مخزن: گنجینه‌های پنهان در اعماق زمین
مخزن چیست و چگونه شکل می‌گیرد؟
یک مخزن، در ساده‌ترین تعریف، یک لایه‌ی سنگی زیرزمینی است که قادر است مقادیر زیادی نفت خام یا گاز طبیعی را در خود نگه دارد. برای اینکه یک لایه‌ی سنگی بتواند نقش یک مخزن را بازی کند، باید دو ویژگی بسیار مهم داشته باشد: تخلخل3 و نفوذپذیری4.
تشکیل یک مخزن یک فرآیند بسیار طولانی است که میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد. این فرآیند را می‌توان به چند مرحله‌ی اصلی تقسیم کرد:
| مرحله | شرح | مثال |
|---|---|---|
| ۱. منشأ | مواد آلی (مانند پلانکتون‌ها و جلبک‌های مرده) در کف دریاها و اقیانوس‌های قدیمی رسوب می‌کنند. | مانند سبزیجاتی که در باغچه مدفون می‌شوند و به مرور زمان تجزیه می‌شوند. |
| ۲. دفن و پخت | لایه‌های رسوبی جدید روی مواد آلی را می‌پوشانند. فشار و حرارت زیاد، این مواد را به نفت و گاز تبدیل می‌کند. | مانند پختن یک کیک در فر که تحت حرارت تغییر حالت می‌دهد. |
| ۳. مهاجرت | نفت و گاز تشکیل‌شده، که سبک‌تر از آب هستند، از طریق سنگ‌های نفوذپذیر به سمت بالا حرکت می‌کنند. | مانند حباب‌های هوا که در یک لیوان آب از پایین به بالا صعود می‌کنند. |
| ۴. به‌دام‌افتادن | نفت و گاز در یک ساختار زمین‌شناسی خاص که در بالا و اطراف آن لایه‌های نفوذناپذیر (مثل سنگ‌های رسی) وجود دارد، گیر می‌افتند و جمع می‌شوند. | مانند آبی که در یک کاسه‌ی وارونه زیر آب به دام می‌افتد. |
ویژگی‌های حیاتی یک مخزن
همانطور که گفتیم، تخلخل و نفوذپذیری دو ویژگی کلیدی یک مخزن هستند. اما این دو به چه معنا هستند؟
$\phi = \frac{V_p}{V_b} \times 100$
که در آن $\phi$ تخلخل، $V_p$ حجم حفره‌ها و $V_b$ حجم کل سنگ است.
یک مقایسه‌ی ساده: یک نان اسفنجی دارای تخلخل بالایی است (حفره‌های زیاد)، اما نفوذپذیری آن پایین است زیرا حفره‌ها به خوبی به هم متصل نیستند و نمی‌توان به راحتی هوا را از آن عبور داد. در مقابل، یک ظرف پر از شن‌های درشت، هم تخلخل خوبی دارد و هم نفوذپذیری بالا، زیرا آب به راحتی از بین آن‌ها عبور می‌کند.
انواع مختلف مخازن نفت و گاز
مخازن را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی مانند نوع سنگ یا شکل تله‌ی زمین‌شناسی دسته‌بندی کرد.
