۷ مرحله استخراج نفت

استخراج نفت با توجه به زمین شناسی و مکان با استفاده از روش های مختلف انجام می شود. پس از بازیابی، نفت به پالایشگاه ها فرستاده می شود تا محصولات تصفیه شده ای را که ما هر روز استفاده می کنیم، مانند بنزین تولید کنند. در این مقاله به کمک تیم تحلیلی بازار نفت و گاز به چگونگی استخراج نفت می پردازیم.

اولین تلاش ها برای بهره برداری از منابع ماسه های نفتی در اواسط قرن بیستم با استفاده از آب داغ برای جداسازی قیر از ماسه آغاز شد. از آن زمان این فرآیند به روش های پیچیده ای که امروزه برای تولید نفت استفاده می کنیم، تبدیل شده است.

نفت چگونه استخراج می شود؟

نفت با استفاده از روش های مختلف، عمدتاً بسته به زمین شناسی، بازیافت (استخراج) می شود. نفت معمولی از مخازن زیرزمینی با استفاده از روش‌های سنتی حفاری و پمپاژ استخراج می‌شود. روغن معمولی مایعی در دما و فشار اتمسفر است، بنابراین می‌تواند از طریق چاه و خط لوله جریان یابد. بازیابی نفت معمولی آسان تر و کم هزینه تر است و پس از تولید نیاز به پردازش کمتری دارد. توسعه نفت متعارف هم زمینی و هم در فراساحل است.

نفتی ارزش استخراج را دارد معمولاً در لایه‌های سنگ‌های نفوذپذیر توسط لایه‌های دیگر سنگ‌های غیرقابل نفوذ به دام افتاده است، اما اخیراً ذخایر گاز و نفت از شیل بازیابی می‌شود که سنگی غیرقابل نفوذ است اما متخلخل است به این معنا که فضاهایی وجود دارد. منافذ در ساختار آن که مایعات و گازها را می توان در آن به دام انداخت.

نفت با عنوان سبک، متوسط، سنگین یا فوق سنگین طبقه بندی می شود. نفت سبک و متوسط ​​می تواند به طور طبیعی به سطح زمین جریان یابد و به طور کلی با استفاده از حفاری عمودی و پمپاژ از زمین استخراج می شود . “روغن سفت سبک” را می توان با استفاده از حفاری افقی و شکستگی هیدرولیک بازیابی کرد. روغن سنگین دارای قوام غلیظی است که به راحتی جریان نمی یابد و اغلب برای استخراج به فناوری پیشرفته نیاز دارد.

نفت غیر متعارف را نمی توان با استفاده از روش های مرسوم حفاری و پمپاژ بازیافت کرد. تکنیک‌های استخراج پیشرفته، مانند استخراج شن‌های نفتی و توسعه درجا، برای بازیابی نفت سنگین‌تر که به خودی خود جریان ندارد، استفاده می‌شود. نفت موجود در سازندهای زمین شناسی که بازیابی آن را دشوارتر می کند، مانند نفت سبک (LTO)، نفت غیر متعارف نیز نامیده می شود زیرا برای تولید oil از مخزن زیرزمینی به تکنیک های غیر سنتی نیاز است.

نفت سبک در سراسر حوضه رسوبی غرب کانادا (WCSB) به علاوه در مرکز و شرق کانادا یافت می شود. LTO در اعماق سطح زمین، عمدتاً در سازندهای سنگی با نفوذپذیری کم از جمله مخازن شیل، ماسه سنگ و گلسنگ یافت می شود. در این نوع تولید نفت از حفاری افقی و شکستگی هیدرولیک استفاده می شود.

استخراج سطحی بازیافت نفت در ماسه های نفتی از دو روش اصلی استفاده می کند: استخراج معدن یا درجا، بسته به اینکه ذخایر ماسه های نفتی چقدر عمیق هستند. معادن سطحی زمانی استفاده می شود که رسوبات ماسه های نفتی در 70 متری سطح زمین قرار داشته باشند.

جدول قیمت نفت

بیست درصد از ذخایر ماسه های نفتی به اندازه کافی به سطح نزدیک هستند که بتوان استخراج کرد. بیل های بزرگ شن و ماسه روغن را در کامیون های حمل بار جمع می کنند و آن را به سنگ شکن ها منتقل می کنند، جایی که توده های بزرگ شکسته می شوند. سپس ماسه نفتی را با آب داغ مخلوط کرده و با خط لوله به کارخانه ای به نام ارتقا دهنده پمپ می شود، جایی که قیر (روغن) از اجزای دیگر مانند ماسه، خاک رس و آب جدا می شود.

