پس از استخراج به کمک روش های مرحله دوم هنوز هم حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد نفت می تواند به صورت استخراج نشده در مخزن باقی بماند. در این جاست که استخراج نفت به کمک روش مرحله سوم صورت صورت گیرد.
یکی از روش های مرحله سوم، تزریق محلول ماسیلار (Micellar Solution) است که پس از تزریق آن، محلول های ماسیلار تا ۵۰ درصد کل روش های مرحله سوم را شامل می شود، محلول ماسیلار مخلوطی از آب، مواد فعال سطحی، نفت، نمک و مواد کمکی فعال سطحی حذف گردیده اند .
گرانروی محلول پلیمری حدود ۲ تا ۵ برابر گرانروی نفت است. غلظت پلیمر حدود ۱۰۰۰ ppm می باشد. در حال حاضر از پلی اکریمیدها و زیست پلیمرها به عنوان پلیمر در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولا سولفوناتهای نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها
می باشد.
از الکل ها برای مواد کمکی فعال سطحی استفاده می شود. هزینه تهیه محلول های ماسیلار برای تولید هر بشکه نفت در سال ۱۹۷۵ حدود۱/۵ دلار آمریکا بوده است.
یکی دیگر از روش های مرحله سوم، روش احتراقی زیرزمینی است. طی این روش اکسیژن موجود در هوا در زیرزمین با هیدروکربن ها می سوزد و مقداری گاز تولید شده، فشار مخزن بالا می رود. گرما هم چنین گرانروی را کاهش داده و جریان نفت راحت تر صورت می گیرد. یک روش دیگر مرحله سوم که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزریق گاز کربن دی اکسی می باشد که جزئی از روش جابه جایی امتزاج پذیر است. گاز دی اکسید کربن بسیار ارزان بوده، در نفت نیز حل می شود وگرانروی آن را کاهش می دهد. از روش های دیگر مرحله سوم انفجارهای هسته ای در زیرزمین است که این انفجارها شکاف مصنوعی در سنگ ها به وجود می آورد و جریان نفت را ساده تر می کند. به این گونه فرایندها، مرحله سوم برداشت نفت (rtiary Oil RecoveryTer ) می گویند.
گفتنی است که مراحل برداشت نفت را به گونه ای دیگر می توان تقسیم بندی کرد، یعنی به جای اینکه بگوئیم مرحله اول، دوم یا سوم، می توانیم بگوئیم Primary Recovery، مرحله Improve Oil Recovery یا IQR یا eryced Oil RecovEnhanced .
برداشت بهبود یافته یا IQR فرایندی است که برای تعدیل کردن تکنولوژی های مورد استفاده برای افزایش برداشت به کار می رود. حال این فرایند می تواند در مرحله اول تولید انجام شود یا در مراحل دوم یا سوم.
تکنولوژی هایی چون حفاری افقی یا مشبک کاری انتخابی و یا تزریق ژل درجا ( Insitu gelation ) از نوع IQR می باشند.
بنابراین در IQR فرایند تولید عوض نمی شود، بلکه تکنولوژی به گونه ای تعدیل می شود که با همان فرایند قبلی، نفت بیشتری از مخزن تولید می گردد. درحالیکه ازدیاد برداشت یا EOR به فرایندی اطلاق می شود که در آن سعی می شود تا میزان درصد اشباع نفت، باقیمانده در مخزن به حداقل ممکن برسد. فرایندهایی چون سیلابزنی شیمیایی، تزریق ۲Co و احتراق در جا از این قبیل می باشند (۲۸).
بعد از عملیات تزریق آب می توان فرایند را تغییر داد. روش دیگر این است که عملیات تزریق آب را تعدیل کنیم. بدین منظور در لایه های با خاصیت گذردهی متفاوت، آب وارد لایه های با خاصیت گذردهی بالا شده و به سمت چاه تولیدی هدایت می گردد. لذا باید کاری کرد که این لایه ها بسته شوند. این کار با تزریق ژل در لایه های مورد نظر صورت می گیرد. فرایند جابه جایی امتزاجی (Miscible Displacement ) به معنی بازیافت نفت به وسیله تزریق ماده ای است که با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جایی مذکور سطح تماس نفت و ماده تزریق شده از بین می رود و جابه جایی به صورت حرکت تک فازی انجام می شود. در صورتی که شرایط از هر لحاظ برای امتزاج ماده تزریق شده و نفت فراهم باشد، بازیافت چنین فرایندی در مناطق جاروب شده ۱۰۰% می باشد.
