فناورى هاى نوین اکتشاف

با ظهور فناورى هاى ویژه و پویا، تغییرات زیادى در شیوه هاى اکتشاف ایجاد شده است. اکتشاف و بهره‌بردارى از منابع نفت و گاز، در ابتدا به روش جست وجوى شواهد سطحى این منابع زیرزمینى انجام مى شد. این جست وجو شامل پیگیرى رخنه‌هاى نفت یا گاز بود که از زمین به بیرون نفوذ کرده بود. به دلیل این که مقدار کمى از ذخایر نفت و گاز طبیعى به سطح زمین نفوذ می‌کنند، این فرآیند اکتشاف ناکارآمد بود. با توسعه صنایع در کشورهاى مختلف، نیاز جهان به سوخت هاى فسیلى روزافزون شد. این مسئله ضرورت تغییر در روش هاى اکتشاف و افزایش بازده این روش ها را دوچندان ساخت. امروزه اکتشاف ذخایر نفت و گاز بسیار پیچیده شده و با بهره‌گیرى از تجهیزات ویژه، درصد موفقیت در کشف ذخایر فسیلى را به حد قابل قبولى رسانده استدر این نوشتار، روش ها و مراحل اکتشاف ذخایر نفت و گاز بررسى مى شود. تهیه بانک داده‌ها فناوری، نقش عمده اى در میزان موفقیت مکان‌یابى ذخایر نفت گاز طبیعى دارد. این فناورى هنگامى موثر است که یکى از ابزار اصلى آن را که همان داده‌هاى صحیح – نرم‌افزار – است، زمین‌شناسان و ژئوفیزیک ها بررسى و فرآورى کنند. این داده‌ها هنگامى کاربردى می‌شوند که به درستى جمع‌آورى و طبقه‌بندى شوند. این داده‌ها که معمولاً شامل ویژگی‌هاى ذخایر زیرزمینى است، به منظور تبیین زمینه‌هاى علمى براى تعیین محل ذخایر نفت خام و گاز طبیعى تفسیر می‌شوند. فرآیند اکتشاف نفت خام و گاز طبیعى سرشار از تردید و با آزمون و خطاى فراوان همراه است، زیرا نفت و گازى که جست وجو می‌شود، اغلب صدها فوت پایین‌تر از سطح زمین قرار دارد. از این رو، جمع‌آورى و طبقه‌بندى علمى داده‌ها در کاهش خطاى اکتشاف بسیار موثر است. مطالعات زمین‌شناسی زمین شناسان اکتشاف نفت خام و گاز طبیعى را با بررسى ساختار سطحى زمین مناطقى که احتمال دارد منابع نفت و گاز داشته باشند، آغاز مى کنند. در اواسط قرن هجدهم زمین شناسان به این نتیجه رسیدند که در سراشیبی‌هاى تاقدیسی، احتمال وجود ذخایر نفت و گاز بیشتر است. در این تاقدیس‌ها که زمین در محل خود چین خورده است، لایه‌هاى گنبدى شکل ایجاد شده که نشانگر تعداد زیادى از ذخایر نفت و گاز است. با بررسى و ترسیم مشخصات سطحى و زیرسطحى یک منطقه مشخص، زمین‌شناس پیش‌بینى می‌کند در کدام مناطق احتمال وجود ذخایر نفت خام و گاز طبیعى بیشتر است. زمین‌شناس از ابزار متعددى براى این بررسى بهره می‌برد. از جمله این ابزار، بررسى برش‌هاى صخره‌هاى درون زمین، دره‌ها و یا تنگه‌ها از نظر محتواى مایع درون سنگها، تخلخل سنگ، رطوبت‌پذیری، سن و ترتیب شکل یافتن صخره است که امکان استنتاج‌هایى درباره ذخایر احتمالى را به زمین نشان می‌دهد. هنگامى که زمین‌شناس، منطقه‌اى را ارزیابى مى کند و احتمال وجود یک منبع نفتى و یا گازى را در آن محدوده محتمل مى داند، آزمایش‌هاى بعدى براى به دست آوردن اطلاعات جزئی‌تر و ترسیم دقیق تشکل‌هاى زیرزمینى مرتبط با ذخایر نفت و گاز طبیعى انجام می‌شود. معمولاً زمین شناسان این آزمایش‌ها را انجام مى دهند. لرزه‌نگارى در اکتشاف لرزه‌نگارى بزرگ ترین پیشرفت پیش بینى نشده در اکتشاف نفت خام و گاز طبیعى است. لرزه‌نگارى بر مطالعه شکل موج‌هاى ارتعاشى استوار است که از میان لایه‌هاى زمین عبور مى کند و با انواع تشکل‌هاى زیرزمینى به طور متفاوت تعامل دارد. در سال 1855، ال.