مراحل استخراج نفت

1. آماده سازی سایت
2. حفاری
3. سیمان کاری و آزمایش
4. تکمیل چاه
5. فرکینگ 
6. تولید و بازیافت سیالات فراکینگ
7. رهاسازی چاه و بازسازی زمین

7 مرحله استخراج نفت

آماده سازی سایت RIG: زیرساخت های بالای زمینی – بالشتک ها و جاده های دسترسی – ساخته می شوند و زمین را برای مرحله بعدی آماده می کنند: حفاری. از ابتدا تا انتها، همه چیز، از طرح‌های ترافیکی و جاده‌های دسترسی تعیین‌شده گرفته تا موانع صوتی و رویه‌های ایمنی، با دقت برنامه‌ریزی و بر اساس قوانین محلی و ایالتی نظارت می‌شود.

حفاری: ابتدا دکل حفاری به محل آورده می شود – شاید 20 یا 30 بار کامیون – و کنار هم قرار می گیرند. اکنون زمان ایجاد زیرساخت های لازم برای باز کردن قفل نفت و گاز طبیعی است که بیش از یک مایل زیر زمین به دام افتاده است. یک چاه مستقیماً در زمین زیر پد حفر می شود. مرحله اول حفاری چیزی است که به آن سوراخ سطحی می گویند تا عمق 100 فوت زیر عمیق ترین آبخوان شناخته شده.

سپس یک پوشش فولادی در جای خود سیمان می شود تا خطر آلودگی سفره های آب گرانبها وجود نداشته باشد. پس از این، “چاله طولانی” حفر می شود و پس از رسیدن به عمق حدود 1000 فوت بالاتر از منطقه زیرزمینی که در آن نفت و گاز طبیعی به دام افتاده است، سوراخ به طور جهت هدایت می شود تا آن را به صورت افقی و خارج (شاید یکی دو مایل دیگر در فاصله) دنبال کنید.

همان تخت سنگی برای حفظ حفاری چاه در همان فاصله 10 فوتی به مدت دو مایل، مقدار خارق‌العاده‌ای از فناوری مورد نیاز است، اما این فرآیند به چاه اجازه می‌دهد تا به oil و گاز طبیعی در مسافت‌های طولانی‌تری دسترسی داشته باشد تا انرژی مستقیماً زیر لایه چاه. . برخلاف حفاری عمودی، حفاری افقی تأثیر و مقیاس اختلالات زمینی را به حداقل می‌رساند و به حفاری‌ها اجازه می‌دهد تا از یک پد حفاری برای چندین چاه به جای چندین پد که هر یک از آنها یک چاه دارند، استفاده کنند. این پیشرفت‌های فناوری به این معنی است که مکان‌های چاه امروزی از نظر تعداد بسیار کمتر و همچنین کوچکتر از 10 یا 20 سال پیش هستند.

سیمان سازی و آزمایش: پس از رسیدن به فاصله هدف، لوله مته برداشته شده و لوله فولادی به پایین فشار داده می شود. این “پوشش چاه” در جای خود سیمان شده است. آزمایش‌های دقیقی برای اطمینان از نفوذناپذیری لوله قبل از تولید گاز طبیعی یا نفت انجام می‌شود.

تکمیل چاه: قبل از اینکه حفاری‌ها بتوانند از نفت و گاز طبیعی استفاده کنند، معمولاً یک تفنگ سوراخ‌کننده در زمین پایین می‌آید و به لایه سنگی در عمیق‌ترین قسمت چاه شلیک می‌شود و سوراخ‌هایی ایجاد می‌کند که سنگ نگهدارنده نفت و گاز طبیعی و سر چاه را به هم متصل می‌کند.

فرکینگ: اکنون که مرحله اول چاه باز است، زمان باز کردن قفل نفت و گاز طبیعی است که در سنگ به دام افتاده است. با استفاده از ابزارهای تخصصی برای نظارت بر فشار و داده‌های چاه در زمان واقعی، سیال فرکینگ که 99.5 درصد آب و شن و 0.5 درصد مواد شیمیایی است که بسیاری از آنها در محصولات روزمره خانگی یافت می‌شود، با فشار بالا از طریق سوراخ‌های سوراخ‌کننده پمپ می‌شود.

