بهره برداری از چاه‌های نفت به روشی جدیدتر

هرگز نمی‌توان كلیه نفت یك مخزن را از آن استخراج كرد. بسته به نوع مخزن، شرایط و نیروی آن و نوع بهره برداری از آن، معمولاً می‌توان تقریباً بین 20 تا 70 درصد نفت مخزن را از آن استخراج كرد. بنابراین اغلب مخازنی كه نفت آن‌ها تمام شده تلقی می‌شود و بهره برداری از آن‌ها را پایان می‌دهند، در حقیقت مقادیر زیادی نفت را در خود نگه داشته‌اند. اینجاست كه از روش‌های بازیافت ثانویه برای بیرون آوردن بقیه نفت مخزن استفاده می‌شود. با كلیه این روش‌ها باز هم مقدار عمده نفت در مخزن باقی می‌ماند. اكنون باید به سراغ روش‌های ثالث رفت كه جدیدترین این روش‌ها بازیافت از طریق غنی سازی میكروبی است كه در این مقاله به بررسی این روش، گذشته و پیشرفت آن خواهیم پرداخت.
از هنگامی كه در سال 1973 كشورهای عربی نفت خود را تحریم كردند، پژوهشگران تلاش خود را بر روی بیرون كشیدن حتی آخرین قطرات نفت مخازنی كه موجودی نفت آن‌ها تقریباً تمام شده بود، متمركز كردند. پس از آنكه ركود بازار نفت و ارزان شدن آن بار دیگر از تلاش‌های تحقیقاتی كاست؛ اكنون هنگام آن رسیده است كه از روش‌های ازدیاد بازیافت نفت به صورتی عملیاتی‌تر نام برد. از روش‌های بازیافت ثالث نظیر تزریق بخار و مواد شیمیایی هنگامی استفاده می‌شود كه تمامی روش‌های بهره برداری اولیه و ثانویه بی‌اثر باشند و از میان این‌ها گفته می‌شود كه روش بازیافت نفت از طریق غنی سازی میكروبی می‌تواند مقدار نفت بیشتری را به طریقی ارزانتر از دیگر روش‌های بازیافت ثالث استخراج كند.
قبل از آنكه روش بازیافت از طریق غنی سازی میكروبی، در مقیاس‌های بزرگ، عملیاتی شود، پژوهشگران باید علاوه بر تشكیل بانك‌های اطلاعاتی وسیع، در مورد تكنولوژی مورد استفاده، مخازن مورد نظر، توسعه اقتصادی منابع غذایی برای میكروب‌ها، در نظر گرفتن روش‌های كنترل و برآورد مقایسه‌ای فواید پیدایش طبیعی در مقابل بوجود آوردن ژنتیكی آن نیز بررسی‌های لازم را انجام دهند كه این كارها تا حدی انجام شده است.
پیش بینی بهره دهی آینده مخازن از این روش رقم بزرگی را تشكیل می‌دهد. تخمین زده می‌شود كه 300 میلیارد بشكه نفت "البته با در نظر گرفتن نفت موجود در "تارسند"ها" در ایالات متحده وجود دارد كه با روش‌های بازیافت اولیه و ثانویه قابل بهره برداری نیست كه از این مقدار 17 درصد كه حدود 50 میلیون بشكه می‌شود توسط بازیافت ثالث قابل استخراج است.

روش‌های عادی

وقتی كه چاهی حفر می‌شود، انرژی مخزن كه اغلب فشار گاز یا آب داخل مخزن است قطرات نفت را از لابلای سنگ‌ها به درون چاه هدایت می‌كند و از سوراخ چاه مقادیر فراوان نفت به سوی بالا هدایت می‌گردد. فشار مخزن با بهره برداری زیاد از آن تنزل می‌یابد و سرانجام به حدی می‌رسد كه دیگر نفت را نمی‌تواند به بالا بفرستد. در این شرایط از روش‌های عادی بازیافت ثانویه مانند تزریق گاز یا آب به مخزن برای ازدیاد فشار یا جارو كردن نفت استفاده می‌شود و از این طریق می‌توان برای مدت بیشتری از مخزن بهره برداری كرد، درست همان روشی كه در ایران استفاده می‌كنیم.
وقتی كه باز هم در اثر افت فشار، بهره برداری دچار نزول شدید گردید، باید تلاش برای استفاده از روش‌های بازیافت ثالث صورت گیرد، هرچند این تلاش‌ها موانع بزرگی بر سر راه دارد. گرانروی زیاد نفت مانع از قابلیت تحرك آن شده، برای مثال آن را به دانه‌های سنگ‌هایی كه در لابه لای آن قرار دارد می‌چسباند. نفت داخل مخزن دیگر به صورت متصل در خلل و فرج سنگ‌ها وجود نخواهد داشت، بلكه به صورت قطرات ریزی خواهند بود كه نمی‌توانند حركت كرده، به داخل چاه راه یابند.
برای شستن این نفت‌های باقی مانده در تخلخل سنگ‌ها "كه بین 40 تا 70 درصد نفت اولیه موجود می‌باشد" می‌توان برای ازدیاد فشار و اتصال قطرات جدا به یكدیگر برای تشكیل یك فاز متصل، از تزریق بخار به مخزن استفاده كرد. این روش متداول‌ترین روش بازیافت ثالث می‌باشد كه از نظر اقتصادی نیز بهترین است. روش دیگر تزریق مواد سطح فعال شیمیایی یا پاك كننده‌های شیمیایی برای شستشوی نفت باقیمانده از دیوار دانه‌های سنگ می‌باشد. این روش هزینه زیادتری در بر دارد و انجام آن احتیاج به عملیات دقیق‌تر و مشكل‌تر دارد.

