خزانات النفط

خزان البترول أو خزان النفط والغاز هو تراكم تحت سطح الأرض للهيدروكربونات الموجودة في تكوينات صخرية مسامية أو متصدعة. تتشكل هذه الخزانات عندما يتكون الكيروجين (مادة نباتية قديمة) في الصخور المحيطة به بفعل الحرارة والضغط العاليين في قشرة الأرض .

تُصنّف المكامن النفطية عمومًا إلى مكامن تقليدية وغير تقليدية . في المكامن التقليدية، تُحصر الهيدروكربونات الموجودة طبيعيًا، مثل النفط الخام أو الغاز الطبيعي ، بواسطة تكوينات صخرية علوية ذات نفاذية منخفضة ، بينما في المكامن غير التقليدية، تتميز الصخور بمسامية عالية ونفاذية منخفضة، مما يُبقي الهيدروكربونات محصورة في مكانها، وبالتالي لا تتطلب طبقة صخرية عازلة . ويتم اكتشاف المكامن باستخدام أساليب استكشاف الهيدروكربونات .

حقل النفط هو منطقة تتراكم فيها النفط السائل تحت الأرض في خزانات متعددة (قد تكون متصلة ببعضها)، محصورةً أثناء صعودها إلى التكوينات الصخرية غير المنفذة. من الناحية الصناعية، يشير حقل النفط إلى وجود فائدة اقتصادية تستحق الاهتمام التجاري. ^{[ 1 ] [ 2 ]} قد تمتد حقول النفط لمئات الكيلومترات على سطح الأرض، مما يعني أن جهود الاستخراج قد تكون واسعة النطاق ومنتشرة في جميع أنحاء المنطقة. بالإضافة إلى معدات الاستخراج، قد توجد آبار استكشافية تفحص الحواف بحثًا عن المزيد من مساحة الخزان، وخطوط أنابيب لنقل النفط إلى أماكن أخرى، ومرافق دعم.

تتواجد حقول النفط في أي مكان تسمح به طبيعة الصخور الأساسية، ما يعني أن بعض الحقول قد تكون بعيدة عن العمران، بما في ذلك في عرض البحر. يُعد إنشاء مشروع في حقل نفطي عملية معقدة لوجستيًا، إذ يشمل المعدات اللازمة للاستخراج والنقل، فضلًا عن البنية التحتية كالشوارع ومساكن العمال. ويجب تصميم هذه البنية التحتية مع مراعاة عمر الحقل النفطي، حيث قد يستمر الإنتاج لسنوات عديدة. وتملك العديد من الشركات، مثل هيل إنترناشونال ، وبيكتل ، وإيسو ، وويذرفورد إنترناشونال ، وشلمبرجير ، وبيكر هيوز، وهاليبرتون ، أقسامًا متخصصة في إنشاء البنية التحتية واسعة النطاق لدعم استغلال حقول النفط.

يمكن استخدام مصطلح "حقل النفط" كاختصار للإشارة إلى صناعة البترول بأكملها . ومع ذلك، من الأدق تقسيم صناعة النفط إلى ثلاثة قطاعات: قطاع الاستكشاف والإنتاج ( إنتاج النفط الخام من الآبار وفصل الماء عن النفط )، وقطاع النقل والتخزين ( نقل النفط الخام عبر خطوط الأنابيب والناقلات )، وقطاع التكرير والتوزيع ( تكرير النفط الخام إلى منتجات، وتسويق المنتجات المكررة، ونقلها إلى محطات النفط).

تنتشر أكثر من 65 ألف حقل نفطي حول العالم، براً وبحراً. ^{[ 3 ]} وأكبرها حقل الغوار في المملكة العربية السعودية وحقل برقان في الكويت ، حيث تُقدّر احتياطيات كل منهما بما يزيد عن 66 إلى 104 مليارات برميل (9.5 مليار متر مكعب ) . ^{[ 4 ] [ 5 ] وفي العصر الحديث ،} يُعدّ موقع حقول النفط ذات الاحتياطيات النفطية المؤكدة عاملاً أساسياً في العديد من الصراعات الجيوسياسية. ^{[ 6 ]}

ينشأ الغاز الطبيعي من خلال نفس عملية التكسير الحراري الجيولوجي التي تحول الكيروجين إلى بترول. ونتيجة لذلك، غالباً ما يوجد النفط والغاز الطبيعي معاً. في الاستخدام الشائع، تُعرف الرواسب الغنية بالنفط بحقول النفط، وتُسمى الرواسب الغنية بالغاز الطبيعي بحقول الغاز الطبيعي.

