امروزه در مناطق مختلف جهان در خشکی و دریا به منظور استخراج  نفت و گاز عملیات مختلفی صورت می گیرد. یکی از مشکلات دائمی در تولید نفت و گاز، فرایند تولید آب از مخازن می باشد که جز جدانشدنی فرایند تولید هیدروکربن ها می باشد. این آب تولیدی به دلیل مجاورت با مخازن از لحاظ کیفیت شبیه به نفت و یا گاز تولیدی می باشد. ضمن اینکه مواد مختلفی در طی مراحل مختلف از اکتشاف تا تولید مورد استفاده قرار می گیرند که برخی از آنها خطرناک و سمی بوده و می توانند اثرات زیانباری از جنبه های مختلف داشته باشند. در مرحله برداشت از یک چاه نفت یا گاز، آب همراه از جمله آلودگی هایی می باشد که در این حین تولید شده و به طور قطع به یقین تاثیرات خود را برمحیط زیست خواهد گذاشت. در بسیاری از مناطق جهان قوانین و مقرراتی برای جلوگیری از آلودگی های محیط زیست وضع و حتی در برخی از مناطق بسیاری از فعالیت هایی که منجر به تولید پسماندهای خطرناک نفت و گاز می شوند ممنوع گردیده است. حد مجاز نفت و روغن در آب تولیدی برای تخلیه به دریا در استرالیا mg/lit30 متوسط روزانه و mg/lit50 متوسط ماهانه می باشد. در خصوص موادی که از نظر محیط زیستی نگرانی قابل توجهی را ایجاد می کنند، بیشتر کشورها استانداردهای سخت و دقیقی برای تخلیه آب تولیدی تنطیم کرده اند. به عنوان مثال حد متوسط ماهیانه برای تخلیه نفت و روغن در آب تولیدی در ونزوئلا برابر با mg/lit  20 می باشد. در کشور ما میزان نفت و روغن در آب تولیدی برای تخلیه، بر اساس کنوانسیون کویت برای متوسط روزانهmg/lit  15 می باشد. رشد روز افزون فعالیت های صنعتی از یک سو و عدم رعایت الزامات زیست محیطی و مدیریت نامناسب پسماندهای تولیدی از سوی دیگر، سبب شده است که در چند دهه اخیر مقادیر زیادی از پسماندهای ناشی از فعالیت های نفتی به محیط زیست راه پیدا کند. در صورتیکه برنامه ریزی مناسب جهت تصفیه و یا حذف پسماندهایی که به محیط زیست تخلیه می شوند صورت نپذیرد این مهم می تواند اثرات نامطلوبی به دنبال داشته باشد. اثرات زیست محیطی هیدروکربنها و مواد سمی موجود در آب تولیدی بر روی اکوسیستم، گیاهان، جانوران و انسان در این بین از مهمترین موضوعات خواهد بود. امروزه توسعه روز افزون آگاهی عمومی درباره محیط زیست در فرایند تولید از چاه های نفت و گاز باعث توجه شرکتها و خریداران به این مهم شده است، بطوریكه مسائل زیست محیطی نقش تعیین كننده ای را در انتخاب تجهیزات و همچنین استفاده از تكنولوزی های جدید برای دفع این مواد و به حداقل رساندن آلودگی، ایفا می كند.
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، روش های 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
1-1- آب تولیدی همراه نفت (PW)
سنگ‌های رسوبی كه 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 كه طی آنها نفت كه از مواد‌آلی ته‌نشین شده با این رسوبات تشكیل شده است از جایی كه سنگ مبداء نامیده می‌شود به سمت سنگ‌های رسوبی با نفوذپذیری و تراوایی بیشتر مهاجرت می‌كند. نفت دارای دانسیته‌ای كمتر 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.

طبق منابع موجود می‌توان گفت حدود سال 1938 بود كه وجود شكاف‌ها و حفره‌هایی در مخازن هیدروكربوری كه شامل آب هستند، شناخته شد. Fettke اولین كسی بود كه وجود آب را در مخازن تولید كنندة نفت گزارش داد. اما وی گمان می‌كرد كه این آب ممكن است در حین عملیات حفاری وارد حفره‌های مخزن شده باشد.
در بیشتر سازندهای حاوی نفت اینگونه گمان می‌رود كه سنگ مخزن قبل از اینكه توسط نفت اشغال شود، كاملاً به وسیله آب اشباع شده بوده است. هیدروكربن‌های با دانسیته كمتر به سمت موقعیت‌های تعادل دینامیكی و هیدرواستاتیكی مهاجرت می‌كنند،‌ و سپس آب را از قسمت اعظم سنگ مخزن جابجا می‌كنند و جای آنرا می‌گیرند. البته نفت تمام آب را جابجا نخواهد كرد بنابراین سنگ مخزن به طور معمول شامل هیدروكربن‌های نفتی و آب می‌باشد.
به تدریج با انجام آزمایشات مختلف مشخص شد كه كیفیت این آب از لحاظ تركیبات شیمیایی حل شده در آن از یک مخزن هیدروكربنی به مخزن هیدروكربنی دیگر تفاوت دارد. همچنین با افزایش برداشت از یک مخزن هیدروكربنی مقدار آب تولیدی نیز افزایش می‌یابد. در سال‌های گذشته آب تولیدی هنگام استخراج منابع هیدروكربنی به عنوان بخشی از مواد زاید تولید شده در عملیات تولید مورد توجه قرار گرفته است.
در واقع آب تولیدی جزء جدا نشدنی فرایند بازیابی هیدروكربن‌هاست و در حوزه‌های نفتی توسعه یافته مقدار آب تولیدی به مراتب بیشتر است.
آب تولیدی كه به آن آب شور (Brine) نیز گفته می‌شود می‌تواند شامل آب سازند، آب تزریق شده به مخزن، مقدار كمی آب میعان یافته و مقادیر كمی از تركیبات شیمیایی استفاده شده در عملیات تولید باشد. آب تولیدی بیشترین حجم مواد زاید تولیدی در عملیات تولید مواد هیدروكربنی را تشكیل می‌دهد. این جریان مواد زاید را می‌توان مواد زاید با حجم زیاد و سمیت كم فرض كرد. حجم آب تولیدی از مخازن گازی به مقدار قابل توجهی كمتر از مخازن نفتی بوده ولی آلودگی آلی آن در مقایسه با چاه های نفتی بیشتر می باشد. خصوصیات آب تولیدی نظیر شوری، دانسیته، فلزات و محتوای آلی آن از یک حوزة به حوزة 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 كه 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.
2-1- 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. پدیدة مخروطی شدن (coning) آب یكی از عوامل تولید آب اضافی در چاه های تولیدی هیدروكربنی است .در واقع مخروطی شدن آب، بالا آمدن ستون آب در اثر رسوخ جزیی در چاه نفت می‌باشد كه در نتیجه كاهش فشار در طی تولید جریان نفت رخ