آشنايي با مفاهيم ژئوشيمي نفت و گاز
امروزه علوم زيادي وجود دارند که تلفيقي از چند علم مختلف هستند. هدف ازتلفيق اين دو يا چند علم مختلف، رفع مشکلات و جواب دادن به سؤالاتي است که هيچ يک از اين علوم به تنهايي توانايي انجام آن را ندارند، مانند علم ژئوفيزيک که ترکيبي از علوم زمينشناسي و فيزيک است. با ترکيب اين دوعلم ميتوان اطلاعات زمين شناسي را با کمک علم فيزيک مورد بررسي قرارداد. يکي ديگر از اين علوم، علم ژئوشيمي آلي است که ترکيبي ازعلوم زمين شناسي و شيمي آلي است که در اين مقاله مورد بررسي قرارمي گيرد.
همانطورکه درمقاله مباني شناخت مخزن گفته شد نفت در سنگ منشأ تشکيل ميشود. براي تشکيل نفت در سنگ منشأ فرآيندهاي مختلفي بر روي مواد آلي اتفاق ميافتد تا اين مواد تغيير ماهيت داده و به نفت و گاز و ديگر فرآوردهها تبديل شوند. در ابتدا لازم است اطلاعاتي درخصوص سنگ منشأ بدست آوريم؛ به عنوان نمونه سنگ منشأيي که مطالعه ميشود چه نوع هيدروکربوري (نفت و گاز) توليد ميکند يا اصلا توانايي ايجاد هيدروکربور را در خود دارد يا خير؟
مواد آلي در درون سنگ منشأ تبديل به کروژن (Kerogen) مي شوند؛ کروژن به مواد آلي درشت دانهاي گفته ميشود که توانايي انحلال در اسيدهاي آلي را ندارند. نفت ازتغيير و تحول و بلوغ کروژن توليد ميشود؛ به طورکلي چهار نوع کروژن داريم:
- کروژن نوع اول
- کروژن نوع دوم
- کروژن نوع سوم
- کروژن نوع چهارم
- کروژن نوع اول
محيط تشکيل اين نوع کروژن محيط هاي آبي شيرين و درياچههاي آب شيرين است. اين نوع کروژن مرغوبترين نوع کروژن است و فقط توليد نفت ميکند. موجودات تشکيل دهنده اين نوع کروژن ، جلبکها هستند.
- کروژن نوع دوم
اين نوع کروژن در محيط هاي دريايي و اقيانوسي تشکيل ميشود وبخش عمدهي توليدات آن نفت ومقداري هم گازاست. کروژن نوع دوم فراوانترين کروژن است؛ به اين دليل که در گذشته بيشتر قسمتهاي زمين را محيط هاي دريايي تشکيل داده بودند.
- کروژن نوع سوم
اين نوع کروژن در محيط هاي خشکي تشکيل ميشود. البته اين نکته را بايد يادآور شد که رودخانه نيز جزء محيط هاي خشکي به حساب ميآيد. توليد اين نوع کروژن گاز است؛ زيرا اين نوع کروژن از مواد آلي گياهي و درختان بهوجود آمده است.
- کروژن نوع چهارم
در نهايت کروژن نوع چهارم که هيچ هيدروکربوري بهوجود نميآورد و صرفاً کربن خالص يا اصطلاحاً گرافيت توليد ميکند.
براي اينکه کروژن موجود در ” سنگهاي منشأ ” توانايي توليد نفت را پيدا کند، بايد دانههاي درشت مواد آلي به تدريج شکسته شوند و تبديل به مواد آلي ريزدانهتر و قابل انحلال در اسيدهاي آلي شوند.
اين مسير تغيير و تحولات مواد آلي درون سنگ منشأ را ” بلوغ (Maturation) مواد آلي” گويند.
مراحل بلوغ به شرح زير است.
- دياژنز ( Diagenesis )
اين تغييرات بلافاصله بعد ازنهشته شدن مواد آلي در درون رسوبات سنگ منشأ آغاز ميشود؛ فعاليتهاي موجودات زنده اي که در کف دريا زندگي ميکنند و همچنين بعد از گذشت مدتي، فشار رسوبات بالايي -که روي رسوبات در برگيرنده مواد آلي نشستهاند- ميتوانند عامل اين تغييرات باشند.در اين مرحله از بلوغ ، گازي به نام گاز بيوژنيک (Biogenesis) توليد ميشود.
- کاتاژنز (Katagenesis )
دراين مرحله سنگ منشأ به بلوغي ميرسد که ميتواند نفت و گازتوليد کند در واقع دما و فشار به حدي ميرسد که مواد آلي توليد نفت و گازميکنند. در مرحله کاتاژنز در يک رنج دمايي خاص، نفت شروع به توليد ميکند که به آن (Oil window) گويند.
- متاژنز (methagenesis )
در اين مرحله بلوغ، فقط گاز توليد ميشود که به گاز توليد شده دراين مرحله گاز ژنتيک (genetic gas) گويند. اگرشکسته شدن مواد آلي و تبديل به مولکولهاي کوچکتر ادامه يابد، بلوغ به مرحله متامورفيزم (metamorphism) ميرسد. در اين مرحله کربن خالص يا گرافيت توليد ميشود که همان ذغالسنگ است.
