افزایش بازیابی نفت با باکتری ها و میکروبها (MEOR)

در ارتبط با کااربرد میکروبیولوژی در صنعت نفت میتوان دو جنبه را مد نظر قرار داد :

1- ارتقای کمی : نمونه بارز آن روش (microbial enhanced oil recovery) یا MEOR است.
2- ارتقای کیفی : مانند حذف هسته و اتمهای گوگرد و نیتروژن.  

استفاده از MEORدر ازدیاد برداشت از مخازن نفت :
در طبیعت چاههای نفتی وجود دارد که به علت تزریق آب دیگر قادر به تولید نفت نیستند و یا به اصطلاح غرقاب شده اند و همچنین چاههایی وجود دارند که به دلیل رسوب تر کیبات آلی و معدنی مسدود شده اند لذا بعد از استخراج اولیه و ثانویه نفت , قسمت اعظم آن حدود 80% در چاهها باقی می ماند لذا روشهای مختلفی به منظور استخراج مابقی نفت به وجود آمده است که عبارتند از :
1 – تزریق فرم و آلیاژهای پلیمری . 2 – روش حرارتی . 3 – تزریق آب .
4 – تزریق گاز 5 – استفاده از مواد شیمیایی کاهش دهنده نیروی کشش سطحی 6 – روش MEOR

روش MEOR :

روشی است که در آن بوسیله میکروبهای مخصوص و مشخص میزان نفت استخراجی از چاهها را افزایش می دهند.
میکروبها به سه طریق می توانند باعث ازدیاد برداشت از مخازن نفتی شوند.
1- با اکسیداسیون نفت اسید چربی تولید می کنند که باعث کاهش گرانروی نفت میگردد.
2- با تولید مقادیر نسبی از گاز CO2 , باعث افزایش فشار در مخزن میگردند از این رو مانند تزریق گاز عمل می کنند.
3- 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 چاههای نفت با هم فرق می کنند نمی توان برای همه آنها از یک نوع میکروارگانیسم استفاده کرد. مثلا در چاههای کم عمق کار به روش MEOR به دلیل دمیی کمتر نسبت به چاههای عمیق که دمای بالا دارند بیشتر است.در چاههای عمیق مثل کشور ما باید از میکروارگانیسم های گرمادوست استفاده گردد. روش MEOR بطور چشمگیری محدود به دمای حداکثر 80 درجه است.
خصوصیات باکتریهای مورد استفاده در روش MEOR :
1- کوچک باشد 2- قادر به تحمل شرایط محیطی چاه باشد 3- رشد سزیعی داشته باشد و از تحرک لازم داخل چاه برخوردار باشد 4- بتوانند مواد ضد میکروبی و ضد خوردگی را تحمل کنند 5- بری رشد به مواد مغذی پیچیده ای نیاز نداشته باشند.
انواع باکتریهای مورد استفاده در MEOR:
سودوموناس, میکروکوکوس, کلستریدیوم, انتروباکتریاسه, اشرشیاکلی, مایکوباکتریوم, لوکونوستوک, باسیلوس لینکنی فرمیس.
آلودگی نفتی یکی از خطرات جدی تهدید کننده محیط زیست و موجودات زنده است حل این معظل زیست محیطی به طرق گوناگون از دیرباز مورد توجه پژوهندگان علوم زیستی بوده است. یکی از روشهای جدید برای رفع این آلودگی ها استفاده از باکتریهای نفت خوار است که در کشور ما نیز این باکتریها توسط دکتر غلامحسین ابراهیمی پور جداسازی شده اند. طبق گفته ایشان این باکتریها قادرند مواد ترکیبات نفتی را تا 100% به بیومس میکروبی و گازکربنیک تبدیل کنند. در صورتیکه بهترین سویه های جدا شده در آلمان تنها 80% قادرند این کار را انجام دهند. یکی از عمده ترین آلاینده های آب دریا کشتی های نفت کش هستند. این کشتی ها معمولا پس از تخلیه محموله نفتی خود در بنادر مقصد, مخزن خود را تا حدی با آب دریا پر می کنند. بارگیری این آب که معمولا آب توازن نامیده می شود برای حفظ تعادل کشتی در مسیر بازگشت به بنادر مبدا ضروری است. نکته مهم اینجاست که این نفت کش ها پس از رسیدن به بنادر در مبدا قبل از بارگیری دوباره نفت, آب توازن خود را در دریا تخلیه می کنند که همین امر موجب می شود تا مقادیر بسیار زیادی نفت خام نیزوارد آب دریا می شود. در صورتیکه اگر باکتریهای نفت خواربه آب توازن نفت کش ها اضافه شوند, قبل از تخلیه آب توازن نفت موجود در آن به بیومس میکروبی تبدیل شده و به این ترتیب نه تنها دریا را آلوده نمی کند بلکه بیومس میکروبی آن مورد تغذیه آبزیان نیز قرار می گیرد. بنابر این اگر باکتریهای نفت خوار را در سطح وسیعی تولید کنیم علاوه بر پاکسازی آبهای ساحلی خود می توانیم با فروش به سایر کشورها درآمد ارزی بالایی بدست آوریم.