گاز تزریقی دارای ویسکوزیته کمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتیجه تحرک بیشتری نسبت به آن دارد. این خاصیت گاز تزریقی، یکی از دلایل امکان امتزاج آن با نفت مخزن است، زیرا تحرک زیاد گاز نسبت به نفت باعث می شود که گاز در مراحل مختلفی با نفت تماس پیدا کرده و در نهایت حالت امتزاج بین نفت مخزن و گاز تزریقی حاصل آید.
مسئله ای که از تحرک زیاد گاز ناشی می شود این است که گاز تمایل به Fingering و linhChanne پیدا می کند و در نتیجه مناطقی از مخزن به وسیله گاز جاروب نمی گردد و لذا این امر باعث پایین آمدن Recovery Factor در جابه جایی امتزاجی می شود(۲۹).
۲-۶ مزایای بیوسورفکتانت ها در استخراج نفت ثالثیه
یکی از نکات جالب توجه آن است که در این مورد به خالص بودن بیوسورفکتانت نیازی نیست وقتی محیط کشت حاوی باکتری های مولد این ترکیبات هم می تواند برای استحصال نفت خام مورد استفاده قرار گیرد. یکی دیگر از ویژگی های این روش آن است که در مقایسه با سورفکتانت های شیمیایی که اثرات زیانبار زیست محیطی فراوانی بر جای می گذارند، کاربرد بیوسورفکتانت ها فاقد هر گونه عوارض نامطلوب بر روی اکوسیستم طبیعی است.
در این روش معمولا باکتری نفت خوار مولد بیوسورفکتانت و یا بیوسورفکتانت را همراه آب به درون مخازن زیر زمینی تزریق می کنند.
باکتری ها در حدود ۸ میلیاردم نفت خام را برای رشد و تکثیر خود مصرف کرده و پس از تولید بیوسورفکتانت، موجب کاهش کشش سطحی نفت و روان شدن آن به سمت چاه اصلی می شوند. به این طریق می توان بخش اعظم نفت موجود در لایه های ماسه سنگی اطراف مخزن را استحصال کرد (۳۰).
نکته جالب توجه در مورد باکتری های مولد بیوسورفکتانت آن است که اغلب این باکتری ها علاوه بر هالوفیل ( نمک دوست ) بودن، ترموفیل ( گرما دوست ) و یا حتی اکستریم ترموفیل
(Extreme Thermophile ) نیز هستند، یعنی به حرارت های بالا مقاومند. از همین رو، محصولات تولیدی آنها نیز در برابر حرارت مقاوم بوده و به راحتی غیر فعال نمی شوند.
طبق تحقیقات انجام شده روی باکتری های نفت خوار، مشخص شده که خود سلول های باکتری تا دمای ۷۰ درجه سانتیگراد و محصول آنها (بیوسورفکتانت) تا حدود ۱۵۰ درجه سانتی گراد به حرارت مقاومت دارند. از این رو مشکل خاصی در استفاده از این باکتری ها یا بیوسورفکتانت آن ها در عمق زمین و چا ههای نفتی وجود ندارند (۳۱).
به هر حال باید به این نکته توجه داشت که تکنولوژی استخراج و کاربرد بیوسورفکتانت ها در صنایع و بویژه صنعت نفت، نه تنها تکنیک امروز بلکه نیاز فرداست.
