کربن دی‌اکسید (CO2) به عنوان یک ماده شیمیایی مهم در صنعت نفت مورد استفاده قرار گرفته، بطوری که به عنوان یک عامل تزریقی در فرآیندهای بازیافت پیشرفته نفت(Enhanced Oil Recovery یا EOR) بسیار حائز اهمیت میباشد.
مقدمه ای بر کربن دی اکسید مایع
کربن دی اکسید مایع،در واقع فرم مایع گاز کربن دی اکسید(CO2) است واز ترکیب کربن با عنصر اکسیژن تولید میشود.این مایع بر اثر فشرده شدن و سپس خنک شدن گاز دی اکسید کربن تشکیل میگردد. این گاز یک ماده غیر سمی ،غیر قابل اشتعال و در دسترس است. در واقع می‌توان گفت که کربن دی اکسید مایع از طریق منابع طبیعی نیز تولید شده و بدست میآید. این محصول در زیر دمای بحرانی ۳۱ درجه سانتی گراد (درجه فارنهایت ۸۷.۸ ( و بالاتر از نقطه سه گانه با دمای منفی۵۶.۶ درجه سانتی گراد )۶۹.۸۸- درجه فارنهایت ( و فشار ۱۸.۴ بار به صورت حالت فیزیکی مایع وجود دارد.
مراحل تزریق دی‌اکسید کربن (CO2) به مخازن نفتی:
۱. جمع‌آوری و فشرده‌سازی CO2
– CO2 مورد نیاز معمولاً از منابع صنعتی مانند نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها یا واحدهای تولید مواد شیمیایی جمع‌آوری میشود.
– CO2 جمع‌آوری شده فشرده و به حالت مایع یا فوق‌بحرانی (supercritical) درمی‌آید تا انتقال آن به مخزن نفتی آسان‌تر شود.
۲. انتقال CO2 به مخزن
– CO2 فشرده شده از طریق خطوط لوله یا تانکرها به محل مخزن نفتی منتقل میشود.
– در برخی موارد، CO2 از منابع طبیعی مانند میادین گاز طبیعی نیز استخراج میشود.
۳. تزریق CO2 به مخزن
– CO2 از طریق چاه‌های تزریق به داخل مخزن نفتی پمپ میشود.
– فشار تزریق باید به اندازه‌ای باشد که CO2 بتواند به بخش‌های مختلف مخزن نفوذ کند و با نفت تعامل داشته باشد.
۴. تعامل CO2 با نفت و سنگ مخزن
– CO2 تزریق شده با نفت موجود در مخزن ترکیب میشود و باعث کاهش ویسکوزیته (گرانروی) نفت میشود. این کار جریان نفت را آسان‌تر می‌کند.
– CO2 همچنین می‌تواند باعث انبساط نفت و افزایش فشار مخزن شود که این امر به حرکت نفت به سمت چاه‌های تولیدی کمک می‌کند.
۵. تولید نفت
– نفت سبک‌تر و با جریان بهتر به سمت چاه‌های تولیدی هدایت میشود.
– CO2 تزریق شده ممکن است همراه نفت تولید شود که در این صورت، CO2 جدا شده و مجدداً به مخزن تزریق میشود (چرخه بازیافت).
۶. ذخیره‌سازی CO2 در مخزن
– بخشی از CO2 تزریق شده در مخزن باقی می‌ماند و به طور دائم در سنگ‌های مخزن ذخیره میشود. این فرآیند به جذب و ذخیره‌سازی کربن (Carbon Capture and Storage یا CCS) معروف است و به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.
مزایای استفاده از کربن دی اکسید مایع در استخراج نفت
– کاهش هزینه: این گاز به عنوان یک ماده کم‌هزینه و فراوان، به کاهش هزینه‌های تولید و عملیاتی کمک می‌کند که افزایش سودآوری و رقابت‌پذیری شرکت‌ها را به دنبال دارد.
– محیط زیست: با استفاده از این گاز به جای منابع انرژی فسیلی مانند زغال سنگ و نفت، انتشار گازهای مضر به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد که به بهبود کیفیت هوا و کاهش تاثیرات جانبی منفی بر روی محیط زیست کمک می‌کند.
