استخراج نفت خام

استخراج نفت خام:
میزان نفت موجود در یک مخزن نفتی، «نفت درجای مخزن» (Oil in Place)، نام دارد. تمامی نفت درجای مخرن قابل استخراج نیست. برای استخراج نفت از یک مخزن نفتی نیاز به حفاری لایه های زمین است. این حفاری می تواند توسعه ای یا اکتشافی باشد.

چاه های توسعه ای به منظور توسعه بیشتر یک میدان نفتی حفر می شوند اما چاه های اکتشافی که در برخی موارد به عنوان چاه های Wild Cat هم شناخته می شوند، در ابتدای حفاری از یک میدان نفتی حفر می شوند.

زمانی که به صورت مستقیم امکان دسترسی به مخزن نفتی وجود نداشته باشد از «حفاری انحرافی» (Directional Drilling) استفاده می شود. استفاده از حفاری انحرافی در سال 1991 سبب بروز جنگ در خلیج فارس شد. عراق، کویت را به استفاده غیرقانونی از نفت خود با استفاده از حفاری انحرافی متهم کرد.

سکوهای نفتی:
سکوهای نفتی به دو دسته سکوهای خشکی و دریایی تقسیم می شوند. سکوهای خشکی به Drilling Rig و سکوهای دریایی به Platform موسوم اند.در تولید اولیه نفت از سکوها، مته حفاری و خدمه به صورت 24 ساعته در حفاری شرکت می کنند. قطر این مته ها تا 36 سانتیمتر هم می رسد. با حفاری مناسب مخازن، برخی از مخازن نفتی تا دهه ها امکان تولید نفت دارند.

با حفر چاه و تولید از مخزن، تا بیش از 90 درصد از حجم نفت مخزن همچنان در زیر زمین باقی می ماند. برای استخراج این منابع از روش های متعددی استفاده می شود که به «روش های ازیاد برداشت از مخازن» (ٍEnhanced Oil Recovery) موسوم اند. روش (سیلابزنی) (Water Flooding)، از جمله این روش ها است. این روش به طور تصادفی در سال 1870 در پنسیلوانیا کشف شد.

زمانی که چاه های نفت ترک شده در پنسیلوانیا، آب باران را در خود جمع کردند، با انباشته شدن این آب ها و افزایش وزن، اعمال فشار ایجاد شده سبب افزایش برداشت در چاه های نفت اطراف آن شد.

روش های مختلف دیگر همچون (تزریق متناوب آب و گاز) (Water Alternating Gas) هم به مرور به این روش ها اضافه شد که به عنوان ازدیاد برداشت ثانویه نام گذاری شدند. از معمول ترین روش های ازدیاد برداشت ثانویه، تزریق گاز است.

در این روش، تزریق گاز مانعی برای افت فشار بیش از حد مخزن نفتی به هنگام تولید است. دسته بندی دقیقی بین ازدیاد برداشت ثانویه و ازدیاد برداشت ثالثیه که هر دو نیز شامل تزریق گاز است نمی توان انجام داد. لازم به ذکر است که استفاده از روش های ازدیاد برداشت از مخازن در همان ابتدای تولید مخزن، بین مهندسان بسیار توصیه شده است.

ترکیب نفت خام:
نفت خام و ترکیبات آن شامل هیدروکربن های جامد، مایع و گاز است. در فشار و دمای سطح زمین، هیدروکربن های سبک شامل متان، اتان، پروپان و بوتان به حالت گاز، درحالی که هیدروکربن های سنگین تر به صورت مایع یا جامد وجود دارند. در زیر زمین، حالت های جامد، مایع یا گاز هیدروکربن ها به نمودار فازی آن ها مربوط است.

یک چاه نفت در هنگام تولید نفت خام، مقادیری گاز حل شده در نفت خام هم تولید می کند که زمانی که به سطح زمین می رسد، به علت فشار کمتر، این گاز از حالت محلول خارج می شود. این نوع از گاز به «گاز همراه » (Associated Gas) موسوم است.

لازم به ذکر است که در چاه های گازی، محصول اصلی، گاز طبیعی است. در زیر زمین و تحت فشار و دمای بالا، گاز طبیعی شامل هیدروکربن های سنگین تر مانند پنتان، هگزان و هپتان است. در سطح زمین، این ترکیبات سنگین به صورت مایع از گاز جدا و گاز «میعانی» (Condensate) نام گذاری می شوند.

نسبت هیدروکربن های سبک در نفت خام در میدان های نفتی مختلف، متفاوت است. این میزان در مخازن نفت سبک، حدود 97 درصد و در مخازن نفت سنگین به 50 درصد و کمتر می رسد. نفت خام بیشتر شامل آلکان ها، سیکلوآلکان ها و ترکیبات آروماتیک است. اجزای دیگری در ترکیبات نفت شامل نیتروژن، اکسیژن، گوگرد و فلزات وجود دارد که در هر «سازند» (Formation)، این میزان متفاوت است.

ترکیبات نفت خام در پالایشگاه ها توسط فرآیند «تقطیر جزء به جزء» (Fractional Distillation) به محصولات مختلفی از جلمه گازوئیل، سوخت هواپیما، نفت سفید و دیگر ترکیبات تبدیل می شود. تعداد مولکول های نفت در یک نمونه نفت خام در آزمایشگاه تعیین می شود.

با استفاده از روش های کروماتوگرافی گاز، «آشکارساز یونیزاسیون شعله » (Flame Ionization Detector) یا اسپکترومتر جرمی می توان این میزان را تعیین کرد.

کاربرد نفت خام در صنعت:
صنعت نفت شامل فرآیند های اکتشاف، حفاری و استخراج، بهره برداری، پالایش و انتقال است که در مجموع به صنایع (بالادستی) (Up-Stream)، «میان دستی» (Mid-Stream) و «پایین دستی» (Down-Stream) نفت خام موسوم اند. بنزین و گازوئیل بیشترین حجم از محصولات نفتی را شامل می شوند. نفت خام همچنین ماده اولیه بسیاری از محصولات در صنایع شیمیایی همچون داروسازی، حلال ها، کودهای شیمیایی، حشره کش ها و پلاستیک ها است.

نفت خام در صنعت نقش بسیار حیاتی ایفا می کند و درصد بالایی از مصرف انرژی در دنیا را به خود اختصاص داده است که سالانه حدود 30 میلیارد بشکه از آن در دنیا مصرف می شود. لازم به ذکر است که در سال 2004 حدود 24 درصد کل نفت مصرف شده به آمریکا اختصاص یافت؛ اما در سال 2007 این میزان به 21 درصد کاهش یافت.

با توجه به استفاده روزافزون از این منابع تجدیدناپذیر، باید منابع جایگزین دیگری را در صورت مصرف و تمام شدن این ذخایر پیش بینی کرد؛ منابعی که بتوانند جایگزین سوخت های فسیلی، پلاستیک ها و البته سوخت های هواپیماها باشند.