| نوع مخزن | شرح | مثال معروف |
|---|---|---|
| مخزن سنگ آهکی | از فشرده شدن و سیمانی شدن پوسته‌ها و اسکلت موجودات دریایی تشکیل می‌شود. اغلب تخلخل خوبی دارند. | میدان گازی پارس جنوبی |
| مخزن ماسه‌سنگی | از دانه‌های ماسه‌ای که به هم چسبیده‌اند تشکیل شده است. فضاهای بین دانه‌ها، محل ذخیره‌ی نفت و گاز است. | میدان های نفتی اهواز |
| مخزن شکافدار | در این مخازن، نفت و گاز عمدتاً در شکاف‌ها و ترک‌های سنگ‌های متراکم (مثل سنگ‌های آهکی فشرده) ذخیره شده است. | برخی از میادین نفتی ایران |
چگونه یک مخزن را پیدا و از آن استفاده می‌کنند؟
کشف و بهره‌برداری از یک مخزن، یک پروژه‌ی پیچیده و پرهزینه است که به تخصص‌های مختلفی نیاز دارد. این فرآیند معمولاً شامل مراحل زیر است:
اکتشاف: زمین‌شناسان و ژئوفیزیکدانان با استفاده از روش‌های مختلف مانند مطالعه‌ی نقشه‌های زمین‌شناسی، عکس‌برداری هوایی و انجام مطالعات لرزه‌ای5، مناطقی را که احتمال وجود مخزن در آن‌ها زیاد است، شناسایی می‌کنند. در مطالعات لرزه‌ای، با ایجاد امواج صوتی و ثبت بازتاب آن‌ها، تصویری از لایه‌های زیرزمینی تهیه می‌شود؛ دقیقاً مانند سونار که در دریا استفاده می‌شود.
حفاری: اگر مطالعات اکتشافی امیدوارکننده باشند، یک سکو6ی حفاری در محل مستقر شده و چاه حفر می‌شود. اگر چاه به یک مخزن پر برخورد کند، به آن چاه اکتشافی موفق می‌گویند.
تولید: پس از کشف مخزن، چاه‌های بیشتری حفر می‌شوند تا نفت و گاز را به سطح زمین برسانند. گاهی فشار طبیعی مخزن به قدری زیاد است که سیالات را خودبه‌خود به سطح می‌فرستد و گاهی نیاز به استفاده از پمپ‌ها و روش‌های پیشرفته‌تر است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. این یک باور غلط رایج است. نفت و گاز درون فضاهای میکروسکوپی بین دانه‌های سنگ یا درون شکاف‌های بسیار ریز سنگ‌ها محبوس شده‌اند، نه در حفره‌های بزرگ و خالی.
خیر. ترکیب مخازن می‌تواند بسیار متفاوت باشد. برخی مخازن فقط حاوی گاز طبیعی هستند (مخزن گازی)، برخی فقط نفت سبک یا سنگین دارند (مخزن نفتی) و بسیاری از آن‌ها مخلوطی از نفت، گاز و آب شور هستند که در لایه‌های مختلف قرار گرفته‌اند.
معمولاً تنها بخشی از نفت موجود در مخزن (بین 20% تا 60%) قابل استخراج است. دلیل آن نیروهای چسبندگی قوی بین نفت و سنگ، کاهش فشار مخزن و پیچیدگی مسیرهای جریان است. به این درصد، ضریب بازیافت7 می‌گویند.
پاورقی
1مخزن (Reservoir): به لایه‌ای از سنگ متخلخل و نفوذپذیر که قادر به ذخیره‌سازی و تولید نفت و گاز اقتصادی باشد، گفته می‌شود.
2هیدروکربن (Hydrocarbon): ترکیبات شیمیایی آلی که تنها از اتم‌های کربن (C) و هیدروژن (H) تشکیل شده‌اند. نفت خام و گاز طبیعی مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف هستند.
3تخلخل (Porosity): نسبت حجم فضاهای خالی یک سنگ به حجم کل آن.
4نفوذپذیری (Permeability): معیار سنجش توانایی یک سنگ برای انتقال سیالات از درون خود.
5مطالعات لرزه‌ای (Seismic Survey): روشی در اکتشاف نفت که با استفاده از امواج صوتی مصنوعی، ساختار لایه‌های زیرزمینی را تصویربرداری می‌کند.
6سکو (Platform): سازه‌ای ثابت یا شناور که برای حفاری چاه‌های نفت و گاز در خشکی یا دریا استفاده می‌شود.
7ضریب بازیافت (Recovery Factor): درصدی از نفت یا گاز موجود در مخزن که به طور اقتصادی و با فناوری موجود قابل استخراج است.