تعريف
تُعرف أيضًا باسم استعادة النفط المحسّنة (EOR)، وتعتبر الاستعادة الثلاثية هي المرحلة الثالثة من استخراج النفط.
الاستخلاص الثلاثي، المعروف أيضًا باسم الاستخلاص المعزز للنفط (EOR)، هو المرحلة الثالثة المستخدمة لاستخراج النفط من الاحتياطي النفطي. نظرًا لأنه أكثر تكلفة من مراحل الاستخلاص الأولي والاستخلاص الثانوي، يتم تنفيذ الاستخلاص الثلاثي فقط عندما يكون سعر النفط مرتفعًا بما يكفي لتبرير الاستثمار. كما يتضمن بعض الممارسات الأكثر جدلاً في الصناعة.
النقاط الرئيسية
- الاسترداد الثالثي هو طريقة لاستخراج النفط من الاحتياطي النفطي.
- أكثر تكلفة من المرحلتين الأوليين لاستخراج النفط، يتم استخدام الاستخراج الثالثي فقط بعد استنفاد الخيارات الأخرى.
- تشمل أنواع الاستخلاص الثلاثي الحقن الحراري، والحقن بالغاز، والحقن الكيميائي.
- هذا يختلف عن استخدام وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) والجهات التنظيمية الأخرى لتصنيفات الفئة الأولى والفئة الثانية والفئة الثالثة للآبار النفطية.
كيف تعمل عملية الاستخلاص الثلاثي
على الرغم من وجود العديد من تقنيات الاستخلاص الثلاثي، إلا أن جميعها تستخرج النفط عن طريق تغيير تركيبته لجعله أسهل في الإزالة. وهذا يعني بشكل عام تقليل لزوجة أو سماكة النفط. دعونا نمر على المرحلتين الأوليين لفهم أفضل لسبب استخدام الأساليب للمرحلة الثالثة.
مرحلة الاستخلاص الأولي لاستخراج النفط تستخدم طرقًا "طبيعية"، حيث تستفيد عادةً من فرق الضغط بين سطح بئر النفط واحتياطياته تحت الأرض. عندما ترى مضخات النفط وأبراج الحفر المنتشرة في المناظر الطبيعية، والتي تُسمى "الحمير الرافعة" أو مضخات الرفع، فإنها عادةً ما تكون جزءًا من مرحلة الاستخلاص الأولي لاستخراج النفط. تعمل هذه الطريقة عن طريق زيادة الضغط داخل احتياطي النفط باستخدام حقن البخار أو الغاز الطبيعي. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تستخلص فقط ما بين 5% إلى 15% من النفط في الاحتياطي لأن الضغط ينخفض بمرور الوقت.
تحتاج إلى تقنيات إضافية لاستخراج المزيد من النفط، وهذا يقودنا إلى الاستخلاص الثانوي. الهدف هو الحفاظ على ضغط المكمن أو زيادته وطرد النفط نحو آبار الإنتاج. التقنية الأكثر شيوعًا للاستخلاص الثانوي هي حقن المياه، والتي تتضمن حقن الماء في المكمن لزيادة الضغط. يعتبر حقن المياه فعالًا لأن الماء متوفر بسهولة ورخيص نسبيًا كمادة حقن، على الرغم من أن هذا لا يأخذ في الاعتبار التأثيرات البيئية المحتملة. طريقة أخرى شائعة للاستخلاص الثانوي هي حقن الغاز، والتي يمكن أن تتضمن حقن الغاز الطبيعي أو النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون في المكمن.
عادةً، يمكن لعملية الاستخلاص الثانوي استخراج نسبة إضافية تتراوح بين 10% إلى 20% من النفط الأصلي في المكمن، على الرغم من أن هذه النسبة تختلف بشكل كبير اعتمادًا على تركيبة النفط في الاحتياطي وجيولوجيا المنطقة.
نظرًا لأنه يأتي بعد الطريقتين الأوليين ويكلف أكثر، قد تتخلى الشركات التي تستخرج النفط عن الآبار دون التقدم إلى مرحلة الاسترداد الثالثي إذا لم يكن سعر النفط مرتفعًا بما يكفي لتبرير النفقات. بينما تعمل المرحلتان الأوليان على تغيير ضغط الخزان لدفع النفط للخارج (أو إلى حيث يمكن استخراجه بسهولة أكبر)، فإن المرحلة الأخيرة تغير النفط لجعله قابلاً للاستخراج. هناك ثلاث طرق رئيسية للاسترداد الثالثي:
- الكيميائية: تتضمن الحقن الكيميائي ضخ المواد الفعالة على السطح والمذيبات والبوليمرات في الخزان. تعمل المواد الفعالة على السطح والمذيبات على تقليل التوتر السطحي بين النفط والماء، بينما تقوم البوليمرات بتكثيف السوائل المحقونة. كما هو الحال مع الطرق الأخرى، يتيح هذا النهج تدفق النفط بشكل أكبر نحو السطح، بينما تجعل زيادة لزوجة البوليمر استعادة النفط أكثر فعالية. نظرًا لتعقيدها والمخاوف البيئية، تُستخدم الطرق الكيميائية بشكل أقل من طرق الحقن الحراري أو الغازي.
