استخراج البترول
البترول وقود أحفوري يُستخرج من باطن الأرض. تتشكل مكامن البترول من خلال مزيج من النباتات والطحالب والرواسب في البحار الضحلة تحت ضغط عالٍ. يُستخرج البترول في الغالب عن طريق حفر آبار النفط . تُستخدم المسوحات الزلزالية وغيرها من الطرق لتحديد مواقع مكامن النفط. تُستخدم منصات الحفر النفطية لحفر آبار طويلة في الأرض لإنشاء آبار النفط واستخراج البترول. بعد الاستخراج، يُكرر النفط لصنع البنزين ومنتجات أخرى مثل الإطارات والثلاجات. قد يكون استخراج البترول خطيرًا، وقد أدى إلى حوادث تسرب نفطي . [ 1 ]
تحديد موقع حقل النفط
يستخدم الجيولوجيون والجيوفيزيائيون المسوحات الزلزالية للبحث عن التراكيب الجيولوجية التي قد تشكل خزانات نفطية. تتضمن الطريقة "الكلاسيكية" إحداث تفجير تحت الأرض في مكان قريب ومراقبة الاستجابة الزلزالية، مما يوفر معلومات عن التراكيب الجيولوجية الموجودة تحت الأرض. ومع ذلك، تُستخدم أيضًا طرق "سلبية" تستخلص المعلومات من الموجات الزلزالية الطبيعية. [ 2 ]
تُستخدم أدوات أخرى، مثل مقاييس الجاذبية والمغناطيسية ، في البحث عن النفط. يبدأ استخراج النفط الخام عادةً بحفر آبار في خزان جوفي. وعندما يتم الوصول إلى بئر نفط، يقوم جيولوجي (يُعرف في منصة الحفر باسم " مسجل الطين ") بتسجيل وجوده.
تاريخيًا في الولايات المتحدة، كان النفط في بعض حقولها يرتفع بشكل طبيعي إلى السطح، لكن معظم هذه الحقول استُنفدت منذ زمن طويل، باستثناء أجزاء من ألاسكا . غالبًا ما تُحفر آبار متعددة (تُسمى الآبار متعددة الأفرع ) في نفس المكمن، لتحقيق معدل استخراج مُجدٍ اقتصاديًا. قد تضخ بعض الآبار ( الآبار الثانوية ) الماء أو البخار أو الأحماض أو مخاليط غازية مختلفة إلى المكمن لرفع ضغط المكمن أو الحفاظ عليه، ولضمان الاستخراج الاقتصادي.
حفر
تُحفر بئر النفط عن طريق حفر حفرة طويلة في الأرض باستخدام جهاز حفر . يُوضع أنبوب فولاذي (غلاف) في الحفرة لتوفير الدعم الهيكلي للبئر المحفور حديثًا. ثم تُحفر ثقوب في قاعدة البئر للسماح بتدفق النفط إلى داخلها. وأخيرًا، تُركّب مجموعة من الصمامات تُسمى " شجرة عيد الميلاد " في الأعلى؛ حيث تُنظّم هذه الصمامات الضغط وتتحكم في التدفق. تندرج عملية الحفر ضمن "القطاع الاستكشافي"، وهو أحد الخدمات الرئيسية الثلاث في صناعة النفط، إلى جانب قطاعي النقل والتكرير والتوزيع.
استخراج النفط واستعادته
التعافي الأولي
خلال مرحلة التعافي الأولية ، يأتي دفع الخزان من عدد من الآليات الطبيعية:
- الماء الطبيعي يزيح النفط إلى أسفل البئر
- تمدد الغاز النفطي المصاحب في أعلى الخزان
- تمدد الغاز المصاحب المذاب في البداية في النفط الخام
- التصريف بالجاذبية الناتج عن حركة النفط داخل الخزان من الأجزاء العلوية إلى الأجزاء السفلية حيث يتم استخراج النفط من البئر.
