up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله مخازن نفتي PDF
QR code - مخازن نفتي

مخازن نفتي

مباني شناخت مخازن نفتي

پيدايش نفت، نياز به وجود ۵ عامل بنيادين دارد که در اين مقاله به توضيح درباره ي آن ها مي پردازيم.
اين ۵ عامل عبارتند از :
۱) سنگ منشأ يا سنگ مادر (source rock) که نفت در آن پديد مي آيد.
۲) سنگ مخزن(Reservoir rock) که نفت در دورن آن ذخيره مي شود.
۳) لايه ي راهبر (carrier bed) که نفت در درون آن که مسيري متخلخل و تراوا است، به سمت سنگ مخزن حرکت مي کند و پديده ي مهاجرت نفت را مي آفريند.
۴) پوش سنگ(cap rock) که اجازه حرکت بيشتر را به نفت ندهد و نفت را داخل سنگ مخزن نگه دارد.
۵) تله ي نفتي(Trap)
سنگ ها از سه نوع رسوبي، آذرين و دگرگوني تشکيل مي شوند. سنگ هاي رسوبي ناشي از نشست و انباشته شدن رسوبات رودخانه ها و دريا ها، سنگ هاي آذرين حاصل از سرد شدن مواد مذاب درون زمين و يا مواد مذاب راه يافته به سطح زمين و سنگ هاي دگرگوني ناشي از دگرگون شدن دو گروه قبلي در اثر فشار و دماي زياد درون زمين هستند.
نفت در لايه هاي رسوبي تشکيل مي شود. بنابراين سنگ منشأ ضرورتاً رسوبي است. بسيار به ندرت ديده شده است که سنگ مخزن آذرين باشد و تقريباً در تمام موارد رسوبي است. در اين جا بايد توضيح داد که اگر چه بخش عمده اي از لايه هاي زمين شناختي ايران رسوبي است، اما تمام لايه هاي رسوبي امکان تشکيل يا حفظ نفت را ندارند. به تعبير ديگر هر لايه ي رسوبي نمي تواند ضرورتاً ويژگي هاي سنگ منشأ و سنگ مخزن را داشته باشد. ضمن آن که حتي وجود سنگ منشأ و سنگ مخزن نيز به تنهايي نمي تواند دليل بر وجود نفت در زير زمين باشد. نبود هر يک از عوامل ۵ گانه ي گفته شده، ممکن است مانع از تجمع و حفظ نفت در زير زمين در ميليون ها سال قبل شده باشد.
در ادامه ويژگي هاي اين عوامل پنج گانه توضيح داده مي شود.
● سنگ منشأ Source Rock
سنگ منشأ، محيط تشکيل نفت خام در ميليون ها سال پيش بوده است. اما نفت پس از تشکيل در اين محيط به سمت سنگ مخزن حرکت مي کند و در آن جا ذخيره مي شود. کارشناسان اکتشاف نفت، پس از اکتشاف يک مخزن نفتي، با تشخيص سنگ منشأ و مطالعه ي آن، علاوه بر فهم برخي از ويژگي هاي کيفي نفت موجود در مخزن، مي توانند تله هاي نفتي اي که ممکن است در مسير حرکت نفت از سنگ منشأ به سنگ مخزن و بين آن دو وجود داشته و تبديل به مخازن کوچک و بزرگي شده اند را شناسايي کنند.
نفتي که امروزه در نقاط مختلف جهان و ايران برداشت مي شود، حاصل فرآيندهاي شيميايي و فيزيکي اي بوده است که روي موجودات و گياهان در ميليون ها سال پيش انجام شده و اين مواد طي اين فرآيندها، مسيرهاي مختلفي را به سمت بلوغ طي کرده اند و به نفت امروزي تبديل شده اند.
▪ سازوکار تشکيل نفت در سنگ منشأ:
در گذشته بيشتر نقاط جهان در زير يک اقيانوس بزرگ به نام تتيس(Tetis) بوده است و موجودات و گياهان زيادي در آب مي زيستند، زماني که حيات موجودات به پايان مي رسيد اين موجودات به کف دريا سقوط مي کردند و رسوباتي که توسط آب حمل مي شدند يا در آب معلق بودند، روي اين موجودات را مي پوشاندند و باعث افزايش فشار و دماي اين مواد مي شدند. از اين طريق مقدمات لازم براي تغييرات شيميايي بقاياي موجودات زنده و گياهان فراهم مي شد، به تدريج و با گذشت ميليون ها سال، اين مواد در سنگي به نام سنگ منشأ که حاصل تجمع رسوبات به همراه مواد آلي ست به نفت تبديل مي شوند.
سنگ منشأ از چند ويژگي اساسي زير برخوردار است:
۱) ريزدانه بودن:
براي اين که يک سنگ تشکيل شود بايد ابتدا رسوباتي ته نشين شوند و به تدريج با ضخيم شدن اين رسوبات و ته نشين شدن رسوبات ديگر بروي آن ها، رسوبات قديمي تحت فشار قرار مي گيرند و به سنگ تبديل مي شود اين عمل را سنگي شدن (lithification) گويند. حال اگر رسوباتي که اين سنگ ها را تشکيل مي دهند ، رسوبات دانه ريز باشند سنگ حاصل از آن ها نيز ريزدانه است و اگر اين رسوبات دانه درشت تر باشند سنگ حاصل از آن ها دانه درشت تر خواهد بود.
۲) سرشار از مواد آلي:
اين مواد آلي در واقع همان بقاياي موجودات زنده و گياهاني بوده اند که کف درياها سقوط کرده و توسط رسوباتي که بعد ها خود تبديل به سنگ منشأ شده اند، پوشانده شده اند.
ويژگي هاي محيط تشکيل سنگ منشأ :
۱) محيط کم انرژي:
در محيط تشکيل سنگ منشأ، جريان آب کم انرژي و آرام بوده است؛ به نحوي که فرصت ته نشين شدن به دانه هاي ريز را داده است.
۲) محيط احياء:
محيط تشکيل سنگ منشأ اکسيدان نبوده که مواد آلي تحت اثر اکسيداسيون از ميان بروند.
پس از اين که نفت در سنگ منشاء تشکيل شد و حجم آن به اندازه اي رسيد که سنگ منشأ از نفت اشباع شد(نقطه ي اشباع بحراني) نفت در آن شروع به حرکت مي کند و مهاجرت به سمت سنگ مخزن آغاز مي شود.
● پديده ي مهاجرت نفت(Oil Migration)
● لايه ي راهبر(Carrier Bed)
به جريان حرکت نفت از سنگ مشأ به سنگ مخزن پديده ي مهاجرت(Oil Migration) گفته مي شود.
▪ شرايط مهاجرت :
۱) نقطه اشباع بحراني:
اشباع نفت در سنگ منشاء به اندازه کافي باشد. پس از اين که نفت در سنگ منشأ تشکيل شد و حجم آن به اندازه اي رسيد که سنگ منشأ از نفت اشباع شد(نقطه ي اشباع بحراني) نفت در آن شروع به حرکت مي کند و مهاجرت به سمت سنگ مخزن آغاز مي شود.
۲) تراوايي يا نفوذپذيري(Permeability) و تخلخل(Porosity)
يک مسير متخلخل و تراوا(نفوذپذير) وجود داشته باشد، به طوري که امکان حرکت نفت در اين مسير که لايه ي راهبر (Carrier bed) خوانده مي شود، پديد آيد.
اگر شرايط گفته شده فراهم بود، نفت از سنگ منشاء به سمت سنگ مخزن شروع به حرکت مي کند. بايد توجه کرد که در مسير لايه ي راهبر، همواره اين امکان وجود دارد که نفت به تله(Trap) افتاده و مخازن کوچک و بزرگي را تشکيل دهد.
بايد توجه کرد در صورتي که لايه ي راهبر براي انتقال نفت از سنگ منشأ به سنگ مخزن وجود نداشته باشد و پديده ي مهاجرت رخ ندهد، سير بلوغ مواد عالي موجود در درون سنگ منشأ ادامه يافته و نفت تبديل به ذغال سنگ مي شود.
● سنگ مخزن(Reservoir Rock) پوش سنگ(Seal Rock) يا (Cap Rock)
▪ ويژگي هاي سنگ مخزن:
۱) متخلخل porous و تراوا(نفوذپذير) Permeable باشد يعني داراي حفره هاي توخالي زيادي است که نفت در اين حفرات جمع مي شود. اندازه ي اين حفرات از از مقياس ميکرو تا مقياس ماکرو متغير است.
درون حفرات آب وجود داشته است، زيرا در گذشته تقريبا تمام کره زمين به زير آب بوده است پس تمام حفراتي که در حال حاضر در سنگ وجود دارد از آب اشباع بوده است؛ در اين صورت نفت براي وارد شدن در اين حفرات بايد آب را بيرون رانده و خود جايگزين آن شود. اما نفت نمي تواند تمام آب را از خلل و فرج سنگ مخزن خارج کند و هميشه مقداري از آب در حفراتي که در درون آن ها نفت نفوذ کرده است، باقي مي ماند؛ به اين آب، آب کاهش ناپذير(irreducible water )گويند. بايد توجه کرد اين آب در منطقه اي از مخزن که در درون آن نفت يا گاز وجود دارد(Oil &Gas zone) ديده مي شود و با لايه ي آبي(Water zone) که در منطقه ي پايين لايه ي نفتي وجود دارد، متفاوت است. هر اندازه که ميزان اشباع آب کاهش ناپذير درون لايه ي نفتي مخزن، بيش تر باشد، علاوه بر اين که نفت فضاي کمتري را اشغال مي کند، تراوايي نفت درون سنگ مخزن نيز کاهش پيدا خواهد کرد.
۲) يک پوش سنگ (seal rock) يا (Cap rock) روي سنگ مخزن وجود داشته باشد؛ به نحوي که مانع از خروج نفت از سنگ مخزن و يک تله ي نفتي پديد آورد.