- حقن الغاز: تشكل هذه الطريقة حوالي 60% من إنتاج الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) في الولايات المتحدة. يتم استخراج النفط عن طريق ضخ الغاز، مثل ثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين أو الغاز الطبيعي، إلى الخزان. في الطريقة الثانوية، تتمدد هذه الغازات، مما يزيد من ضغط الخزان ويدفع النفط نحو السطح. في المرحلة الثالثة، تختلط الغازات مع النفط لتقليل لزوجته وزيادة حجمه، مما يجعله يتدفق إلى آبار الإنتاج. يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون والغازات الهيدروكربونية، مثل الإيثان والبروبان والبيوتان، في هذه العمليات. الفائدة الإضافية لاستخدام ثاني أكسيد الكربون هي أن بعضه يبقى خلفه ("محجوز")، وبالتالي يتم احتجازه بعيدًا عن الغلاف الجوي، حيث يمكن أن ينضم إلى الغازات الأخرى التي تغير المناخ. في الماضي، كان ثاني أكسيد الكربون يأتي من احتياطيات ثاني أكسيد الكربون الطبيعية. ومع ذلك، أصبح من الممكن الآن جمع ثاني أكسيد الكربون من معالجات الغاز الطبيعي ومصانع إنتاج الأسمدة والإيثانول، على الرغم من أن معظم حقول النفط أقرب بكثير إلى الاحتياطيات الطبيعية. يمكن للأنابيب بعد ذلك نقل ثاني أكسيد الكربون إلى موقع الحقن، مما يجعل الاستخلاص الثلاثي أكثر توفرًا وكفاءة مما كان عليه في الماضي. ومع ذلك، فإن الكثير من ثاني أكسيد الكربون المستخدم كان بالفعل تحت الأرض، وليس في الغلاف الجوي، وينتهي به الأمر إلى الانبعاث في الغلاف الجوي، وليس محجوزًا، حتى تتحسن التقنيات.
- الحرارية: هذه الطرق تسخن الخزان عن طريق حقن الماء، الذي يتحول بسرعة إلى بخار. يقوم البخار بعد ذلك بتسخين النفط، مما يجعله أقل لزوجة ويتدفق بسهولة أكبر نحو المناطق ذات الضغط المنخفض على السطح.
مراحل استعادة النفط مقابل فئات وكالة حماية البيئة (EPA)
بينما تشير عمليات الاستخراج الأولية والثانوية والثالثية إلى تقنيات استخراج النفط من المكامن تحت الأرض، فإنها لا تتطابق مباشرة مع التصنيفات المستخدمة من قبل وكالة حماية البيئة (EPA) بموجب قانون مياه الشرب الآمنة. أدناه، نجعل التمييز بينها أسهل باستخدام جدول:
مراحل استعادة النفط مقابل فئات وكالة حماية البيئة (EPA)
مراحل استعادة النفط
تصنيفات الآبار وفقًا لوكالة حماية البيئة (EPA)
الاستخلاص الأولي: يعتمد هذا الأسلوب على الضغط الطبيعي للمكمن لجلب النفط والغاز إلى السطح. إنه الأكثر طبيعية والأقل تدخلاً، لكنه يستخلص فقط حوالي 15% من نفط المكمن.
الفئة الأولى: تُستخدم لحقن السوائل الصناعية غير الخطرة تحت أعمق مصادر مياه الشرب الجوفية.
الاستخلاص الثانوي: يتضمن هذا الحقن بسوائل مثل الماء أو الغاز في المكمن للحفاظ على الضغط وتحريك النفط نحو آبار الإنتاج. بعد الاستخلاص الأولي، يمكن أن يستعيد 20-40% إضافية من النفط المتبقي.
الفئة الثانية: تُستخدم في إنتاج النفط والغاز، بما في ذلك المحاليل الملحية والسوائل الأخرى التي تُجلب إلى السطح أثناء الإنتاج.
الاستخلاص الثلاثي أو EOR: يستخدم هذا طرقًا متقدمة ومكلفة مثل الفيض الكيميائي، والحرارة، وحقن الغاز لتحريك النفط المحبوس الذي لا يمكن الوصول إليه بالطرق الثانوية. يمكن أن يستعيد من 5% إلى 20% إضافية من النفط.