– افزایش حجم نفت قابل برداشت: یکی از مهم‌ترین مزایای استفاده از ₂OC، افزایش میزان نفت استخراجی از مخازن است. این روش می‌تواند تا ۱۰ تا ۲۰ درصد از نفت باقی‌مانده را بازیافت کند که به طور قابل توجهی بهره‌وری مخازن را افزایش می‌دهد.
– ذخیره‌سازی کربن: یکی از جنبه‌های مثبت زیست‌محیطی این روش، ذخیره دائمی ₂OC در مخازن زیرزمینی است. این فرایند نه تنها به افزایش برداشت نفت کمک می‌کند، بلکه به کاهش میزان ₂OC موجود در اتمسفر نیز منجر میشود.
چالش ها و محدودیت ها
۱. هزینه های بالای تجهیزات و زیر ساخت های مورد نیاز
۲. نیاز به تخصص و تجربه بالا برای مدیریت و کنترل این روش
۳. جمع آوری و انتقال گاز CO2 به محل مخزن
۴. بهره گیری از فناوری های پیشرفته ای که امکان فشرده سازی، تزریق و مدیریت گاز CO2 را فراهم کنند.
۵. خطرات احتمالی نشت CO2 از مخزن.
۲۰ مورد از کاربردهای دیگر CO₂ مایع در این صنعت آورده شده است:
۱. تمیزکاری خطوط لوله: استفاده از CO₂ مایع برای حذف رسوبات و آلودگی‌ها از داخل خطوط لوله.
۲. حفاری چاه‌های نفتی: استفاده به عنوان سیال حفاری برای کاهش اصطکاک و بهبود عملکرد مته.
۳. فروشویی (Flushing) تجهیزات: تمیز کردن تجهیزات و سیستم‌ها از آلودگی‌های نفتی و شیمیایی.
۴. خنک‌سازی تجهیزات: استفاده به عنوان خنک‌کننده در فرآیندهای صنعتی.
۵. جلوگیری از تشکیل هیدرات‌های گازی: تزریق CO₂ برای جلوگیری از تشکیل هیدرات‌های گازی در خطوط لوله.
۶. تست فشار (Pressure Testing): استفاده از CO₂ مایع برای تست فشار در خطوط لوله و مخازن.
۷. جلوگیری از خوردگی: استفاده از CO₂ برای کاهش خوردگی در سیستم‌های انتقال نفت و گاز.
۸. استخراج نفت سنگین: کاهش ویسکوزیته نفت سنگین و بهبود جریان آن.
۹. جداکننده گازهای اسیدی: استفاده در فرآیندهای جداسازی گازهای اسیدی مانند H₂S و CO₂ از گاز طبیعی.
۱۰. تولید مواد شیمیایی: استفاده به عنوان ماده اولیه در تولید مواد شیمیایی مانند اوره و متانول.
۱۱. فروشویی مخازن زیرزمینی: تمیز کردن مخازن زیرزمینی از رسوبات و آلودگی‌ها.
۱۲. جلوگیری از انفجار: استفاده به عنوان گاز بی‌اثر برای کاهش خطر انفجار در محیط‌های کاری.
۱۳. تست نشتی (Leak Testing): استفاده از CO₂ برای تشخیص نشتی در سیستم‌های لوله‌کشی و مخازن.
۱۴. تولید فوم‌های پلی‌یورتان: استفاده به عنوان عامل فوم‌کننده در تولید فوم‌های پلی‌یورتان برای عایق‌کاری.
۱۵. جداکننده نفت و آب: استفاده در فرآیندهای جداسازی نفت و آب در واحدهای پردازش.
۱۶. تولید سوخت‌های مصنوعی: استفاده در فرآیندهای تبدیل گاز به مایع (GTL) برای تولید سوخت‌های مصنوعی.
۱۷. جلوگیری از تشکیل آسفالتین: کاهش تشکیل آسفالتین در نفت خام.
۱۸. تست عملکرد چاه: استفاده در تست‌های عملکرد چاه‌های نفتی و گازی.