پالیمیر، اولین لرزه‌نگار را به عنوان ابزارى براى تشخیص و ثبت زمین‌لرزه‌ها کشف کرد. این دستگاه قادر به ثبت ارتعاش هاى زمین بود که در یک زمین‌لرزه به وجود می‌آید. این فناورى از سال 1921 به منظور استفاده در یافتن محل تشکل‌هاى نفتى و گازى زیرزمینى در صنعت نفت به کار برده شد. موج هاى ارتعاشى یادشده که یک منبع آن را ایجاد می‌کند، از لایه‌هاى متفاوت زمین عبور مى کند و قسمتى از آن را لایه‌هاى زیرزمینى مختلف به سمت منبع انعکاس می‌دهند. این انعکاس، امکان استفاده از لرزه‌نگارى را براى تبیین ویژگى هاى لایه‌هاى زمین به زمین‌شناس می‌دهد. زمین‌شناسان قادرند ارتعاش هایى را در سطح زمین ایجاد و چگونگى بازگشت این ارتعاش ها را به سطح ثبت کنند. موج هاى ارتعاش ارسال شده در برخورد با صخره‌ها و لایه‌هاى سخت زمین نسبت به لایه‌هاى با منفذ زیاد، بازتاب متفاوتى دارند و همین تفاوت به زمین‌شناس امکان مى دهد تا محدوده و عمق سنگ هاى متخلخل را که احتمالاً حاوى نفت و گاز هستند، تخمین بزنند. لرزه‌نگارى ساحلی در لرزه‌نگارى براى اکتشاف در مناطق ساحلی، موج‌هاى ارتعاشى مصنوعى به سطح زمین فرستاده می‌شوند. این موج ها پس از برخورد با لایه‌هاى مختلف، بازتابى ایجاد می‌کنند که قطعات حساسى به نام ژئوفون آنها را ثبت می‌کنند. این داده‌هاى برداشت شده به یک ماشین ثبت ارتعاش منتقل می‌شود تا اطلاعات لازم براى تفسیر زمین شناسان و مهندسان مخزن را فراهم کند. این ماشین وظیفه تقویت، ترجمه و بایگانى ارتعاش هاى دریافتى از ژئوفون را دارد. در روزهاى اولیه اکتشاف لرزه‌ای، امواج لرزه‌اى به وسیله دینامیت ایجاد می‌شود. طراحى و نحوه بارگذارى دینامیت‌ها بسیار دقیق بود، ‌به گونه اى که انفجارهاى کوچک امواج لرزه‌اى لازم و ضرورى را ایجاد می‌کرد. در اواسط دهه 70 مشخص شد که نوارهاى سفیدى به نام نقطه‌هاى روشن، روى باریکه‌هاى ثبت شده لرزه‌اى ظاهر می‌شود. این نوارهاى سفید، نشانگر وجود ذخایر هیدروکربن در زیر زمین بود. صخره‌هاى طبیعى و پر منفذ داراى گاز طبیعى اغلب بازتاب هاى قوى ترى نسبت به صخره‌هاى پر آب و معمولى دارد و از طریق نقطه‌هاى روشن به صورت مستقیم قابل تشخیص است. این روش تشخیص ذخایر گازى که روش بازرسى مستقیم نام دارد، در برخى موارد ذخایر هیدروکربنى را نمایان نمى کند؛ از این رو روش کاملاً مطمئن و مورد اعتمادى نیست. فناورى هاى نوین اکتشاف یکى از بزرگ ترین نوآوری‌هاى تاریخ اکتشاف نفت و گاز، استفاده از رایانه براى ثبت و تحلیل داده‌هاى زمین‌شناسى بر روى نقشه‌هاى مخصوص است. با توسعه یافتن میکروپروسسورها، اطمینان استفاده از رایانه براى ثبت و تحلیل داده‌هاى ارتعاشی، افزایش قابل توجهى یافته است. این مسئله امکان پردازش مقادیر بیشترى از اطلاعات را فراهم کرده و اعتبار و محتواى اطلاعاتى مدل هاى لرزه‌اى را افزایش داده است. زمین‌شناسان در اکتشاف به کمک رایانه از سه مدل اصلى اکتشاف بهره می‌برند. این مدل ها عبارتند از: - مدل دوبعدی - مدل سه‌بعدی - مدل چهاربعدی فناورى