الفئة الثالثة: تُستخدم لحقن السوائل في تقنيات تحسين استخلاص النفط (EOR) أو لتخزين ثاني أكسيد الكربون الجيولوجي تحت أعمق مصدر مياه جوفية للشرب.
تمتلك وكالة حماية البيئة (EPA) أيضًا فئات إضافية، من الرابعة إلى السادسة، والتي عادةً لا تتعلق بإنتاج النفط. الآبار من الفئة الرابعة هي تلك التي تحقن النفايات الخطرة أو المشعة في الأرض التي تشمل جزءًا من إمدادات المياه لمنطقة معينة. الفئة الخامسة مخصصة لحقن السوائل غير الخطرة في أو فوق إمدادات المياه الجوفية الصالحة للشرب. الفئة السادسة مخصصة للتخزين تحت الأرض طويل الأمد لثاني أكسيد الكربون.
إيجابيات وسلبيات الاسترداد الثالثي
إيجابيات وسلبيات الاسترداد الثالثي
الإيجابيات
- يزيد من الإنتاج عن طريق استعادة النفط الذي كان من الصعب الوصول إليه سابقًا.
- يمكن أن تكون بعض تقنيات تعزيز استخراج النفط (EOR) مثل الفقاعات النانوية أكثر كفاءة.
- بعض تقنيات الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) تُمكّن من تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال احتجاز الكربون.
عيوب
تكلفة مرتفعة مقارنة بمراحل الاسترداد الأولية والثانوية.
قد يتسبب في مشاكل بيئية مثل تدهور النظام البيئي.
لا يمكن استعادة كل النفط، مما يؤدي إلى الهدر.
طريقة الاستخلاص الثلاثي لها عدة مزايا. أولاً، تُمكّن من استعادة النفط الذي لم يكن بالإمكان استخراجه بالوسائل الأولية أو الثانوية، مما يزيد من الإنتاجية في مكمن النفط. ثانياً، بعض تقنيات الاستخلاص المعزز للنفط (EOR)، مثل الفقاعات النانوية، خالية من عيوب الأساليب الأخرى وبالتالي يمكن أن تكون أكثر كفاءة. وأخيراً، يمكن لبعض تقنيات الاستخلاص المعزز للنفط أن تحتجز بعض ثاني أكسيد الكربون، مما يقلل من انبعاثه في الغلاف الجوي.
ومع ذلك، فإن الاسترداد الثلاثي له عيوب كبيرة. التكلفة العالية في مرحلة الاسترداد الثلاثي مقارنة بمراحل الاسترداد الأولية والثانوية هي العيب الرئيسي له في صناعة النفط. وهذا يجعله مكلفًا للغاية إلا إذا كانت أسعار النفط مرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن استرداد كل النفط بهذه الطريقة. على سبيل المثال، في حالة الرمال النفطية، يمكن استرداد 75% فقط من البيتومين الشبيه بالقطران، مما يترك وراءه كمية كبيرة من النفايات.
الأهم من ذلك، بالإضافة إلى تكلفتها وتعقيدها، تُعتبر هذه التقنيات من بين أكثر العمليات الصناعية الحديثة إثارة للجدل. يمكن أن تُحدث التقنيات الثلاثية تأثيرات بيئية واجتماعية وصحية. إليك بعض الأساليب المعروفة لدى الجمهور:
- الحمض: غالبًا ما يُقصد بهذا المواد الكيميائية التي تُناقش في تحسين استخلاص النفط (EOR). وبالتالي، يلعب دورًا مهمًا في استعادة النفط الثلاثية. مع نضوج الحقول وتراجع فعالية طرق الاستخلاص الأولية والثانوية، يمكن لعملية التحميض أن تساعد في تحريك النفط المتبقي. على سبيل المثال، يمكنها إزالة الترسبات والطين الحفري والمواد الأخرى التي تسد المسامات وتقلل من الطرق التي يتحرك بها النفط نحو الآبار. أيضًا، في المكامن التي لا يمكن استخدام طرق EOR الأخرى مثل حقن البخار أو ثاني أكسيد الكربون فيها، يمكن لعملية التحميض إذابة الصخور وجعلها أكثر نفاذية لاستعادة النفط.