از ويژگي هاي Cap rock اين است که ناتراوا(Impermeable) و کم تخلخل(low porosity) باشد، نفت از آن عبور نکند و مثل يک سد (dam) جلوي آن بايستد و در نتيجه يک تله ي نفتي ايجاد کند.
● تله ي نفتي(Oil trap)
تله نفتي به مجموع سنگ مخزن و پوش سنگ آن گويند که باعث به تله افتادن نفت در سنگ مخزن مي شود. شکل اين مجموعه مي تواند طاقديس، ناوديس يا شکل حاصل از تغيير ماهيت سنگ و غيره باشد.
معمولاً در مسير حرکت نفت از سنگ منشأ، جريان نفت به سنگ پوش و تله هايي که نفت را در خود جاي مي دهد برخورد مي کند. اين مسير هر اندازه که طولاني تر شود و نفت در مسير حرکت خود بيشتر به سطح زمين نزديک شود، باعث مي شود که مواد سنگين نفت نيز در طول مسير جدا شده و نفت سبک تري به سطوح بالاتر نفوذ کند. اگر چه در هر صورت، همواره ميزاني از مواد سنگين در درون نفت باقي خواهد ماند.
البته بايد توجه کرد بالاتر بودن سطح مخزن ضرورتاً نشان دهنده ي سبک تر بودن نفت درون آن نيست، بلکه هر اندازه که سنگ منشأ در لايه هاي پايين تر زمين باشد به دليل بلوغ بيشتر نفت، نفت درون آن نيز سبک تر خواهد بود. بنا براين تنها اگر فاصله ي ميان سنگ منشأ و سنگ مخزن و در واقع طول مسير مهاجرت زياد باشد و نفت مسير زيادي را از سنگ منشأ تا سنگ مخزن طي کند، اين امکان وجود دارد که نفت درون سنگ مخزن در لايه هاي نزديک به سطح زمين سبک باشد.
در صورتي که نفت در مسير حرکت خود به هيچ تله اي برخورد نکند به سطح زمين راه خواهد يافت و در اين صورت مواد سبک آن تبخير شده و مواد سنگين آن همچون قير در سطح زمين باقي مي ماند. بنابراين نبود پوش سنگ مناسب منجر به فرار نفت از سنگ مخزن و عدم تجمع آن مي شود.
▪ شکل تله هاي نفتي:
بيشتر تله هاي نفتي که شناخته شده اند، به لحاظ ساختاري شکل طاقديس (anticline) دارند علت اين است که شناخت اين تله هاي نفتي به وسيله ي روش هاي لرزه نگاري ساده، راحت تر است و شناخت انواع ديگرتله هاي نفتي که حاصل از ساختارهايي غير از ساختار طاقديس است مشکل تر است و نياز به تکنولوژي پيشرفته تري دارد. البته دليل ديگر اين امر آن است که بيش تر تله هاي نفتي موجود نيز از نوع طاقديسي هستند.
▪ تاثير شکل تله هاي نفتي:
شکل تله هاي نفتي در حجم نفتي که مي توانند به تله بيندازند تاثير دارد به عنوان نمونه در تله هاي نفتي که حالت طاقديس دارند هر چه فاصله عمودي که در شکل نشان داده شده است ، بيشتر باشد حجم نفت به تله افتاده، بيشتر مي شود. اين ارتفاع را اصطلاحا structural closure گويند که در شکل نشان داده شده است:
به همين ترتيب براي تله هاي نفتي ديگر هرچه حجم اين تله بيشتر شود مي تواند نفت بيشتري را در خود به تله بياندازد.
اشکال مختلف تله هاي نفتي خود براساس منبع نيرو ايجاد آن ها به ۳ دسته تقسيم مي شود.
۱) تله هاي نفتي ساختاري (structural trap)
۲) تله هاي نفتي چينه اي (stratigraphic trap)
۳) تله هايي که ترکيبي از اين دو هستند.
در نمونه اول که حاصل از تکتونيک زمين است (زمين از چندين لايه تشکيل شده که شامل پوسته ، گوشته و هسته است. قسمت پوسته و بخش بالايي گوشته را سنگ کره گويند که به صفحاتي تقسيم شده و اين صفحات در حال حرکت برروي گوشته هستند اين حرکات باعث برخورد يا دور شدن صفحات نسبت به هم و ايجاد نيروهايي مي شود که به آن تکتونيک زمين گويند).
▪ انواع مختلف تله هاي نفتي ساختاري:
۱) طاقديس(anticline)
۲) ناوديس(syncline)
۳) گسل ها( fault ):
گسل هاي باعث حرکت لايه هاي مختلف نسبت به هم مي شوند و ممکن است باعث قرار گرفتن يک لايه متخلخل و تراوا در کنار لايه هاي کم تراوا شود و يک تله نفتي را تشکيل دهد.
۴) گنبدهاي نمکي(salt dome):
اين گنبدها که از اعماق زمين بالا مي آيند خود کم تراوا هستند اگر در مسير حرکت خود در کنار يک لايه تراوا قرار گيرد و در همان ارتفاع باقي بماند مي تواند تشکيل يک تله نفتي دهد)