تشریح روش بازیافت میكروبی

اما روش بازیافت میكروبی می‌تواند بر روی مخازن بیشتر با شرایط مختلف اعمال شود و شاید هم آسانتر و كم خرج‌تر باشد. به طور مثال اگر حروف این صفحه قطرات نفت باشند، تنها چند هزار میكروب برای بازیافت آن‌ها لازم است. ارگانیسم‌های میكروبی می‌توانند به همراه یك محیط غذایی عادی "مانند مخلوطی از آب وملاس" و مقدار جزیی مواد معدنی به درون مخزن تزریق شود.
وقتی كه چاه را می‌بندیم، میكروب‌ها از كربن موجود در ساختمان ملاس برای تهیه انرژی لازم برای متابولیسم استفاده می‌كنند. واكنش های متابولیسمی نیز به نوبه خود محصولاتی تولید می‌كنند كه شرایط مخزن را عوض می‌كند: گازهایی نظیر دی اكسید كربن و متان تولید می‌شود كه فشار مخزن را بالا می‌برد، اسیدهایی تولید می‌شود كه بر روی سنگ‌ها اثر كرده، تخلخل و تراوایی مخزن را افزایش می‌دهد و سرانجام پلی ساكارین‌ها و متابولین‌هایی تولید می‌كنند كه به عنوان ماده سطح فعال اثر كرده و كشش سطحی را كاهش می‌دهد. برخی از این میكروب‌ها الكل‌هایی تولید می‌كنند كه به عنوان تینر عمل كرده، گرانروی نفت را كاهش داده، حركت آن را راحت‌تر می‌كنند. از انواع دیگر میكروب‌ها كه می‌تواند مورد استفاده واقع شود، نوعی است كه با پدید آوردن پلیمرهای سنگین منفذهای بزرگ را مسدود كرده و در نتیجه بازده تزریق آب وجاروی نفت توسط آب را بالا می‌برد. بطور كلی می‌توان برای هر كار، میكروب مورد نظر را انتخاب كرد. پس از چند ماه كه دستگاه‌های اندازه گیری خارج چاه تغییر وضعیت "مثلاً ازدیاد فشار یا كاهش گرانروی نفت" را اطلاع دادند، چاه می‌تواند بار دیگر برای بهره برداری گشوده شود.
فرایند از آنچه كه به نظر می‌رسد پیچیده‌تر است، چون مشخصات مخزن باید دقیقاً برای انتخاب میكروب مناسب و محیط غذایی همراه آن مورد بررسی قرار گیرد. به علاوه رفتار میكروب باید در شرایط آن مخزن بخصوص مورد مطالعه واقع شود. متأسفانه همیشه اطلاعات لازم برای برآورد دقیق شرایط، ناكافی است و این حتی به عقیده بیشتر میكروبیولوژیست‌هایی كه در این زمینه تحقیق می‌كنند، شكل اصلی به شمار می‌رود.
یكی از دلایل پیشرفت كند و آرام كار، محرمانه و مخفیانه بودن تحقیقات است. اینكه یك سیستم چگونه كار می‌كند و چرا از فلان نوع میكروب در فلان شرایط استفاده شد، چیزی است كه همیشه از بر ملا شدن آن جلوگیری می‌شود.
به عنوان مثال در سال 1982 كمپانی نفتی "موبیل" برای اولین بار نتیجه تحقیقاتی اولیه را كه در سال 1954 در این زمینه انجام داده بود منتشر كرد و یا یك زمین شناس مستقل از روی یك سیستم بازیافت میكروبی ابتدایی كه بر روی 15 چاه آزمایش كرده بود، پرده برداشت. كشورهای اروپایی 20 سال است كه پژوهش‌های فراوان و موفقیت آمیزی در این زمینه دارند اما نتایج تحقیقات آنان تنها درمجلاتی كم تیراژ و گمنام پیدا می‌شود كه باید از زبان اصلی ترجمه گردد. به طور كلی از هر چهار آزمایشی كه در این زمینه بر روی چاه‌ها انجام می‌شود، تنها یكی از آن‌ها با جزئییاتی منتشر می‌شود كه به درد دیگر پژوهشگران بخورد.
در سال 81 بود كه تحقیقاتی كه به سختی و با حمایت دولت آمریكا بر روی یكی از حوزه‌های نفتی توسط یك میكروبیولوژیست از دانشگاه اوكلاهما انجام گرفت، آغاز شد كه گفته می‌شود نتایج مطلوبی در بر داشت. مشكل اینجا بود كه وقتی محقق فوق میكروب‌های مناسب را انتخاب كرد و غذای مناسب آن‌ها را نیز در نظر گرفت و آزمایشات مقدماتی را در آزمایشگاه انجام داد، هیچ شركتی حاضر نبود یكی از چاه‌های خود را به دست وی بسپارد تا او آزمایشات ابداعی خود را روی آن‌ها انجام دهد. از مشكلات دیگر بازیافت نفت از طریق غنی سازی میكروبی این است كه میكروب‌ها در نظر افراد متخصص نفتی ملعون هستند و آن‌ها دائم متحمل هزینه‌های گزاف برای اطمینان حاصل كردن از عدم ورود میكروب های مضر "كه تجهیزات و وسایل را دچار خورندگی كرده و نفت را سمی می‌كنند" به درون مخزن هستند. متخصصان شركت‌های نفتی می‌گویند كه هر ساله متحمل میلیون‌ها دلار برای جلوگیری از ورود این آشغال‌ها به مخزن هستند و مجبور كردن آن‌ها برای فرستادن این آشغال‌ها به درون چاه دیوانگی محض است. اما هیچ گاه متوجه این امر نیستند كه این میكروب‌ها انتخاب شده‌اند و با موجودات و ارگانیسم‌هایی كه به مخزن صدمه می‌زنند، تفاوت‌های كلی دارند.
ارگانیسم‌های بازیافت نفت شامل باكتری‌ها و بعضی از انواع قارچ‌ها نظیر ارتو باكتری‌ها و باسیل‌ها و ... است كه در این مقوله نیازی به بازگویی آن‌ها نمی باشد. با انتخاب‌های زیادی كه برای به كار بردن انواع این موجودات وجود دارد، انتخاب دقیقی كه بتواند بهتر از همه شرایط یك مخزن بخصوص را تحمل كند، كاری بسیار حساس است. درجه حرارت، شوری آب مخزن، PH، فشار، تراوایی و تخلخل مخزن باید دقیقاً بررسی شود. ضمناً مخازن اغلب ناهمگون هستند ممكن است آنچه كه برای قسمتی از مخزن مناسب است، برای قسمت دیگر مناسب نباشد.
غذای آن‌ها سوال بعدی است كه مطرح می‌شود. میكروب‌ها برای رشد نیاز به نیتروژن، گوگرد، منگنز، آهن و فسفات دارند، هرچند بعضی از آن‌ها بدون یك یا چند ماده از مواد فوق نیز رشد خواهند كرد. در تمامی موارد آن‌ها نیاز به یك منبع انرژی كربنی دارند.
بعضی از میكروب‌ها، حداقل در آزمایشگاه، می‌توانند تنها بر روی كربن موجود در نفت رشد كنند. بطور كلی میكروب‌ها باید انرژی را از مواد قندی "كربوهیدرات‌ها" نظیر ملاس چغندر، یا نیشكر موجود در آب یا از گلوكز و سولفات آمونیم بدست آورند. محققان، ضمناً باید اثرات این مواد غذایی را بر باكتری‌های موجود در مخزن "قبل از تزریق میكروب‌ها" در نظر بگیرند. خوشبختانه باكتری‌های تزریق شده در مقایسه با باكتری‌های مزاحم و مضر موجود در مخزن بهتر می توانند از این مواد به عنوان ماده غذایی بهره ببرند.

