امکان‌سنجی استفاده از میکروارگانیسم‌ها در مخازن نفت سنگین ایران

امکان‌سنجی استفاده از میکروارگانیسم‌ها در مخازن نفت سنگین ایران ازدیاد برداشت میکروبی محمدرضا عادل‌زاده

ذخایر عظیم مخازن نفت‌سنگین در کشورمان، ضرورت استحصال آن و مشکلات تولید نفت‌های سنگین، توجه ویژه به روش‌های مناسب برای تولید نفت‌های سنگین را ضروری می‌سازد. استفاده از روش

(Microbial Enhanced Oil Recovery) MEOR در مخازن نفت‌های سنگین یکی از روش‌های نوین برای افزایش تولید این گونه مخازن است. فرآیند‌های MEOR به کلیه فرآیند‌هایی اطلاق می‌شود که در آن‌ها با استفاده از توانایی‌های میکروارگانیسم‌های بومی موجود در مخازن و تحریک آن‌ها از طریق تزریق مواد مغذی برای افزایش فعالیت‌های میکروبی و یا با استفاده از میکروارگانیسم‌های خاص تزریق شده که قادر به تحمل شرایط ویژه مخازن باشند همراه با مواد مغذی موردنیاز به داخل مخزن به صورت مستقیم و یا غیرمستقیم از طریق تولید و استفاده از محصولات بیولوژیکی ویژه بازدهی مخزن در تولید محصولات نفتی افزایش می‌یابد. امکان‌سنجی بکارگیری این روش در مخازن نفت سنگین کشورمان موضوع این مقاله است.

بعد از تولید اولیه مخزن مقدار زیادی از حجم نفت در مخزن باقی می‌ماند و با انرژی طبیعی مخزن تخلیه نمی‌شود. در خلال تولید نفت تزریق آب و گاز اغلب برای بازیافت ثانویه نفت استفاده می‌شود. اما با این وجود پس از تولید نفت اولیه و ثانویه بیش از 50 درصد از نفت موجود در مخزن باقی می‌ماند

.

نظریه استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای ازدیاد برداشت نفت از سال 1913 مطرح ‌شد. جی.بی.دیوس برای اولین بار در باره استفاده از میکروب‌ها در صنعت نفت در کتابش به نام میکروبیولوژی نفت اشاره کرد. سپس در سال 1926 یک دانشمند انگلیسی به نام بکهام تئوری وجود یک جریان تازه را بیان کرد که پس از خروج گاز محلول در نفت با تزریق میکروب‌ها و رشد میکروارگانیسم‌ها پدیدار می‌شود. در سال 1950 صنعت نفت از میکروارگانیسم‌ها جهت حذف آب زائد تولیدی پالایشگاه‌ها و واحد‌های نفتی استفاده کرد. در سال 1990 صدها پروژه در هزاران چاه در مخازن نفتی دنیا به اجرا درآمد و چندین مقاله در این زمینه در انجمن مهندسی نفت

SPE)) منتشر شد.

باکتری‌هایی که به صورت طبیعی در مخازن نفتی وجود دارند و آن‌گونه از باکتری‌ها که همراه با آب تزریقی در مخزن تزریق می‌شوند، مواد مغذی و میکروارگانیسم‌ها در داخل مخزن رشد کرده و میکروارگانیسم‌ها مواد مغذی موجود را به عنوان منبع غذایی خود جذب کرده سپس محصولاتی از قبیل الکل‌ها، گازها، پلیمر‌ها و مواد کاهنده کشش سطحی

(Surfactant) که همگی غیرسمی و طبیعی هستند، تولید می‌کنند. این محصولات جانبی (by-product) با انجام فرآیند‌های متابولیکی سبب ایجاد یک سری تغییرات مطلوب در خواص فیزیکی و شیمیایی نفت‌خام شده و بهبود قابل‌توجهی در خواص سنگ مخزن بوجود می‌آورند. در نتیجه میزان دبی تولیدی و راندمان جابجایی را افزایش می‌دهند. 