بهره‌گیرى از رایانه، آنقدر پیشرفت کرده که اکنون با ترکیب اطلاعات به دست آمده از انواع آزمایش ها مانند گزارش هاى روزانه، تولید اطلاعات و آزمایش هاى غلظت‌سنجى امکان ایجاد یک تجسم فکرى از زیر زمین را فراهم کرده است. با استفاده از این امکانات، زمین‌شناسان قادر به ترکیب تمام داده‌ها براى پردازش و ایجاد یک تصویر روشن و کامل زمین‌شناسى از زیر زمین هستند. لرزه‌نگارى سه‌بعدی یکى از چشمگیرترین پیشرفت‌ها در اکتشاف به کمک رایانه، توسعه لرزه‌نگارى سه‌بعدى ست. این روش از داده‌هاى لرزه‌اى منطقه براى ایجاد یک تصویر سه‌بعدى از تشکل‌ها و لایه‌هاى مختلف زمین‌شناسى منطقه استفاده می‌کند. از آنجاکه این تصویر واقعى می‌تواند براى تخمین زدن وجود لایه‌هاى هیدروکربنى در منطقه و صفات خاص ساختمان این تشکل ها بسیار مفید باشد، به زمین‌شناسان در تخمین ذخایر هیدروکربورى با احتمال بسیار بالا کمک مى کند. استفاده از روش لرزه‌نگارى سه بعدى احتمال موقعیت‌یابى مخزن را تا 50 درصد افزایش می‌دهد. این فناورى با وجود موفقیت‌آمیز بودن، بسیار هزینه‌بر است. لرزه‌نگارى سه‌بعدى می‌تواند بیش از یک میلیون دلار در یک منطقه با 50 مایل مربع مساحت هزینه در بر داشته باشد. در تولید تصاویر سه‌بعدى نیاز به داده‌هایى است که از هزاران نقطه جمع‌آورى شده باشد، حال آن که در روش هاى دو بعدى صرفاً نیاز به چندصد نقاط داده است. به دلیل پیچیدگى و طولانى بودن فرآیند، از لرزه‌نگارى سه‌بعدى در ترکیب با دیگر روش هاى اکتشاف استفاده مى شود. براى مثال، یک زمین شناس ممکن است از لرزه‌نگارى دوبعدى مرسوم به منظور طراحى و بررسى ویژگى هاى زمین‌شناسى براى ارزیابى احتمال وجود ذخایر نفت و گاز استفاده کند. در این حالت هنگامى که از فناورى هاى مقدماتى استفاده مى شود، از لرزه‌نگارى سه‌بعدى صرفاً در مناطقى که احتمال وجود ذخایر هیدروکربورى بالا است، استفاده مى شود. علاوه بر تعیین محل ذخایر نفت و گاز، لرزه‌نگارى سه‌بعدى در تعیین محل دقیق و بهینه چاه‌هاى حفارى نیز موثر است. با استفاده از این فناوری، علاوه بر بهینه کردن تعداد چاه ها و کاهش هزینه‌هاى خرج‌هاى اضافی، با تعیین محل دقیق چاه ها امکان استخراج بیشتر نفت و گاز از زمین فراهم می‌شود. لرزه‌نگارى سه‌بعدى میزان بازیافت چاه هاى مولد را به حدود 40 تا 50 درصد افزایش می‌دهد، حال آن که میزان بازیافت چاه هایى که با فناورى هاى معمولى اکتشاف تعیین محل شده‌اند، 25 تا 30 درصد است. تا سال 1980 تنها یکصد آزمایش لرزه‌نگارى سه‌بعدى صورت گرفته بود. در اواسط دهه 90 با کاهش نسبى هزینه و توسعه فناورى در هر سال 200 تا 300 آزمایش لرزه‌نگارى سه‌بعدى صورت پذیرفت. در سال 1993، 75 درصد از بررسی‌هاى اکتشاف ساحلى از لرزه‌نگارى سه‌بعدى استفاده کردند. در ایران، در میدان هایى مانند آب‌تیمور، دارخوین، کرنج و پارسی، عملیات لرزه‌نگارى سه‌بعدى با موفقیت اجرا شده است. تصویر لرزه‌نگارى دوبعدی اکتشاف به کمک رایانه دوبعدى شامل تولید یک تصویر از لایه‌هاى مختلف زیر سطح زمین است. در روش‌هاى مرسوم زمین‌شناسى با جمع‌آورى و تحلیل اطلاعات موجود، تصورى دوبعدى از این لایه‌هاى براى خود ترسیم می‌کند، اما با کمک فناورى