۲-۷ پیشینه تحقیق
نفت و فرآورده های آن از زمان های بسیار قدیم مورد استفاده قرار گرفته است. این ماده را از قرن ها پیش به صورت گاز در آتشکده و یا به فرم قیر می شناختند، بطوریکه در کتب مقدس و تاریخی اشاره شده که در ساختمان برج بابل از قیر گردیده است. علاوه بر بابلی ها از قیر بعنوان ماده قابل احتراق در چراغ ها و تهیه ساروج جهت غیر قابل نفوذ نمودن سدها و بالاخره جهت استحکام جاده ها استفاده می کردند. همچنین نادرشاه با بهره گرفتن از روشن کردن مشعل های نفت، موفقیت چشمگیری در فتح هندوستان بدست آورد. اولین چاه نفت در سال ۱۸۵۹ در یک ساختمان ناقدیسی در ایالت پنسیلوای آمریکا حفر گردید. نفت در ایران از هزاران سال پیش به واسطه نشت طبیعی آن در مناطق جنوبی شناخته شده بود. در دایره المعارف لاروس آمده است ((نخستین چاه نفت به فرمان داریوش، شاهنشاه هخامنشی در استان شوش حفاری شده است)). کاوش های باستان شناسی نشان داده است که مردمان کشور ایران حدوداً پنج هزار سال قبل از قیر برای تهیه ملاط و اندود کردن کشتیها و همچنین از نفت برای ایجاد روشنایی و درمان بعضی از امراض استفاده می کردند. هردوت تاریخ نویس یونانی دنیای باستان در کتاب خود چگونگی کندن چاه و استخراج نفت را در ایران شرح داده است. به گفته وی در محلی به نام ((اردریکا)) در نزدیکی شوش چاهی بوده است که نفت و آب نمک را از آن به کمک چرخ و دلو استخراج کرده و در حوضچه های سرباز نزدیک آن می ریختند تا مواد سبک نفت تبخیر شده و از قیر و نمک سفت شده استفاده می کردند (۴).
در دنیای مدرن اولین چاه نفت توسط شخصی به نام ( Drake ) که پایه گذار موسسه هایی به نامPennsylvania rock oil company بود، به تاریخ ۲۷ اوت ۱۸۵۹ میلادی در ایالت پنسیلوانیای آمریکا حفر شد، از این حلقه چاه که بعد از حدود ۵ سال تلاش در عمق ۲۳ متری به نفت رسید (۳۲).
در اولین روز حدود چهار هزار لیتر نفت به دست آمد واین مقدمه پیدایش صنعت بزرگی به نام صنعت نفت در جهان بود که تمام معادلات سیاسی و اقتصادی دنیا را تحت شعاع قرار داد. لوفتوس، اولین فرد خارجی بود که بطور تخصصی از مناطق نفت خیز ایران بازدید به عمل آورد. وی در گزارشی که به سال ۱۸۵۵ منتشر نمود اظهار داشته است که تنها چشمه قیر بررسی شده توسط ایشان در کنار کوههای بختیاری و مسجد دورافتاده ای در نزدیکی کوه آسماری مسجد سلیمان قرار داشته است (۴).
عکس مرتبط با اقتصاد
درسال ۱۸۹۰ میلادی (۱۲۶۹ شمسی) امتیاز اکتشاف و استخراج کلیه معادن ایران از جمله نفت توسط ناصرالدین شاه به یک انگلیسی به نام ((بارون جولیوس رویتر)) داده شد که به علت عدم موفقیت در اکتشاف نفت و مخالفتهای داخلی و خارجی این قرارداد با شکست مواجه شده و طرف ایرانی مجبور به پرداخت غرامت سنگینی شد. وی در سال ۱۹۰۱ میلادی (۱۲۸۰ شمسی) طبق امتیاز نامه دیگری اجازه اکتشاف، استخراج و تصفیه، حمل و نقل و فروش نفت و همچنین احداث خط لوله در تمام خاک ایران به جز پنج ایالت شمالی به یکی دیگر از اتباع انگلستان به نام « ویلیام ناکس دارسی » (Darcy. K. W) به مدت ۶۰ سال داده شد. از آن پس فعالیتها برای اکتشاف و استخراج نفت در منطقه دور افتاده ای به نام چاه سرخ در حوالی کرمانشاه شروع گردید که در تابستان ۱۹۰۳ حفاری ها در عمق ۵۰۷ متری به گاز نفت و سپس به نفت رسید. چند ماه بعد دومین چاه نیز در عمق مشابهی حفر شده و به نفت رسید. بهره برداری از این چاه ها با توجه به بازده کم روزانه حدود ۳۰ تن و هزینه های بالای حفاری و حمل و نقل مقرون به صرفه تشخیص داده نشد، دارسی که سرمایه گذاری زیادی انجام داده بود و به نتیجه مطلوب تر نرسیده بود، مجبور به همکاری با شرکت نفت برمه شد.