از باکتری تا نفت ؛تزریق میکروب در میادین نفتی برای افزایش برداشت

در ده سال اخیر ، دانش استفاده از میکروب ها برای افزایش برداشت از میادین نفتی با پیشرفت های زیادی روبرو شده ، اما با وجود همه تلاش ها، همچنان مسائلی دیرپا باقی مانده است.

پس از چند دهه آزمایش و خطا ، کارشناسانی که بر روی حوزه استفاده از میکروب ها برای افزایش برداشت از میادین نفتی مطالعه می کردند ،بر اساس مطالعات آزمایشگاهی دریافتند ، میکروب های خورنده نفت می توانند میادین قدیمی نفتی را احیا نمایند . این مطالعات نشان می دهد که این راهکار می تواند پایان عمر میادین را به تاخیر اندازد ؛ اما باید برای ترش شدن نفت باقیمانده در میدان بدلیل استفاده از روش میکروبی تدبیری اندیشید،هرچند تولید جانبی گاز سولفید هیدروژن در فرآیند اجرا و همچنین گاز متان تولید شده از زغال سنگ موجود، یک گام رو به جلو محسوب می گردد.(در این مقاله خورده شدن نفت به معنای روشی است که در آن فرآیند ساخت و ساز (متابولیسم) باکتری ها شکل می گیرد. و بدین ترتیب خوردن نفت به معنای اکسیده شدن هیدروکربن ها خواهد بود.)

اما ایده استفاده از میکروب ها برای افزایش برداشت از میادین هیدروکربنی یکی از بحث برانگیز ترین مباحث فراروی کارشناسان حوزه انرژی در سال های اخیر بوده است.

     این روش عموما در چاه های متروکه و در مناطق دور دست به کار گرفته می شود. در این روش تزریق آب و مواد مغذی معدنی ؛ باعث فعالیت میکروارگانیسم ها شده و به تولید گاز از زغال سنگ می انجامد. هدف از این کار ، ایجاد شرایطی است که میکروب ها با خوردن زغال سنگ ، تولید متان نمایند.

از سوی دیگر ، پژوهش هایی در دست انجام است تا نفت خام سنگین را به متان تبدیل نماید. البته هم اینک تبدیل نفت خام به گاز دارای ارزش اقتصادی نیست، اما در مناطقی که دیگر نفت خام سنگین تولید نمی شود این کار می تواند اقتصادی باشد.

اما یک چالش بزرگ اینست : چگونه راه هایی را بیابیم که تولید گاز تضمین شده ای را فراهم آورد.

از سوی دیگر ، کارشناسان حرکت به سوی تبدیل زغال سنگ به گاز طبیعی را یک فرآیند چند مرحله ای می دانند که در آن میکروب ها با خوردن زغال سنگ ، هیدروژن ، دی اکسید کربن و استات تولید می کنند . و سرانجام پس از مراحل گفته شده ، گاز متان تولید می شود. اما در این فرآیند باید آب موجود در چاه تخلیه شود که هزینه های زیادی را به دنبال دارد.