▪ انواع مختلف تله هاي چينه اي:
تله هاي چينه اي (stratigraphic trap):
در اين نوع ، عامل ايجاد تله هاي نفتي عوامل تکنونيکي نيست، بلکه مي تواند در اثر تغيير ماهيت چينه اي و تغيير ماهيت سنگ ايجاد شود که شامل:
۱) تله هاي نفتي مرجاني ( reef ):
نحوه ي تشکيل آن اين گونه است که در گذشته يک مرجان در کف دريا رشد کرده و روي آن را رسوبات ريزدانه پوشانده اند مرجان به دليل تخلخل بالا و ترآوايي خوب مي تواند به عنوان سنگ مخزن عمل کند و رسوبات دانه ريز روي آن نيز مانند يک سنگ پوش عمل مي کنند و تشکيل يک تله نفتي مي دهند.
۲) تله هاي نفتي دگرشيبي( unconformity ):
دگر شيبي يک ناهمسانگردي وتغير ناگهاني در طبقات زمين است مي تواند در اثر عوامل مختلف مانند نبود رسوب گذاري در يک مدت زمان معين، فرسايش لايه ها و رسوب گذاري مجدد و غيره ايجاد شود. پس در سطوح دگرشيبي با ۲ منطقه روبرو هستيم که لايه زيرين آن مي توانند تراوا و لايه ي رويي آن ناتراوا، باشد و بالعکس.در هر صورت تله هاي نفتي اي تشکيل مي دهند که به آن ها تله هاي نفتي دگرشيبي گويند.
۳) تله هاي نفتي pinch out:
در اين نوع تله هاي نفتي يک لايه ي تراوا به درون يک لايه ي ناتراوا مي رود ويک تله نفتي را ايجاد مي کند.
▪ تأثير جنس سنگ
جنس پوش سنگ ها بر توانايي آن براي نگه داشتن نفت و جلوگيري از عبور نفت از داخل خود تاثير مي گذارد، و همچنين مي تواند بر حجم نفت به تله افتاده بيافزايد، بعضي از پوش سنگ ها به راحتي تغيير شکل پيدا مي کنند و در آنها شکستگي ايجاد نمي شود پس بهتر مي توانند شکل طاقديس گرفته و عمل به تله انداختن را انجام دهند.
▪ جنس سنگ و تأثير آن در رفتار مخزن:
جنس سنگ هاي مخزن مختلف است و هر يک داراي ويژگي هاي خاص خود است، اما همه اين سنگ ها بايد متخلخل و ترآوا باشند، دو نوع سنگ مخزن وجود دارد:
۱) ماسه سنگي (Sand stone Reservoir):
اين نوع سنگ بهترين سنگ مخزن است . اندازه ذرات آن در حد اندازه ي دانه هاي ماسه (يک هشتم تا يک شانزدهم ميلي متر) است. پراکندگي تخلخل درون اين نوع سنگ، تا حد زيادي همسان (Homogeneous) است و به همين دليل رفتارهاي منظمي از خود نشان مي دهد. سنگ هاي ماسه سنگي همچنين معمولا داراي درصد تخلخل بالايي هستند و برداشت از اين نوع مخازن بسيار آسان تر است و درصد بيشتري از نفت اين مخازن قابل بازيابي است. مشکل اين مخازن آن است که همراه با نفت ماسه نيز از چاه استخراج مي شود و برداشت ماسه از اين نوع مخازن زياد است؛ اين خود باعث آسيب رساندن به دستگاه ها و تجهيزات بهره برداري مي شود. به همين دليلبايد با روش هايي ، ذرات ماسه را در جاي خود محکم کرد تا مانع از حرکت آن ها به سمت چاه شد.
۲) سنگ مخزن آهکي يا کربناته(Carbonate Reservoir)
سنگ هاي آهکي نمونه ي ديگر سنگ هاي مخزن است.
تخلخل اين سنگ ها معمولاً پايين است و کمتر از تخلخل سنگ هاي ماسه سنگي است. تخلخلاين نوع سنگ ها بيشتر از نوع شکاف هايي است که دراثر عوامل مختلفي مثل فشار، انحلال و .... در سنگ ايجاد شده است. رفتار اين نوع مخازن زياد منظم نيست. شناخت رفتار مخازن آهکي بسيار مشکل است.
▪ جنس سنگ هاي مخزن در ايران:
جنس سنگ اغلب مخازن نفتي در ايران آهکي يا کربناته است. تخلخل اين سنگ ها(سنگ هاي آهکي) بيشتر از نوع شکاف (fracturing) است که مي تواند در اندازه هاي مختلفي ايجاد شود. اندازه ي شکاف ها از ميکرو تا ماکروتغيير مي کند البته امروزه با ايجاد شکاف هاي مصنوعي از طريق روش هايي مانند شکاف هاي هيدروليکي Hydraulic Fracturing باعث افزايش شکاف مي شوند و اين باعث افزايش تخلخل و تراوايي و به دنبال آن افزايش سرعت بهره برداري مي شود.

