بشر از زمانهای بسیار قدیم با نفت و گاز آشنایی داشته و از تراوشهای سطحی آن استفاده  می‌کرد، اکتشاف نفت یک دانش و مهارت قدیمی و کاربردی است که با جمع آوری قیر از تراوشها و چشمه‌های نفتی، به قلمرو علم وارد شد. در آن زمانها انسان از نفت برای مصارف پزشکی، گرمایی و همچنین در عایق کاری استفاده می‌کرد.

اولین چاه اکتشافی نفت در سال ١٧۴۵ در فرانسه و اولین چاه استخراج نفت توسط کلنل دریک در سال ١٨۵٩ در پنسیلوانیا حفاری شد.

قدیمی‌ترین نظریه برای اکتشاف نفت، نظریه طاقدیس(Anticline Theory)است. کاربرد این نظریه برای یافتن نفت در قله طاقدیسها ابزار موفقی بود. این نظریه به عنوان نظریه اصلی برای اکتشافات مهم نفتی در بسیاری از نقاط دنیا از جمله مسجد سلیمان ایران مورد استفاده قرار گرفت.

فوران نخستین چاه نفت جهان

۱۴۹ سال پیش در روز ۲۷ اوت سال ۱۸۵۹ میلادی نفت برای اولین بار از زیر زمین به بیرون فوران کرد و نخستین چاه نفت جهان در آمریکا به نفت رسید.این واقعه در ایالت پنسیلوانیا واقع در شمال شرقی آمریکا در نزدیکی تیتوسویل در محلی به نام اولد کریک رخ داد.

ادوین ال دریک ۶۰ ساله که خود را سرهنگ بازنشسته ارتش معرفی می کرد سرانجام تلاش هایش به نتیجه رسید و توانست با حفر چاه به نفت دست یابد.

برخلاف عقیده کارشناسان آن دوره ، ادوین دریک معتقد بود با حفر یک چاه ساده می توان نفت استخراج کرد.

او یک چاه را به لطف یک سرمته که به یک کابل متصل بود و توسط یک ماشین بخار به حرکت درمی آمد ، حفر کرد.

هنگامی مته حفاری به عمق ۲۳ متری رسید طلای سیاه از این چاه به بیرون فوران کرد.

ادوین در همان روز نخست تولید جهانی نفت را دو برابر کرد! کاری که تاکنون هرگز کسی موفق به انجام آن نشده است!.

نفت که آن را در گذشته روغن سنگ می‌نامیدند از دوران باستان به عنوان یک پدیده حیرت آور طبیعی تلقی می شد.

در بسیاری از نقاط جهان سفره های نفتی در سطح زمین قرار داشتند و حتی مردم بعضی از مناطق از آن به عنوان یک داروی پوستی استفاده می کردند.

تا اینکه در نیمه قرن نوزدهم میلادی از نفتی که در سطح زمین وجود داشت برای روشنایی استفاده شد.

سپس به فواید آن به عنوان یک منبع انرژی جانشین ذغال و ذغال سنگ پی بردند.

کشف نفت توسط دریک موجب شد جویندگان طلای سیاه به ایالت پنسیلوانیا هجوم بیاورند.

منطقه از دکل های چاه ها پوشیده شد و بسیاری به ثروت رسیدند.

درحالیکه سرهنگ دریک فاقد توانایی معامله و تجارت بود دچار فقر و فلاکت شد و در یک نوانخانه دولتی در ایالت پنسیلوانیا درگذشت.

به این ترتیب ، در روز ۲۷ اوت سال ۱۸۵۹ میلادی نفت از نخستین چاه نفتی جهان در ایالت پنسیلوانیا آمریکا از دل زمین به بیرون فوران کرد.

ادوین ال دریک که با حفر این چاه به نفت دست پیدا کرده بود ، در عین حال تنها تولیدکننده نفت در تاریخ جهان است که تنها در جریان یک روز توانست تولید جهانی نفت را دو برابر کند!