بیشتر تولیدات نفتی تا نیمه قرن نوزدهم از طریق چشمه های نفتی با گودال های کم عمق و چاه های دستی حفر شده در مخازن نفتی کم عمق، صورت گرفت. حفاری های نسبتا عمیق جهت استخراج نفت در ابتدا در ناحیه پچل بورن فرانسه انجام شد. در این ناحیه، ماسه های نفتی در زمین بطور قابل ملاحظه ای گسترده شده است. با شروع جنگ جهانی اول (۱۹۱۸-۱۹۱۴) نیاز به مواد به شدت افزایش یافت(۴).
استفاده از بیوتکنولوژی در صنعت نفت، مبحث نسبتا جدیدی می باشد که در سال های اخیر در دنیا مطرح شده است. در ارتباط با کاربرد بیوتکنولوژی در صنعت نفت می توان دو جنبه را مد نظر قرار داد:
۱)ارتقای کمی
۲)ارتقای کیفی
ارتقای کمی، موضوع MEOR یا Microbial Enhanced می باشد. روش MEOR روشی است در آن بوسیله میکروبهای مخصوص و مشخص میزان نفت استخراجی از چاه ها را افزایش می دهند. میکروبها به سه طریق می توانند باعث ازدیاد برداشت از مخازن نفتی شوند.
۱- با اکسیداسیون نفت اسید چربی تولید می کنند که باعث کاهش گرانروی نفت می گردد.
۲- با تولید مقادیر نسبی از گاز ۲Co باعث افزایش فشار در مخزن می گردند از این رو مانند تزریق گاز عمل میکنند.
۳- میکروبها با بوجود آوردن بیومس میان سنگ و نفت مخزن باعث جابجایی فیزیکی نفت می شوند.
شرایط فیزیکی نفت مثل دما، فشار، نمک و. . . عامل محدود کننده استفاده از MEOR است. از آنجا که شرایط فیزیکی چاه های نفت با هم فرق می کنند نمی توان برای همه آنها از یک نوع میکروارگانیسم استفاده کرد. مثلا در چاه های کم عمق کار به روش MEOR به دلیل دمای کمتر نسبت به چاه های عمیق که دمای بالا دارند بیشتر است. در چاه های عمیق مثل کشور ما باید از میکروارگانیسم های گرما دوست استفاده گردد. روش MEOR بطور چشمگیری محدود به دمای حداکثر ۸۰ درجه است(۳۳).
خصوصیات باکتری های مورد استفاده در روش MEOR :
۱-کوچک باشد.
۲-قادر به تحمل شرایط محیطی چاه باشد.
۳- رشد سریعی داشته باشد و از تحرک لازم داخل چاه برخوردار باشد.
۴- بتواند مواد ضد میکروبی و ضد خوردگی را تحمل کنند.
۵- برای رشد به مواد مغذی پیچیده ای نیاز نداشته باشند(۳۴).
مبحث ظریف تر در استفاده از توانمندی های بیوتکنولوژی در صنعت نفت، ارتقای کیفی محصولات نفتی
می باشد. چون جنبه های مختلفی در این زمینه وجود دارد که هرکدام ظرافت های خاص خود را می طلبد. ارتقای کیفی شامل حذف هسته، اتم های گوگرد و نیتروژن می باشد. حذف ازت، موضوع بسیار جدیدی است. مسیر N4 توسط دکتر کیلبین شناسایی و کشف شده است. طی این مسیر، ازت از ترکیبات جدا شده و ۲O جای آن قرار می گیرد که ضمن حذف ۲N، سوخت نیز بهتر می سوزد(۳۵).
در سال ۱۹۴۷، زوبل و همکارانش، اساس و مبنای میکروبیولوژی نفت را در استخراج نفت به کار گرفتند.
در سال ۱۹۵۴، اولین آزمایش در میدان نفتی لیبسون در ایالت Arokanas آمریکا انجام گرفت. در طول این زمان Kuzentsor تولید گاز میکروبی را از نفت کشف نمود(۳۲).
