التنقيب عن مخزونات النفط
عندما يتعلق الأمر ب التنقيب عن النفط و الاستخراج ، فإن علماء طبقات الأرض هم المؤهلون للقيام بذلك، يستخدم علماء طبقات الأرض معرفتهم بالتكوينات الصخرية من أجل إيجاد الشروط المناسبة لتواجد الحقول النفطية، وفي السنوات الماضية، كان علماء طبقات الأرض مُجبرين على تفسير خواص سطح الأرض والصخور السطحية وأنواع التربة وأحيانًا الحصول على عينات أساسية عن طريق الحفر الضحل من أجل التنبؤ بموقع رواسب النفط ، وعلى بالرغم من أن علماء طبقات الأرض المعاصرين أيضًا يفحصون الصخور والتضاريس السطحية، فإنّهم يتلقون المساعدة من التكنولوجيا كالتصوير بالأقمار الصناعية والسونار وعلم الزلازل عند التنقيب عن النفط و الاستخلاص ؛ بل إنهم يحاولون قياس التغيرات الطفيفة في مجالات جاذبية ومغناطيسية الأرض التي يمكن أن تدلّ على تدفق النفط تحت السطح.
وفي الغالب يطبّق علماء الجيولوجيا علم الزلازل؛ من أجل إيجاد مواقع النفط ، وبهذه الوسيلة، ينشئون موجات الصدمة التي تمر عبر طبقات الصخور ثم تنعكس مرة أخرى إلى السطح، حيث تُقاس باستخدام المعدات الزلزالية، وتشبه هذه الطريقة إلى حدٍّ ما، تلك الطريقة التي تُرسم بها هياكل سطح السونار. إن المبدأ الأساسي لتقنية علم الزلازل هو أن أعداد الموجات الصوتية تنعكس وتتأثر السرعة التي تتحرك بها الموجات الصوتية بكثافة الطبقات الصخرية التي يجب أن تمر من خلالها، وستعكس ترسبات النفط الموجات الصوتية بشكل مختلف عن الصخور الصلبة.
وعلى الرغم من أنَّ الطرق الزلزالية هي المفضّلة لمقاييس المغناطيسية ومقاييس الجاذبية لاستكشاف النفط ، فإن هناك استخدام لهذه الأدوات، وفي حالة المقاييس المغناطيسية، يمكن رسم شكل الأحواض النفطية وأخطاء النفط المحتملة، وفي بعض الأحيان، ستجد الهيدروكربونات طريقها عبر الكسور في الأرض بالقرب من السطح، وستنتج البكتيريا التي تتغذّى على الزيت، في بعض الحالات، المغناطيس عن طريق التهام هذا الزيت السطحي، وسيؤدي ذلك إلى تغييرات طفيفة في الحقول المغناطيسية للأرض في تلك المواقع، والتي يمكن رسم خرائطها باستخدام مقاييس مغناطيسية.
الحفر والاستخراج
بمجرد تحديد موقع مخزون نفطي مُحتمل، تُوضع خطة تطوير، وتُؤخذ هذه الخطة بعين الاعتبار فيما إذا كانت مخزونات النفط أكثر سيولة أو صلبة، ومدى الجدوى الاقتصادية من استخراج النفط من ذلك الموقع.
لقد كانت الممارسة الشائعة في السابق هي الحفر الاختباري، ومع ذلك، وبسبب تكلفة حفر بئر واحد، خصوصًا في المياه العميقة، وتطوّر تقنيات التقييم، فإنه نادرًا ما تُحفر آبار الاختبار الآن، وإذا ما حُفِرَ فسيكون بئرًا واحدًا؛ لأن وجود المخزون يكاد يكون مضمونًا لإنتاج النفط، ويمكن أن تبلغ كلفة حفر بئر نفط أو بئر غاز، أكثر من 50 مليون دولار أمريكي للحفر فقط.
وكان الممكن سابقًا توقّع أن إنتاج آبار النفط للنفط من تلقاء نفسها بسبب عامل الضغط الطبيعي، وقد عُثِرَ – في نهاية الأمر- على معظم آبار الضغط الطبيعي؛ لذلك فمن الشائع الآن حفر عدة حُفر في بئر واحد، وستستخدم بعض الحفر للاستخراج وبعضها الآخر لضخ المياه والمواد الكيميائية والبخار المضغوط في البئر؛ للمساعدة في الاستخراج؛ بينما أصبح التنقيب عن النفط عملية مُعقّدة نوعًا ما، ويعتمد على عدد من التقنيات، فإن الخطوات الأساسية لا تزال كما يلي:
● الاستخراج الأساسي
في مرحلة الاستخلاص الرئيسية، يأتي “مُحرّك المكامن” من آليات طبيعية، ويشير محرك الخزان ببساطة إلى العوامل التي تنقل النفط من البئر إلى السطح بمجرد الحفر، وتشمل محركات المكامن الطبيعية توسيع الغاز الطبيعي، وتصريف النفط من الجاذبية من الأجزاء العلوية من البئر إلى الأجزاء السفلية، وتشريد النفط بالماء، وبالنسبة لآبار اليوم، فهي تمثّل نسبة الاستخلاص الأولي 5-15٪ من إجمالي كمية النفط الموجودة في مخزونٍ مُعيّن.
● الاستخراج الثانوي
كلما مضى وقت أطول على الآبار، كُلما انخفضت ضغوطها الطبيعية، وبمجرد أن يكون الضغط منخفضًا جدًا بحيث لا يمكنه جعل النفط يطفو على السطح، ينتقل الاستخراج إلى الاستخلاص الثانوي. يعتمد الاستخلاص الثانوي على الطرق الميكانيكية لزيادة الضغط في البئر، وفي كثير من الأحيان يأخذ هذا شكل حقن السوائل أو مواد أخرى كالغاز الطبيعي، وثاني أكسيد الكربون، أو الهواء في البئر لزيادة الضغط.
وتستخدم المضخات أيضًا في الاستخراج الثانوي، ويتم تجنّب المضخات الغاطسة إن أمكن الأمر؛ لأنّهم عرضة للمشاكل وأكثر تكلفة للتشغيل، وسيكون معظم الناس على دراية بالمضخة، التي غالباً ما يشار إليها خطأ على أنها رافعة نفط، ويُطلق على المضخات تسميات بديلة كوحدات ضخ، ومضخات رأس الحصان، و مضخات الحزم، ومضخات الطائر العطشان، وهي تتألف من ذراع متحركة متوازنة فوق جهاز مثلّث الشكل، وتُوصل ذراع واحدة مع مرفق يعمل بمحرك ويُوصل الطرف الآخر بقضيب شد ودفع الذي يمتد إلى بئر النفط.
عادة ما يمثّل الاستخلاص من خلال حقن المياه حوالي 30٪ من إجمالي إنتاج البئر، وعادة ما يكون إجمالي الاستخلاص من بئر بعد المرحلتين الأولية والثانوية ما بين 35 و 45 ٪ من المجموع الوارد. لاحظ أن هذا ليس جزءًا من إجمالي الكميّة الإجمالية التي سيتم استخراجها، وبدلاً من ذلك، فإن هذا جزء من الكميّة الإجمالية في البئر. كمية النفط المستخرجة من البئر عادة ما تتراوح بين 50 إلى 60 ٪ من إجمالي المخزون.
● الاستخراج الثلاثي
في المرحلة الأخيرة من الاستخراج، تُطبّق الأساليب التي تهدف إلى زيادة سيولة النفط، وفي هذه المرحلة تصبح الحرارة والمواد الكيميائية ضرورية. ويطلق على بعض الأساليب الأساسية المستخدمة في الاستخراج الثلاثي اسم: (استخلاص النفط المُحسَّن حرارياً) أو (TEOR)، وتُطبّق الحرارة في هذه الأساليب ليكون تدفق النفط أفضل، إن البخار هو الأسلوب الأكثر شيوعًا لتدفئة النفط، ولكن يُستخدم الإشعال أيضًا.
كما تُستخدم مواد كيميائية تسمى منشّطات السطح في الاستخراج الثلاثي، فهي تقلّل التوتّر السطحي للنفط، ما يساعد على التدفق، ويمكن عد التوتّر السطحي في هذه الحالة على أنّه الجذب بين الهيدروكربونات. للمواد الصلبة قوى جذب أكبر بين الجزيئات من الجذب الذي تسبّبه السوائل، وللسوائل أيضاً، قوى جذب أكبر بين الجزيئات من ذلك الجذب الذي بين جزيئات الغازات، ومن خلال تقليل عوامل الجذب بين الجزيئية، تساعد منشطات السطح على التقليل من لزوجة النفط، وتستخدم منشطات السطح غالباً إلى جانب (TEOR).
ومن حين لآخر، تُستخدم البكتيريا الآكلة للنفط أيضًا في الاستخلاص الثلاثي، فالبكتيريا التي تأكل البترول غالباً ما يكون لديها شهيّة للهيدروكربونات ذات الطول المحدد فقط، وإذا استخدمت البكتيريا التي تحلّل الهيدروكربونات الأكبر إلى هيدروكربونات أصغر، فستساعد على جعل الزيت أقل لزوجة؛ لأن الجزيئات الكبيرة تميل نحو النهاية الصلبة للطيف، ويمكن للحقن البكتيري أن يكون اقتصاديًا أكثر من طرق الاستخلاص الأخرى وصديقًا للبيئة أيضًا، وتلقى هذه التقنية تشجيعًا كبيرًا حاليًا في مناطق مثل تكساس في محاولة لزيادة استخدامها.
لقد ذُكِرَ في القسم الأخير أن إجمالي الاستخلاص من بئر كحد أقصى هو 60 ٪ من النفط الموجود، وفي الاستخلاص الثلاثي تترواح بين 5 إلى 15 ٪، ويعود السبب في عدم استخراج 100% من النفط إلى أنّ عائد الطاقة على استثمارات الطاقة أو (EROEI)، عادة ما تعني أنها ليست اقتصادية، وعندما تتجاوز كمية الطاقة التي يجب استخدامها لاستخراج النفط تلك الكمية من الطاقة التي يمكن الحصول عليها من استخدام هذا النفط، فإنه لم يعد من المنطقي مواصلة جهود الاستخراج، إن الحد الأعلى من عائد الطاقة على استثمارات الطاقة على معظم الآبار هو حوالي 50 إلى 60٪ من إجمالي النفط المخزّن.
اقرأ أيضًا:
- جزيرة تنتج الكهرباء من محصول محلي بدلا من النفط
- كيف تشكل النفط؟ لا علاقة للديناصورات بالموضوع
- هل يمكن أن يتسبب استخراج النفط بوقوع الزلازل؟
- كيف يتشكل النفط عبر ملايين السنين وما هي الشروط الصعبة التي يجب أن تتوفر لتشكلّه؟
- بشائر انتهاء عصر النفط والغاز
- ما هو النفط الصخري وكيف يتم استخراجه؟
ترجمة: محمد حميدة
تدقيق: أسماء العجوري