پس از کشف نفت در پنسیلوانیا هزاران جوینده طلای سیاه به این ایالت هجوم آورده و ثروتمند شدند اما ادوین دریک دارای چنین اقبالی نبود و سرانجام از شدت فقر در یک نوانخانه دولتی درگذشت.

در سال ١٨٨٠ نفت در رسوبات دریایی پنسیلوانیا کشف شد که ارتباطی با ساختارهای طاقدیسی نداشت و تجمع نفت و ایجاد نفتگیر صرفا ناشی از تغییر رخساره رسوبات بود. بنابراین مشخص شد که ذخایر نفتی می‌توانند در حوزه‌های غیر چین خورده هم وجود داشته باشند. در نتیجه مفهوم نفتگیرهای چینه‌ای (Stratigraphic Traps) با این کشف وارد عرصه مفاهیم نفت شد.

تا اواسط دهه ١٩٢٠ ، تهیه و استفاده از نقشه های سطحی و طاقدیسها  ابزار اصلی اکتشافات نفتی بود و یافتن نفتگیرهای چینه‌ای به صورت تصادفی رخ می‌داد.

بعد از این زمان، با پیدایش روشهای نوینی نظیر مغناطیس سنجی، گرانی سنجی و مطالعات‌لرزه‌ای اکتشاف نفت وارد مرحله تازه‌ای شد و راه برای پی بردن به آنومالی‌ها و ساختارهای زیرسطحی غیرقابل مشاهده از سطح هموار شد. این فناوریها به تشخیص موقعیت پی سنگ و آنومالی‌های دیاپیریک کمک می‌کنند و به طور کلی یک شمای کلی از ساختارهای زیرسطحی را آشکار می کنند.

اولین نمودارهای ژئو فیزیکی درون چاهی برای نخستین بار در سال ١٩٢٧ در فرانسه و برای اندازه‌گیری  میزان تخلخل و آب اشباع شدگی بکار گرفته شد.

در دهه ١٩۶٠پیشرفت شاخه‌های مختلف علوم زمین شناسی نظیر میکروپالئونتولوژی (مطالعه فسیل جانداران ریز قدیمی) و ارائه  مدلهای رخساره‌ای تاثیر قابل توجهی در اکتشاف نفت داشت.

در سالهای دهه  ١٩٧٠ با پیشرفت در کسب و پردازش اطلاعات لرزه‌ای و نیز استفاده از کامپیوترهای سریع برای این منظور، نیمرخهای لرزه‌ای بسیار دقیق حاصل شد که این مقاطع سیمای عمومی درون زمین را به خوبی مشخص می‌کنند.

از دهه ١٩٨٠ تاکنون توسعه صرفا بصورت پیشرفت در فناوریهای گذشته و نیز معرفی نرم افزارهای مختلف کامپیوتری بوده که باعث شده است اکتشاف هیدروکربن‌ها آسانتر، سریع تر و مطمئن تر انجام شود.

مراحل مختلف اکتشاف ذخایر هیدروکربنی

از زمان پیدایش نفت تا امروز فعالیتهای اکتشافی برای کشف ذخایر جدید نفت و گاز و تامین تقاضای بازارهای نفت و همچنین جایگزینی حجمهای تولید شده، بصورت مستمر در جریان است. امروز با پیشرفت تکنیکهای اکتشافی جدید، دقت فعالیتهای اکتشافی بیشتر شده و شانس بیشتری برای موفقیت وجود دارد، اما با وجود این پیشرفتها، اکتشاف هنوز بصورت یک فعالیت با ریسک بالا باقی مانده است.

با تصمیم به انجام اکتشاف در یک ناحیه، برنامه مدون مطالعه آن ناحیه یا بلوک اکتشافی که شامل چند مرحله است، تهیه می‌شود. در صورتی که نتایج رضایت بخشی از هر مرحله بدست آید مراحل بعدی اجرا می‌شود. دلیل این کار نیز هزینه بالای فعالیتهای اکتشاف نفت بویژه حفاری اکتشافی است. این مطالعات عبارت است از:

١- بررسی زمین شناسی ناحیه برای پی بردن به وجود شرایط لازم برای تولید هیدروکربن.

