نفت شیل (Shail oil )

نفت شیل (Shail oil )

 

مقدمه

نفت شیل، نفت نا متعارفی است که از گرما کافت (Pyrolysis) ،هیدروژنه کردن و انحلال گرمایی خرده سنگهاي نفتزا (شیل نفتی)به دست می آید. مجموعه این فرایندها مواد آلی درون سنگ (کروژن) را به نفت و گاز تبدیل میکنند. از نفت حاصله میتوان مستقیماً به عنوان سوخت استفاده کرد و یا با افزودن هیدروژن و زدودن ناخالصی هایی چون سولفور و نیتروژن آن را عمل آوري کرد و به عنوان ماده اولیه وارد پالایشگاه نمود . محصولات پالایش شده درهمان مواردي که محصولات پالایش شده نفت خام به کار میروند، مصرف میشوند .

شیل چیست ؟

شیل سنگی از جنس سنگهاي رسوبی دانه ریز است که از بهم فشرده شدن سیلیت و ذرات کانی به اندازه رس شکل گرفته است که معمولاً آنها را گل (mud) می نامیم . وجود چنین ترکیباتی درون شیل ها آنها را در ردیف سنگهاي رسوبی تحت عنوان گلسنگها(mudstones) جاي می دهد . وجه تمایز شیل از دیگر گلسنگ ها “لایه لایه” و “ورقه ورقه” بودن آنهاست . “لایه لایه”(Laminated) حالتی است که سنگ از تعداد زیادي لایه هاي باریک شکل گرفته است . ورقه ورقه (Fissile) حالتی است که سنگ به آسانی در امتداد ورقه ها از آن جدا میگردد.

نمودار-شیل-نفت-پالایش-نفت شیل-گازشیل-ماسه سنگ

 

شیل بارنت (Barnett Shale)

شیل بارنت ،در ایالات تگزاس اولین میدان نفتی بزرگ پدید آمده دردل یک سنگ مخزن شیلی بود. تولیدگازازشیل بارنت، درنوع خودیک چالش بود. فضاهاي متخلخل درون شیلها به حدي ریزندکه گازازمیان شیل به درون چاه حرکت می کند. حفاران کشف نمودندکه براي ایجادشکست درشیل ، میتوان ازطریق پمپاژ روبه پائین آب بافشارکافی تراوائی شیل را، افزایش دهند. این شکستگی هابخشی ازگازراازمیان فضاي متخلخل آزادنمودوگازرابه درون چاه فرستاد. این روش شکستگی هیدرولیکی نامیده می شود. نفت وگازدرفضاي حفره هاوشکافهاي طبیعی درسنگ هاي زیرسطح زمین متراکم میشوند. وقتی که چاهی دردرون این سنگهاي حاوي سیالات هیدروکربنی، حفاري شودبعلت ایجادپروفایل فشاري ، سیالات ازداخل سنگهاي اطراف چاه به درون چاه حرکت میکنندسپس ازدرون چاه به سطح زمین منتقل میشوند.

اگرخلل وفُرجهایی که درسنگ مخزن وجوددارندبهم متصل باشندوسیال براحتی به درون چاه حرکت کند، سنگ مخزن راسنگی بانفوذپذیري بالامی نامیم امادرصورت نفوذپذیري هاي پایین، سیال براحتی قادربه حرکت ازداخل سنگ مخزن به درون چاه نیست. دراین گونه مواردکانالهاي داخل سنگ ، آنگونه که باید، اجازه ي حرکت سیال رابه درون چاه نمیدهندپس چاه بهره وري اقتصادي نداردزیراازآن چاه به مقدارلازم سیال نفتی یاگازي تولیدنمی شود. به همین دلیل نیازبه ایجادشکافهاوکانالهاي مصنوعی درداخل سنگ مخزن بوجودمی آیدکه درواقع این کانالهاکیفیت سنگ مخزن رابراي هدایت سیال به درون چاه بالامی برند  این کانالهامعمولاً ازطریق عملیات شکاف هیدرولیکی ایجادمیشوند. حفاران همچنین آموخته اندکه چگونه سطح شیل راحفاري نموده وسپس چاه رابازاویه اي ۹۰ درجه براي حفاري افقی درمیان واحد سنگی شیلی بچرخانند. این عمل ، چاهی با “منطقه بازدهی”(pay zone)بسیار طولانی درمیان سنگ مخزن ایجادمی نماید. این روش “حفاري افقی”(horizontal drilling)نامیده می شود.