ایجاد شکاف های نازک کاغذ در سنگ شیل، آزاد کردن نفت و گاز طبیعی به دام افتاده در داخل. چرخه های مراحل 4 و 5 تکرار می شوند، به تدریج سوراخ را بالا می برند تا زمانی که تمام طول جانبی سوراخ چاه شکسته شود. این ممکن است 20 یا 30 بار باشد – اما فرآیندی که معمولاً تنها چند روز طول می کشد تا به پایان برسد.

تولید و بازیافت سیالات فرکینگ: پس از اتمام فرکینگ، تولید شروع می شود. نفت و گاز طبیعی از سوراخ چاه جریان می یابد و سیال شکستگی پس از آن بازیافت و بازیافت می شود و در سایر عملیات شکستگی استفاده می شود.

رهاسازی چاه و احیای زمین: وقتی تمام نفت و گاز طبیعی بازیافت شده تولید شد، قانون کلرادو ایجاب می کند که چاه به طور دائم مسدود شود و زمین به حالت قبل از شروع عملیات حفاری بازگردانده شود. سپس می توان از زمین برای فعالیت های دیگر استفاده کرد و هیچ نشانه ای وجود ندارد که زمانی چاهی در آنجا بوده است. تولید انرژی نفت و گاز طبیعی کلرادو کاری است که می توان با خیال راحت انجام داد و در عین حال صدها میلیون دلار به پایه مالیاتی ایالت کمک کرد. 

نحوه تشکیل گاز طبیعی و نفت خام

بیش از 200 هیدروکربن مختلف را می توان در نمونه crude oil شناسایی کرد. آنها در دوره های دور از زمان زمین شناسی، چیزی از 50 تا 500 میلیون سال پیش، از بقایای موجودات زنده تشکیل شده اند. بنابراین، این یک سوخت فسیلی است. مواد سنگی فرسوده شده، از توده های خشکی فرسایش یافته و به دریا منتقل می شوند، در طی میلیون ها سال در حوضه های فرونشسته به صورت لایه ای انباشته می شوند و بقایای مقادیر زیادی از موجودات گیاهی و جانوری دریایی در رسوبات گنجانده می شوند.

به دلیل ضخامت رسوبات، فشارهای زیادی ایجاد شد که احتمالاً در ارتباط با فعالیت بیوشیمیایی، منجر به تشکیل نفت شد. این احتمال وجود دارد که میکروب های بی هوازی محتوای اکسیژن و نیتروژن موجود در ماده زنده را کاهش دهند. حرکات بعدی زمین که باعث بالا آمدن حوضه‌های رسوبی می‌شد، باعث مهاجرت نفت از طریق منافذ سنگ‌ها، گاهی اوقات به مناطق دور از محل تشکیل آن شد. در جریان مهاجرت، مقداری از نفت در تله هایی انباشته شد که در آن سنگ نفوذپذیر با سنگ غیرقابل نفوذ محدود می شد.

انواع اصلی تله‌ها در میادین نفتی که در سراسر جهان یافت می‌شوند عبارتند از:

• تاقدیس (یک برآمدگی در طبقات)
• تله گسلی 
• تله نمکی

تاقدیس جایی است که طبقات مسطح قبلی در اثر حرکات زمین به سمت بالا خم شده اند تا یک قوس تشکیل دهند. در این حالت نفت به سمت بالا در سنگ نفوذ پذیر مهاجرت کرده و توسط سنگ نفوذ ناپذیر پوشاننده به دام افتاده است.

شکل 1 (تاقدیس)

خط گسل خطی است که در امتداد آن طبقات یک طرف جابجا شده اند و دیگر با طبقات طرف دیگر همسو نیستند. لایه ای از سنگ غیرقابل نفوذ نفت را با جلوگیری از مهاجرت بیشتر در لایه سنگ نفوذ پذیر به دام انداخته است.

شکل 2 (تله گسلی)

سنگ نمک، زمانی که در معرض گرما و فشار قرار می‌گیرد، می‌تواند بسیار آهسته به سمت بالا حرکت کند و به زور از لایه‌های سنگی پوشانده عبور کند و به این ترتیب یک گنبد نمکی تشکیل دهد. نفت در لایه سنگ نفوذ پذیر توسط سنگ نفوذ ناپذیر پوشاننده و گنبد نمکی به دام افتاده است.

شکل 3 (تله نمکی)

از آنجایی که نفت مایع و گاز مربوطه به مقدار زیاد در یک ناحیه از سنگ نفوذپذیر گیر می‌افتد، می‌توان به صورت عمودی در این سنگ حفاری کرد و نفت و گاز، تحت فشار، لوله‌ای را به سطح بالا می‌برد. گاز از نفت جدا می شود و سپس گفته می شود که نفت خام تثبیت شده است. سپس گاز و نفت توسط لوله ها یا از طریق زمینی به پالایشگاه یا کشتی (تانکر) منتقل می شود. اگر آنها با کشتی حمل شوند، گاز قبل از پمپ شدن به تانکر مایع می شود.

