د.
یکی از مهمترین عوامل در کاهش اثرات منفی زیست محیطی آب تولیدی مدیریت صحیح آن می باشد، بگونه ای که برخی مواقع هزینه های مورد نیاز در حذف آلودگیهای یک پسماند و یا کنترل انتشار آلودگی آن با اعمال مدیریتی صحیح و ابتکاری به میزان چشمگیری کاهش پیدا خواهد کرد.
با توجه به توسعه روز افزون صنعت نفت و گاز در کشور ما و اینکه به طور معمول با گذشت زمان و به دلایل مختلف، تولید آب همراه نفت و گاز روز به روز افزایش می یابد، در نظر گرفتن تمهیدات لازم جهت کاهش این صدمات و پیشگیری از آن ضروری به نظر می رسد.
با توجه به این ضرورت و اینکه بحث محیط زیست در طی سالهای اخیر جایگاه خوبی را در شرکت های نفتی پیدا کرده است، این پژوهش به بررسی مسائل مختلف آب تولیدی، روشهای تصفیه آب تولیدی و انتخاب روش مناسب جهت تصفیه آب همراه در سکوهای تولید نفت و گاز در دریا پرداخته است. شایان ذکر است این پایان نامه تحت حمایت شرکت نفت فلات قاره ایران و با همکاری واحد پژوهش و توسعه این شرکت انجام شده است.
فصل اول
کلیات
فصل اول: کلیات
1-1) آب تولیدی همراه نفت (PW)1
سنگ‌های رسوبی که در حال حاضر شامل لایه‌های رسوبی مختلفی است، در ابتدا از ته‌نشین شدن رسوبات اقیانوس‌ها، ‌دریاها، دریاچه‌ها و جریان‌های دیگر حاصل شده‌اند. این رسوبات به طور طبیعی شامل مقدار زیادی آب هستند. این آب همچنان با این رسوبات دفن می‌شود و باقی می‌ماند و میلیون‌ها سال بعد به عنوان (Connate water) مورد توجه قرار می‌گیرد. بسیاری از لایه‌های رسوبی بزرگ، در ابتدا با آب های اقیانوس‌ها و دریاها همراه بوده‌اند، بنابراین در اینگونه رسوبات، آب همراه در اصل آب دریاها بوده است. بهرحال، در طی سال‌های مختلف رویدادهایی رخ می‌دهد که طی آنها نفت که از مواد‌آلی ته‌نشین شده با این رسوبات تشکیل شده است از جایی که سنگ مبداء نامیده می‌شود به سمت سنگ‌های رسوبی با نفوذپذیری و تراوایی بیشتر مهاجرت می‌کند. نفت دارای دانسیته‌ای کمتر از آب بوده و لذا به سمت سطح آب آمده و آب در لایه‌های زیرین قرار می‌گیرد و این آب، آب حوزه‌های نفتی نام می‌گیرد که به صورت ناخواسته هنگام استخراج نفت یا گاز به سطح آورده می شود. شکل (1-1) نحوه قرارگیری گاز، نفت و آب در یک مخزن را نشان داده است.
شکل (1-1): نحوه قرارگیری گاز، نفت و آب در یک مخزن
طبق منابع موجود می‌توان گفت حدود سال 1938 بود که وجود شکاف‌ها و حفره‌هایی در مخازن هیدروکربوری که شامل آب هستند، شناخته شد. Fettke اولین کسی بود که وجود آب را در مخازن تولید کننده نفت گزارش داد. اما وی گمان می‌کرد که این آب ممکن است در حین عملیات حفاری وارد حفره‌های مخزن شده باشد.
در بیشتر سازندهای حاوی نفت اینگونه گمان می‌رود که سنگ مخزن قبل از اینکه توسط نفت اشغال شود، کاملاً به وسیله آب اشباع شده بوده است. هیدروکربن‌های با دانسیته کمتر به سمت موقعیت‌های تعادل دینامیکی و هیدرواستاتیکی مهاجرت می‌کنند،‌ و سپس آب را از قسمت اعظم سنگ مخزن جابجا می‌کنند و جای آنرا می‌گیرند. البته نفت تمام آب را جابجا نخواهد کرد بنابراین سنگ مخزن به طور معمول شامل هیدروکربن‌های نفتی و آب می‌باشد.
به تدریج با انجام آزمایشات مختلف مشخص شد که کیفیت این آب از لحاظ ترکیبات شیمیایی حل شده در آن از یک مخزن هیدروکربنی به مخزن هیدروکربنی دیگر تفاوت دارد. همچنین با افزایش برداشت از یک مخزن هیدروکربنی مقدار آب تولیدی نیز افزایش می‌یابد. در سال‌های گذشته آب تولیدی هنگام استخراج منابع هیدروکربنی به عنوان بخشی از مواد زاید تولید شده در عملیات تولید مورد توجه قرار گرفته است.
در واقع آب تولیدی جزء جدا نشدنی فرآیند بازیابی هیدروکربن‌هاست و در حوزه‌های نفتی توسعه یافته مقدار آب تولیدی به مراتب بیشتر است.
آب تولیدی که به آن آب شور (Brine) نیز گفته می‌شود می‌تواند شامل آب سازند، آب تزریق شده به مخزن، مقدار کمی آب میعان یافته و مقادیر کمی از ترکیبات شیمیایی استفاده شده در عملیات تولید باشد. آب تولیدی بیشترین حجم مواد زاید تولیدی در عملیات تولید مواد هیدروکربنی را تشکیل می‌دهد. این جریان مواد زاید را می‌توان مواد زاید با حجم زیاد و سمیت کم فرض کرد. حجم آب تولیدی از مخازن گازی به مقدار قابل توجهی کمتر از مخازن نفتی بوده ولی آلودگی آلی آن در مقایسه با چاههای نفتی بیشتر می باشد. خصوصیات آب تولیدی نظیر شوری، دانسیته، فلزات و محتوای آلی آن از یک حوزه به حوزه دیگر تفاوت دارد.