MEOR را می‌توان به شرح زیر دسته‌بندی کرد:میکروب‌ها نفت را به اسید‌های سبک آلی و اسید‌های چرب اکسید کرده و اسیدها، سنگ‌های کربناتی و مواد معدنی سولفاته را در خود حل کرده و میزان نفوذپذیری و تخلخل مخزن را بالا می‌برند.گازهای مختلفی همچون co2 ، H2 ، N2 ، CH4 از بتا اکسیده شدن اسید چرب و حل شدن در سیالات مخزن تولید‌شده که راندمان جابجایی را افزایش می‌دهند و تا حدودی افت فشار مخزن را جبران می‌کنند.خواص تر شوندگی سیستم تغییر می‌کند این امر باعث می‌شود هیدروکربن‌های به دام افتاده در حفره‌های مخزن در اثر تغییر نیروی مویینگی رها شوند.

هم اکنون فرایند

MEOR در آمریکا، کانادا، مکزیک، چین، استرالیا، روسیه، رومانی، ونزوئلا، ترینیداد، لهستان، بلغارستان و بسیاری از کشورها استفاده می‌شود.

تغییرات در نفت‌خام

.

گازها، حلا‌ل‌ها و اسیدهای چرب سبب کاهش در ویسکوزیته و نقطه ریزش نفت‌خام می‌شود و

API (یا چگالی ویژه نفت) را افزایش می‌دهد. این تغییرات باعث روانتر‌شدن جریان نفت می‌شوند.

جدول زیر یک نمونه عملی از بکارگیری میکروارگانیسم‌ها را قبل و بعد از فعالیت آنزیم‌ها در یکی از چاه‌های

Maracaibo در ونزوئلا نمایش می‌دهد:

بعد از فعالیت باکتری‌ها		قبل از فعالیت باکتری ها
CPS ویسکوزیته	API	CPS ویسکوزیته	API	نوع نفت
200	25	295	20	نفت خام متوسط
1200	20	1400	17	نفت خام متوسط
2400	19	9300	12	نفت سنگین
7500	18	25600	11	نفت سنگین

بعضی از میکروارگانیسم‌ها سولفات‌خوار هستند و فعالیت

SRB را (که بطور طبیعی در مخازن بوجود می‌آید و سبب خوردگی در قسمت‌های فلزی و تولید گاز سولفید هیدروژن می‌شوند، متعاقب آن سولفید هیدروژن نیز با آهن ترکیب گشته و سبب تولید رسوب سولفید آهن می‌گردد) کاهش می‌دهند.

تغییرات در سنگ مخزن

.

پلیمرهای بیولوژیکی و توده سلولی منجر به کنترل حرکت از طریق مسدودکردن مناطق با نفوذپذیری بالا شده و راندمان جاروبی را بالا می‌برند

.

اسیدها، حلال‌ها، الکلها و مواد کاهنده کشش سطحی اثرات فلزی را از گلوگاه‌های خلل و فرج سنگ خارج کرده و به افزایش تخلخل و نفوذپذیری سنگ کمک می‌کنند

.

اثرات ترکیبی

.

محصولات جانبی کاهنده کشش سطحی سبب افزایش ترشوندگی سنگ به سمت سیستم آب دوست

(water wet) شده که این امر کشش مویینگی بین نفت آب و سنگ را کاهش داده و سبب آزادسازی نفت محبوس شده در حفره‌ها می‌شود.

میکروارگانیسم‌ها می‌توانند فضاهایی را در میان خلل و فرج تصاحب کنند که مواد دیگر در بازیافت ثانویه (آب، بخار یا یک عامل شیمیایی دیگر) نمی‌توانند اشغال کنند. این به فشار تزریق برای جابجایی در سنگ مخزن بستگی دارد

.

