ذخاير عظيم مخازن نفتسنگين در كشورمان، ضرورت استحصال آن و مشكلات توليد نفتهاي سنگين، توجه ويژه به روشهاي مناسب براي توليد نفتهاي سنگين را ضروري ميسازد. استفاده از روش (Microbial Enhanced Oil Recovery) MEOR در مخازن نفتهاي سنگين يكي از روشهاي نوين براي افزايش توليد اين گونه مخازن است. فرآيندهاي MEOR به كليه فرآيندهايي اطلاق ميشود كه در آنها با استفاده از تواناييهاي ميكروارگانيسمهاي بومي موجود در مخازن و تحريك آنها از طريق تزريق مواد مغذي براي افزايش فعاليتهاي ميكروبي و يا با استفاده از ميكروارگانيسمهاي خاص تزريق شده كه قادر به تحمل شرايط ويژه مخازن باشند همراه با مواد مغذي موردنياز به داخل مخزن به صورت مستقيم و يا غيرمستقيم از طريق توليد و استفاده از محصولات بيولوژيكي ويژه بازدهي مخزن در توليد محصولات نفتي افزايش مييابد. امكانسنجي بكارگيري اين روش در مخازن نفت سنگين كشورمان موضوع اين مقاله است.
بعد از توليد اوليه مخزن مقدار زيادي از حجم نفت در مخزن باقي ميماند و با انرژي طبيعي مخزن تخليه نميشود. در خلال توليد نفت تزريق آب و گاز اغلب براي بازيافت ثانويه نفت استفاده ميشود. اما با اين وجود پس از توليد نفت اوليه و ثانويه بيش از 50 درصد از نفت موجود در مخزن باقي ميماند.
نظريه استفاده از ميكروارگانيسمها براي ازدياد برداشت نفت از سال 1913 مطرح شد. جي.بي.ديوس براي اولين بار در باره استفاده از ميكروبها در صنعت نفت در كتابش به نام ميكروبيولوژي نفت اشاره كرد. سپس در سال 1926 يك دانشمند انگليسي به نام بكهام تئوري وجود يك جريان تازه را بيان كرد كه پس از خروج گاز محلول در نفت با تزريق ميكروبها و رشد ميكروارگانيسمها پديدار ميشود. در سال 1950 صنعت نفت از ميكروارگانيسمها جهت حذف آب زائد توليدي پالايشگاهها و واحدهاي نفتي استفاده كرد. در سال 1990 صدها پروژه در هزاران چاه در مخازن نفتي دنيا به اجرا درآمد و چندين مقاله در اين زمينه در انجمن مهندسي نفت SPE)) منتشر شد.
باكتريهايي كه به صورت طبيعي در مخازن نفتي وجود دارند و آنگونه از باكتريها كه همراه با آب تزريقي در مخزن تزريق ميشوند، مواد مغذي و ميكروارگانيسمها در داخل مخزن رشد كرده و ميكروارگانيسمها مواد مغذي موجود را به عنوان منبع غذايي خود جذب كرده سپس محصولاتي از قبيل الكلها، گازها، پليمرها و مواد كاهنده كشش سطحي (Surfactant) كه همگي غيرسمي و طبيعي هستند، توليد ميكنند. اين محصولات جانبي (by-product) با انجام فرآيندهاي متابوليكي سبب ايجاد يك سري تغييرات مطلوب در خواص فيزيكي و شيميايي نفتخام شده و بهبود قابلتوجهي در خواص سنگ مخزن بوجود ميآورند. در نتيجه ميزان دبي توليدي و راندمان جابجايي را افزايش ميدهند.
در مجموع مكانيزمهاي حاكم بر فرايند MEOR را ميتوان به شرح زير دستهبندي كرد:
1- ميكروبها نفت را به اسيدهاي سبك آلي و اسيدهاي چرب اكسيد كرده و اسيدها، سنگهاي كربناتي و مواد معدني سولفاته را در خود حل كرده و ميزان نفوذپذيري و تخلخل مخزن را بالا ميبرند.
2- گازهاي مختلفي همچون co2 ، H2 ، N2 ، CH4 از بتا اكسيده شدن اسيد چرب و حل شدن در سيالات مخزن توليدشده كه راندمان جابجايي را افزايش ميدهند و تا حدودي افت فشار مخزن را جبران ميكنند.
3- خواص تر شوندگي سيستم تغيير ميكند اين امر باعث ميشود هيدروكربنهاي به دام افتاده در حفرههاي مخزن در اثر تغيير نيروي مويينگي رها شوند.
هم اكنون فرايند MEOR در آمريكا، كانادا، مكزيك، چين، استراليا، روسيه، روماني، ونزوئلا، ترينيداد، لهستان، بلغارستان و بسياري از كشورها استفاده ميشود.
تغييرات در نفتخام
گازهايي كه بوسيله ميكروارگانيسمها ايجاد ميشوند به سرعت درون نفتخام محلول شده و مكانيسم رانش گاز محلول را فعال ميسازند.
