زمین شناسی نفتgeology of petroleum

منابع:

زمین شناسی نفت محمد رضا رضایی (انتشارات علوی)

زمین شناسی نفت تالیف مرحوم عباس افشار حرب(انتشارات پیام نور)

زمین شناسی نفت فریدون سحابی (انتشارات دانشگاه تهران)

فصل اول

کلیات

1-1مقدمه

زمین شناسی نفت کاربرد زمین شناسی دراکتشاف واستخراج نفت وگاز است نفت وگازدوفازمختلف یک ماده ی معدنی درطبیعت آن چنان به هم وابسته اندکه واژه ی نفت دربیش ترنوشتار ها به معنی نفت وگازبه کارمی رود.ریشه ی واژه ی نفت به گمان زبان شناسان در زبان اوستایی نپتا بوده است که اعراب آن را نفتا خواندند پترولیوم peroleumواژه ی لاتینی است که در زبان فارسی معادل مناسبی ندارد ولی به آن روغن سنگ هم می گویند.پترولیوم مخلوطی طبیعی وپیچیده ای از هیدروکربن های مختلف است که ازفاز های مختلفی نظیر فاز گازی (گاز طبیعی Natural gas)،فاز مایع (نفت خام crud oil)فاز جامد(قیر یاآسفالت Asphalt)هستند که در خلل وفرج وشکستگی ها ی سنگ ها تجمع پیدا می کنند.

هیدروکربن به معنی ترکیبات آلی هیدروژن با کربن است که می تواندهر یک از سه فاز گفته شده رابسازد به طورکلی وجود 5عامل برای تجمع اقتصادی نفت وگازلازم است:

1-سنگ منشاء بالغ(Mature Source rock)که بتواند هیدروکربن تولید کند.

2-سنگ مخزن (Reservoir rock)که بتواندهیدروکربن رادرخود جای بدهد.

3- مهاجرت هیدروکربن (Migration)تا مهاجرت بین سنگ منشاء ومخزن عملی باشد.

4- پوش سنگ (Cap rock)پوش سنگ ناتراوا که ازخروج نفت ازداخل سنگ جلوگیری نماید.

5- تله ی نفتی (Oil trap )که درآن نفت به صورت اقتصادی متمرکز می گردد.

که دراین درس این 5عامل به تفسیرمورد بررسی قرار می گیرد.

1-2 تاریخچه ی اکتشاف نفت درجهان

بشر از گذشته ی بسیاردور نفت رامی شناخته واز آن استفاده می کرده است.به عنوان مثال درتورات به قیراندود کردن کشتی نوح وهم چنین سبدی که مادرحضرت موسی را درآن سپرد وبه نیل انداخت اشاره شده است هم چنین درمصر باستان به جای ملات بین آجرها،به عنوان روغن سبز کاربرد دارویی وهم چنین درجواهر سازی برای چسباندن نگین برروی دستبند ،مومیایی کردن اجساداستفاده می کردند.درنوشته های تاریخی آمده است که ایرانیان درمحاصره ی شهر آتن در480سال قبل از میلاد مسیح از گلوله های آتشین استفاده می کردند. هم چنین درکتب ادبی ما به استفاده های آتش اشاره شده است مثلا درشاهنامه آمده است :

به اسب وبه نفت آتش اندر زدند*********همه هندیان دست برسر زدند

سیرتحول

اولین چاه اکتشاف نفت درسال 1745 درفرانسه حفر شد واولین چاه استخراج نفت توسط کلنل دریک درسال 1859در پنسیلوانیا ی آمریکا حفاری شد بیش ترین مصارف نفت درابتدا برای روشنایی بود واز وقتی که شخصی به نام ژوژر بیسل شرکتی به منظور اکتشاف واستخراج نفت تاسیس کرد کاربردهای نفت علاوه برآن که متنوع تر شده بود استفاده از نفت سفید برای روشنایی بااستقبال زیادی مواجه شده بود.چاه کلنل درکناریک چشمه ی نفتی حفرشده بودودرعمق 21متری به نفت رسید وبهره دهی چاه 25بشکه درروز بود قدیمی ترین تئوری برای اکتشاف نفت تئوری تاقدیس بود که به وسیله ی هانت درسال 1861معرفی شد بعد از اواسط دهه ی 1920باروی کارآمدن روش های جدیداکتشاف نفت (روش های ژئوفیزیکی مثل مطالعات لرزه ای ،ثقل سنجی ومغناطیس سنجی )ذخایر زیادی ازنفت اکتشاف شد.درسال 1927درفرانسه اولین نمودارهای ژئوفیزیکی مورد استفاده قرارگرفت. دردهه ی 1960میکروپالئونتولوژی یامیکروفسیل کمک شایان توجهی برای نفت نمود.دردهه ی 1970پیشرفت درپردازش اطلاعات لرزه ای توسط کامپیوترهای سریع وازدهه ی 1980تاکنون پیشرفت درتکنولوژی های گذشته وبه خصوص معرفی نرم افزار های جدید باعث شده است که اکتشافات نفت آسان تر سریع تر ومطمئن تر انجام گیرد.