تحقیقات انجام یافته

با در نظر گرفتن كلیه عوامل گفته شده، محقق میكروبیولوژیست دانشگاه اوكلاهما باكتری كلوستریدیا را انتخاب كرد. وی ادعا كرد كه این میكروب مواد خورنده‌ای كه به دستگاه‌ها صدمه بزند تولید نمی‌كند و دستگاه‌ها را مسدود نمی‌كند و به راحتی وقتی كه رساندن غذا به آن‌ها متوقف شود، می‌میرند.
در سپتامبر سال 83 در اوكلاهما این آزمایش بر روی دو چاه انجام شد. نتایج آن گفته می‌شود كه بسیار عالی و مشوقانه بوده است و قرار بود در اواخر سال 84 گزارش كامل آن توسط بخش مهندسی نفت، دانشگاه اوكلاهما در كنفرانسی عرضه شود.
در عین حال دیگر قسمت‌های صنعت نیز بیكار ننشسته‌اند. سه سال قبل "فیلیپس" تیمی برای تحقیقات ژنتیكی به همراه یك شركت دیگر ترتیب داده است. از جمله كارهای جسورانه‌ای كه تصمیم به انجام آن دارند، بازاری كردن روش‌های غنی سازی میكروبی با استفاده از میكروب‌های پرورش یافته است.
در سال 84 نیز "پترولیوم سانیس" نیز كه از پیشگامان تحقیقات در این زمینه می‌باشد، تصمیم گرفت كه 100 آزمایش را بر روی چاه‌ها كه توسط رئیس مركز تحقیقات دانشگاه "هاردین- سیمونس" طراحی شده است، بر عهده گرفته، سرپرستی كند. رئیس تحقیقات می‌گوید كه این آزمایشات را تنها توسط ارگانیسم‌هایی كه به صورت طبیعی بوجود آمده‌اند، انجام خواهد داد، چون به نظر وی اولاً این اندیشه‌ای بسیار شیطانی خواهد بود كه بتوان میكروب‌های پرورش یافته را به تصویب رساند، زیرا مردم وحشت خواهند كرد. ثانیاً به نظر وی بسیار مشكل خواهد بود كه بتوان ارگانیسم‌هایی را كه غیر هوازی هستند، پرورش داد. میكروب‌های غیر هوازی تنها می‌توانند در محیط‌های بدون اكسیژن نظیر مخازن نفت، رشد و نمو داشته باشند.
شركت موبیل نیز از اینگونه طرح‌ها زیاد دارد. چنانكه قبلاً اشاره شد، موبیل در سال 1954 آزمایشی بر روی یكی از چاه‌های آمریكا انجام داد كه بهره‌برداری از چاه مذكور پس از انجام این غنی سازی میكروبی از یك بشكه در روز به 3 بشكه در روز رسید. اكنون نیز در حال انجام آزمایشاتی در لوییزیانای آمریكا می‌باشد كه اطلاعات دقیقی از آنرا در اختیار نگذاشته است.
افزایش بهره‌برداری به 3 برابر پس از انجام عملیات بازیافت، امری غیر عادی می‌نماید. اما گزارشات نشان می‌دهد كه با انجام روشی كه توسط یك زمین شناس مستقل بنام جانسون ابداع شد و پیش از این به آن اشاره شد، بهره‌برداری تا 250 درصد "یعنی از 2 بشكه به 7 بشكه در روز" و در برخی از جاها تا 300 درصد افزایش یافته است.
در مقابل، گزارشاتی نیز از افزلیش موقتی یا عدم افزایش میزان بهره دهی چاه نیز پس از انجام عملیات موجود است. این گزارشات اغلب از گشورهای اروپای شرقی است، بنابراین جزئیات آن ها منتشر نشده است.
اما به هر حال روش جانسون تا حدود 50 درصد افزایش بهره دهی خواهد داد.
كشورهای دیگری كه در این زمینه به فعالیت شدید پرداخته‌اند، عبارتند از: اتریش، هلند، چین، اسرائیل، سوئیس، انگلستان و كانادا.
گسترش همه جانبه این روش بستگی به آن دارد كه بتوان بر كلیه موانع و مشكلات آن غلبه كرد و فائق آمد. مثلاً با كاهش قیمت نفت راضی ساختن شركت‌ها برای صرف هزینه روی این پروژه‌ها مشكل است. به علاوه اغلب آزمایشات تاكنون بر روی چاه‌هایی با میزان بهره دهی كمتر از 10 بشكه در روز انجام شده است. ضمناً این روش تنها بر روی یك چاه تأثیر دارد در حالی كه نظر ما این است كه بتوان مانند دیگر روش‌های بازیافت، اثری بر كلیه مخزن گذاشت كه با گذشت زمان اندك معدوم نگردد.