روش های تولید نفت از میادین نفتی عمدتا به سه دسته تولید اولیه (Primary recovery)، تولید ثانویه (Secondary recovery) و ازدیاد برداشت (Tertiary recovery or EOR) تقسیم بندی می شوند.

ازدیاد برداشت نفت (Enhanced oil recovery)  به مجموعه تکنیک‌ها و فرایندهایی گفته می شود، که طی آن سعی می‌شود با استفاده از انرژی یا مواد خارج از میدان نفتی ، میزان نفت خامی را که استخراج آنها با روش‌های معمولی امکان‌پذیر یا تولید آن اقتصادی و مقرون به صرفه نیست، استخراج و مورد بهره‌برداری قرار دهند.

روش‌های مختلف ازدیاد برداشت نفت عبارتند از: روش‌های آب‌روبی، روش‌های گرمایی، (تحریک دوره ای با بخار آب، بخار روبی، رانش با آب گرم و احتراق درجا) روش‌های شیمیایی، (رانش با پلیمرها، سورفاکتانت‌ها، بازها و پلیمرهای مسیلی) روش‌های امتزاجی، (تزریق گازهای هیدروکربنی، تزریق دی اکسید کربن و نیتروژن، همچنین تزریق گاز های حاصل از احتراق به صورت امتزاجی یا غیرامتزاجی) و میکروبی(MEOR)

 این روش‌ها با افزایش فشار مخازن بطور فیزیکی باعث جابجایی نفت در مخزن، از چاه های تزریقی به سمت چاه های تولیدی می‌گردد. در مجموع هدف همه روش‌های ازدیاد برداشت نفت، به حرکت واداشتن نفت‌های باقیمانده درون مخزن، به سمت چاه تولیدی در سطح مخزن نفتی می‌باشد.

نفت و گازی که در درون مخازن قرار دارند تا حدی که انرژی آن‌ها اجازه‌ی بالا آمدن را به آن‌ها می‌دهد به سطح می‌آیند برای اینکه این انرژی چه در زمانی که نفت با انرژی ذاتی خود بالا می آید چه بعد آن، تقویت شود و نفت به راحتی به سطح زمین برسد، نیاز به استفاده از روش‌های ازدیاد برداشت ثانویه و ثالثیه به منظور افزایش تولید و بازیابی است.
در طول ۴۰ سال اخیر، تنوع روش‌های ازدیاد برداشت گسترش یافته و این روش‌ها به طور عمده در مخازن بلوغ یافته (Mature ) وهمچنین مخازن تخلیه شده (Depleted Reservoir) استفاده می شوند. به طور معمول تنها ۲۰% تا ۴۰% نفت مخزن توسط روش‌های معمول استخراج نفت در بهره برداری اولیه و بهره برداری ثانویه تولید می شود و به همین علت برای برداشت قسمت اعظم مابقی از روش‌های ازدیاد برداشت ثالثیه استفاده می شود.

ازدیاد برداشت به کمک تزریق گاز

از روش‌های مؤثر در مرحله ثالثیه یکی سیلابزنی آبی و دیگری سیلابزنی گازی یا تزریق گاز است. در روش سیلابزنی آبی، آب با فشار زیاد از چاه‌های اطراف چاه تولید نفت، وارد مخزن شده و نیروی محرکه لازم را برای استخراج نفت به وجود می آورد. در روش سیلابزنی گازی، گاز (مانند گاز طبیعی) با فشار زیاد به جای آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجی به جریان می اندازد.
اگر فشار تزریق گاز در یک مخزن به اندازه‌ای پایین باشد که گاز نتواند ضمن راندن نفت به سمت چاه‌های تولیدی با آن مخلوط شود، این فرایند را تزریق غیر امتزاجی گویند. گاز یکی از متداول‌ترین سیالات تزریقی برای تامین فشار و ازدیاد برداشت است. زیرا اولاً در بسیاری از نواحی چه به صورت گاز همراه و چه به صورت مخازن گازی در دسترس است. ثانیاً چون گاز در سنگ مخزن واکنش شیمیائی پدید نمی آورد تزریق آن با کمترین دشواریی همراه است. البته گاز تزریق شده در مخزن ذخیره می گردد و می توان آن را برای مصارف آینده به کار برد. تزریق گاز برای مخازنی که ضریب حجمی نفت آنها نسبتاً بالاست، اثر قابل ملاحظه ای را در بازیافت نفت دارند. در مورد تزریق گاز در مخازن، نکات زیر باید مورد توجه قرار گیرند:
۱- مخازن شیب دار برای تزریق گاز مناسب‌ترند زیرا نیروی ثقلی در آنها به مکانیزم تخلیه نفت کمک می کند. اگر شیب مخزن کم باشد به علت تحرک زیاد گاز، این گاز سریع تر از درون نفت عبور کرده و Break through می کند (به چاه تولیدی می رسد بدون اینکه نفت زیادی را حرکت داده باشد) و عملاً نفت زیادی را جابجا نمی کند. لذا راندمان حجمی جاروب (Sweep Efficiency) پائین می آید و عملیات بازده‌ی مناسب را ندارد.
۲- تراوائی سنگ مخزن به گونه ای باشد که گاز بتواند داخل سنگ مخزن شود و نفت را به حرکت در بیاورد.
۳- در مورد مخازن چند لایه که در آنها لایه‌هایی با تراوائی بالا و پائین وجود دارند حرکت گاز در داخل مخزن به گونه‌ای است که گاز از لایه‌هایی با نفوذپذیری بالا عبور می‌کند و با پشت سر گذاشتن نفت در لایه‌های کم تراوا، عملاً نفت این لایه‌ها را در داخل حفرات سنگ باقی می گذارد.

