ساز و کار مخازن نفتی

مخازن نفتی چیست؟

نفت یکی از تخصصهای مهم که توسط زمین شناسان و مهندسین حفاری بسیاری مورد توجه قرار گرفته است، نحوه استخراج نفت از چاه می‌باشد.

در این رابطه ابتدا انرژی طبیعی موجود در مخزن را نسبتا به نوع سنگ ذخیره (ماسه‌ای – کربناتی) مشخص می‌نمایند و سپس نسبت به برداشت کامل از چاه با بکار بردن روشهای پر هزینه و نیز تزریق بخار یا گاز نظر می‌دهند.

انرژی موجود در مخازن

در غالب مخازن نفت و گاز موجود در مخازن ، تحت فشار بخصوص آن مخزن قرار دارند.یعنی وقتی که چاهی در یک مخزن نفتی حفر می‌شود در نتیجه فشار موجود در چاه ، نفت بالای چاه و حتی تا سطح زمین نیز می‌تواند بالا بیاید که به اینگونه مخازن در اصطلاح مخازن خود تولید می‌گویند.

انواع مخازن نفتی

با توجه به سیال مخزن می توان مخازن را به ۵ نوع تقسیم کرد:
نفت سیاه (Black oil)، نفت فرار، مخازن میعان گازی (Gas condensat) ، گاز تر (Wet gas) و گاز خشک (Dry gas) تقسیم نمود. اگر دمای مخزن ما کمتر از دمای نقطه بحرانی باشد، مخزن نفتی می باشد که یا نفت سیاه و یا نفت فرار می باشد.

اگر دمای مخزن بیشتر از دمای نقطه بحرانی باشد، مخزن گازی می باشد. نکته قابل توجه در مورد مخازن نفتی اینست که آن ها را با توجه به فشار مخزن نیز به دو دسته زیر اشباع (undersaturated) و یا اشباع (saturated) تقسیم بندی می نمایند. مخازن زیر اشباع دارای فشار بیشتر از فشار حباب می باشد ولی مخازن اشباع دارای فشاری زیر فشار حباب می باشند و اگر گاز به اندازه کافی از نفت جدا شده باشد و همچنین تراوایی عمودی مخزن نیز بالا باشد، این گاز ها در بالای مخازن اشباع جمع شده و تشکیل کلاهک گازی (Gas cap) خواهند داد.

فشار مخازن نفتی

آب و نفت از نظر حجمی یک ضریب بالنسبه پایینی با همدیگر دارند، بدین جهت هنگام استخراج نفت ، فشار چاه به سرعت پایین می‌آید و هر قدر مخزن کوچکتر باشد این افت فشار سریعتر صورت می‌گیرد.از این افت فشار می‌توانیم اطلاعات هم در مورد اندازه مخزن و ارتباط داخلی آن در طول بهره برداری تهیه نماییم.

هیدروکربن سبک

هیدروکربن‌ها ترکیبات آلی هستند که از کربن (C) و هیدروژن (H)، تشکیل شده و به طور معمول در نفت خام وجود دارند. این ترکیبات به دو دسته آروماتیک و آلیفاتیک تقسیم می‌شوند. در هنگام تولید هیدروکربن‌ها، نمک‌ها و اسیدهایی تولید می‌شوند که بعد از جدا کردن آن‌ها، هیدروکربن‌ها را در دو دسته هیدروکربن سنگین و هیدروکربن سبک پالایش می‌کنند.

هیدروکربن سبک چیست؟

بسیاری از موادی در زندگی از آن‌ها استفاده می‌کنیم، محصولاتی هستند که قبل از عرضه به بازار در آزمایشگاه‌ها و به دست محققین و پژوهشگران شناخته شده بودند. این مواد بعد از این که آماده مصرف و عرضه به بازار می‌شوند، بدین سان برای اینکه که بیشتر مردم راحت باشند، نام ساده‌ای بر روی آن‌ها گذاشته می‌شود.

هیدروکربن نیز جزو ماده‌هایی است که همه روزه و در زندگی عادی خود با آن سر و کار داریم، یکی از رایج‌ترین جلوه‌های هیدروکربن که در زندگی روزمره خود با آن سر و کار داریم، بنزین است.