تتراوح نسبة التعافي خلال مرحلة التعافي الأولية عادةً بين 5 و15%. [ 3 ]
عندما يكون الضغط الجوفي في مكمن النفط كافيًا لدفع النفط (مع بعض الغاز المصاحب) إلى السطح، فإن كل ما يلزم لاستخراج النفط هو تركيب مجموعة معقدة من الصمامات (تُعرف باسم " شجرة عيد الميلاد ") على رأس البئر ، بالإضافة إلى ربط البئر بشبكة أنابيب للتخزين والمعالجة. أحيانًا، خلال عملية الاستخراج الأولية، ولزيادة معدلات الاستخراج، تُستخدم مضخات، مثل مضخات الشعاع والمضخات الكهربائية الغاطسة ، لرفع النفط إلى السطح؛ وتُعرف هذه المضخات بآليات الرفع الاصطناعي.
التعافي الثانوي
مع مرور الوقت، ينخفض الضغط في البئر. وعندما يقلّ الدفع الطبيعي من المكمن، ويصبح الضغط الجوفي غير كافٍ لدفع النفط إلى السطح، تُطبّق أساليب الاستخلاص الثانوي . تعتمد هذه الأساليب على تزويد المكمن بطاقة خارجية عن طريق حقن السوائل لزيادة ضغطه، وبالتالي زيادة أو استبدال الدفع الطبيعي بدفع اصطناعي. تزيد تقنيات الاستخلاص الثانوي ضغط المكمن عن طريق حقن الماء ، وإعادة حقن الغاز ، ورفع الغاز . تستخدم كل من إعادة حقن الغاز ورفع الغاز الغاز المصاحب، أو ثاني أكسيد الكربون ، أو غاز خامل آخر لتقليل كثافة خليط النفط والغاز، مما يُحسّن سيولته. يبلغ عامل الاستخلاص النموذجي من عمليات حقن الماء حوالي 30%، وذلك تبعًا لخصائص النفط وخصائص صخور المكمن. في المتوسط، يتراوح عامل الاستخلاص بعد عمليات الاستخلاص الأولي والثانوي للنفط بين 35 و45%. [ 3 ]
التعافي المعزز
تعمل طرق استخلاص النفط المحسنة، أو الثلاثية ، على زيادة حركة النفط من أجل زيادة الاستخلاص.
تُعدّ طرق استخلاص النفط المعزز حراريًا (TEOR) تقنيات استخلاص ثلاثية تُسخّن النفط، مما يُقلل لزوجته ويُسهّل استخراجه. يُعدّ حقن البخار الشكل الأكثر شيوعًا لهذه الطرق، وغالبًا ما يُجرى باستخدام محطات التوليد المشترك . تستخدم هذه المحطات توربينات غازية لتوليد الكهرباء ، وتُستخدم الحرارة المُهدرة لإنتاج البخار، الذي يُحقن بعد ذلك في المكمن. يُستخدم هذا الشكل من الاستخلاص على نطاق واسع لزيادة استخراج النفط في وادي سان جواكين ، الذي يُنتج نفطًا ثقيلًا جدًا، ومع ذلك يُمثّل 10% من إنتاج النفط في الولايات المتحدة. يُعدّ الحرق في الموقع (الحرق الموضعي) شكلًا آخر من أشكال استخلاص النفط المعزز حراريًا، ولكن بدلًا من البخار، يُحرق جزء من النفط لتسخين النفط المحيط به.
في بعض الأحيان، يتم حقن المواد الخافضة للتوتر السطحي ( المنظفات ) لتغيير التوتر السطحي بين الماء والنفط في المكمن، مما يؤدي إلى تحريك النفط الذي كان سيبقى في المكمن كنفط متبقٍ. [ 4 ]
هناك طريقة أخرى لتقليل اللزوجة وهي حقن ثاني أكسيد الكربون .
تتيح عملية الاستخلاص الثلاثي استخلاص ما بين 5% إلى 15% إضافية من نفط المكمن. [ 3 ] في بعض حقول النفط الثقيل في كاليفورنيا (مثل حقل ميدواي-سانسيت النفطي )، أدى حقن البخار إلى مضاعفة أو حتى زيادة احتياطيات النفط ومعدل استخلاصه النهائي بمقدار ثلاثة أضعاف. [ 5 ]
تبدأ عملية الاستخلاص الثلاثي عندما لا يكفي الاستخلاص الثانوي للنفط لمواصلة الاستخراج الكافي، ولكن فقط عندما يكون استخراج النفط لا يزال مربحًا . ويعتمد ذلك على تكلفة طريقة الاستخراج وسعر النفط الخام الحالي . فعندما تكون الأسعار مرتفعة، تُعاد الآبار غير المربحة سابقًا إلى العمل، وعندما تكون منخفضة، يُقلّص الاستخراج.