از سوی دیگر دستیابی به منابع جدید هیدروکربن با قوانین متعددی محدود شده شده است. مثلا بدلیل آلودگی آب های زیرزمینی منطقه ، مقررات سخت گیرانه ای در ایالات متحده وضع شده است.

استوارت پیج مدیرعامل شرکت گلوری انرژی که سالهاست تنها در حوزه دانش استفاده از میکروب ها برای ازدیاد تولید نفت فعالیت می کند، می گوید :"در این سالها دانش استفاده از میکروب ها برای افزایش برداشت و تولید بیشتر از میادین نفتی ، توسعه زیادی یافته است. و به هرحال می توان گفت کار ما شباهت زیادی به تولید پادزهر برای زهر مار دارد."

اما تصویر کنونی ما از این دانش ، تاریخچه ای کاملا روشن نداشته و با فراز و فرودهای زیادی روبرو بوده است. به عنوان مثال ،آزمون این روش در میادین تنها منوط به موافقت غول های نفتی برای کاربرد آن در مخازن در حال برداشت بوده است.

از سوی دیگر ، این روش که عمری 50 ساله دارد ، حتی از روش های لرزه نگاری هم عمر و سابقه طولانی تری دارد.

کلود زوبل ، دانشمند همکار با انجمن نفت آمریکا که اولین بار منشا میکروبی نفت را کشف کرد ، حقوق انحصاری کشف این روش را در سال 1957 ثبت تجاری نمود. روش او شامل تزریق باکتری های فعال در یک مخزن نفتی بود و دستاورد او حاصل آزمون و خطاهای بسیاری بود که برای درک چرخه حیات یک مخزن روی می دهد.

در سال های اخیر و بویژه به دنبال ورود بسیاری از مخازن نفتی دنیا به نیمه دوم عمر خود ، این روش با اقبال بیشتری روبرو گردیده و تجارب و دستاوردهای گذشته نیز به بهبود سطح دانش ما، کمک زیادی نموده است. همچنین بسیاری از کارشناسان دوره حاضر را عصر رنسانس این دانش در حوزه اکتشاف و تولید می دانند.

در سال های اخیر، استات اویل پیشتاز استفاده از این روش بوده است ، اما شرکت های بی پی ، شل ، کونوکو فیلیپس و دوپونت نیز جز شرکت هایی هستند که گام های بزرگی برای آزمون های مربوط به توسعه استفاده از این روش برداشته اند. دریای شمال منطقه ای است که آزمایش های زیادی در حوزه استفاده از میکروب ها در آن انجام شده و این فعالیت ها همچنان ادامه دارد. البته در این منطقه برای اولین بار در بخش فراساحل ، شاهد استفاده از میکروب ها و تزریق نیترات ، مواد غذایی و هوا در میدان نفتی نورن بوده ایم. البته آزمونی مشابه پیش از این در خاک اتریش بازسازی شده بود .

ما در این سالها شاهد افزایش علاقه شرکت ها به این موضوع بوده ایم، اما همچنان تعداد میکروبیولوژیست های فعال در پروژه ها ، همچنان اندک است.

اجرای آزمون های طرح :

اکثر انتقادات مطرح شده در برابر ایده استفاده از میکروب ها برای افزایش برداشت از میادین نفتی ، جدی و چالش برانگیز بوده است.مثلا یکی از منتقدان می گوید : با وجود اینکه این ایده از سال ها پیش مطرح بوده است ، اما هیچ یک دانشمندان برجسته حوزه مخزن از اجرای چنین ایده ای ، پشتیبانی نکرده است. به علاوه تاکنون اجرای آزمایشی این طرح و حتی آزمون های آزمایشگاهی آن نیز با نتایج قابل قبولی همراه نبوده است.

اما آیا نتایج مطالعات آزمایشگاهی را می توان در مخازنی با عمر چند میلیون ساله که در پایان عمر تولید خود هستند ، به کار برد ؟ یکی از کارشناسان می گوید :" ما نیازمند درک این موضوع هستیم که چگونه می توان نفت باقیمانده در پایین چاه را به تحرک وا داشت. و البته استفاده همزمان از این روش با تزریق آب دارای شوری کم ، می تواند نتایج اثربخش تری به همراه داشته باشد."