 

مخزن نفت و گاز طبیعی غیر متعارف(Unconventional)

طرح ذیل ، فناوري هاي جدیدي را نشان می دهدکه توسعه میادین غیرمتعارف نفت و گاز طبیعی را ممکن میسازد . دراین میادین گازي، نفت و گاز درون شیل یادیگر واحدهاي سنگی غیرقابل نفوذ، حفظ می شوند. براي تولید چنین نفت یا گازي، فناوري ویژه اي نیاز است. یکی ازاین فناوري ها ، حفاري افقی است که طی آن یک چاه عمودي به حالت افقی منحرف میشود تااینکه مسافتی طولانی رادرسنگ هاي مخزن نفوذ نماید. فناوری دیگر، شکست هیدرولیکی است .دراین روش، بخشی ازچاه مهر وموم می شود(sealed off)وآب به درون آن پمپاژ می گرددتافشاري راکه براي ایجادشکستگی درسنگ هاي اطراف آن به اندازه کافی بالا باشد، ایجادنماید. نتیجه ، مخزنی باشکستگی بالاست که یک دیواره چاه(well bore)باطول زیاد آنراموردنفوذ قرارداده است.

 

شکست هیدرولیکی-مخزن-مخزن با شکست هیدرولیکی-چاه افقی

 

نفت شیل(کروژن)

نفت شیل(Shale Oil)به هرگونه سنگ یاصخره رسوبی اطلاق میشودکه حاوي ماده جامدزغالسنگ است که بنام کروژن نیزشناخته میشود. هنگام داغ شدن، ازاین سنگها نوعی نفت مایع جاري میشود. این نوع نفت میلیونهاسال قبل ازگل ولاي بستردریاچه ها بوجودآمده است که طی بازه هاي زمانی طولانی، گرماوفشارزیاد، به موادي مشابه نفت تبدیل شده اند. نفت شیل اصولانیازي به فرآوري اضافی نداردواغلب بنام (سنگ سوزان) مشهوراست .

درطول دهه اخیر، بازارتولیدشیل‌های گازی ونفتی درنقاط مختلف جهان حسابی داغ شده به‌طوری‌که هم اکنون بسیاری ازکشورهابخصوص آمریکاباخلق یک تکنولوژی جدیدتولیدو پالایش ازذخایرهیدروکربوری نامتعارف راآغازکرده‌اند.

بیشترین ذخایرگازشیل جهان باحجم ۱۲۷۵تریلیون فوت‌مکعب درچین قرارداردوپس ازآن ایالات متحده، آرژانتین، آفریقای‌جنوبی، کانادا و استرالیاقراردارند، امادراین میان این آمریکاست که بشدت درسالهای اخیربعنوان بزرگ‌ترین مصرف کننده انرژی جهان اقدام به افزایش تولیدشیلهای گازی ونفتی کرده است.

 

شیل گاز

شیلهاي گازي گروه متنوعی ازسنگهاهستندکه داراي متان محبوس درداخل خودهستند. ودراعماق زمین وجوددارندکه میتوان بوسیله ایجادشکاف هیدرولیکی، متان آنرااستخراج کرد. گاز شیل، گازيست محصورشده بین سنگهاي سخت رسی که آزادسازي آن بااستفاده ازفناوري موسوم به” شکست هیدرولیک ” صورت میگیرد. این فرایندشامل تزریق آب فراوان حاوي مواد شیمیایی درون سازه هاي گازرسی بافشاربالاست. به گفته منتقدان اداره محیط زیست و ژئوفیزیک ، این عملیات خطر آلودگی آبهاي زیر زمینی وبروز زمین لرزه رابدنبال خواهدداشت. تحقیقات نشان می دهدکه ۱۶%ازحجم گازشیل ،گازاتان است. تولیدگازشیل درآمریکاکمک کردتاقیمت هاي گازوزغالسنگ دراین کشورکاهش یابد. اماتولیداین گازهادرمنطقه اروپا به کندي پیشرفت داشته وبانگرانی هاي اداره محیط زیست رو به روشده بطوریکه کشورهاي فرانسه ، بلغارستان ، اسپانیا و آلمان تولیداین نوع گازهارادرکشورخودممنوع کرده اند.

منابع شیل گازی درحوضه رسوبی زاگرس، ایران مرکزی و کپه داغ

تاکنون مطالعه تفصیلی روی منابع شیل‌گازی درایران انجام نشده است. درسال ۱۳۹۰مدیریت اکتشاف شرکت ملی نفت ایران پیجویی مقدماتی منابع شیل گازی درحوضه‌های رسوبی زاگرس، کپه‌داغ و ایران مرکزی رابه اتمام رسانده است. براین اساس پژوهشگاه صنعت، مطالعه شیلهای گازی سازندهای سرگلو و گرو به سن ژوراسیک میانی و کرتاسه زیرین درناحیه لرستان ازحوضه رسوبی زاگرس راباهمکاری مدیریت اکتشاف صنعت نفت دردستورکارقرارداده است.