1-3 تاریخچه ی نفت درایران

شخصی به نام ماریوت به نمایندگی شرکت ویلیام ناکس دارسی درسال 1901به دربار مظفرالدین شاه قاجارآمد وامتیازاستخراج واکتشاف نفت درتمام ایران به جز 5ایالت شمالی را ازمظفرالدین شاه گرفت.درسال1903اولین چاه نفت درایران درعمق 507متری درمنطقه ای به نام چیاه سرخ یا چاه سرخ درشمال غرب قصرشیرین به نفت رسید بابهره دهی حدود 175بشکه درروزبه علت دوری از آب این منطقه را رها کردند ودرخوزستان درمحلی به نام مسجد سلیمان درجایی که امروزه میدان نفتون خوانده می شودبرروی تاقدیس مامتین حفرشد. که درسال 1908درعمق 360متری به نفت رسیدفقط یک سال بعدشرکت سابق نفت ایران وانگلیس تشکیل شدکه تا سال 1329ه.ش 29 اسفندباملی شدن صنعت نفت ازشرکت نفت ایران وانگلیس خلعیت به عمل آمد اما پس از کودتا ی 28مرداد1332کنسرسیونی ازشرکت های نفتی تشکیل شد که درواقع کارشرکت نفت ایران وانگلیس را انجام می دادازدهه ی 1950اکتشاف نفت درخلیج فارس نیز انجام گردید ووجود نفت درآن به اثبات رسید.واولین میدان نفتی به نام بهر گانسردرسال 1960کشف گردید.

درطول این مدت عملیات اکتشافی دربرخی نقاط ایران انجام شدودرپاره ای موارد به نتایجی هم رسیدبه عنوان مثال درنواحی سمنان ودامغان چاه حفرشده به نفت رسیدیا درنواحی مازندران شرق بابلسرگرگان جنوب قم نواحی دشت مغان درآذربایجان ونواحی ای ازسرخس درخراسان رضوی که بعد ها درسال 1347گنبد عظیم خانگیران ودرسال 1360درهمان منطقه میدان گازی گنبد لی کشف گردید.

ارتباط زمین شناسی نفت با سایر علوم

ارتباط مستحکمی بین زمین شناسی نفت وعلوم دیگرمثل شیمی ،فیزیک وزیست شناسی وجود داردعلم فیزیک با زمین شناسی ساختمانی ورسوب شناسی ومخصوصا اکتشافا ت ژئوفیزیکی مرتبط است.علم شیمی درپی بردن به ترکیب شیمیایی مخازن به ما کمک می کند علم شیمی آلی کمک بزرگی برای ارزیابی سنگ های منشاء می باشد.

مطالعه ی فسیل ها وبیوزون های مربوط به آن ها براساس مفاهیم زیست شناسی وتکاملی موجودات درطی زمان کمک بزرگی برای اکتشاف نفت است.هم چنین کاربرداکولوژی درشناسایی محیط های رسوبی قدیمه.