این روش نیازمند افزایش تعداد باکتری های خورنده نفت است که با ساختار مخزن ، مشابه و همسان باشند. سپس با ترکیدن جمعیت باکتری ها ، نفت بیشتری حاصل می شود که می تواند در مجموع نفت زیادتری را با بهره گیری از چند روش جانبی مرتبط، تولید کند.

همچنین ملاس نیز می تواند به رشد باکتری ها کمک کند ، اما ما می دانیم میکروب هایی که از نیشکر تغذیه می کنند ، هیچ بازدهی در فرآیند بهبود تولید نفت ندارند. اما به هرحال فرمول دقیق مواد اضافه شده به آب تزریق شده به مخزن ، جز اسرار شرکت های نفتی محسوب می شود.این مواد که با توجه به ساختار هر مخزن متفاوت خواهد بود ، عمدتا شامل کودهای شیمیایی نظیر نیترات و فسفات اند که مقدار اندکی از آنها در مخزن وجود دارد.

 آزمون های آزمایشگاهی نشان می دهد که باکتری های فعال در مخزن می تواند علاوه بر تغییر سازند های چاه ، تعادل مکانی نفت و آب موجود در چاه را بر هم زند. اما به هر حال ، باید این ایده در مخازن بزرگ تر اجرایی شود تا آثار فیزیکی شیمیایی آن بیش از گذشته ، شناسایی گردد.

نگاهی به ابعاد یک آزمون مخزن :

شرکت استات اویل ، آزمون های مربوط به 8 چاه مخزن استیروپ را در جنوب غربی کانزاس بر عهده داشت. این مخزن 26 سال عمر تولیدی داشت و 91 درصد ستاده چاه های این مخزن ، را آب تشکیل می داد. پس از گذشت یک سال از زمان آغاز تزریق باکتری ها ، استات اویل اعلام کرد که 750 هزار گالن(معادل 21900 بشکه) افزایش تولید از این مخزن داشته است. اخیرا نیز این شرکت اعلام نموده در ماه سپتامبر گذشته ، 6000 بشکه افزایش تولید با استفاده از روش تزریق باکتری در چاه 2-12 به دست آمده است. ضمنا چاه فوق، 60 درصد افزایش حجم تولید ، داشته است.

البته در این روش ، حجم آب خروجی از چاه تغییر قابل توجهی نداشته، اما در مجموع درصد آب خارج شده از چاه با کاهش همراه بوده است. یعنی حجم آّب استحصال شده از 91 درصد به 88 درصد کاهش یافته است.

در میانه اجرای این آزمایش ها ، ترکیب مواد تزریق شده به چاه تغییر یافت . همچنین تزریق آب از طریق یک چاه به مخزن، متوقف گردید ؛ چرا که ، تزریق آب باعث شده بود تولید نفت از چاه های تولیدی ،کاهش یابد. اندکی بعد نیز یک چاه تولیدی به یک چاه تزریقی تبدیل شد تا تولید در سایر چاه ها ، تداوم یابد.

پس از این تغییرات ، ادامه روند تولید امیدوار کننده بود. بویژه اینکه کاهش آب خروجی از چاه و تاثیر قابل توجه بر ویژگی های مخزن به همراه بسیاری از شاخص های امیدوار کننده مدیریت مخزن، نشان از افزایش تولید چاه ها ، پس از تزریق باکتری ها داشت.

اما نکته کلیدی اینست که تاثیر تزریق باکتری ها در یک چاه بر ویژگی های مخزن همچنان باید مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد.

جک استوارت، استاد دانشگاه کالگری می گوید : سنجش تاثیر روش تزریق باکتری ها بر عملکرد مخزن در آزمایشگاه ، کاری سخت است و به همین ترتیب ، سنجش تاثیرات آن در یک مخزن به مراتب سخت تر است.

در مجموع با توجه به کم هزینه بودن این روش ، افزایش 5 درصدی حجم تولید چاه ها با این روش پذیرفتنی می باشد. و تاثیر مثبت استفاده از باکتری ها ، مورد پذیرش کارشناسان قرار گرفته است.