يُعدّ استخدام المعالجات الميكروبية طريقةً أخرى من طرق الاستخلاص الثلاثي. تُستخدم مزيجات خاصة من الميكروبات لمعالجة وتفكيك سلسلة الهيدروكربونات في النفط، مما يُسهّل استخلاصه. كما أنها أكثر اقتصاديةً من الطرق التقليدية الأخرى. في بعض الولايات، مثل تكساس، تُقدّم حوافز ضريبية لاستخدام هذه الميكروبات فيما يُعرف بالاستخلاص الثلاثي الثانوي. عدد قليل جدًا من الشركات تُورّد هذه الميكروبات.
معدلات التعافي
تتحدد كمية النفط القابل للاستخراج بعدد من العوامل:
- نفاذية الصخور
- قوة العوامل الطبيعية الدافعة (الغاز المصاحب الموجود، والضغط الناتج عن المياه المجاورة أو الجاذبية)
- مسامية صخور الخزان، أي قدرة الصخور على تخزين المواد
- لزوجة الزيت
عندما تكون صخور الخزان "محكمة"، كما هو الحال في الصخر الزيتي ، لا يمكن للنفط أن يتدفق بشكل عام، ولكن عندما تكون نفاذة، كما هو الحال في الحجر الرملي ، يتدفق النفط بحرية.
التعافي النهائي المتوقع
على الرغم من أنه لا يمكن معرفة معدل استخلاص النفط من البئر على وجه اليقين إلا بعد توقف إنتاجه، فإن مهندسي البترول غالباً ما يحددون معدل الاستخلاص النهائي المتوقع (EUR) بناءً على توقعات معدل الانخفاض لسنوات قادمة. وتُستخدم في ذلك نماذج وتقنيات رياضية وتقريبات متنوعة.
من الصعب التنبؤ بالإنتاجية التقديرية للغاز الصخري ، ومن الممكن اختيار طرق استخراج تميل إلى التقليل من تقدير انخفاض البئر بما يتجاوز المعقول.
الصحة والسلامة
يواجه العاملون في قطاع استخراج النفط والغاز تحديات فريدة في مجال الصحة والسلامة، وقد صنّفهم المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) كقطاع صناعي ذي أولوية ضمن الأجندة الوطنية لأبحاث السلامة والصحة المهنية (NORA) لتحديد وتقديم استراتيجيات التدخل المتعلقة بقضايا الصحة والسلامة المهنية. [ 6 ] [ 7 ] خلال الفترة 2003-2013، انخفض المعدل السنوي للوفيات المهنية بشكل ملحوظ بنسبة 36.3%؛ ومع ذلك، ارتفع عدد الوفيات المرتبطة بالعمل في قطاع استخراج النفط والغاز في الولايات المتحدة بنسبة 27.6%، ليصل إجمالي الوفيات إلى 1189 حالة، وذلك نتيجة لنمو حجم القوى العاملة خلال هذه الفترة. ويُعزى ثلثا وفيات العمال إلى حوادث النقل والاصطدام بالأشياء أو المعدات. وكان أكثر من 50% من الأشخاص الذين لقوا حتفهم يعملون لدى شركات تُقدّم خدمات الآبار. وتشمل إجراءات مكافحة المخاطر سياسات سلامة النقل البري والضوابط الهندسية ، مثل التقنيات الآلية. [ 8 ]
في عام 2023، نشر مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها أن 470 عاملاً قد توفوا في الفترة من 2014 إلى 2019. [ 9 ]
عند احتراق النفط والغاز، ينبعث ثاني أكسيد الكربون في الهواء. وتُعدّ الوقود الأحفوري ، كالنفط، مسؤولاً عن 89% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون . [ 10 ] وتتسبب انبعاثات الكربون في تغير المناخ ، مما يؤثر سلبًا على سلامة الناس من خلال ارتفاع منسوب مياه البحر وتفاقم الأحوال الجوية.