از جمله تحقیقات انجام شده روی نفت در ایران می توان به گوگرد زدایی از برش های بنزین و گازوئیل، تحقیقات در زمینه MEOR ( Microbial Enhanced Oil Recover ) به افزایش برداشت از چاه های نفت به روش های میکروبی به منظور استخراج بیشتر نفت از چاه ها و تصفیه زیستی اشاره کرد(۸).
پروژه جداسازی گوگرد از برش گازوئیل در حدود ۳ سال قبل آغاز گردید. نتیجه این کار جداسازی یک گروه باکتری مناسب برای گوگرد زدایی بوده است. که پس از مقایسه، از بین آنها ۲ باکتری انتخاب شده و تحقیق بر روی آنها ادامه دارد. توزیع باکتریهای بدست آمده ، هیچ شباهتی با توزیع پیش بینی شده نداشت. یعنی باکتری ها از مکان هایی تهیه شده بودند که ارتباطی با چاه های نفت نداشتند. در این راستا پروژه دیگری تحت عنوان جداسازی و شناسایی آنزیم منواکسیژناز C در مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی انستیتو پاستور در دست اجرا می باشد.
از سال ۱۹۷۰ تا ۲۰۰۰ تحقیقات MEOR برای اکولوژی میکروبی و شناسایی مخازن نفت متمرکز شد و این پروژه حدود ۲ سال قبل در ایران آغاز شد (۴).
تحقیقات تصفیه زیستی به ۲ صورت مستقیم و غیر مستقیم در واحد میکروبیو لوژی انجام می گیرد.
تحقیقات مستقیم: به این صورت است که مستقیما بر روی حذف ترکیبات نفتی ار خاک توسط
میکرو ارگانیسم ها کار می شود.
تحقیقات غیرمستقیم:در این زمینه، برروی جداسازی باکتری های تجزیه کننده و مولد بیوسورفکتانت فعالیت می شود و هدف حذف ترکیبات آلوده کننده نفتی با بهره گرفتن از باکتری های تجزیه کننده و مولد بیوسورفکتانت می باشد.
بدون شک ارزش جزء جزء نفت خام با توجه به تأمین انرژی و تأمین خوراک صنایع پایین دستی مثل پتروشیمی هر روز بیشتر می شود لذا سعی براین است که برش های سنگینی که معمولا در پالایشگاه ها به عنوان ته مانده تولید و به عنوان سوخت سنگین و کم ارزش مصرف می شود نیز استفاده بهتری به عمل آید، مقدار میانگین تولید این برش های سنگین در داخل کشور بیش از ۳۰ % نفت خام مصرفی پالایشگاه هاست که رقم کاملا قابل توجهی است در حالیکه فرایند خاصی بر روی این برش ها انجام نمی پذیرد، این مسأله سبب از دست دادن مقدار زیادی از ثروت ملی می گردد که در این راستا، یکی از روش های حل این مشکل ارتقای کیفیت این برش ها است.
جهت ارتقای کیفیت این برش ها نیز فرایندهای متعددی وجود دارد که در این بین در دو شاخه عمده: روش های افزودن هیدروژن و روش های حذف کربن مورد بررسی واقع شده ا ند، به طور کلی خصوصیات مشترک روش های مختلف افزودن هیدروژن عبارتست از: کاتالیستی بودن فرایندها، دمای متوسط عملیاتی ۴۵۰-۳۵۰ درجه سانتی گراد، فشارهای بالای عملیاتی، بازدهی بالای مایع به دلیل افزودن هیدروژن، کیفیت بالای محصولات، پیچیده بودن فرایند، هزینه سرمایه گذاری و عملیاتی بالا و مهمتر از همه سرویس تسهیلات گرانقیمت اعم از تأمین هیدروژن و بخار است. در حالیکه خصوصیات روش های مختلف حذف کربن عبارتست از: دماهای بالای عملیاتی ۵۵۰-۴۵۰ درجه سانتی گراد، فشارهای پایین عملیاتی، عدم حضور هیدروژن و تبعات ناشی از آن، بازدهی پایین مایع به دلیل حذف کربن، سرمایه گذاری و هزینه عملیاتی پایین و سادگی آنهاست (۷).
فصل سوم
روش کار