به طوری که نفتکش ها بتوانند به راحتی گاز و نفت را تخلیه کنند، پالایشگاه ها در سراسر جهان در نزدیکی خط ساحلی ساخته می شوند. میانگین طول زنجیره‌های کربنی نیز از میدانی به میدان دیگر متفاوت است. در برخی مناطق، مولکول‌های هیدروکربنی کوچک‌تر وجود دارد. در crude oilنفت خام سنگین، نسبت بیشتری از مولکول‌های بزرگ‌تر وجود دارد.

گاز طبیعی عمدتاً متان است و مقادیر کمتری از سایر آلکان ها، اتان، پروپان و بوتان ها دارد. مانند نفت مایع، ترکیب گاز طبیعی از میدانی به میدان دیگر متفاوت است. در برخی از میادین، متان ممکن است 98 درصد گاز را تشکیل دهد و به گاز طبیعی خشک معروف است.

در گاز طبیعی مرطوب، 20 درصد گاز از سایر آلکان ها، اتان، پروپان و بوتان ها تشکیل شده است. برخی از گازهای طبیعی، مانند جنوب فرانسه، حاوی مقادیر زیادی، تا 16 درصد از سولفید هیدروژن، و برخی دیگر، مانند ایالات متحده، مقادیر قابل توجهی هلیوم دارند. در برخی از میادین، گاز طبیعی حاوی 7 درصد حجمی هلیوم است. بسیاری از میادین نفتی در خارج از ساحل واقع شده اند که چالش های بیشتری را به همراه دارد.

crude oil فقط از هیدروکربن ها تشکیل نمی شود. همچنین انواعی از ترکیبات حاوی گوگرد وجود دارد که باید در طی تصفیه حذف شوند. ترکیبات آلی گوگرد و سولفید هیدروژن که هر دو باید حذف شوند، زیرا در غیر این صورت کاتالیزور مورد نیاز در ساخت گاز سنتز را مسموم می کنند که منجر به بسیاری از مهم ترین ترکیبات صنعتی می شود. در واحد گوگردزدایی، ترکیبات آلی گوگرد اغلب قبل از واکنش با اکسید روی، ابتدا به سولفید هیدروژن تبدیل می شوند. ماده اولیه با هیدروژن مخلوط شده و روی یک کاتالیزور از اکسیدهای مخلوط کبالت و مولیبدن روی یک تکیه گاه بی اثر (یک آلومینا تصفیه شده ویژه) در حدود 700 کلوین عبور داده می شود.

شکستگی هیدرولیک (فرکینگ)ذخایر گاز طبیعی و oil معمولی در سنگ‌های نفوذپذیر یافت می‌شوند که در زیر سنگ‌های غیرقابل نفوذ به دام افتاده‌اند. این رسوبات را می توان با حفاری از طریق سنگ نفوذ ناپذیر به داخل سنگ نفوذ پذیر استخراج کرد. اما گاز و نفت نیز در فضاهای درون سنگ های شیل نفوذ ناپذیر به دام افتاده اند. بنابراین، از آنجا که شیل نفوذ ناپذیر است، حفاری ساده در آن برای استخراج نفت این رسوبات کافی نیست. در عوض از فرآیند شکست هیدرولیکی، که معمولاً به عنوان شکستگی شناخته می شود، استفاده می شود. سنگ باید شکسته شود تا گاز یا oil خارج شود.

زهکشی گرانشی به کمک بخار (SAGD) 

در حال حاضر، اکثر عملیات درجا از زهکشی گرانشی به کمک بخار (SAGD) استفاده می کنند که از جفت چاه (دو چاه، یک چاه تزریقی و یک چاه تولیدی که یکی بالای دیگری حفر شده اند) برای بازیابی قیر استفاده می کند. چاه تزریق به صورت عمودی در رسوب حفر می شود، سپس 90 درجه چرخیده و به صورت افقی حفر می شود. چاه دوم، معروف به چاه تولید، عمیق‌تر از چاه اول حفر می‌شود و به موازات بخش افقی چاه اول است.