بشكل عام، تُنتج الرواسب العضوية المدفونة على أعماق تتراوح بين 1000 و6000 متر (عند درجات حرارة تتراوح بين 60 و 150  درجة مئوية) النفط، بينما تُنتج الرواسب المدفونة على أعماق أكبر وعند درجات حرارة أعلى الغاز الطبيعي. وكلما زاد عمق المصدر، قلّت نسبة المكثفات في الغاز. ولأن كلاً من النفط والغاز الطبيعي أخف من الماء، فإنهما يميلان إلى الصعود من مصادرهما حتى يتسربا إلى السطح أو يُحاصرا في مصيدة طبقية غير منفذة. ويمكن استخراجهما من هذه المصيدة عن طريق الحفر.

يُعد حقل غاز جنوب فارس/عسلوية أكبر حقول الغاز الطبيعي في روسيا ، وهو حقل مشترك بين إيران وقطر . ويأتي حقل غاز أورينغوي في المرتبة الثانية ، بينما يأتي حقل غاز يامبورغ في المرتبة الثالثة ، وكلاهما يقع في روسيا .

كما هو الحال مع النفط، يُعثر على الغاز الطبيعي غالبًا تحت الماء في حقول الغاز البحرية، مثل بحر الشمال ، وحقل كوريب للغاز قبالة سواحل أيرلندا ، وبالقرب من جزيرة سابل . وتختلف تقنية استخراج ونقل الغاز الطبيعي من الحقول البحرية عن تلك المستخدمة في الحقول البرية، إذ تعتمد على عدد قليل من منصات الحفر البحرية الضخمة ، نظرًا لتكلفة العمل والصعوبات اللوجستية التي تواجهها هذه الحقول.

شجع ارتفاع أسعار الغاز في أوائل القرن الحادي والعشرين شركات التنقيب على إعادة استكشاف حقول لم تكن تُعتبر سابقًا مجدية اقتصاديًا. فعلى سبيل المثال، في عام 2008، تجاوزت شركة ماكموران إكسبلوريشن عمق حفر يزيد عن 9754 مترًا (32000 قدم) (أعمق بئر اختبار في تاريخ إنتاج الغاز) في موقع بلاكبيرد بخليج المكسيك. ^{[ 7 ]} وكانت منصة الحفر التابعة لشركة إكسون موبيل قد وصلت إلى عمق 9000 متر (30000 قدم) بحلول عام 2006، دون العثور على غاز، قبل أن تتخلى عن الموقع.

يوجد النفط الخام في جميع مكامن النفط المتكونة في قشرة الأرض من بقايا الكائنات الحية. وتشير الأدلة إلى أن ملايين السنين من الحرارة والضغط حوّلت بقايا النباتات والحيوانات المجهرية إلى نفط وغاز طبيعي.

وصف روي نورمي، مستشار الترجمة الفورية لشركة شلمبرجير لخدمات حقول النفط، العملية على النحو التالي:

العوالق والطحالب والبروتينات والكائنات الحية التي تطفو في البحر، عندما تموت، تستقر في القاع، وهذه الكائنات ستكون مصدر النفط والغاز. عندما تُدفن مع الرواسب المتراكمة وتصل إلى درجة حرارة مناسبة، تتراوح بين 50 و70 درجة مئوية، تبدأ بالتحلل. هذا التحول، هذا التغير، يحولها إلى هيدروكربونات سائلة تتحرك وتهاجر، لتصبح خزانات النفط والغاز لدينا. ^{[ 8 ]}

بالإضافة إلى النظام البيئي المائي ، والذي عادة ما يكون بحرًا ولكنه قد يكون أيضًا نهرًا أو بحيرة أو شعابًا مرجانية أو حصيرة طحالب ، فإن تكوين خزان النفط أو الغاز يتطلب أيضًا حوضًا رسوبيًا يمر بأربع خطوات: ^{[ 9 ]}

• دفن عميق تحت الرمال والطين
• طباخ
• هجرة الهيدروكربونات من المصدر إلى صخور الخزان
• محاصرة بواسطة صخرة غير منفذة

يُعدّ التوقيت عاملاً مهماً أيضاً؛ إذ يُشير البعض إلى أن وادي نهر أوهايو ربما كان يحوي كميات من النفط تُضاهي ما يحتويه الشرق الأوسط في وقتٍ ما، إلا أن هذه الكميات تسربت بسبب نقص المصائد النفطية. ^{[ 9 ]} في المقابل، شهد بحر الشمال ملايين السنين من تغيرات مستوى سطح البحر التي أدت بنجاح إلى تكوين أكثر من 150 حقلاً نفطياً. ^{[ 10 ]}