- الحفر في القطب الشمالي: يمكن أن تلعب طرق تعزيز استخراج النفط (EOR) دورًا مهمًا في الحفر في القطب الشمالي. نظرًا للظروف القاسية وتكاليف الاستخراج العالية، فإن زيادة استرداد النفط من كل بئر أمر بالغ الأهمية للشركات المعنية. يمكن أن تساعد تقنيات تعزيز استخراج النفط مثل حقن الغاز في تحريك النفط الذي يبقى بعد طرق الاستخراج الأولية والثانوية. بيئة القطب الشمالي هشة، وأي تسرب نفطي أو حادث يمكن أن يكون له تأثيرات مدمرة على النظام البيئي المحلي.
- الحفر في المياه العميقة البحرية: يعتمد بشكل رئيسي على الاستخراج الأولي، على الرغم من تطبيق تقنيات الاستخراج الثانوي والثالثي في المراحل اللاحقة. هذه الأساليب تحمل مخاطر كبيرة لتسرب النفط وتؤثر على النظم البيئية البحرية حتى عندما لا تحدث تسربات.
مع تزايد النفقات والجهود المطلوبة لاستخراج النفط، يمكن أن تتلاشى الحدود بين هذه المراحل، خاصة مع زيادة تعقيد العمليات المتضمنة مع مرور كل عقد، واستخدام المواد المستخدمة (مثل الماء والغازات، إلخ) في مراحل مختلفة.
هل يُستخدم الاسترداد الثالثي على نطاق واسع في صناعة النفط؟
بينما تُعتبر طريقة مفيدة، إلا أن الاسترداد الثالثي لا يُستخدم دائمًا بسبب تكلفته العالية وتعقيده. تمامًا كما أن آبار القطب الشمالي واسترداد الرمال النفطية يرتبطان بتقلبات أسعار النفط—حيث تزداد الإنتاجية في الآبار عندما يصبح الأمر مجديًا مرة أخرى—فكذلك الحال مع الإنتاج الثالثي.
ما هو دور ثاني أكسيد الكربون في الاسترداد الثالثي؟
في عملية استرداد ثالثية مهمة، يتم حقن ثاني أكسيد الكربون في البئر لدفع المزيد من النفط للخارج، ويمكن تخزين بعض منه تحت الأرض. تأمل وزارة الطاقة الأمريكية أن تزيد هذه الطريقة من إنتاج النفط الأمريكي، ولكن أيضًا أن تساعد في تقليل التأثير النهائي للصناعة على المناخ من خلال احتجاز ثاني أكسيد الكربون. في الوقت الحالي، يتم "احتجاز" الكثير من ثاني أكسيد الكربون المستخدم من قبل الصناعة بالفعل - حيث يأتي من مصادر طبيعية تحت الأرض - لذا فإن أي كمية منه لا تُعاد إلى تحت الأرض تضيف إلى إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. حتى تستخدم الصناعة ثاني أكسيد الكربون الذي سيكون في الغلاف الجوي، يبدو من غير المحتمل أنه، حتى مع ترك استخدام النفط المستقبلي كوقود جانبًا، يمكن أن يكون مثل هذا الإنتاج محايدًا تمامًا للكربون. لذلك، يجد النقاد أنه نوع من الغسل الأخضر. "يخلق الفكرة بأننا يمكننا الاستمرار في حرق النفط والغاز إلى ما لا نهاية وبطريقة ما نجعل الكربون يختفي"، كما قال كارول موفيت، الرئيس والمدير التنفيذي لمركز القانون البيئي الدولي، لموقع __ في البودكاست الخاص بالمستثمر الأخضر.
هل يمكن أن تضر طرق الاستخلاص الثلاثي بالبيئة؟
يمكن أن تضر بالبيئة بسبب المواد الكيميائية، وخطر التسربات أو الانسكابات، وزيادة إنتاج ثاني أكسيد الكربون. في النهاية، بالطبع، أي نفط يتم استرداده يضيف إلى مشاكل تغير المناخ بمجرد استخدامه.
الخلاصة
الاستخلاص الثلاثي هو المرحلة الثالثة من استخراج النفط التي تُستخدم عندما لا تكون المرحلتان الأوليتان كافيتين. يتم استخدام الحرارة والغاز وحقن المواد الكيميائية لاستخراج النفط الذي يصعب الوصول إليه. يمكن في بعض الحالات استخدام ثاني أكسيد الكربون لاستخراج النفط واحتجازه تحت الأرض حيث لا يمكنه المساهمة في زيادة حرارة الكوكب، ولكن هذا لا يزال قيد التطوير، خاصة عندما تنخفض أسعار النفط. يتضمن الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) عمليات مكلفة مع مخاطر بيئية كبيرة، مما يجعل بعض تقنياته من بين الأكثر شهرة لدى الجمهور. ومع ذلك، تُمكّن هذه العمليات من استعادة كميات هائلة من النفط التي تُستخدم لتشغيل العديد من اقتصاداتنا الحديثة.