خزانات غير تقليدية (للنفط والغاز)

المكامن غير التقليدية (النفط والغاز) ، أو الموارد غير التقليدية (مكامن الموارد) هي تجمعات ترتبط فيها مراحل النفط والغاز بقوة بنسيج الصخور بواسطة قوى شعرية قوية ، مما يتطلب تدابير متخصصة للتقييم والاستخراج . ^{[ 1 ]}

يتولد النفط والغاز طبيعيًا على أعماق تتراوح بين 4 و5 كيلومترات تحت سطح  الأرض . ^{[ أ ]} نظرًا لكونهما أخف وزنًا من الصخور المشبعة بالماء الموجودة أسفل مستوى المياه الجوفية ، يندفع النفط والغاز بفعل الطفو عبر مسارات طبقات المياه الجوفية نحو سطح الأرض بمرور الوقت. يتسرب جزء من النفط والغاز إلى السطح على شكل تسربات طبيعية ، سواء على اليابسة أو في قاع البحر. أما الباقي فيبقى محصورًا تحت الأرض بفعل الحواجز الجيولوجية ^{[ ب ]} في أشكال هندسية متنوعة . وبهذه الطريقة، تتراكم جيوب النفط والغاز تحت الأرض عن طريق إزاحة الماء في الصخور المسامية . إذا كانت هذه الجيوب نفاذة ، تُسمى بالخزانات التقليدية . تُحفر الآبار في هذه الخزانات لإنشاء مسار للنفط والغاز للوصول إلى السطح. عندما تكون فروق الضغط مرتفعة نسبيًا، يرتفع النفط والغاز إلى تجويف البئر بشكل طبيعي بفعل الطفو. ^{[ ج ]} أما عندما تكون الضغوط منخفضة، فيمكن مساعدة التدفق باستخدام المضخات (مثل مضخات "الحمير الهزازة "). ^{[ 2 ]}

في بدايات صناعة النفط ، لم تكن هناك حاجة لتحفيز المكامن لتحسين كفاءة الاستخراج ، لأن العرض كان يفوق الطلب بكثير، وكان ترك النفط "الصعب استخراجه" في باطن الأرض خيارًا اقتصاديًا مناسبًا. ^{[ 3 ]} أدت الحربان العالميتان ، وما أعقبهما من نمو اقتصادي هائل، إلى ارتفاع الطلب على الطاقة المحمولة الرخيصة، ^{[ 4 ]} بينما انخفض توافر موارد النفط والغاز التقليدية الجديدة. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ د ]} سعت الصناعة في البداية إلى تعزيز استخراج النفط والغاز المحتجزين، باستخدام تقنيات مثل التكسير الهيدروليكي المقيد أو منخفض الحجم لتحفيز المكمن بشكل أكبر، ^{[ هـ ]} مما قلل حجم النفط والغاز المتبقي في باطن الأرض إلى الحد الأدنى الاقتصادي. ^{[ 7 ] [ و ]}

في حوالي عام 1976، قامت وزارة الطاقة الأمريكية بتوجيه أبحاث رائدة حفزت العديد من الابتكارات الصناعية: ^{[ 8 ]}

• استخدام رغوة النيتروجين لتحفيز الإنتاج من آبار الصخر الزيتي

• اكتشاف كيفية تخزين الغاز الطبيعي في طبقات الفحم والصخور الطينية المتشققة

• إدراك أهمية الشقوق الطبيعية المترابطة في إنتاج الغاز

• أول استخدام للحفر الموجه في خزانات الصخر الزيتي لتحسين الإنتاجية عن طريق تقاطع الشقوق

• ابتكار أدوات وأساليب متقدمة لقياس خصائص صخور الخزانات غير التقليدية

• التطور المبكر لتقنيات الرصد الزلزالي الدقيق لرسم خرائط الشقوق الناتجة عن العمليات الهيدروليكية

مع مطلع الألفية الجديدة ، برزت الحاجة إلى نوع جديد من مصادر الطاقة ، لا سيما في الولايات المتحدة الأمريكية التي كانت تسعى جاهدة لتحقيق استقلالها في مجال الطاقة . ولتحقيق هذه الأهداف، اتجهت الولايات المتحدة إلى المكامن غير التقليدية ^{[ 9 ]} ، والتي كانت معروفة منذ عقود، ولكنها كانت مكلفة للغاية في السابق لدرجة جعلتها غير مجدية اقتصاديًا. واليوم، تشمل المكامن غير التقليدية الغاز الموجود في الأحواض ، والغاز الصخري ، وغاز الميثان من طبقات الفحم ، وهيدرات الغاز ، والرمال القطرانية ، والنفط الخفيف المحكم ، والصخر الزيتي ، ومعظمها من أمريكا الشمالية. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

يعكس التمييز بين الموارد التقليدية وغير التقليدية اختلافات في خصائص المكمن و /أو الخصائص الفيزيائية للنفط والغاز ( مثل النفاذية و/أو اللزوجة ). ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} تؤثر هذه الخصائص بشكل كبير على إمكانية التنبؤ (مخاطر الاكتشاف والتقييم والتطوير) وبالتالي على طرق الاستخراج من تلك المكامن مثل التكسير الهيدروليكي .

تتركز تجمعات النفط والغاز التقليدية بفعل مسارات المياه الجوفية المدفوعة بالطفو في مصائد جيولوجية منفصلة ، ​​يمكن رصدها من السطح. تشكل هذه المصائد حقولاً صغيرة نسبياً ولكنها ذات كثافة موارد عالية . تتدفق معظم حقول النفط أو الغاز التقليدية في البداية بشكل طبيعي بفعل الطفو فقط إلى داخل البئر، وتُحدد حدودها بخصائص ميكانيكا الموائع القابلة للقياس من داخل البئر (مثل ضغط المائع، ونسبة الماء إلى الغاز، إلخ). بشكل عام، يمكن تقليل المخاطر التقنية والتجارية المرتبطة بالخزانات التقليدية المنفصلة باستخدام تقنيات عن بُعد غير مكلفة نسبياً، مثل علم الزلازل الانعكاسي ، واستخراجها بعدد قليل نسبياً من آبار التقييم والتطوير. ^{[ 2 ]}

على النقيض من ذلك، تنتشر المكامن غير التقليدية إقليميًا على مساحات شاسعة دون وجود هندسة محددة للمصائد يمكن استخدامها لأغراض التنبؤ. ويُعدّ النفط والغاز في هذه المكامن موارد منخفضة الكثافة عمومًا، وغالبًا ما يكون محصورًا في الصخور بفعل قوى شعرية قوية غير قادرة على التدفق بشكل طبيعي بفعل الطفو. ^{[ 15 ]} ولذلك، تُحدد حدود الحقل غير التقليدي عادةً من خلال اختبارات الآبار المكلفة نسبيًا لتحديد الإنتاج. ويتطلب استخراج النفط والغاز من المكامن غير التقليدية تغيير الخصائص الفيزيائية للمكمن، أو خصائص تدفق السائل، ^{[ g ]} باستخدام تقنيات مثل التكسير الهيدروليكي أو حقن البخار . وتكون المخاطر التقنية والتجارية المرتبطة بالمكامن غير التقليدية أعلى عمومًا من تلك المرتبطة بالمكامن التقليدية نظرًا لعدم إمكانية التنبؤ بمدى المصيدة وجودة المكمن، الأمر الذي يتطلب تحديد مواقع الآبار واختبارها على نطاق واسع لتحديد الاحتياطيات الاقتصادية / حدود البئر التي يُحددها إنتاج البئر . ^{[ 1 ] [ h ]}