده های ماهواره ای نقش کلیدی در اکتشافات نفت و گاز بازی می کند. مطالعات تحت الارضی مربوط به اکتشافات نفت و گاز و مدلسازی مخازن هیدروکربنی شکافدار، همواره نیازمند یک سری نقشه های سطحی سنگ شناسی و ساختمانی از منطقه است، که امروزه برای تهیه این نقشه ها، از تصاویر ماهواره ای با توان های تفکیک مکانی و طیفی مختلف استفاده می شود. همچنین، شناسایی و استخراج خطواره ها که به کمک فناوری فضایی انجام می گیرد، یکی از اساسی ترین رهیافتها در پی جویی، اکتشاف و استخراج منابع طبیعی مثل نفت و گاز به شمار می رود. مدل رقومی ارتفاع (DEM) و مشتقات آن نیز، در مطالعه مورفولوژی، ساختاری و آنالیزهای مورفومتری از تاقدیس های مظنون به ذخایر نفت و گاز سودمند است.
سودمندترین نشانه های قابل تشخیص در داده های فضایی برای مطالعات نفت و گاز، عبارتند از:
سیستم های شکستگی (عمدتا خطواره ها) و ساختارهای تاقدیسی و چین – گسلی که می توانند در مهاجرت نفت و گاز به سطح موثر باشند و آن را کنترل کنند.
کارایی دیگر داده های ماهواره ای در مطالعات مرتبط با نفت و گاز موارد زیر را می توان بر شمرد:
پایش و کنترل موقعیت لوله های نفتی و شکستگی های احتمالی ( تراوش های نفتی)
کنترل آسیبهای محیط زیست ناشی از حفاری های نفت و گاز و غیره
پایش و کنترل بازیافت نفت از نواحی طبیعی بعد از اندک زمانی که تولید دیده نمی شود.
اکتشاف به کمک زمین شناسی
زمین شناسی به ما می آموزد که آیا شکل و وضع لایه های زیر زمینی در محل مورد نظر برای تشکیل نفتگیر مناسب است یا خیر. در صورتیکه مناسب تشخیص داده شد، به جستجوی مخازن زیرزمینی نفت پرداخته می شود.
از این بعد مبنای کار ، تهیه نقشه ای از لایه های زیرزمینی است. بدین ترتیب که ابتدا عکسهای هوایی گرفته می شود و سپس عکسهای هوایی تهیه شده ، بوسیله دوربین مخصوصی به نام استروسکوپ برجسته نشان داده می شود. بدین ترتیب ، وضع برآمدگیها و حتی نوع لایه ها و عمق و زوایای آن تشخیص داده می شود. از روی خصوصیات عکسها ، نقشه زمین شناسی تهیه می گردد.
1-دو تئوری پیدایش نفت راتوضیح دهید؟ 2-پنج عامل پیدایش نفت چیست؟ 3-نحوه تشکیل نفت درلایه های رسوبی را توضیح دهید؟ 4-نفتگیر چیست؟وانواع آن را نام ببرید؟ 5-کاربرد عکس های ماهواره ای را مختصرا توضیح دهید؟
Collectors
The End…