يمكن أن يتسبب النفط أيضاً في حدوث تسربات نفطية ، مما يلوث المحيط . [ 10 ]
انظر أيضاً
- انفجار البئر (حفر الآبار) - تسرب غير متحكم فيه للنفط الخام و/أو الغاز الطبيعي من البئر
- حفر الآبار العميقة – استخدام جهاز حفر لحفر آبار لاستخراج النفط في أعماق البحار. صفحات تعرض وصفًا موجزًا لأهداف إعادة التوجيه.
- الحفر الموجه – ممارسة حفر الآبار غير الرأسية
- حفار (نفط) – قائد مسؤول أثناء حفر الآبار
- سائل الحفر – مادة مساعدة لحفر الآبار في الأرض
- جهاز حفر – نظام متكامل لحفر الآبار
- حزمة فصل الطوارئ
- التكسير الهيدروليكي – تكسير الصخور الأساسية بواسطة سائل مضغوط. صفحات تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه.
- نظام توزيع البترول الداخلي – البنية التحتية للوقود التابعة للجيش الأمريكي
- قائمة الدول حسب إنتاج النفط
- قائمة حوادث إنتاج الغاز الطبيعي والنفط في الولايات المتحدة
- قائمة وظائف صناعة البترول
- مسجل الطين – إنشاء سجل مفصل لحفر البئر. صفحات تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه.
- منصة نفطية – هيكل بحري بحري مزود بمنشآت حفر النفط والمرافق ذات الصلة
- ذروة إنتاج النفط – النقطة الزمنية التي يتم فيها الوصول إلى أقصى معدل لاستخراج البترول. صفحات تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه
- عامل حفر – شخص وظيفته عمل شاق
- محطة التحكم الرئيسية العالمية - نظام يتحكم في البيانات ويسترجعها من المعدات الموجودة تحت سطح البحر في قاع المحيط.
مراجع
- ↑ "البترول" . education.nationalgeographic.org . الجمعية الجغرافية الوطنية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-10-2022 .
- ↑ "موقع إلكتروني تقني لشركة تعتمد على تقنيات الحماية الزلزالية السلبية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-09-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31-08-2007 .
- 1 2 3 إي. تزيماس (2005). "استخلاص النفط المعزز باستخدام ثاني أكسيد الكربون في نظام الطاقة الأوروبي" (ملف PDF) . مكتب المنشورات الرسمية للجماعات الأوروبية . مركز الأبحاث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 30 مايو 2019. تاريخ الاسترجاع: 1 نوفمبر 2012 .
- ↑ "مليارات جديدة في النفط"، مجلة Popular Mechanics ، مارس 1933 - أي مقال عن اختراع حقن الماء والمنظفات لاستخراج النفط
- ↑ تاريخ نمو احتياطيات النفط في حقول النفط الرئيسية في كاليفورنيا خلال القرن العشرين ، نشرة هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية 2172-H، 2005
- ↑ "مجلس استخراج النفط والغاز التابع لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها - المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية - الرابطة الوطنية لمناطق النفط والغاز" . www.cdc.gov . ١٢ فبراير ٢٠١٩. تاريخ الاطلاع: ١٤ مارس ٢٠١٩ .
- ↑ "مجلس استخراج النفط والغاز التابع لـ NORA - جدول أعمال البحث" . www.cdc.gov . 12 فبراير 2019. تاريخ الاطلاع: 14 مارس 2019 .
- ↑ ماسون، كريستال ل.؛ ريتزر، كيلا د.؛ هيل، رايان؛ لينكولن، جينيفر م. (29 مايو 2015). "الوفيات المهنية خلال طفرة النفط والغاز - الولايات المتحدة، 2003-2013" . مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها في الولايات المتحدة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 نوفمبر 2018 .
- ↑ وينجيت، كايتلين سي. (2023). "قاعدة بيانات الوفيات في استخراج النفط والغاز، نظام مراقبة وفيات العمال الخاص بالصناعة - الولايات المتحدة، 2014-2019" . ملخصات المراقبة ، 72 (8): 1-15 . doi : 10.15585/mmwr.ss7208a1 . PMC 10468201. PMID 37643161. تاريخ الاسترجاع: 2023-09-02 .
- 1 2 "الوقود الأحفوري وتغير المناخ: الحقائق" . www.clientearth.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-02-2024 .
- إنتاج النفط