تولید جهانی آب تولیدی همراه نفت حدود 250 میلیون بشکه به ازای 80 میلیون بشکه تولید نفت در روز تخمین زده می شود. این رقم نشان می دهد سرعت آب تولیدی به نفت تولیدی 3 به 1 می باشد.
پیش‌بینی می‌شود میزان تولید این آب در طی قرن آینده به دو برابر مقدار فعلی افزایش یابد که این مسئله لزوم توجه بیشتر به مسائل مربوط به مدیریت آب تولیدی را سبب می شود.
نمودار (1-1) میزان آب تولیدی همراه نفت در دریا در دهه های گذشته و پیش بینی آن تا سال های آتی را نشان داده است.
نمودار (1-1): آب تولیدی همراه نفت در جهان از سال 1990 میلادی و پیش بینی تا سال 2015 میلادی
1-2) عوامل مؤثر برحجم آب تولیدی
مدیریت آب تولیدی به دلیل حجم بالا و هزینه بهره برداری سنگین یک فاکتور کاملا کلیدی است. علاوه بر این با توجه به اینکه آب تولیدی یک رخداد طبیعی است، اگر به درستی مدیریت نشود تاثیرات زیست محیطی آن می تواند قابل توجه باشد. برخی از عواملی که می توانند بر حجم آب تولیدی در طی چرخه عمر یک چاه اثرگذار باشند عبارتند از:
1- روش های حفاری چاه
با ثابت بودن تمامی شرایط تولیدی، حجم آب تولیدی از یک چاه عمودی بیشتر از حجم آب تولیدی در یک چاه افقی است.
2- مکان حفر چاه
چنانچه مکان حفر یک چاه در یک مخزن هیدروکربوری با توجه به ساختار آن مخزن به خوبی انتخاب نگردد، بدون توجه به نوع چاه (افقی یا عمودی بودن) میزان آب تولیدی افزایش خواهد یافت.
3- چگونگی تکمیل چاه
هنگام تکمیل یک چاه بایستی به مکانیسم رانش سیالات هیدروکربنی موجود در آن مخزن توجه نمود.
4- نوع تکنولوژی جداسازی آب
از گذشته به منظور جداسازی آب همراه تولیدی از سیالات هیدروکربنی از تجهیزات و تصفیه کننده های سطحی استفاده می شود. البته این روش شامل هزینه های استخراج، تجهیزات و مواد شیمیایی تصفیه کننده می باشد.
5- تزریق آب به منظور افزایش راندمان تولید از مخازن
یکی از راه های افزایش میزان بازده تولیدی از مخازن نفتی، تزریق آب به درون مخزن می باشد. این آب باعث تثبیت فشار مخزن شده و موجب می شود نفت بیشتری تولید گردد. در مقابل این افزایش تولید، آب بیشتری به دلیل پیشروی سریعتر جبهه آب به سمت چاه تولیدی، تولید خواهد شد.
6- آسیب دیدگی دیواره لوله های جداری و چاه
چنانچه دیواره لوله های جداری و چاه در اثر فشارهای موجود، خوردگی، سایش و …. دچار آسیب دیدگی شوند، آنگاه ایجاد ترک یا تغییر فرم در آنها می تواند این اجازه را به آب های سطحی بدهد که به دهانه چاه وارد شوند و به عنوان آب همراه استخراج گردند.
7- مشکلات درون چاهی و زیر سطحی
بعضی مواقع مشاهده می شود که با توجه به میزان آب تولیدی در سطح لازم است تعدادی از شبکه های ایجاد شده تولیدی در دیواره چاه در مخزن مسدود گردند. این عمل موجب کاهش میزان آب تولیدی از چاه خواهد شد، اما چنانچه این انسداد به خوبی انجام نشود مجددا” میزان آب تولیدی از چاه افزایش خواهد یافت.
8- تاثیرات دبی تولیدی از مخزن
تولید از سیالات هیدرو کربنی با بالاترین دبی ممکن باعث می شود که آب همراه موجود در زیر ستون نفت خیلی سریع کانالی درون نفت به سمت چاه زده و مقدار آب همراه تولیدی از چاه را به شدت افزایش دهد. پدیده مخروطی شدن (coning) آب یکی از عوامل تولید آب اضافی در چاههای تولیدی هیدروکربنی است .در واقع مخروطی شدن آب، بالا آمدن ستون آب در اثر رسوخ جزیی در چاه نفت می‌باشد که در نتیجه کاهش فشار در طی تولید جریان نفت رخ می‌دهد. این پدیده یکی از علل رایج تولید آب بیشتر، بخصوص در مخازنی است که تحت نیروی محرکه آب، جریان نفت بالا می‌آید.
برخی روش‌های رایج جهت کنترل پدیده مخروطی شدن آب عبارتند از:‌
1) کاهش روند افت فشار (کاهش فشار با شیب کندتر) به وسیله تولید نفت با نرخ کمتر
2) تکمیل مجدد چاه و ایزوله کردن یا مسدود کردن حفره‌های پایینی
3) بستن چاه برای کمک به فروکش کردن مخروط آب و سپس بازکردن مجدد آن و تولید نفت با نرخ پایین‌تر
در طی فرایند تولید نفت بایستی ت