از عوامل مهمی که در تصمیم گیری درباره تزریق گاز در یک مخزن منظور می شود وجود یک منبع گاز ارزان، به مقدار کافی و نزدیک به محل تزریق است. تزریق دوباره گاز تولیدی اصلی ترین منبع می باشد. این منبع سبب کاهش افت فشار مخزن شده ولی در جلوگیری از افت فشار مخزن به طور کامل ناتوان است. وجود یک منبع گاز ثانویه از مخازن گازی نزدیک یا خطوط لوله در دسترس در این مورد به کار خواهد آمد.
همان‌طوری که گفته شد، گاز ممکن است به دو صورت به یک مخزن نفتی تزریق شود:
• تزریق غیر امتزاجی گاز(Immiscible Gas Injection )
• تزریق امتزاجی گاز (Miscible Gas Injection)

تزریق غیر امتزاجی
تزریق غیر امتزاجی به دو صورت انجام می گیرد:
• تزریق گاز در کلاهک گازی
• تزریق غیر امتزاجی گاز در لایه نفتی

۱- تزریق گاز در کلاهک گازی
هنگامی که یک مخزن در ابتدا دارای کلاهک گازی است یا وقتی که کلاهک گازی، در اثر حرکت مولکول های گازهای آزاد شده از نفت به بالای مخزن طی فرآیند تولید اولیه، تشکیل می شود، تزریق گاز برای تأمین و نگهداری فشار(Pressure Maintenance) صورت می گیرد. افزایش فشار کلاهک گازی سبب راندن نفت به سمت چاه های تولیدی می گردد. این فرآیند همانند بالا آمدن سطح تماس آب و نفت در هنگام تزریق آب به آبده پایین مخزن می باشد.
تزریق در کلاهک گازی در مخازنی کاربرد دارد که دارای نفوذپذیری عمودی بالا و ضخامت عمودی لایه نفتی زیاد بوده و گرانروی نفت هم کم باشد. در این حالت بازیافت نفت زیاد می باشد. تزریق گاز اغلب در نقطه ای پایین تر از قله مخزن صورت می گیرد. نیروی ثقلی سبب می شود که گاز به طرف بالا حرکت کرده و نفت را به سمت چاه های تولیدی براند. چنانچه نفوذپذیری عمودی، کم باشد عمل تفکیک ثقلی (تفکیک بر اساس وزن مختلف سیالات)کامل نمی شود. اگر میزان تولید نفت از میزان تفکیک ثقلی بیشتر باشد، بازیافت نهایی آن کاهش خواهد یافت.

۲- تزریق غیر امتزاجی گاز در لایه نفتی
همانطور که گفته شد، اگر فشار تزریق گاز در یک مخزن به اندازه ای پایین باشد که گاز نتواند ضمن راندن نفت به سمت چاه‌های تولیدی با آن مخلوط شود، این فرایند را تزریق غیر امتزاجی گویند. علاوه بر فشار، ترکیب مولکولی گاز نیز عامل موثری در این فرایند است. به عبارت دیگر تولید نفت بوسیله‌ی تزریق گاز یک فرآیند غیر امتزاجی است، مگر آنکه گاز در فشار بالا تزریق شده یا از هیدرو کربن‌های میانه غنی استفاده شود. در تزریق غیر امتزاجی یک جریان دو فازی مایع ( نفت ) و گاز با سطح تماس مشخص در حفره ها قابل مشاهده است. این نوع تزریق، در مخازن دارای نفوذ پذیری عمودی خوب یا ضخیم و با شیب تند، کارآمد تر است. کاربرد این روش اگر چه موثر است ولی با مشکلاتی نیز همراه می باشد. بالا بودن کشش سطحی و نیروی مویینیگی در حفره‌های بسیار کوچک سبب به تله افتادن قطرات نفت درون آن‌ها می شود. مقدار بالای نیروی مویینیگی مانع حرکت این قطرات می شود. مقدار نفت‌های به تله افتاده در کل مخزن قابل توجه است. هر چند با افزایش فشار تزریق گاز می توان بر این مشکل تا حدودی غلبه کرد، ولی کاربرد تزریق امتزاجی گاز توصیه می شود.
موفقیت فرآیند تزریق غیرامتزاجی گاز بستگی به راندمان جابجایی نفت توسط گاز تزریقی و در نتیجه تولید نفت دارد. اگر در یک مخزن که ضخامت لایه نفتی کمی دارد و دارای شیب تندی نیست از روش تزریق غیر امتزاجی استفاده شود، پدیده کانالیزه شدن گاز اتفاق می افتد و گاز به سرعت از چاه‌های تزریقی به سمت چاه های تولیدی حرکت می کند. در این حالت گاز بدون آنکه نفت زیادی را جابجا کند از چاه تولیده خارج شده در نتیجه منجر به تولید بالایی نمی شود.