تحرک‌پذیری نفت به صورت نسبت نفوذپذیری به ویسکوزیته نفت تعریف می‌شود. مقدار بزرگتر این کسر به معنی افزایش تحرک‌پذیری نفت است. با

MEOR هم نفوذپذیری افزایش می‌یابد و هم ویسکوزیته کاهش می‌یابد.

همان‌طور که در صنعت مشهور است با روش‌های اولیه ازدیاد برداشت مقدار 30-35 درصد نفت اولیه درجای مخزن قابل برداشت است. روش‌های ثانویه ازدیاد برداشت و نیز روش‌های ثالثیه که در اکثر موارد هزینه‌های هنگفتی را شامل می‌شوند می‌توانند مقدار 25-15 درصد دیگر نفت اولیه درجای مخزن را تخلیه کنند یعنی 50-55 درصد و حتی 60 درصد نفت. با اعمال این روش‌ها حدود نیمی از نفت اولیه درجای مخزن قابل برداشت است

.

روش

MEOR می‌توانند بیشتر از 80-85 درصد نفت اولیه درجای مخزن را تخلیه کند که با درنظر گرفتن این نکته که دبی تولیدی بالاتر و طول عمر بیشتر مخزن را نیز درپی دارند.

معیارهای گزینش مخازن برای انجام فرایند ازدیاد برداشت میکروبی

psi 20000

تخلخل سنگ: در حدی باشد که میکروارگانیسم‌ها بتوانند از بین آن‌ها عبور کنند

درصد آب و رسوبات: کمتر از 60 درصد

نوع هیدروکربن‌های مخزنی و ناخالصی‌های غیرآلی: در تعیین نوع مواد مغذی مورد استفاده برای رشد و نمو میکروارگانیسم‌ها تاثیرگذار می‌باشد

.

پروژه‌هایی که در مخازن ماسه و کربناته به اجرا درآمده‌اند نشان می‌دهند که نوع سنگ فاکتور تعیین‌کننده در افزایش دبی بازیابی یا افزایش بازیابی کل نیست

MEOR

-

-

.در یک چاه، سیستم چند حلقه چاه، کل مخزن، چاه‌های با سیستم فراز‌آوری گاز، چاه‌های مجهز به پمپ درون‌چاهی و چاه‌های تزریق گاز قابل کاربرد است.جهت حصول اطمینان از کسب بهترین نتایج ممکن ا زیک فرآیند MEOR، شرایط زیر باید مورد توجه قرار گیرند:تجزیه آزمایشگاهی نفت‌خام جهت تعیین خصوصیات فیزیکی، ترمودینامیکی و زمین‌شناسی مخزن

-

مطالعه مهندسی مخزن

-

انتخاب سازگارترین گونه‌های میکروبی منطبق با شرایط فیزیکی و شیمیایی مخزن

-

گرچه فرآیند

مطالعه چگونگی تزریق گونه‌های میکروبی در مخزن و عملیاتی کردن آن MEOR قابل کاربرد در هر چاه یا مخزنی است اما باید به این نکته توجه شود که بهترین چاه‌هایی می‌توانند کاندید مناسبی جهتا ین فرآیند باشند که حدود دما و فشار در آن‌ها رعایت گردد. همچنین تاریخچه تولید چاه یا مخزن و شرایط مکانیکی چاه جهت این فرآیند درنظر گرفته شود.