در این مرحله از عکسهای هوایی، نقشه‌های زمین شناسی، روشهای سنجش از دور، مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی و … استفاده می‌شود. باید به این نکته هم توجه داشت که مطالعه چینه شناسی، رسوب شناسی و تکتونیکی منطقه، قراین و شواهد سطح الارضی هم از اهمیت بالایی برخوردار است.

٢-بررسی‌های مغناطیس سنجی و گرانی سنجی.

از این دو  روش برای شناسایی مخازن نفتی‌ که ساختارهای مشخص و معینی (مثل طاقدیس) در اعماق کم دارند، استفاده می‌شود. البته با روش مغناطیس سنجی تلوریک ( Telluric ) می‌توان مخازن تا حدی عمیق را نیز شناسایی کرد. در روش ثقل سنجی اساس کار این گونه است که تغییر شتاب جاذبه ثقل در نقاط مختلف را می‌توان به تغییر ماهیت سنگ یا تغییر ساختار، مخصوصا ساختارهای طاقدیس نسبت داد.

توضیح این که شتاب جاذبه‌ی زمین در قسمتهای مختلف زمین، با توجه به تغییر ساختار‌های زمین شناسی و همچنین تغییر ماهیت لا‌یه‌های موجود در آن بخش از زمین، تغییر می‌کند. هر اندازه که لا‌یه‌ها دارای چگالی بیشتری باشند، یا آن که لا‌یه‌های چگال‌تر در فاصله‌ی کمتری از سطح زمین قرار داشته باشند، نیروی جاذبه‌ی بیشتری ایجاد می‌کنند؛ به دلیل آن که لا‌یه‌هایی که در عمق بیشتری قرار دارند، فاصله آنها در طاقدیس‌ها از سطح زمین کمتر می‌شود و تفاوتی را در شتاب ثقل نسبت به نقاط اطراف ایجاد می‌کند. این نشانه می‌تواند عامل شناسایی طاقدیسها باشد.

اساس کار روش مغناطیس سنجی تلوریک براین است که میدان مغناطیسی طبیعی زمین را می‌سنجد، اما اگر سنگی وجود داشته باشد که خود میدان مغناطیسی اضافی ایجاد کند، با استفاده از دستگاههای مغناطیس سنج شناسایی می‌شود. از آ‌ن‌جایی که برخی از سنگهای رسوبی خود مغناطیسه هستند و میدان مغناطیس اضافی ایجاد می‌کنند، به کمک این دستگاه می‌توان ضخامت این لا‌یه‌ها را تا حدودی مشخص کرد. باید توجه داشت که جنس سنگ مخزن و منشا از سنگهای رسوبی است.

٣-بررسی‌های لرزه شناسی

بررسی‌های لرزه‌ای، مهمترین روش از میان سه روش پی جویی ژئوفیزیکی است. روش اصلی اکتشاف لرزه‌ای عبارت است از ایجاد امواج لرزه‌ای و اندازه‌گیری زمان لازم برای رسیدن امواج از چشمه‌ها به یک سری گیرنده ( ژئوفون) که معمولا” در امتداد یک خط مستقیم به سوی چشمه‌ها چیده می‌شوند.

برای ایجاد امواج لرزه‌ای از مواد منفجره و سایر چشمه‌های انرژی و برای آشکارسازی حرکت حاصل در زمین، آرایه‌هایی در لرزه سنجها یا ژئوفونها بکار می‌رود. داده‌ها را معمولا” روی نوار مغناطیسی ثبت می‌کنند. با استفاده از نتایج بدست آمده از داده‌ها تفسیر زمین شناسی به سادگی میسر است.