1-4 آمارمختصری درمورد نفت وگاز

تاکنون بیش از 6/3میلیون چاه نفت به وسیله ی شرکت های نفتی حفر شده است که از این مقدارحدود 60000چاه تولید نفت است با مقدارخیلی کم باتولید ی به طور متوسط 3مترمکعب درروز درصورتی که درخاورمیانه تعداد چاه ها بسیارکم تر ولی متوسط تولید نفت حدود هزار متر مکعب درروز است تعداد حوزه های نفت وگاز شناخته شده درجهان بیش از32000است که از این تعداد 18000درامریکاست بیش از 3000حوضه درروسیه 1000حوضه درکانادا وکل خاورمیانه فقط 150حوضه وجود دارد درحدود95درصد ازنفت شناخته شده جهان فقط در50حوضه ی رسوبی و70تا 75آن در10چاه وجود دارد.خلیج فارس به تنهایی نیمی از نفت جهان را داراست .امروزه ثابت شده است که به جزء کشور سورینام درآمریکای جنوبی که فاقد هرگونه ذخیره ی گازی است درتمام کشورهای جهان مقداری ذخایرگازی شناخته شده است.وتقریبا درهمه ی کشورهای جهان به غیرازکشورهای افغانستان ،ایرلند،تانزانیا ،سومالی،رواندا،موزامبیک،نامیبیا وماداگاسکارنفت شناخته شده است.تاپایان 1998میلادی میزان ذخایرنفتی جهان 000/664/185/019/1بشکه نفت ومیزان ذخایرگازی جهان 469/086/5میلیارد فوت مکعب یا به طورتقریبی1/5 میلیارد فوت مکعب شناخته شده که ازا ین مقدار1/78درصد ذخایرنفتی و7/42درصد ذخایر گازی متعلق به کشورهای عضواوپک است .حفظ نسبت تولید به اکتشاف نفت از اهمیت خاصی برخورداراست درسال 1999کشور ایران با تعداد4اکتشاف نفتی بزرگ به میزان 5000میلیون بشکه درصدر کشورهای جهان قرار داشت درحال حاضر (1998)میزان نفت اوپک که اصلی ترین تولید کنند ه ی نفت جهان است حدود26میلیون بشکه درروز است که عربستان بابیش از 8میلیون بشکه درروز مقام اول وایران با حدود4میلیون بشکه مقام دوم رادارد .ذخایرنفت ایران باتوجه به آخرین اکتشافات به عمل آمده تاسال 2000حدود550میلیارد بشکه است که ذخیره ی قابل استحصال نهایی آن حدود90 میلیاردبشکه ارزیابی شده است.

امادرارتباط با گاز میزان گاز تولیدی درخاورمیانه درحال حاضر درحدود110میلیون تن می باشد از20منطقه مهم گازی جهان 9منطقه درخلیج فارس قراردارد.لذا خلیج فارس غنی ترین منطقه ی گازی جهان است.برای مثال حوضه ی پارس جنوبی واقع درخلیج فارس درحدود8تریلیون متر مکعب گاز دارد که ازاین نظر ایران دومین کشور بعداز روسیه به لحاظ گازی است.

فصل دوم

تشکیل نفت وارزیابی سنگ منشاء

2-1مقدمه دراین فصل درباره ی منشاءنفت (نظریات قدیمی وجدید)بحث می شودودردنباله ی آن به ارزیابی سنگ منشاء خواهیم پرداخت:

درابتدابه نظریه ی تشکیل نفت خواهیم پرداخت:

2-2نظریات درارتباط باتشکیل موادهیدروکربوری(فرضیه های قدیمی)

فرضیه های ارائه شده درباره ی منشاءنفت را براساس آلی یا غیرآلی بودن آن به دوگروه آلی یاغیرآلی(معدنی)تقسیم کرده اند.ازاواخرقرن19منشاءآلی نفت جنبه ی عمومی یافت ولی این که نفت ازکدام ماده ی آلی مشتق شده است مورد اختلاف بود تا این که درقرن 20باتوسعه ی علم ژئوشیمی وشیمی آلی به بسیاری ازاین مسائل پاسخ داده شد . به طور کلی نظریات تشکیل نفت به شرح زیر است:

الف)فرضیه های غیرآلی یامعدنی

1)منشاء آذرین یا آتش فشانی :خروج گاز متان ازمجاری آتش فشان فعال وهم چنین هم راهی میادین عظیم نفتی با کمربند های آتش فشانی ممکن است ازاین منشاء حمایت کند.حتی تشکیل گل فشان رابه شباهت آن فوران آتش فشانی نسبت داده انددرصورتی که تجمع نفت درسنگ های آذرین ودگرگونی آن هم به صورت استثنائی مربوط به ایجاد شکاف ودرز وگسل درآن سنگ هاست که هیدروکربن توانسته است ازسنگ مادربه آن سنگ ها مهاجرت کندودرآن جا به تله بیافتد.ویامکانیزم تشکیل گل فشان به این صورت است که گاز از مخازن هیدروکربنی عمیق به سطح زمین فرار می کند دربین راه با آب های زیرزمینی مخلوط شده وازبین لایه های رسی ومارنی می گذرد وبه صورت گل به هم راه گاز به سطح زمین می رسد.درسطح زمین گاز از گل جدا شده ومتصاعد می گرددوگل به صورت مخروط دراطراف محل خروج درمی آید.