تزریق امتزاجی
در فرایند جابجای امتزاجی که در دهه‌های اخیر مورد توجه شایانی قرار گرفته است، با حذف نیروهای مویینگی میزان بازیافت نفت در نواحی تماس با جبهه امتزاجی تا میزان صد درصد قابل حصول خواهد بود. معمولا جابجایی امتزاجی به چهار صورت انجام می‌شود:
۱٫ ایجاد جبهه امتزاجی (Miscible slug) با استفاده از LPG و بدنبال آن تزریق گاز خشک قابل امتزاج
۲٫ ایجاد جبهه امتزاجی با استفاده از LPG و بدنبال آن تزریق گاز خشک امتزاج ناپذیر
۳٫ تزریق گاز خشک (Lean gas)در فشار بالا تحت شرایط امتزاج
۴٫ تزریق گاز غنی (rich gas)امتزاج پذیر با سیال مخزن
در دو روش اول پیش از تزریق گاز، LPG به میزان کافی به درون مخزن تزریق می شود. در این روش‌ها، LPG تزریق شده در واقع بصورت یک حائل بین سیال تزریقی و سیال مخزن عمل کرده و به عنوان جبهه امتزاجی بین سیال مخزن و گاز تزریقی باعث افزایش راندمان جابجایی می‌گردد. در شکل زیر نمائی از عملیات تزریق امتزاجی LPG و به دنبال آن تزریق گاز خشک غیر امتزاجی دیده می شود. فشار امتزاج برای LPG زیاد بالا نیست ولی فشار امتزاج گاز خشک با نفت و به ویژه نفت‌های با درجه‌ی API نسبتا زیاد، بسیار زیاد است.لذا این نوع تزریق نیاز به کمپرسورهای فشار بالا ندارد زیرا تزریق گاز خشک در زیر فشار امتزاج انجام می شود.

در روشهای سوم و چهارم اجزای میانی هیدروکربوری (مولکول‌های بین مولکول‌های هیدروکربور سنگین و سبک)از یک فاز به فاز دیگر منتقل می شوند. این انتقال ممکن است از فاز مایع به فاز گاز صورت گیرد که باعث غنی شدن گاز خشک تزریقی از مواد هیدروکربوری می گردد(Evaporating Gas Drive) یا از فاز غنی (گازی که از ابتدا غنی بوده یا گازی که توسط افزودن LPG به آن غنی شده باشد) به فاز مایع صورت گیرد که به نوبه خود باعث غنی شدن مایع می گردد (Condensing Gas Drive). در این فرایند، جبهه امتزاجی در اثر انتقال ماده بین دو فاز در حال تماس بوجود می آید و نیازی به تزریق اولیه LPG به درون مخزن نمی‌باشد. در شکل زیر به عنوان مثال، تزریق امتزاجی CO2 بر روی نفت به صورت تک بعدی نشان داده شده است. مکانیزم جابجائی در این نوع تزریق، هر دو مکانیزم  Evaporating Gas Drive و Condensing Gas Drive می باشد که در حالت واقعی هم هر دوی آن‌ها اتفاق می افتد. ولی در مورد شبیه سازی تزریق امتزاجی در مخازن و با استفاده از شبیه سازها، عموماً برای راحتی کار، با توجه به سیال تزریقی و نفت مخزن یکی از دو مکانیزم را به عنوان مکانیزم غالب در نظر می گیریم. مثلاً در تزریق گاز خشک مکانیزم غالب تبخیر اجزای میانی از درون نفت به درون گاز می باشد و در تزریق گازهای غنی (Rich Gas) مکانیزم غالب، میعان اجزای میانی به درون نفت گرفته می شود. در نتیجه‌ی این تبخیر و میعانات، بانکی از سیال تزریقی و سیال مخزنی به صورت تک فاز تشکیل می شود که در این جبهه، نیروهای سطحی و ویسکوزیته(گرانروی) بسیار ناچیز می شوند و لذا به راحتی در درون مخزن شروع به حرکت می کنند.

 هر یک از روش‌های فوق دامنه کاربرد خاص خود را دارند. در فرایند تزریق گاز غنی اگر حداقل فشار امتزاجی کمتر از psi4500 باشد از نظر اقتصادی به روش اول (استفاده از LPG) ترجیح داده می شود. در مواردی که عمق مخزن کم باشد ونیز در مواردی که سیال مخزن حاوی مقادیر کمی ترکیبات میانی باشد استفاده از LPG مناسب به نظر می رسد. در طراحی یک فرایند جابجایی امتزاجی ، اولین اقدام تعیین حداقل فشار امتزاج است. حداقل فشار امتزاج، حداقل فشاری است که در آن سیال خروجی از مغزه در زمان میان بر( Break through time) تک فاز باشد و مقدار بازیافت نفت درآن شرایط با افزایش فشار تقریبا ثابت بماند.