اصطلاح عمومي مخزن را مي توان از نظر ساختار به دو دسته کلي مخازن با اجزاء داخلي (مثل پوسته مبدل هاي حرارتي ، ظروف همزن دار ، برج تقطير و ... ) و مخازن ...

اصطلاح عمومي مخزن را مي توان از نظر ساختار به دو دسته کلي مخازن با اجزاء داخلي (مثل پوسته مبدل هاي حرارتي ، ظروف همزن دار ، برج تقطير و ... ) و مخازن ...

مخازن اصطلاح عمومي مخزن را مي توان از نظر ساختار به دو دسته کلي مخازن با اجزاء داخلي (مثل پوسته مبدل هاي حرارتي ، ظروف همزن دار ، برج تقطير و ... ) و ...

● مخازن CNG به چهار دستهٔ کلي تقسيم مي شوند: ▪ مخازن CNG-I ▪ مخازن CNG-II ▪ مخازن CNG-III ▪ مخازن CNG-IV ۱) مخازن CNG-I اين مخازن بدون درز و از جنس فو ...

انجام يک عمليات نمودارگيري موفق به چندين فاکتور مهم بستگي دارد. مهمترين آنها نمونه گرفته شده از سيال سازند، بدون هيچ آلودگي و مخلوط شدگي با مواد ديگر، ...

يکي از مسائلي که با توجه به کاهش فشار و نوع نادر مخازن نفت کشور (کربناته شکافدار و ساختارهاي نفت سنگين) بايد مورد توجه قرار گيرد، انتخاب روش صحيح ازدي ...

▪ تخلخل(prosity): بخشي از حجم سنگ که توسط بخش جامد اشغال نشده است؛ در واقع قسمت هاي خالي سنگ را تخلخل گويند. نفت خام، گاز و آب در درون تخلخل هاي سنگ و ...

يکي از بهترين تعريف هايي که از مهندسي برق شده است, اين است که محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق, تبديل يک سيگنال به سيگنال ديگر است که البته اين سيگنال ...

دانلود نسخه PDF - مخازن نفتي