عملکرد نتایج

-

-

-

- 86

-

از سال 1993 شرکت هایی به نام Atech، Micro-Bac و Microbes میکروارگانیسم‌ها و محصولات بیولوژیکی خود را در بیش از 2500 چاه در دریاچه Maracaibo ونزوئلا و 1000 حلقه چاه در آمریکا تزریق کرده‌اند.عملیات تزریق می‌توانند از طریق لوله مغزی، از طریق داالیز، از طریق یک چاه تزریقی و در اکثر موارد نیز از طریق وسائل نصب شده موجود صورت پذیرد.بعد از تزریق، جهت حصول اطمینان از کسب حداکثر بازدهی و پراکنده شدن میکروارگانیسم‌ها در سطح وسیعی از مخزن، چاه به‌مدت 7 الی 9 روز بسته می‌شود.درصد از چاه‌هایی که مورد عملیات تزریقی قرار گرفته‌اند یک افزایش قابل ملاحظه‌ای در دبی تولیدی و کاهش میزان تولید آب را همراه داشته‌اند. از حداکثر 80 درصد تا حداقل 30 درصد افزایش در میزان تولید و حدودا بازیابی کل به میزان 80 درصد حجم نفت اولیه درجا.محصولات بیولوژیکی این شرکت‌ها دارای قابلیت‌های مختلفی مانند افزایش تولید نفت، کاهش هزینه‌های عملیاتی، کنترل مشکل رسوب پارافین، کاهش گرانروی، ممانعت از رسوب‌دهی و خوردگی را دارا می‌باشد.

برآورد اقتصادی

-

-

-

-

هزینه اولیه اجرایی این فرآیند بطور قابل‌ملاحظه‌ای از فرآیند سیلابزنی آب و سایر فرآیند‌های تزریق دیگر همچون تزریق نفت با بخار داغ، تزریق یک ماده شیمیایی کمتر است و تنها کسری از هزینه‌های عملیات‌های متداول شکاف هیدرولیکی یا شکاف به وسیله اسید است.هزینه‌های Follow-up این فرآیند در حد صفر یا مینیمم می‌باشد.از آنجایی که این فرآیند هم دبی تولیدی و هم طول عمر چاه یا مخزن را افزایش می‌دهد درآمدی که از این طریق عاید می‌گردد به مراتب بیشتر از درآمدی خواهد بود که از طریق روش‌های بازیابی ثانویه بدست می‌‌آید.به کرات مشاهده شده که وقتی این فرآیند در یک چاه اعمال می‌گردد اثر عملکرد آن در چاه‌های مجاور و حتی در کل مخزن دیده می‌شود.

جمع‌بندی

.

توصیه می‌شود از هم اکنون مطالعه و برنامه‌ریزی مناسب برای دستیابی به ذخایر جدید و آشنایی با فناوری‌های پیشرفته انجام شود تا در زمان مقتضی‌ از آن‌ها استفاده کرد

.

پیش‌بینی می‌شود، طی سال‌های آینده مجموع تولید روزانه نفت در مناطق خشکی و دریایی ایران به میزان قابل‌توجهی کاهش یابد. طبق بررسی‌های انجام‌شده متوسط سرعت کاهش تولید طبیعی از مخازن مناطق خشکی معادل 9 تا 11 درصد در سال است یعنی برای حفظ سطح تولید فعلی سالانه معادل 9 تا 11 درصد به تعداد چاه‌های تولید نفت افزوده شود که هزینه بسیار زیادی را می‌طلبد

درجه حرارت بین 150 تا 240 درجه فارنهایت

فشار: کمتر از

محصولات جانبی کاهنده کشش سطحی، حلال‌ها و اسیدها کشش سطحی بین نفت/سنگ و نفت/آب را کاهش داده و جریان نفت را روانتر می‌کنند

مواد کاهنده کشش سطحی، حلال‌ها و اسیدها باعث تمیزسازی خلل و فرج از واکس‌های پارافینی و رسوبات سنگین نفتی شده و در نتیجه سبب بهبود تخلخل و نفوذپذیری می‌شوند

گازهایی که بوسیله میکروارگانیسم‌ها ایجاد می‌شوند به سرعت درون نفت‌خام محلول شده و مکانیسم رانش گاز محلول را فعال می‌سازند

در مجموع مکانیزم‌های حاکم بر فرایند

1-

2-

3-