رایانه، امکان ایجاد نقشه‌هاى بسیار مفصل‌تر و بسیار سریع تر از روش هاى مرسوم وجود دارد. علاوه بر این، با سیستم دوبعدى امکان استفاده از نمایش تصاویر رنگى ایجاد شده رایانه اى براى برجسته کردن خواص زمین‌شناسى وجود دارد‌ که از طریق روش‌هاى تصویرلرزه‌نگارى مرسوم امکان ظهور بسیار پایینى دارد. تصویر لرزه‌نگارى دوبعدى پیچیدگى و تفصیل کمترى از تصویر سه‌بعدى دارد. جالب توجه است که فناورى لرزه‌نگارى سه‌بعدى پیش از فناورى دوبعدى توسعه یافت. فناوری‌هاى دوبعدى تصویر لرزه‌نگارى در حقیقت توسعه‌اى از فناوری‌هایى سه‌بعدى است. فناورى دوبعدى براى ساده‌کردن و کاهش هزینه‌هاى لرزه‌نگارى سه‌بعدی، همچنین کاهش پیچیدگی‌هاى استفاده از فناورى سه‌بعدى توسعه یافت. تصویر لرزه‌نگارى دوبعدى به کمک رایانه (CAEX) در مناطقى به کار می‌رود که احتمال وجود ذخایر نفت خام و گاز طبیعى به حدى است که استفاده از لرزه‌نگارى سه‌بعدى را از لحاظ اقتصادى و صرف زمان توجیه‌پذیر سازد. تصویربردارى لرزه‌نگارى چهاربعدی یکى از پیشرفت هاى پیش بینى نشده اخیر در اکتشاف لرزه‌اى و شکل دادن ساختمان‌هاى صخره زیرزمین، ابداع تصویرلرزه‌نگارى چهاربعدى بوده است. این نوع تصویربردارى از توسعه فناورى تصویربردارى سه‌بعدى است. در تصویربردارى چهاربعدى به جاى دریافت یک تصویر ساده و ساکن از زیر زمین، تغییرات در ساختار و خواص تشکل هاى زیرزمینى به طور مستمر مشاهده می‌شود. از آنجاکه چهارمین بعد در تصویر لرزه‌نگارى چهاربعدى زمان است، به آن تصویربردارى مشمول مرور زمان نیز گفته می‌شود. مطالعات لرزه‌اى متفاوت از یک منطقه خاص در زمان هاى گوناگون انجام شده و این (ترتیب) داده‌هاى مختلف به یک رایانه قدرتمند منتقل می‌شود تا تصاویر مختلفى از آنچه در زیر زمین می‌گذرد، به دست آید. با مطالعه چگونگى تغییر تصاویر لرزه‌اى در سراسر زمان، زمین‌شناسان قادر به کسب آگاهى بیشتر از خواص مختلف صخره‌ها شامل جریان سیال در زیر زمین، چسبندگی، دما و غلظت هستند. علاوه بر این، زمین شناسان و مهندسان از لرزه‌نگارى چهار بعدى می‌توانند براى ارزیابى خواص یک مخزن مانند زمان استخراج نفت خام و هنگامى که توسعه مخزن اهمیت می‌یابد، استفاده کنند. استفاده از لرزه‌نگارى چهار بعدى در یک مخزن می‌تواند میزان بازیافت را به بیش از آنچه با استفاده از لرزه‌نگارى دوبعدى یا سه‌بعدى به دست می‌آمد، افزایش دهد، در حالى که میزان بازیافت این دو نمونه از لرزه‌نگارى 25 تا 30 درصد و 40 تا 50 درصد به ترتیب توالى است. استفاده از لرزه‌نگارى چهار بعدى می‌تواند میزان بازیافتى حدود 65 تا 70 درصد در پى داشته باشد. لرزه‌نگارى دریایی در آغاز اکتشاف براى نفت خام و یا گاز طبیعى که صدها یا هزاران پا زیر سطح دریا قرار دارد، از روشى نسبتاً متفاوت از اکتشاف لرزه‌اى استفاده می‌شود. در این روش به جاى استفاده از خودرو و ژئوفون ها، از یک کشتى برداشت داده‌ها استفاده می‌شود. به جاى ژئوفون‌ها، در اکتشاف دریایى از هیدروفون ها استفاده می‌شود که براى برداشت امواج لرزه‌اى زیر آب طراحى شده است. این هیدروفون ها در ساختارهاى متفاوت بر حسب نیاز زمین شناس با طناب به دنبال کشتى کشیده می‌شود. در این روش به جاى