امكان‌سنجي استفاده از ميكروارگانيسم‌ها در مخازن نفت سنگين ايران ازدياد برداشت ميكروبي

hmdjml

مدیر تالار مهندسی نفت
مدیر تالار
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 فعاليت باكتري‌ها
قبل از فعاليت باكتري ها

CPS ويسكوزيته
API
CPS ويسكوزيته
API
نوع نفت
200
25
295
20
نفت خام متوسط
1200
20
1400
17
نفت خام متوسط
2400
19
9300
12
نفت سنگين
7500
18
25600
11
نفت سنگين

بعضي از ميكروارگانيسم‌ها سولفات‌خوار هستند و فعاليت SRB را (كه بطور طبيعي در مخازن بوجود مي‌آيد و سبب خوردگي در قسمت‌هاي فلزي و توليد گاز سولفيد هيدروژن مي‌شوند، متعاقب آن سولفيد هيدروژن نيز با آهن تركيب گشته و سبب توليد رسوب سولفيد آهن مي‌گردد) كاهش مي‌دهند.
تغييرات در سنگ مخزن
مواد كاهنده كشش سطحي، حلال‌ها و اسيدها باعث تميزسازي خلل و فرج از واكس‌هاي پارافيني و رسوبات سنگين نفتي شده و در نتيجه سبب بهبود تخلخل و نفوذپذيري مي‌شوند.
پليمرهاي بيولوژيكي و توده سلولي منجر به كنترل حركت از طريق مسدودكردن مناطق با نفوذپذيري بالا شده و راندمان جاروبي را بالا مي‌برند.
اسيدها، حلال‌ها، الكلها و مواد كاهنده كشش سطحي اثرات فلزي را از گلوگاه‌هاي خلل و فرج سنگ خارج كرده و به افزايش تخلخل و نفوذپذيري سنگ كمك مي‌كنند.
اثرات تركيبي
محصولات جانبي كاهنده كشش سطحي، حلال‌ها و اسيدها كشش سطحي بين نفت/سنگ و نفت/آب را كاهش داده و جريان نفت را روانتر مي‌كنند.
محصولات جانبي كاهنده كشش سطحي سبب افزايش ترشوندگي سنگ به سمت سيستم آب دوست (water wet) شده كه اين امر كشش مويينگي بين نفت آب و سنگ را كاهش داده و سبب آزادسازي نفت محبوس شده در حفره‌ها مي‌شود.
ميكروارگانيسم‌ها مي‌توانند فضاهايي را در ميان خلل و فرج تصاحب كنند كه مواد ديگر در بازيافت ثانويه (آب، بخار يا يك عامل شيميايي ديگر) نمي‌توانند اشغال كنند. اين به فشار تزريق براي جابجايي در سنگ مخزن بستگي دارد.
تحرك‌پذيري نفت به صورت نسبت نفوذپذيري به ويسكوزيته نفت تعريف مي‌شود. مقدار بزرگتر اين كسر به معني افزايش تحرك‌پذيري نفت است. با MEOR هم نفوذپذيري افزايش مي‌يابد و هم ويسكوزيته كاهش مي‌يابد.
همان‌طور كه در صنعت مشهور است با روش‌هاي اوليه ازدياد برداشت مقدار 30-35 درصد نفت اوليه درجاي مخزن قابل برداشت است. روش‌هاي ثانويه ازدياد برداشت و نيز روش‌هاي ثالثيه كه در اكثر موارد هزينه‌هاي هنگفتي را شامل مي‌شوند مي‌توانند مقدار 25-15 درصد ديگر نفت اوليه درجاي مخزن را تخليه كنند يعني 50-55 درصد و حتي 60 درصد نفت. با اعمال اين روش‌ها حدود نيمي از نفت اوليه درجاي مخزن قابل برداشت است.
روش MEOR مي‌توانند بيشتر از 80-85 درصد نفت اوليه درجاي مخزن را تخليه كند كه با درنظر گرفتن اين نكته كه دبي توليدي بالاتر و طول عمر بيشتر مخزن را نيز درپي دارند.
معيارهاي گزينش مخازن براي انجام فرايند ازدياد برداشت ميكروبي
درجه حرارت بين 150 تا 240 درجه فارنهايت
فشار: كمتر از psi 20000
تخلخل سنگ: در حدي باشد كه ميكروارگانيسم‌ها بتوانند از بين آن‌ها عبور كنند
درصد آب و رسوبات: كمتر از 60 درصد
نوع هيدروكربن‌هاي مخزني و ناخالصي‌هاي غيرآلي: در تعيين نوع مواد مغذي مورد استفاده براي رشد و نمو ميكروارگانيسم‌ها تاثيرگذار مي‌باشد.
پروژه‌هايي كه در مخازن ماسه و كربناته به اجرا درآمده‌اند نشان مي‌دهند كه نوع سنگ فاكتور تعيين‌كننده در افزايش دبي بازيابي يا افزايش بازيابي كل نيست.