امروزه روشهای لرزه‌ای پیشرفت زیادی کرده است و در دریا و خشکی از روشهای لرزه نگاری ٣ بعدی و ۴ بعدی برای کشف یا شناسایی بهتر ساختارهای تحت الارضی استفاده  می شود.

۴-حفر چاههای اکتشافی

هیچ یک از روشهای گفته شده نمی‌تواند به طور قطعی وجود نفت را تأیید کند. در واقع روشهای پیشین تنها می‌توانند به تشخیص سازندهایی که احتمال وجود نفت یا گاز در آنها می‌رود کمک کنند. تنها راه حل برای شناسایی مخزن و اثبات وجود سیال در درون آنها، حفر چاههای اکتشافی است. روشهای پیش گفته اطلاعات اولیه را برای حفر اولین چاه در اختیار متخصصین اکتشاف قرار می‌دهند؛ این متخصصین برای دستیابی به دقت بیشتر در اطلاعات خود، باید چاههای اکتشافی را در مخزن حفر کنند.

اطلاعات حاصل از چاههای اکتشافی به متخصصین اکتشاف کمک می‌کند که سازند مخزن نفتی و سازندهای بالای آن را به خوبی شناسایی و خطاهای خود را در روشهای قبل اصلاح کنند.

از یک چاه اکتشافی، اطلاعات زیر به دست می‌آید:

-ترتیب قرار گرفتن سازندهای مختلف در عمق زمین.

-عمق واقعی مخزن در زیر زمین.

-ضخامت مخزن.

-خصوصیات سنگ و سیالهای درون مخزن (گاز، نفت و آب) که با نمونه‌برداری از سنگ و سیال و انجام آزمایشهای مربوطه مطالعه می‌شود.

-مرز لایه‌های زمین شناختی، جنس و شیب هر لایه، برخی از ویژگیهای سنگ مخزن از جمله میزان تخلخل و درجه ی اشباع آن از سیالهای مختلف و دمای مخزن با انجام عملیات چاه پیمایی(Well Logging)شناسایی می‌شود.

به اولین چاهی که در مخزن حفر می‌شود (Wild Cat) می‌گویند یعنی این که این چاه بسیار خطرناک و ناشناخته است؛ چرا که قبل از حفر چاه امکان پیش بینی رفتار مخزن وجود ندارد. مخزن برای ما ماهیتی ناشناخته دارد. در واقع مخزن نفت همچون موجود زنده‌ای است که تا با آن روبرو نشویم نمی‌توانیم رفتار آن را در برابر عوامل مختلف پیش بینی کنیم. بنابراین در چاههای اکتشافی باید با رعایت سطح ایمنی بالایی، حفاری انجام شود تا خطرات ناشی از رفتارهای ناشناخته مخزن، از جمله آتش سوزی و فوران ناگهانی چاه که ممکن است با قدرت زیادی منجر به پرتاب دکل و تأسیسات سرچاه شود، به حداقل برسد.

تطبیق همه اطلاعات اکتشافی و مدل سازی مخزن

پس از دستیابی به اطلاعات کافی به دنبال حفر اولین چاه در درون مخزن، مجموعه اطلاعات به دست آمده در روشهای مختلف اکتشافی، به وسیله تخصصین مطالعات مخزن مورد بررسی قرار گرفته و یک مدل از مخزن طراحی می‌شود. با استفاده از این مدل برنامه ی توسعه آن و بهترین نقاط برای حفر چاههای جدید به منظور بهره‌برداری از مخزن تعیین می‌شود و می‌توان چاههایی را که برای توسعه و برداشت از مخزن استفاده می‌شوند، حفر کرد. چاهها باید در نقاطی حفر شوند که بهترین بهره‌برداری از مخزن حاصل شود. شناسایی محل مناسب برای انجام حفاریهای بعدی نیز نیاز به مطالعات دقیق مخزن و روشهای آماری دقیق دارد که در فرایند مدل سازی مخزن مورد پردازش قرار می‌گیرند.