تشخيص بلوغ
براي تشخيص بلوغ هرسنگ منشأ روشهاي مختلفي وجود دارد. مانند استفاده از دستگاه Rock eval که اطلاعات زيادي را در اختيارمتخصصين قرارميدهد. روش ديگر استفاده از ميکروسکوپ و مطالعه ماده آلي ( Vitrinite ) است که تغييرات رنگ آن منجر به تشخيص مرحله بلوغ سنگ منشأ ميشود. روشهاي ديگري نيز وجود دارد که ميتوان بهوسيله آن بلوغ سنگ منشأ را تخمين زد.
تشخيص نوع کروژن
اما براي تشخيص نوع کروژن موجود، ميتوان با مطالعه “ميسرالي” (macelar) که در درون آن است نوع آن را تشخيص داد. هر کروژن يک macelar خاص خود را دارد که با مشاهده آن در نمونه سنگ منشأ ميتوان پي به نوع کروژن برد. به عنوان نمونه ميسرال کروژن نوع دوم ويترينايت(vitrinite) نام دارد.ميسرال درون سنگ منشأ يا کروژن، حکم فسيل در سنگ را دارد. همانطور که با ديدن فسيل يک سازند خاص ميتوان به نوع سازند پي برد، با ديدن ميسرال هر نوع کروژن ميتوان به نوع کروژن آن پي برد.
کاربردها
يکي از کاربردهاي ژئوشيمي، در مطالعه سنگ منشأ است که مي توان به وسيله اين نوع مطالعه تشخيص داد که آيا اين “سنگ منشأ” توانايي توليد هيدروکربور را دارد و اگر دارد چه نوع هيدروکربوري (نفت يا گاز) مي تواند توليد کند؟ آيا توليد نفت آن مقرون به صرفه و قابل توجه است يا خير؟
از کاربردهاي ديگر ژئوشيمي آلي ، در اکتشاف نفت و مطالعه مخازن نفتي است. از کارهايي که در ژئوشيمي آلي انجام ميشود مطابقت نفت با نفت (oil-oil correlation) يا نفت با سنگ منشأ (oil-source correlation) است، بهاين معني که در مطابقت نفت با سنگ منشأ، نفت موجود دريک سنگ مخزن با سنگهاي منشأ اطراف از جهات مختلف مطابقت داده ميشود و به اين ترتيب ميتوان سنگ منشأ نفت موجود در مخزن را مشخص کرد و ازاين طريق اين امکان را بررسي کرد که آيا در مسير بين سنگ منشأ و سنگ مخزن ، تلهي نفتي ديگري هم وجود دارد يا خير و به اين ترتيب اولويتهاي حفاري براي اکتشاف يا حفاريهاي بعدي با حداقل ريسک را مشخص کرد و يا درمطابقت نفت با نفت (oil-oil correlation) نفت دو يا چند مخزن را با هم مقايسه و مطالعه کرد؛ به اين منظورکه آيا داراي سنگ منشأ يکساني هستند يا خير؟ اين تطبيق کمک زيادي در اکتشاف تلههاي نفتي بعدي ميکند.
از ديگر کاربردهاي ژئوشيمي آلي مطالعه نفت موجود در مخازن است. امروزه بعضي از مخازن کشور با مشکل رسوب آسفالتن روبرو هستند. به اين ترتيب که در پايين اين مخازن يک لايه نازک آسفالتن تشکيل ميشود و باعث ميشود به عنوان نمونه، قسمت آبران مخزن که در قسمت زيرين مخزن قرار دارد از قسمت نفتي جدا شود و نتواند بهخوبي انرژي لازم براي حرکت نفت را فراهم کند
با مطالعات ژئوشيميايي آلي نفت موجود در مخزن ميتوان عامل تشکيل آسفالتن را پيدا کرد و مانع از تشکيل آن شد. از ديگر مشکلات اين است که در سطح تماس آب با نفت، آب ميتواند قسمتهاي سبک نفت را درخود حل کند (Water washing) و با خود به جاهاي ديگر ببرد و اين نيز زيان آور است و باعث سنگين شدن نفت باقي مانده ميشود و يا ميکروبهايي که از طريق آبهاي زيرزميني به نفت وارد ميشوند باعث سنگينتر شدن نفت ميشوند. از آنجا که خوراک اين ميکروبها مواد نفتي سبک است، اين ميکروبها با مصرف اين مواد ؛ باعث ميشوند نفت موجود در اين مخازن به نفت سنگين تبديل شود. با مطالعات ژئوشيميايي آلي و اعمال روشهاي پيشنهادي آن ميتوان اين آثار زيان بار را کم کرد. همچنين در ازدياد برداشت به روش ميکروبي يا MEOR ، که براي نفت سنگين باقيمانده در مخزن بهکار ميرود، نيز نياز به مطالعه نفت موجود در آن مخزن داريم تا با پيبردن به ترکيب نفت و ميکروبهاي موجود در آن ، شرايط را براي رشد ميکروبهايي فراهم کنيم که با مصرف مواد نفتي و ايجاد گاز در مخزن ، فشار مخزن را افزايش ميدهند و باعث ازدياد برداشت نفت باقيمانده ميشود