2)منشاء ازواکنش های شیمیایی :ازمعروف ترین این نظریات می توان به فرضیه ی برتلو به نام ترکیب فلزهای قلیایی گرم باگاز کربنیک وهم چنین فرضیه ی مندلیف به نام ترکیب کربوریاکربیدگرم باآب وتولید هیدروکربن نام برد وبراساس فرضیه ی برتلو درداخل زمین ودردرجه حرارت های بالا فلزات قلیایی آزاد وجود دارد که درتماس با آب وگاز کربنیک استیلن تولید می کنند که یک نوع هیدروکربن است راتولید می کنند.

2CO2+6H2O+10Na→C2H2+10NaOH

وبنابرنظریه ی مندلیف درداخل پوسته ی زمین لایه هایی ازکربورآهن (C2Fe)وجودداردکه دربرخوردبا آب های زیرزمینی ونفوذی استیلن تولید می کنند برطبق رابطه ی زیر:

C2Fe+2H2O→C2H2+Fe(OH)2

این دونظریه دربیان علت تنوع شیمیایی هیدروکربن ها عاجزند.

3)فرضیه ی فضایی نفت:وجود هیدروکربن درسنگ های فضایی وهم چنین ترکیب بخش عظیمی از جو سیاراتی مانند مشتری کیوان اورانوس که از گاز متان تشکیل شده اند این ایده رابه وجود آورد که هیدروکربن ها بخشی از مواد تشکیل دهنده ی منظومه ی شمسی بوده وپس ازتشکیل سیارات دراعماق زمین قرارگرفته اند. وکم کم به سطح زمین گریخته اند این فرضیه توضیحی برای تنوع نفت وهم چنین نحوه ی توزیع آن درپوسته ی زمین ندارد.

ب)فرضیه های منشاء آلی نفت

نخستین فرضیه های ارائه شده درباره ی منشاءآلی نفت نیز پایه درآزمایشات شیمی داشته است. دراین تجربه های آزمایشگاهی موادآلی حیوانی وگیاهی درحد تخریب بافت تقطیرمی شوندوگاه پژوهشگران هیدروکربن های مایعی شبیه نفت چشمه های نفتی به دست می آوردند. که این خود باعث شد که دانشمندان دو گروه شوند:

گروهی که معتقد بودند هیدروکربن هامشتق ازمواد گیاهی هستندکه خودبه منشاء از زغال سنگ – منشاء ازگیاهان خشکی ومنشاءازگیاهان آب زی تقسیم می شدند.ودرمنشاءجانوری نیز ازتقطیر بافت های نرم بدن موجودات هیدروکربن به دست آوردندمثلا ازتقطیر ماهی .هم چنین برخی وجود نفت درپوسته ی دوکفه ای هارا به عنوان دلیل ارائه می کردند.

2-3فرضیه های جدید منشاءنفت

نخسیتین فرضیه های ارائه شده درخصوص منشاء آلی نفت مانند فرضیه های غیرآلی پایه درآزمایش های شیمی داشت دراین تجربه های آزمایشگاهی مواد آلی حیوانی وگیاهی ودرحدتخریب بافت تقطیر می شدند وگاه پژوهش گران هیدروکربن های مایعی شبیه به نفت چشمه های نفتی به دست می آوردند سه تفکرمهم دراین خصوص غالب بود:

1)هیدروکربن ها مشتق از موادآلی گیاهی اند.

2)هیدروکربن ها مشتق ازمواد آلی جانوری اند.

3)عامل تبدیل مواد آلی به هیدروکربن تقطیر است.

براین اساس گروهی زغال سنگ را منشاء نفت سفید دانستند چون ازتقطیر آن هیدروکربن به دست آمد.گروهی گیاهان خشکی (تقطیر چوب وبرگ های سوزنی کاج ،هم چنین وجود گازمردابی درخشکی)وگروهی گیاهان آب شور (جلبک ها،خزه های دریایی ودیاتومه ها)رامنشاء هیدروکربن دانستندودرمقابل گروهی که منشاء جانوری رامطرح می کردنددلایل زیر را ارائه می کردند:

- وجود موادنفتی درپوسته ی دو کفه ای ها

- به دست آمدن نفت ازتقطیر بسیاری ازجانوران

اما امروزه ثابت شده است که با وجود آن که هیدروکربن ها منشاء آلی دارند،اما نه به این صورت که ارائه شد.