 

ذخایر سنگهاي رسی-گاز شیل-انرژي-استخراج

 

شیل هاي نفتی

گروه متنوعی ازسنگهاهستندکه منشانفت وموادآلی وغیرآلی دارند. چون این موادآلی موجوددرعمق کافی مدفون نشده هنوزبه مرزتکامل نرسیده ودرنتیجه نفتی تولیدنمی کنند. درآزمایشگاه باحرارت دادن وتقطیرآنهامیتوان نفت استخراج کردکه به این فرایند پیرولیز میگویند. مقدارنفت حاصله درمناطق مختلف ، تا۵۰%وزن سنگ تخمین زده شده است. یعنی درهرتن سنگ بین۱۰-۱۵۰ گالن نفت یا معادل۵۰-۷۵۰ لیتردرهر هزارکیلوگرم قابل برداشت است. شیلهاي نفتی داراي مقادیرقابل توجهی موادغیرآلی نیزهستند. حداقل توقع ازیک شیل نفتی ازنظراقتصادي اینست که انرژي تولیدشده بصورت هیدروکربن ازانرژي حرارتی مصرفی براي استخراج نفت آن بیشترباشد. بطورکلی شیلهاي نفتی بایدداراي مقادیرزیادي موادهیدروکربنی باشندتاامکان تشکیل مخازن نفتی مقرون به صرفه راایجادکنند. براساس بررسی هایی که تاکنون انجام شده، اغلب شیلهاي نفتی متعلق به دوره زمین شناسی کامبرین تادوره ترشیري است.

تحول بزرگ درروش‌های تولیدشیل‌های نفتی و گازی

هم‌اکنون آمریکای شمالی بیشترین تولیدگاز شیل رادرجهان داردکه این موفقیت رامدیون تکنولوژی شکست هیدرولیکی وتولیدنفت وگازازمیدانهای شیل است.
تمایل به تولیدواستفاده ازاین منابع درسالهای اخیرسبب شده تکنولوژی‌های نوینی برای ایجادشکاف‌های مصنوعی درنزدیکی دیوارهای چاه توسعه داده شوندکه شکافهای هیدرولیکی ازجمله آنهاست.
استفاده ازحفاری افقی نیزبرای افزایش سطح تماس مخزن بادیواره چاه دراین میدانهاکاربردبسیاری داردوگاه این نوع حفاری برای دستیابی به اهداف تولیدتا۳۰۰۰متردرراستای جانبی ادامه می‌یابد. این پیشرفت‌هاسبب افزایش حجم تولیدوکاهش هزینه‌های تولیدازاین منابع شدوتعدادقابل توجهی سکوی حفاری درحوزه‌های شیل مشغول فعالیت هستند.

مواد آلی تشکیل دهنده شیلهاي نفتی

بیشترموادآلی درشیلهاي نفتی ، بقایاي جلبکهاو اسپورهاي جلبکی فراوانند. بنابراین ، فرض براینست که بیشترموادآلی داراي منشاجلبکی باشند. خرده هاي دانه ریزگیاهان کاملترومگااسپورها نیزممکن است یک جزتشکیل دهنده مهم باشند. شکل تیپیک رسوبی دربسیاري ازشیلهاي نفتی وجود لامیناسیون مشخص درمقیاس میلیمتر ،تناوبی از لامینه هاي آواري وآلی میباشد. شکوفایی فصلی یاسالیانه جلبکهاي پلانکتونیک، غالبا بعنوان بوجودآورنده لامیناسیون ریتمیک درنظرگرفته میشود. همانندتشکیل زغال، براي ممانعت ازاکسیداسیون موادآلی واحیاتجزیه باکتریائی شرایط هوازي موردنیازاست. بنابراین بیشترشیلهاي نفتی درتوده هاي آبی لایه لایه درجایی که آبهاي سطحی اکسیژن داراجازه رشدپلانکتونهاو آبهاي احیایی کف اجازه حفظ شدن موادآلی را می دهد ، تشکیل میشوند.

نوع کروژن در شیلهاي نفتی

کروژن در شیلهاي نفتی عمدتا از نوعI است که داراي نسبت بالايH/C و نسبت پایینO/C است و عمدتا ازمواد جلبکی لیپید (چربیها و اسیدهاي چرب) سرچشمه گرفته است تا اینکه از کربوهیدراتها ، لیگینها یا صمغها باشد.برخی از کروژنها در شیلهاي نفتی ، ممکن است از نوعII باشد که از خرد ههاي گیاهان آوندي تشکیل شده اند. برخی فلزات ، نظیر وانادیوم ، نیکل ، اورانیوم و مولیبدنیوم در شیلهاي نفتی فراوانند که با کروژن مخلوط شده یا اینکه به
صورت کلات در میان کروژن هستند.

به طور خلاصه مزایا و معایب طرح بدست آوردن نفت از شیل :

  • تولید هر ۱۰۰ هزار بشکه نفت شیل ۱۰ میلیون تن گاز گلخانه اي منتشر می کند.
  • هر ۱۰۰ هزار بشکه نفت شیل به ۱۲ هزار مگاوات برق نیاز دارد.
  • براي تولید نفت شیل قیمت هر بشکه نفت خام باید بیش از ۶۰ دلار باشد.
  • تا سال ۲۰۳۵ هزینه تولید یک بشکه نفت شیل ۷٫۵ دلار افزایش می یابد .
  • تخمین اولیه از ذخایر شیل آمریکا ۸۰۰ میلیارد بشکه است.