۱۹. جداکننده گازهای همراه نفت: استفاده در فرآیندهای جداسازی گازهای همراه از نفت خام.
۲۰. تولید کربن فعال: استفاده در فرآیندهای تولید کربن فعال برای تصفیه گازها و مایعات.
مطالعات موردی موفق
در زمینه تزریق CO₂ به مخازن نفتی برای افزایش بازیافت نفت (EOR) و ذخیره‌سازی کربن (CCS)، پروژه‌های موفق زیادی در سراسر جهان اجرا شده‌اند. که عبارتند از:
۱. میدان (Weyburn)، کانادا: یکی از بزرگترین پروژه‌های تزریق CO₂ برای EOR و CCS در جهان.
نتایج: افزایش بازیافت نفت و ذخیره‌سازی میلیون‌ها تن CO₂.
۲. میدان صلاح، الجزایر: پروژه‌ای برای کاهش انتشار CO₂ از میدان گازی و تزریق آن به مخازن نفتی.
نتایج: ذخیره‌سازی بیش از ۱ میلیون تن CO₂ در سال و افزایش تولید نفت.
۳. میدان سنجامین، تگزاس، ایالات متحده: یکی از بزرگترین پروژه‌های EOR با استفاده از CO₂ در آمریکا.
نتایج: افزایش قابل توجه بازیافت نفت و ذخیره‌سازی CO₂.
۴. میدان اسلیپنر، نروژ: اولین پروژه بزرگ CCS در جهان که CO₂ را از میدان گازی اسلیپنر جدا و در زیر دریا ذخیره می‌کند.
نتایج: کاهش انتشار CO₂ و الگویی برای پروژه‌های مشابه.
۵. میدان گازی شاه دنیز، آذربایجان: پروژه‌ای برای جداسازی CO₂ از گاز طبیعی و تزریق آن به مخازن نفتی.
نتایج: افزایش بازیافت نفت و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای.
۶. میدان رانگلی، چین: پروژه‌ای برای تزریق CO₂ به مخازن نفتی به منظور افزایش بازیافت نفت.
نتایج: بهبود تولید نفت و ذخیره‌سازی CO₂.
۷. میدان گازی الجزایر: پروژه‌ای برای جداسازی CO₂ از گاز طبیعی و تزریق آن به مخازن زیرزمینی.
نتایج: کاهش انتشار CO₂ و افزایش بازیافت نفت.
۸. میدان پمبروک، کانادا: پروژه‌ای برای تزریق CO₂ به مخازن نفتی به منظور افزایش بازیافت نفت.
نتایج: بهبود تولید نفت و کاهش انتشار CO₂.
۹. میدان گازی گورگون، استرالیا: یکی از بزرگترین پروژه‌های CCS در جهان که CO₂ را از میدان گازی گورگون جدا و در زیر دریا ذخیره می‌کند.
نتایج: کاهش قابل توجه انتشار CO₂.
۱۰. میدان کانتارل، مکزیک: پروژه‌ای برای تزریق CO₂ به مخازن نفتی به منظور افزایش بازیافت نفت.
نتایج: بهبود تولید نفت و ذخیره‌سازی CO₂.
این پروژه‌ها نشان می‌دهند که تزریق CO₂ نه تنها به افزایش بازیافت نفت کمک می‌کند، بلکه راه‌حلی موثر برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است.
کربن دی‌اکسید مایع با ارائه روش‌های نوین و بهینه‌سازی فرآیندهای استخراج و پالایش نفت، به عنوان یک عامل کلیدی در صنعت نفت شناخته میشود و نه تنها یک ابزار قدرتمند برای افزایش بازیافت نفت و بهبود کارایی صنعت نفت و گاز است بلکه می‌تواند تأثیر مثبتی بر محیط زیست نیز داشته باشد.باوجود چالش ها و محدودیت ها،تحقیقات و توسعه در این زمینه ادامه دارد و به طور قطع در آینده شاهد کاربرد های جدید و پیشرفته تر این فناوری خواهیم بود.
————————————————–
منابع: