غمر ثاني أكسيد الكربون

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

يُعدّ حقن ثاني أكسيد الكربون ( CO2 ) عملية يتم فيها حقن ثاني أكسيد الكربون في خزان نفطي لزيادة الإنتاج عند استخراج النفط . ويُستخدم هذا الأسلوب غالباً في الخزانات التي انخفضت معدلات إنتاجها بسبب النضوب .

ملخص

مخطط طور ثاني أكسيد الكربون للضغط ودرجة الحرارة

عند استنفاد كمية النفط القابلة للاستخراج في مكمن نفطي من خلال الإنتاج الأولي والثانوي ، قد يتبقى ما بين 60 إلى 70% من النفط الذي كان موجودًا في المكمن أصلاً. [ 1 ] في بعض الحالات، قد يكون حقن ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) طريقة مثالية للاستخلاص الثلاثي ، حيث يُمكّن من استخراج كمية أكبر من النفط القابل للاستخراج مقارنةً بما يُمكن إنتاجه باستخدام طرق الاستخلاص الثانوي.

بفضل خصائصه المميزة، يُحسّن ثاني أكسيد الكربون استخلاص النفط عن طريق خفض التوتر السطحي ، وزيادة انتفاخ النفط، وتقليل لزوجته، وتحريك مكوناته الأخف وزنًا. [ 2 ] عندما يمتزج ثاني أكسيد الكربون المحقون مع النفط المتبقي ، تختفي القوى الفيزيائية التي تفصل بين السائلين فعليًا. ينتج عن ذلك انخفاض في لزوجة الهيدروكربون ، مما يُسهّل إزاحة النفط الخام من مسام الصخور ونقله إلى بئر الإنتاج. [ 3 ]

في حالات أخرى يكون فيها ثاني أكسيد الكربون والنفط المتبقي غير قابلين للامتزاج، قد يُستخدم ثاني أكسيد الكربون المحقون لدفع النفط الخام عبر التكوين المراد إنتاجه. [ 4 ] أحد أسباب حدوث ذلك هو قدرة ثاني أكسيد الكربون المحقون على التدفق إلى المسام الدقيقة التي لا يمكن للنفط والماء الوصول إليها. [ 5 ]

عملية

مع نضوج حقول النفط وانخفاض معدلات الإنتاج، يتزايد الحافز للتدخل ومحاولة زيادة إنتاج النفط باستخدام تقنيات الاستخلاص الثلاثي (المعروفة أيضًا بالاستخلاص المحسن أو المعزز للنفط ). يقوم مهندسو البترول بتقييم الخيارات المتاحة لزيادة إنتاجية المكامن، وتشمل هذه الخيارات الحقن الكيميائي، والحقن الحراري/البخاري، وحقن ثاني أكسيد الكربون . [ 2 ] [ 6 ]

يُعد ضغط التكوين أحد المعايير لتحديد مدى ملاءمة حقن ثاني أكسيد الكربون لاستخراج النفط منه. وتعتمد قابلية امتزاج ثاني أكسيد الكربون مع النفط الخام على الضغط ودرجة الحرارة. ونظرًا لصعوبة تغيير درجة حرارة المكمن، يُمكن تعديل ضغطه، إلى حدٍ ما، للوصول إلى ضغط يُبقي ثاني أكسيد الكربون في حالة فوق حرجة . إذا ثبتت جدوى حقن ثاني أكسيد الكربون القابل للامتزاج، يُحافظ على الضغط أعلى من الحد الأدنى لضغط الامتزاج (MMP). [ 3 ] [ 2 ] أما إذا رُغِبَ في حقن ثاني أكسيد الكربون غير القابل للامتزاج، فيُمكن خفض الضغط إلى ما دون هذا الحد.

نمط النقاط الخمس المقلوب

سيحدد مهندس البترول طريقة استخدام حقن ثاني أكسيد الكربون لاستخراج النفط من المكمن. قد تكون هذه الطريقة حقنًا مستمرًا ، أو حقنًا متناوبًا بالماء والغاز (WAG) ، أو مزيجًا منهما. [ 2 ] تُحدد كمية ثاني أكسيد الكربون، أو كمياته، بناءً على حجم مسام التكوين المملوء بالنفط، والمعروف بحجم مسام الهيدروكربون (HCPV). [ 3 ] سيُقرر مهندس البترول أيضًا ما إذا كان الحقن سيكون نمطيًا أم خطيًا. [ 2 ] [ 6 ] في الحقن النمطي، يُحقن ثاني أكسيد الكربون عادةً في عدد من آبار الحقن المحيطة ببئر إنتاج. أو قد يُحقن ثاني أكسيد الكربون في آبار حقن محاطة بآبار إنتاج، ويُسمى هذا النمط المعكوس. أما في الحقن الخطي، فتقع آبار الحقن في خط مستقيم موازٍ لآبار الإنتاج. [ 7 ]

في الوضع الأمثل، يؤدي حقن كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون إلى تحريك جبهة تدفق حيث يعمل مزيج النفط وثاني أكسيد الكربون على تحريك المزيد من النفط. [ 7 ] [ 2 ] تشع هذه الجبهة من كل بئر حقن باتجاه آبار الإنتاج المحيطة حيث يُستخرج النفط. يعتمد تشكل الجبهة على معدل حقن ثاني أكسيد الكربون ، وسرعة تحريكه للنفط، ومسامية التكوين. [ 7 ] قد يؤدي حقن ثاني أكسيد الكربون بسرعة كبيرة إلى تسربه من البئر الحاقن مباشرةً إلى بئر الإنتاج دون تحريك أي نفط. كما قد يؤدي الحقن السريع جدًا إلى تكسير التكوين، مما قد يسمح بتسربه من البئر الحاقن إلى أي من آبار الإنتاج أو جميعها. [ 2 ] [ 6 ] [ 8 ] كذلك، قد يؤدي حقن ثاني أكسيد الكربون إلى هجرة الجزيئات الدقيقة ، وهي جزيئات صغيرة من الطين والمعادن، والتي قد تسد المسام وتمنع تحريك النفط عبر التكوين. [ 9 ]

في عملية الحقن المستمر، يُضخّ ثاني أكسيد الكربون بشكل متواصل دون أن يتبعه أي سائل آخر. تُحسب كمية ثاني أكسيد الكربون عادةً بنحو 100% من تركيز ثاني أكسيد الكربون في الحقل أو نمط الرش. أما في عملية حقن الماء بالتناوب مع الغاز (WAG)، فتُحقن دفعات من ثاني أكسيد الكربون تليها دفعات من الماء. وقد تتراوح الكمية الإجمالية لثاني أكسيد الكربون بين 40% و50% من تركيز ثاني أكسيد الكربون في الحقل. [ 2 ] [ 6 ] [ 8 ] ومن المعروف أن عملية حقن الماء بالتناوب مع الغاز تُقلل من تسرب ثاني أكسيد الكربون . [ 6 ]

التكوينات والنفط

منصات الحفر في حوض بيرميان، حيث يحدث جزء كبير من حقن ثاني أكسيد الكربون في الولايات المتحدة. [ 8 ]

تُفضّل مكامن الحجر الرملي والكربونات (مثل الحجر الجيري أو الدولوميت ) في هذه الطريقة على المكامن ذات النفاذية المنخفضة للغاية، مثل الصخر الزيتي، نظرًا لخطر تسرب ثاني أكسيد الكربون عبر الشقوق الهيدروليكية أو الطبيعية في الصخور. [ 2 ] [ 1 ] لا يزال حقن ثاني أكسيد الكربون يُستخدم أحيانًا في هذه الحالات، ولكن عادةً باستخدام طريقة الحقن المتقطع، التي تسمح لثاني أكسيد الكربون بالتغلغل في المكمن بعد ضخه عبر بئر الحقن لفترة من الزمن قبل فتح بئر الإنتاج وإعادة تشغيله. [ 10 ] [ 6 ] تُقلل هذه الطريقة من احتمالية التسرب غير المرغوب فيه، وتزيد من كميات النفط التي يُمكن استخراجها مقارنةً بعملية حقن ثاني أكسيد الكربون بالتناوب مع الماء والغاز (WAG) الأكثر شيوعًا، أو عن طريق نقع ثاني أكسيد الكربون بالبخار . [ 1 ] [ 11 ]

يُعدّ حقن ثاني أكسيد الكربون القابل للامتزاج طريقةً مفضلةً للزيوت المتوسطة إلى الخفيفة نظرًا لنسبة الحركة بين ثاني أكسيد الكربون والزيت . [ 7 ] تشير نسبة الحركة إلى نسبة حركة سائل ثاني أكسيد الكربون المحقون في المكمن للإنتاج الثانوي أو الثالثي إلى حركة الزيت. [ 1 ] [ 2 ] [ 8 ] بالنسبة للزيوت المتوسطة أو الخفيفة ذات الكثافة API العالية ، يمكن استخدام سوائل أو غازات أقل لزوجة. مع ذلك، إذا استُخدم سائل أو غاز حقن ذو لزوجة منخفضة مع النفط الخام الثقيل أو البيتومين ، فسيتجاوز سائل أو غاز الحقن الزيت، مما يؤدي إلى ضعف كفاءة كنس المكمن. [ 1 ]

بالنسبة للمكامن النفطية أو البيتومينية شديدة الثقل، يُفضّل استخدام حقن البخار ، أو غيرها من الطرق التي تعتمد على الحرارة، لتقليل سيولة النفط أو لزوجته، مما يُسهّل استخراجه. [ 1 ] عمومًا، تتميز المكامن النفطية الخفيفة بنسب استخلاص أعلى باستخدام طرق الاستخلاص الأولية والثانوية، بينما تتميز المكامن النفطية أو البيتومينية الثقيلة بنسب استخلاص أقل بكثير باستخدام هذه الطرق، ويتعين الانتقال من الطرق الثانوية إلى الطرق الثلاثية في وقت مبكر من عمر المكمن.

تاريخ

استُخدم ثاني أكسيد الكربون لتعزيز استخلاص النفط لأول مرة في عام 1952، وحصل على براءة اختراع. [ 12 ] وفي عام 1964، أُجري اختبار ميداني في حقل ميد ستراون، تضمن حقن كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون ( 25% من حجم مسام الهيدروكربون) متبوعة بماء مكربن ​​في ظروف المكمن. وأشارت النتائج إلى أن حقن ثاني أكسيد الكربون زاد إنتاج النفط بنسبة تتراوح بين 53 و82% مقارنةً بحقن الماء في أفضل مناطق حقن الماء. [ 13 ]

أُجريت أول تجربة تجارية لهذه العملية عام 1977 في مقاطعة سكوري بولاية تكساس . [ 13 ] ومنذ ذلك الحين، شاع استخدامها في حوض بيرميان بالولايات المتحدة، ويجري العمل عليها حاليًا في العديد من الولايات. [ 1 ] كما يجري العمل عليها بنشاط أكبر في الصين وفي أنحاء أخرى من العالم. [ 2 ] [ 14 ] [ 15 ]

الآثار البيئية

في سياق الحديث عن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والتغير المناخي ، يُروج لتقنية حقن ثاني أكسيد الكربون لعزله تحت الأرض، وبالتالي تعويض انبعاثاته في أماكن أخرى. [ 16 ] هذا، بالإضافة إلى إمكانية تطبيقها في نطاق واسع من الظروف الجيولوجية، يجعلها طريقة شائعة لاستخراج النفط المتبقي . مع ذلك، تنطوي هذه الطريقة على عدة عيوب. أولًا، نظرًا لانخفاض لزوجة الغاز، يصعب التحكم به، مما قد يؤدي إلى تسربه عبر بئر الإنتاج أو إحداث تشققات في الصخور، ولذا تُستخدم تقنية حقن الماء والغاز (WAG). ثانيًا، تتطلب هذه الطريقة كميات كبيرة من الغاز، ورغم أن معظم المكامن تحاول استخدام ثاني أكسيد الكربون الطبيعي من مصادر محلية ، إلا أن ذلك غير ممكن دائمًا، ويتعين نقل ثاني أكسيد الكربون لمسافات طويلة عبر خطوط الأنابيب، أو تصنيعه من مصادر صناعية، مثل معالجة الغاز الطبيعي . [ 1 ] بالطبع، جميع طرق الحصول على ثاني أكسيد الكربون لغمر ثاني أكسيد الكربون تنطوي على إمكانية حدوث إطلاق عرضي لثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى زيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 سبيت، جيمس ج. (2019). "الفصل 2 - طرق الاستخلاص غير الحرارية" . استخلاص النفط الثقيل وتحسينه . دار نشر جلف بروفيشنال. الصفحات 49-112 . doi : 10.1016/b978-0-12-813025-4.00002-7 . ISBN  978-0-12-813025-4.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 فيرما، ماهيندرا (2015). أساسيات استخلاص النفط المعزز بثاني أكسيد الكربون (CO2-EOR): وثيقة داعمة لمنهجية تقييم استخلاص الهيدروكربونات باستخدام تقنية CO2-EOR المرتبطة باحتجاز الكربون (تقرير). تقرير مفتوح المصدر. doi : 10.3133/ofr20151071 .
  3. 1 2 3 "استخلاص النفط المعزز بثاني أكسيد الكربون" (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية. مارس 2010.
  4. ↑ تشانغ، نا؛ وي، مينغ تشن؛ باي، باو جون (أبريل 2018). مراجعة شاملة لتقنية حقن ثاني أكسيد الكربون غير القابل للامتزاج على مستوى العالم . مؤتمر جمعية مهندسي البترول لتحسين استخلاص النفط. تولسا، أوكلاهوما، الولايات المتحدة الأمريكية.
  5. ↑ بينغبينغ، شين؛ شينغلونغ، تشين؛ جيشون، تشين (2010). "خصائص الضغط في تجارب حقن ثاني أكسيد الكربون" . استكشاف وتطوير البترول . 37 (2): 211-215 . Bibcode : 2010PEDO...37..211P . doi : 10.1016/S1876-3804(10)60026-2 .
  6. 1 2 3 4 5 6 رايلي، رونالد؛ هاربر، جون؛ هاريسون الثالث، ويليام؛ بارنز، ديفيد؛ نوتال، براندون؛ أفاري، كاثرين؛ وار، أماندا؛ بارانوسكي، مارك؛ سلاتر، برايان؛ هاريس، ديفيد؛ كيلي، ستيفن. تقييم فرص استخلاص النفط المعزز بثاني أكسيد الكربون وعزله في حقول النفط والغاز في منطقة MRCSP (تقرير). وزارة الطاقة - المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة.
  7. 1 2 3 4 هيوز، ريتشارد (سبتمبر 2009). تقييم وتحسين عملية حقن ثاني أكسيد الكربون من خلال تحسين عملية المسح (تقرير). doi : 10.2172/983791 . OSTI 983791 . 
  8. 1 2 3 4 كوسكرا، فيلو أ.؛ فان ليوين، تايلر؛ والاس، مات (يونيو 2011). تحسين أمن الطاقة المحلي وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون باستخدام تقنية استخلاص النفط المعزز بثاني أكسيد الكربون من الجيل التالي (CO2 - EOR ) (تقرير). doi : 10.2172/1503260 .
  9. ↑ شي، كوان؛ سعيدي، علي؛ ديلي بياني، كلاوديو؛ إستيبان، ليونيل؛ برادي، باتريك (سبتمبر 2017). "هجرة الجزيئات الدقيقة أثناء حقن ثاني أكسيد الكربون: تفسير النتائج التجريبية باستخدام قوى السطح" . المجلة الدولية للتحكم في غازات الاحتباس الحراري . 65 : 32-39 . Bibcode : 2017IJGGC..65...32X . doi : 10.1016/j.ijggc.2017.08.011 . OSTI 1421635 . 
  10. ↑ أحمدي، محمد علي (2018). "الفصل التاسع - استخلاص النفط المعزز في مكامن النفط الصخري" . في: بهادوري، علي رضا (محرر). أساسيات استخلاص النفط والغاز المعزز من المكامن التقليدية وغير التقليدية . دار النشر الخليجية المهنية. ص 269-290 . doi : 10.1016/b978-0-12-813027-8.00009-6 . ISBN  978-0-12-813027-8.
  11. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,736,792 "طريقة استخلاص النفط اللزج" 
  12. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,623,596 "طريقة لإنتاج النفط باستخدام ثاني أكسيد الكربون" 
  13. 1 2 ملخص تقنية آبار حقن استخلاص النفط المعزز بثاني أكسيد الكربون (CO 2 EOR) (تقرير). المعهد الأمريكي للبترول. 2007.
  14. ↑ هيل، بروس؛ لي، شياوتشون؛ وي، نينغ (2020). "استخلاص النفط المعزز بثاني أكسيد الكربون في الصين: مراجعة مقارنة" . المجلة الدولية للتحكم في غازات الاحتباس الحراري . 103 103173. Bibcode : 2020IJGGC.10303173H . doi : 10.1016/j.ijggc.2020.103173 . S2CID 228835796 . 
  15. ↑ تشين، إتش كيو؛ هو، واي إل؛ تيان، سي بي (2012). "التطورات في إزاحة ثاني أكسيد الكربون عن النفط وأبحاث احتجاز ثاني أكسيد الكربون". كيمياء حقول النفط . 29 (1): 116-127 .
  16. ↑ أمينو، محمد د.؛ نبوي، سيد علي؛ روشيل، كريستوفر أ.؛ مانوفيتش، فاسيلي (2017). "مراجعة للتطورات في تخزين ثاني أكسيد الكربون" . الطاقة التطبيقية . 208 : 1389-1419 . doi : 10.1016/j.apenergy.2017.09.015 . ISSN 0306-2619 . 
  • بترو ويكي - الفيضانات المختلطة
  • بترو ويكي - استخلاص النفط المعزز (EOR)