گازها، حلالها و اسيدهاي چرب سبب كاهش در ويسكوزيته و نقطه ريزش نفتخام ميشود و API (يا چگالي ويژه نفت) را افزايش ميدهد. اين تغييرات باعث روانترشدن جريان نفت ميشوند.
جدول زير يك نمونه عملي از بكارگيري ميكروارگانيسمها را قبل و بعد از فعاليت آنزيمها در يكي از چاههاي Maracaibo در ونزوئلا نمايش ميدهد:
بعد از توليد اوليه مخزن مقدار زيادي از حجم نفت در مخزن باقي ميماند و با انرژي طبيعي مخزن تخليه نميشود. در خلال توليد نفت تزريق آب و گاز اغلب براي بازيافت ثانويه نفت استفاده ميشود. اما با اين وجود پس از توليد نفت اوليه و ثانويه بيش از 50 درصد از نفت موجود در مخزن باقي ميماند.
نظريه استفاده از ميكروارگانيسمها براي ازدياد برداشت نفت از سال 1913 مطرح شد. جي.بي.ديوس براي اولين بار در باره استفاده از ميكروبها در صنعت نفت در كتابش به نام ميكروبيولوژي نفت اشاره كرد. سپس در سال 1926 يك دانشمند انگليسي به نام بكهام تئوري وجود يك جريان تازه را بيان كرد كه پس از خروج گاز محلول در نفت با تزريق ميكروبها و رشد ميكروارگانيسمها پديدار ميشود. در سال 1950 صنعت نفت از ميكروارگانيسمها جهت حذف آب زائد توليدي پالايشگاهها و واحدهاي نفتي استفاده كرد. در سال 1990 صدها پروژه در هزاران چاه در مخازن نفتي دنيا به اجرا درآمد و چندين مقاله در اين زمينه در انجمن مهندسي نفت SPE)) منتشر شد.
باكتريهايي كه به صورت طبيعي در مخازن نفتي وجود دارند و آنگونه از باكتريها كه همراه با آب تزريقي در مخزن تزريق ميشوند، مواد مغذي و ميكروارگانيسمها در داخل مخزن رشد كرده و ميكروارگانيسمها مواد مغذي موجود را به عنوان منبع غذايي خود جذب كرده سپس محصولاتي از قبيل الكلها، گازها، پليمرها و مواد كاهنده كشش سطحي (Surfactant) كه همگي غيرسمي و طبيعي هستند، توليد ميكنند. اين محصولات جانبي (by-product) با انجام فرآيندهاي متابوليكي سبب ايجاد يك سري تغييرات مطلوب در خواص فيزيكي و شيميايي نفتخام شده و بهبود قابلتوجهي در خواص سنگ مخزن بوجود ميآورند. در نتيجه ميزان دبي توليدي و راندمان جابجايي را افزايش ميدهند.
در مجموع مكانيزمهاي حاكم بر فرايند MEOR را ميتوان به شرح زير دستهبندي كرد:
1- ميكروبها نفت را به اسيدهاي سبك آلي و اسيدهاي چرب اكسيد كرده و اسيدها، سنگهاي كربناتي و مواد معدني سولفاته را در خود حل كرده و ميزان نفوذپذيري و تخلخل مخزن را بالا ميبرند.
2- گازهاي مختلفي همچون co2 ، H2 ، N2 ، CH4 از بتا اكسيده شدن اسيد چرب و حل شدن در سيالات مخزن توليدشده كه راندمان جابجايي را افزايش ميدهند و تا حدودي افت فشار مخزن را جبران ميكنند.
3- خواص تر شوندگي سيستم تغيير ميكند اين امر باعث ميشود هيدروكربنهاي به دام افتاده در حفرههاي مخزن در اثر تغيير نيروي مويينگي رها شوند.
هم اكنون فرايند MEOR در آمريكا، كانادا، مكزيك، چين، استراليا، روسيه، روماني، ونزوئلا، ترينيداد، لهستان، بلغارستان و بسياري از كشورها استفاده ميشود.
تغييرات در نفتخام
گازهايي كه بوسيله ميكروارگانيسمها ايجاد ميشوند به سرعت درون نفتخام محلول شده و مكانيسم رانش گاز محلول را فعال ميسازند.
گازها، حلالها و اسيدهاي چرب سبب كاهش در ويسكوزيته و نقطه ريزش نفتخام ميشود و API (يا چگالي ويژه نفت) را افزايش ميدهد. اين تغييرات باعث روانترشدن جريان نفت ميشوند.
جدول زير يك نمونه عملي از بكارگيري ميكروارگانيسمها را قبل و بعد از فعاليت آنزيمها در يكي از چاههاي Maracaibo در ونزوئلا نمايش ميدهد:
بعد از فعاليت باكتريها | قبل از فعاليت باكتري ها | |