بخار از طریق چاه بالایی به رسوب تزریق می شود. قیر گرم شده با نیروی جاذبه به سمت چاه دوم شروع به حرکت می کند. پمپ های چاه دوم قیر را به داخل چاه و تا سطح می کشند. چاه های متعدد (گاهی بیش از 20) را می توان از یک مکان واحد حفر کرد که باعث کاهش بیشتر آشفتگی سطح می شود.

تحریک چرخه ای بخار (CSS)این روش بخار را در یک چاه عمودی به سمت پایین پمپ می‌کند تا قیر را خیس کند یا مایع کند و سپس از طریق همان چاه به سطح پمپ می‌شود. این روش تا زمانی که بیشتر روغن از بین برود تکرار می شود.

استخراج نفت در دریا

استخراج نفت از فراساحل کانادا در مقایسه با تولید نفت خشکی فرآیندی منحصر به فرد است. در ابتدا، شرکت‌ها ممکن است فرآیند اکتشاف خود را با بررسی داده‌های زمین‌شناسی و ژئوفیزیک موجود برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مخازن بالقوه آغاز کنند. در مرحله بعد، بررسی‌های لرزه‌ای برای نقشه‌برداری ساختارهای زمین‌شناسی در زیر بستر دریا تکمیل می‌شوند.

میادین شیل در ایالات متحده در سال 1821 کشف شدند، اما اولین استفاده از فرکینگ 120 سال بعد در دهه 1940 بود و تا این قرن بود که توسعه شتاب گرفت و اکنون چند صد هزار حلقه چاه شیل در ایالات متحده وجود دارد، با حدود 13000 حلقه جدید. چاه هایی که هر ساله حفر می شوند در حالی که ذخایر شیل در سراسر جهان در حال اکتشاف هستند، در ایالات متحده است که بیشترین شکستگی در آن رخ داده است، و این تنها کشوری است که دارای چنین منبع بزرگی از گاز و oil است که از نظر تجاری قابل دوام است.

یکی از نمونه های اصلی میدان شیل در شمال تگزاس (دالاس و فورت ورث) است که در آن شیل بارنت بیش از 8000 مایل مربع امتداد دارد و 86 تریلیون فوت مکعب گاز طبیعی را در خود جای داده است که برای تامین برق تمام خانه ها در ایالات متحده برای تقریبا 20 سال کافی است.

۳ فرآیند صنعت نفت و گاز

سایر میدان های اصلی در ایالت های جنوبی شامل آرکانزاس (شیل فایت) و لوئیزیانا (شیل هاینزویل) است. همچنین مناطق شیل بسیار بزرگی در ایالت های شرقی ایالات متحده وجود دارد. بزرگترین میادین شیل مارسلوس در پنسیلوانیا، اوهایو و ویرجینیای غربی است. دیگران در ایلینوی، کنتاکی و ایندیانا (آلبانی جدید) و در میشیگان (آنتریم) هستند. در میادین متعارف، گاز و نفت به صورت آزاد در مناطق وسیعی یافت می‌شود و می‌توان با حفاری عمودی یک سوراخ به‌دست آورد.

سوراخ های کوچکی در قسمت افقی لوله چاه وجود دارد که از طریق آن مخلوطی از آب، ماسه و مواد افزودنی با فشار بالا پمپ می شود تا شکستگی های کوچک در شیل تا 50 متر ایجاد شود. به این سیال فرکینگ آب لغزنده می گویند. شن و ماسه پروپانت نامیده می شوند و برای باز کردن شکستگی هایی که تحت فشار ایجاد می شوند، به آن اضافه می شوند. آنها در شکستگی ها رسوب می کنند تا از بسته شدن آنها جلوگیری کنند و در نتیجه اطمینان حاصل شود که گاز و oilنفت می توانند آزادانه از شکستگی سنگ ها حتی پس از آزاد شدن فشار پمپاژ به بیرون جریان پیدا کنند.

نگرانی های آژانس محیط زیست دولت ایالات متحده (EPA) برای استخراج نفت دریا عبارتند از:

• تنش وارده بر منابع آب سطحی و زیرزمینی ناشی از برداشت حجم زیادی از آب مورد استفاده در حفاری و شکستگی هیدرولیکی
•  آلودگی منابع زیرزمینی آب آشامیدنی و آب های سطحی ناشی از نشت و ساخت چاه معیوب
•  اثرات نامطلوب ناشی از تخلیه به آب های سطحی یا از دفع در چاه های تزریق زیرزمینی
•  آلودگی هوا ناشی از انتشار ترکیبات آلی فرار، آلاینده های خطرناک هوا و گازهای گلخانه ای

نفت کوره (مازوت) چیست؟