MEOR در يك چاه، سيستم چند حلقه چاه، كل مخزن، چاه‌هاي با سيستم فراز‌آوري گاز، چاه‌هاي مجهز به پمپ درون‌چاهي و چاه‌هاي تزريق گاز قابل كاربرد است.
- جهت حصول اطمينان از كسب بهترين نتايج ممكن ا زيك فرآيند MEOR، شرايط زير بايد مورد توجه قرار گيرند:
- تجزيه آزمايشگاهي نفت‌خام جهت تعيين خصوصيات فيزيكي، ترموديناميكي و زمين‌شناسي مخزن
- مطالعه مهندسي مخزن
- انتخاب سازگارترين گونه‌هاي ميكروبي منطبق با شرايط فيزيكي و شيميايي مخزن
- مطالعه چگونگي تزريق گونه‌هاي ميكروبي در مخزن و عملياتي كردن آن
گرچه فرآيند MEOR قابل كاربرد در هر چاه يا مخزني است اما بايد به اين نكته توجه شود كه بهترين چاه‌هايي مي‌توانند كانديد مناسبي جهتا ين فرآيند باشند كه حدود دما و فشار در آن‌ها رعايت گردد. همچنين تاريخچه توليد چاه يا مخزن و شرايط مكانيكي چاه جهت اين فرآيند درنظر گرفته شود.
عملكرد نتايج
- از سال 1993 شركت هايي به نام Atech، Micro-Bac و Microbes ميكروارگانيسم‌ها و محصولات بيولوژيكي خود را در بيش از 2500 چاه در درياچه Maracaibo ونزوئلا و 1000 حلقه چاه در آمريكا تزريق كرده‌اند.
- عمليات تزريق مي‌توانند از طريق لوله مغزي، از طريق دااليز، از طريق يك چاه تزريقي و در اكثر موارد نيز از طريق وسائل نصب شده موجود صورت پذيرد.
- بعد از تزريق، جهت حصول اطمينان از كسب حداكثر بازدهي و پراكنده شدن ميكروارگانيسم‌ها در سطح وسيعي از مخزن، چاه به‌مدت 7 الي 9 روز بسته مي‌شود.
- 86 درصد از چاه‌هايي كه مورد عمليات تزريقي قرار گرفته‌اند يك افزايش قابل ملاحظه‌اي در دبي توليدي و كاهش ميزان توليد آب را همراه داشته‌اند. از حداكثر 80 درصد تا حداقل 30 درصد افزايش در ميزان توليد و حدودا بازيابي كل به ميزان 80 درصد حجم نفت اوليه درجا.
- محصولات بيولوژيكي اين شركت‌ها داراي قابليت‌هاي مختلفي مانند افزايش توليد نفت، كاهش هزينه‌هاي عملياتي، كنترل مشكل رسوب پارافين، كاهش گرانروي، ممانعت از رسوب‌دهي و خوردگي را دارا مي‌باشد.
برآورد اقتصادي
- هزينه اوليه اجرايي اين فرآيند بطور قابل‌ملاحظه‌اي از فرآيند سيلابزني آب و ساير فرآيند‌هاي تزريق ديگر همچون تزريق نفت با بخار داغ، تزريق يك ماده شيميايي كمتر است و تنها كسري از هزينه‌هاي عمليات‌هاي متداول شكاف هيدروليكي يا شكاف به وسيله اسيد است.
-هزينه‌هاي Follow-up اين فرآيند در حد صفر يا مينيمم مي‌باشد.
- از آنجايي كه اين فرآيند هم دبي توليدي و هم طول عمر چاه يا مخزن را افزايش مي‌دهد درآمدي كه از اين طريق عايد مي‌گردد به مراتب بيشتر از درآمدي خواهد بود كه از طريق روش‌هاي بازيابي ثانويه بدست مي‌‌آيد.
- به كرات مشاهده شده كه وقتي اين فرآيند در يك چاه اعمال مي‌گردد اثر عملكرد آن در چاه‌هاي مجاور و حتي در كل مخزن ديده مي‌شود.
جمع‌بندي
پيش‌بيني مي‌شود، طي سال‌هاي آينده مجموع توليد روزانه نفت در مناطق خشكي و دريايي ايران به ميزان قابل‌توجهي كاهش يابد. طبق بررسي‌هاي انجام‌شده متوسط سرعت كاهش توليد طبيعي از مخازن مناطق خشكي معادل 9 تا 11 درصد در سال است يعني براي حفظ سطح توليد فعلي سالانه معادل 9 تا 11 درصد به تعداد چاه‌هاي توليد نفت افزوده شود كه هزينه بسيار زيادي را مي‌طلبد.
توصيه مي‌شود از هم اكنون مطالعه و برنامه‌ريزي مناسب براي دستيابي به ذخاير جديد و آشنايي با فناوري‌هاي پيشرفته انجام شود تا در زمان مقتضي‌ از آن‌ها استفاده كرد.
 
بالا