سی یان کافری ؛ پژوهشگر کانادایی می گوید : در گذشته میکروبیولوژیست ها حتی به رویای در اختیار داشتن یک چاه برای انجام آزمایش هایشان نیز نمی اندیشیدند. و آنها امروزه خوشبختند که می توانند آزمایش های خود را بر روی یک مخزن نفتی ، انجام دهند."

آزمون های میکروبی :

درمورد فرآیند تاثیر میکروب ها بر مخزن ، نظریات متعددی وجود دارد. استات اویل در گزارش خود اعلام نموده که باکتری ها تعادل و جای گیری آب و نفت در مخزن را بر هم زده اند. باکتری های خورنده نفت در آب نزدیک نفت ، زندگی می کنند. این میکرو ارگانیسم ها ، که استفاده از داده های لیزری ، تغییرات آن را نشان می دهد، می توانند ویژگی های مخزن و مسیر حرکت آب و نفت در سازند را در یک دوره کوتاه، با تغییرات قابل توجهی روبرو نماید.

یکی از چالش های مطالعه این روش را باید در تعمیم تغییرات یک توده میکروبی به تغییر رفتار یک مخزن هیدروکربنی دانست. از سوی دیگر تاکنون بخش اعظم آزمایش ها در مخازنی انجام شده که در دوره پایانی عمر خود قرار دارند و بدین ترتیب در مورد تاثیر قابل قبول این روش در مخازن جوان تر ، تردیدهایی وجود دارد.

یک رویکرد دوگانه :

توسعه این روش در شرکت های نفتی نیازمند متخصصانی است که هم اینک در این شرکت ها وجود ندارند: میکروبیولوژیست ها ؛ مهندسان شیمی ، ژئوفیزیکدانان و مهندسان مخزن. و برای دستیابی به بهترین نتایج باید این افراد ،زبان همدیگر را بفهمند.

بارت لومانز ،پژوهشگر شرکت شل می گوید : "در گذشته گفته می شد که مهندسان مخزن ، گفته های میکروبیولوژیست ها را درک نمی کنند. و از سوی دیگر میکروبیولوژیست ها نیز از گفته های مهندسان مخزن چیزی درک نمی کنند. و به همین دلیل آموزش دانش های مرتبط با فعالیت های یک پروژه برای متخصصان حاضر در تیم ها ، بسیار حیاتی است.

اما این اقدامات برای هر شرکتی ، با هزینه های پیش بینی نشده ای همراه است. و باید به خاطر داشت که کار کردن با باکتری ها در میادین نفتی می تواند بر شیوه های کنترل و مدیریت چاه ، تاثیرگذار باشد.

البته در این سال ها علاوه بر میکروب ها ، تجهیزات تزریق هوا ، اکسیژن و کربنات کلسیم نیز در این طرح مورد استفاده قرار گرفته اند.

گری جنمن ، سوپروایزر شرکن نفتی کونوکو فیلیپس می گوید : ما در این سال ها و در سایه مطالعات مربوط به جذب باکتری ها به دانش بیشتری در مورد فرآیندهای داخلی چاه ها دست یافته ایم.چرا که برای درک منشا زیستی مخازن نفت ، می توان از دانش زیست شناسی بهره ببریم. از سوی دیگر ، پیوند دو رشته زیست شناسی و مهندسی مخزن به حفظ محیط زیست ، کاهش استفاده از مواد آلاینده و کاهش هزینه ها و در نهایت افزایش اثربخشی می انجامد.

و فراموش نکنید که جینمن می گوید :" ما در همه این سال ها زیست شناسان را دست کم می گرفتیم... اما دانش میکروبیولوژی بر فرآیندها داخلی چاه ها ؛ فرآیند ترش شدن و سایر فرصت های فراروی اکتشاف و تولید، تاثیراتی انکار ناشدنی دارد که باید سرمایه گذاری بیشتری بر روی آن انجام شود."

 

نویسنده : استیفان راسنفوس

مترجم : محسن داوری (واحد خبر و اطلاع رسانی شرکت نفت و گاز پارس)

منبع: ماهنامه Journal of Petroleum Technology .نوامبر 2011