استفاده از دینامیت یا ضربه‌ بر کف بستر دریا، کشتى لرزه‌اى از یک تفنگ بادى بزرگ استفاده می‌کند که گلوله‌هاى هواى فشرده را به زیر آب رها می‌کند. به این طریق امواج لرزه‌اى که می‌تواند به درون پوسته زمین برود و بازتاب هاى مورد نیاز را تولید کند، ایجاد می‌شود. اندازه‌گیرى مغناطیسى (مگنومتر) علاوه بر استفاده از لرزه‌شناسى براى جمع‌آورى اطلاعات مرتبط با ترکیب پوسته زمین، خواص مغناطیسى ساختمان هاى زیر زمین نیز می‌تواند براى تولید داده‌هاى زمین‌شناسى استفاده شود. این کار با استفاده از مگنومترها انجام می‌شود؛ دستگاه هایى که می‌تواند تفاوت هاى جزئى در خواص مغناطیسى لایه‌هاى مختلف زمین را اندازه‌گیرى کند. در روزهاى اولیه مگنومترها، دستگاه‌هاى بزرگ و حجیم بودند که تنها قادر بودند یک منطقه کوچک را در یک زمان بررسى کنند. با توسعه فناوری، در سال 1981، ناسا ماهواره‌اى به فضا پرتاب کرد که قادر به برداشت داده‌هاى مغناطیسى در یک مقیاس قاره‌اى بود. این ماهواره که «مگ‌ست» نامیده می‌شد، مطالعه ساختمان هاى صخره‌هاى زیرزمینى و پوشش زمین را در یک مقیاس بزرگتر شدنى و امکان جمع‌آورى اطلاعاتى مانند جابه جایى لایه‌هاى مختلف زمین و تعیین محل ذخایر نفت خام، گاز طبیعى و سایر معادن ارزشمند را فراهم کرد. تفسیر داده‌ها با استفاده از روش‌هاى یادشده، منابع زیادى از داده‌ها و اطلاعات براى زمین‌شناس به منظور استفاده در اکتشاف هیدروکربن‌ها فراهم می‌شود. این اطلاعات خام بدون تفسیر دقیق و مبتنى بر روش‌هاى علمی، قابل استفاده نخواهد بود. زمین شناس همانند قراردادن قطعات یک پازل، تمام منابع داده قابل دسترس نظیر ساختار لایه‌هاى صخره‌هاى زیرزمین را براى ایجاد یک مدل یا حدس‌هاى علمى به کار می‌برد. گفتنى است که با وجود تکامل تدریجى و شگفت‌انگیز فناورى و روش هاى اکتشاف، تنها راهى که سبب اطمینان از وجود یک مخزن گاز طبیعى یا نفت خام می‌شود، حفارى یک چاه اکتشافى است. یک زمین‌شناس گرچه می‌تواند بهترین حدس هاى موجود را براى موقعیت مخازن بزند، اما این حدس مصون از خطا نیست. شاید در آینده‌اى نزدیک، پیشرفت و توسعه فناورى سبب شود که این حدس‌ها و تخمین‌ها، با کمترین خطاى ممکن، سبب کاهش هزینه‌هاى اکتشاف و حفارى شوند. همان گونه که ملاحظه شد، استفاده از تکنیک‌هاى لرزه‌نگارى سه و چهار بعدی، اکتشاف در میدان هاى نفت و گاز جهان را به دلیل فراهم آوردن اطلاعات بسیار دقیق ترى براى ادامه کار اکتشاف تا بهره‌برداری، تحت تاثیر خود قرار داده است. در حال حاضر در کشور ما به طورعمده از لرزه‌نگارى دوبعدى استفاده می‌شود. لرزه‌نگارى سه‌بعدى نیز در بعضى از پروژه‌هاى اخیر صنعت نفت از طرف شرکت‌هاى خارجى استفاده شده و هنوز نیروهاى متخصص داخلى آن را به طور مستقل انجام نداده اند. با آن که لرزه‌نگارى چهار بعدى نیز افزایش بازیافت نفت و گاز مخازن با هزینه‌هاى کمتر را به همراه دارد، اما هنوز در ایران استفاده نشده است. صنعت نفت کشور ما به منظور بهره‌گیرى از فناوری‌هاى مدرن لرزه‌نگاری، می‌تواند همکارى مشترکى را در مطالعه و به‌کارگیرى این روش‌ها با صاحبان فناورى هاى یادشده مدنظر قرار دهد تا از مزیت هاى این فناورى ها بهره مند شود.