هیدروکربن سبک دارای چه ترکیباتی است؟

بیشتر سوخت های مصرفی ما و مواد شیمیایی مورد استفاده ما از نفت خام حاصل می‌شود. هیدروکربن سبک نیز یکی از موادی است که از ترکیب مواد قابل اشتعال مانند برش سبک نفت یا مایعات گازی و بوتیل استات با اکتانی نزدیک به بنزین حاصل می‌شود. هنگامی که این مواد در پالایشگاه تصفیه می‌شود، به زیرمجموعه‌های متفاوتی تقسیم بندی می‌شوند که دارای هیدروکربن‌هایی با ۵ تا ۱۲ کربن هستند.

چگونه هیدروکربن سبک از هیدروکربن سنگین تولید می‌شود؟

تبدیل هیدروکربن‌های سنگین به سبک از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است چرا که بخش عمده‌ای از نفتی که در کشور استخراج می‌شود، سنگین بوده و ارزش اقتصادی پایینی دارد. همچنین هیدروکربن‌های سنگین به دلیل گرانروی بالا و چگالی زیاد، دارای مشکلات حمل و نقل هستند.

فرآوری کردن هیدروکربن‌های سنگین و استفاده از آن‌ها در فرآیندهای تولید انرژی نیز دارای صرفه اقتصادی نیست. هیدروکربن‌های سنگین تنها برای تولید محصولات کم ارزشی مانند قیر و واکس مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما در صورتی که هیدروکربن‌های سنگین را با شکستن زنجیره‌های هیدروکربنی بزرگ به هیدروکربن‌های سبک تبدیل کنیم، ارزش بسیار بالاتری پیدا خواهند کرد.

چگونه هیدروکربن‌های سبک تولید کنیم؟

یکی از روش های استفاده از هیدروکربن سبک استفاده از روش‌های شیمیایی به همراه دمای بالا و استفاده از کاتالیست‌ها است. البته استفاده از این روش باعث بالا رفتن قیمت تمام شده تولید فرآورده‌های سبک‌تر می‌شود.

روش‌های دیگری نیز وجود دارند که با استفاده از آن‌ها می‌توان مصرف انرژی در حین فرآیند تولید ترکیبات نفتی سبک را کاهش داد. این روش‌ها موجب کاهش مصرف انرژی در هنگام تولید هیدروکربن‌های سبک از هیدروکربن‌های سنگین شده و از نظر اقتصادی ارزش بالاتری دارند. یکی از این روش‌های موثر استفاده از پلاسمای سرد برای شکستن ترکیبات سنگین نفتی و تبدیل آن‌ها به هیدروکربن‌های سبک خواهد شد. پلاسما دارای یک محیط یونیزه شده با سطح انرژی بالا است و به همین دلیل گزینه بسیار مناسبی برای استفاده در فرایندهای شیمیایی شکستن هیدروکربن‌های سنگین و تبدیل آن‌ها به هیدروکربن سبک است.

در این روش محیط یونیزه شده‌ای با یون‌های پر انرژی وجود دارند که شروع کننده بسیاری از واکنش‌های شیمیایی و شروع کننده شکستن ترکیبات نفتی هستند. این روش جایگزین بسیار مناسبی برای روش‌های قبلی بوده و در بسیاری از پالایشگاه‌های بزرگ دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع هیدروکربن‌های سازنده نفت

هیدروکربن‌های پارافینی
هیدروکربن‌های نفتن‌ها
هیدروکربن‌های آروماتیک
هیدروکربن‌های آسفالتیک

برای جدا کردن انواع هیدروکربن‌ها، ابتدا با استفاده از تقطیر جزء به جزء، این ماده تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. بعد از این که در دمای ۴۰۰ درجه گرم شد، ماده به داخل برج مرتفع تقطیر فرستاده می‌شود. در طی فعل و انفعالاتی که در این برج رخ می‌دهد، مولکول‌های سبک‌تر و کوچک‌تر که دارای یک الی چهار عدد کربن هستند، به سمت بالای ستون آمده و مولکول‌های سنگین‌تر که دارای بیشتر از پنج کربن هستند، در قعر باقی می‌مانند.