2-4 نظریه ی امروزی تشکیل نفت (ازماده ی آلی تانفت)

ماده ی اصلی که ازآن هیدروکربن شکل می گیرد ماده ای آلی (Organic matter)تشکیل شده درسطح زمین است.فرآیند تشکیل ماده ی آلی بافتوسنتز شروع می شودگیاه درحضورنورخورشید طبق فرمول زیر آب وCO2رابه گلوکزوآب واکسیژن تبدیل می کند:

CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2

گلوکزماده ی آغازی جهت ساختن ترکیبات پیچیده تری می باشد فتوسنتز قسمتی از چرخه ی عظیم کربن است.معمولا بیش ترمواد آلی تولید شده به وسیله ی فتوسنتز مجددا به صورت CO2به اتمسفربازگردانده می شود ازطریق تنفس حیوانات یا اکسیداسیون یا تخریب باکتریایی موجود مرده مقدارکمی ازمواد آلی (001/0%)معمولا ازاین چرخه فرارکرده و دفن می شود درطول زمان زمین شناسی این حجم کم مقداربسیارعظیمی ازماده ی آلی فسیلی راتولید می کند.

مرگ ومیرجانوران وگیاهان سبب انباشته شدن مواد آلی می شود این مواد آلی می توانند به صورت انواعی از ملکول های زیستی باشند که خود می تواند منشاءهیدروکربن شود عمده ی مواد آلی موجود دراقیانوس ها دراثر فرآیند فتوسنتزتشکیل شده اند.تولید کننده های اصلی مواد آلی فیتوپلانکتون ها هستندکه گیاهان شناورمیکروسکوپی نظیردیاتومه ها داینوفلاژله ها وجلبک های سبز آبی می باشند.فیتوپلانکتون ها درانتهای زنجیره ی غذایی وجود دارند دیگر تولید کنندگا ن مواد آلی زئوپلانکتون ها ی میکروسکوپی وجانوران آلی ترندکه ازفیتوپلانکتون ها تغذیه می کنند.

میزان تولید فیتوپلانکتون ها وجلبک ها به متغیر های فیزیکی وشیمیایی محیط بستگی دارد نورو شفافیت آب گرمای محیط میزان ورود موادغذایی مثل فسفات ها ونیترات ها که برای رشد گیاهان وجانوران حیاتی اند ازجمله ی این عواملند.

مرگ ومیرجانوران سبب انباشته شدن مواد آلی می شوداین موادآلی می توانند به صورت الواری ازملکول های زیستی باشند که خود منشاء هیدروکربن ها می شود.ازملکول های زیستی مهم می توان به لیپید ها(هم درجانوران وهم درگیاهان)پرتئین ها(بیش تر درجانوران کم ترگیاهان)کربوهیدرات ها یاسلولز(فقط گیاهان)ولیگنین(لیگنین که یک ماده ی آلی با وزن ملکولی بالاست و دارای انواع مختلف حلقه های آروماتیک کربن است وفقط درگیاهان آلی پیشرفته دیده می شود.)

بیش ترمواد آلی درمحیط های آرام وکم انرژی رسوب می کنند وحفظ می شوند عموما درمحیط های پرانرژی ومتلاطم ماده ی آلی ازداخل رسوب شسته می شوددرصورتی که درآب های آرام ماده ی آلی می تواند ته نشین شود.بنابراین ماده ی آلی می تواند درانواع سنگ های دانه ریز نظیر شیل ها یا گل آهکی (میکرایت)یافت شود. حفظ ماده ی آلی تابع دو مقداراست:

1-میزان تولید ماده ی آلی که باید بالا باشد.

2-میزان تخریب ماده ی آلی که باید پایین باشد.

ازنظر شرایط محیط رسوبی دوشرط اساسی برای حفظ مواد آلی لازمست:

1-سرعت رسوب گذاری مناسب 2-وجود آب های فقیر از اکسیژن

اگرسرعت رسوب گذاری خیلی کم باشد میزان اکسیداسیون زیاد وتجزیه ی موادآلی شدت می گیردواگرسرعت رسوب گذاری خیلی زیاد باشد مواد آلی بادرصد کم تری دررسوب پراکنده خواهند شد درشکل زیر سرعت رسوب گذاری متفاوت برای حفظ حداکثر کربن آلی درداخل رسوبات نشان داده شده است.

زمین شناسی نفتgeology of petroleum

مطالب مشابه :

زمین شناسی نفتgeology of petroleum

جدول رشته های تخصصی وفوق تخصص پزشکی مورد نیاز کشور در 10 سال آینده

کفیر پروبیوتیکی پیچیده(ترجمه متن انگلیس)