على الرغم من أن العملية متشابهة عمومًا، إلا أن عوامل بيئية مختلفة تؤدي إلى تكوين أنواع عديدة من المكامن النفطية. تتواجد هذه المكامن في أي مكان من سطح الأرض إلى عمق 9000 متر (30000 قدم) تحت السطح، وتتنوع في أشكالها وأحجامها وأعمارها. ^{[ 11 ]} في السنوات الأخيرة، أصبحت المكامن النارية مجالًا جديدًا هامًا لاستكشاف النفط، لا سيما في تكوينات التراكيت والبازلت . يختلف هذان النوعان من المكامن في محتواهما النفطي وخصائصهما الفيزيائية، مثل ترابط الشقوق ، وترابط المسام، ومسامية الصخور . ^{[ 12 ]}  

بعد اكتشاف المكمن، يسعى مهندس البترول إلى تكوين صورة أوضح عن التجمع النفطي. في مثال بسيط من الكتب الدراسية لمكمن متجانس، تتمثل المرحلة الأولى في إجراء مسح زلزالي لتحديد الحجم المحتمل للمصيدة. ويمكن استخدام آبار التقييم لتحديد موقع تماس النفط والماء، وبالتالي تحديد ارتفاع الرمال الحاملة للنفط. وبالاستعانة بالبيانات الزلزالية، يُمكن تقدير حجم المكمن النفطي.

تتمثل الخطوة التالية في استخدام المعلومات المستقاة من آبار التقييم لتقدير مسامية الصخور. تبلغ مسامية حقل النفط، أو النسبة المئوية للحجم الكلي الذي يحتوي على سوائل بدلاً من الصخور الصلبة، 20-35% أو أقل. ويمكن أن توفر هذه النسبة معلومات عن السعة الفعلية. كما يمكن للاختبارات المعملية تحديد خصائص سوائل المكمن، ولا سيما معامل تمدد النفط، أي مقدار تمدد النفط عند نقله من الضغط والحرارة العاليين في المكمن إلى خزان تخزين على السطح.

باستخدام هذه المعلومات، يُمكن تقدير كمية النفط الموجودة في المكمن، والتي تُسمى "النفط الاحتياطي" أو " النفط الموجود في المكمن". وبدراسة عوامل مثل نفاذية الصخور (مدى سهولة تدفق السوائل عبرها) وآليات الدفع المحتملة، يُمكن تقدير عامل الاستخلاص، أي النسبة المتوقعة من النفط الموجود في المكمن. يتراوح عامل الاستخلاص عادةً بين 30 و35%، مما يُعطي قيمة للموارد القابلة للاستخراج. ^{[ 24 ]}

تكمن الصعوبة في أن المكامن ليست متجانسة، إذ تتفاوت مساميتها ونفاذيتها، وقد تكون مجزأة، حيث تعمل الشقوق والفوالق على تفتيتها وتعقيد تدفق السوائل. لهذا السبب، يُجرى غالبًا نمذجة حاسوبية للمكامن ذات الجدوى الاقتصادية. ويتعاون الجيولوجيون والجيوفيزيائيون ومهندسو المكامن لبناء نموذج يسمح بمحاكاة تدفق السوائل في المكمن، مما يؤدي إلى تحسين تقدير الموارد القابلة للاستخراج.

لا تمثل الاحتياطيات سوى جزء من الموارد القابلة للاستخراج التي سيتم تطويرها من خلال مشاريع تطوير محددة ومعتمدة. ولأن تقييم الاحتياطيات يؤثر بشكل مباشر على قيمة الشركة أو الأصول، فإنه يخضع عادةً لمجموعة صارمة من القواعد أو الإرشادات.

لاستخراج محتويات مكامن النفط، عادةً ما يكون من الضروري الحفر في قشرة الأرض، على الرغم من وجود تسربات نفطية سطحية في بعض أنحاء العالم، مثل حفر القطران في لابريا بكاليفورنيا والعديد من التسربات في ترينيداد . تشمل العوامل المؤثرة على كمية الهيدروكربونات القابلة للاستخراج في المكمن: توزيع السوائل فيه، والأحجام الأولية للسوائل الموجودة، وضغط المكمن، وخصائص السوائل والصخور ، وهندسة المكمن، ونوع البئر، وعدد الآبار، وموقعها، ومفهوم التطوير، وفلسفة التشغيل. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

تشمل طرق الإنتاج الحديثة طرق الاستخراج الحرارية ، وحقن الغاز ، والطرق الكيميائية لتعزيز استخلاص النفط. ^{[ 26 ]}

إن إيقاف عملية إنتاج نشطة أمر معقد، وقد يتسبب في عواقب غير مقصودة. ^{[ 27 ]}

قد يكون المكمن البكر تحت ضغط كافٍ لدفع الهيدروكربونات إلى السطح. ومع إنتاج السوائل، ينخفض ​​الضغط غالبًا، ويتوقف الإنتاج. وقد يستجيب المكمن لسحب السوائل بطريقة تحافظ على الضغط. وقد تكون هناك حاجة إلى أساليب دفع اصطناعية.