التكسير الهيدروليكي وتأثيره: ما هو وكيف يتم
نُشِر في Oct 18, 2023 at 09:10 AM
في حالات التنقيب والاستخراج المستعصية في صناعة النفط والغاز يُلجأ غالبًا إلى استخدام تقنيات حديثة مساعدة تُعرف باسم التكسير الهيدروليكي وهي منتشرة على نطاق واسع.
يحتوي المقال التالي على مجموعة من المعلومات العامة حول التكسير الهيدروليكي وكيف يتم وما هي تأثيراته وارتداداته، تابع معنا لتتعرف أكثر.
ما هو التكسير الهيدروليكي (Hydraulic Fracturing)؟
يُعرف التكسير الهيدروليكي على أنّه أحد الطرق البسيطة المُطورة من العمليات التقليدية لاستكشاف واستخراج الغاز الطبيعي والنفط الخام، لا سيما أنه عبارة عن تقنيات حفر مُستخدمة بهدف استخراج النفط أو الغاز أو المياه من باطن الأرض.
بكل بساطة، التكسير هو تقنية أو وسيلة تعتمد على حقن سوائل ومواد بضغوط مرتفعة جدًا في طبقات التكوينات الصخرية التي تُخزن الموارد الهيدروكربونية من نفط أو غاز بهدف خلق تصدعات أو تشققات أو كسور في هذه الطبقات في محاولة لزيادة تدفق هذه الموارد وتحفيز الإنتاج من البئر، أو بهدف زيادة الأمان عند الاستخراج بعد انتهاء عمليات الحفر وإزالة كل من الرافعة والحفارة من الموقع.
تستغرق عملية التكسير الهيدروليكي حوالي 10 أيام حتى تكتمل من البداية حتى النهاية، ويمكن أن تتم في يوم واحد، وتحدث في واحدة من ثلاث مراحل رئيسية في دورة حياة البئر، وهي إما الاستكشاف أو التقييم أو الإنتاج، ولمرة واحدة فقط طوال عمر البئر.
خلال مرحلة الاستكشاف، يمكن استخدام التكسير الهيدروليكي في بئر عمودية لاختبار التكوينات الصخرية المختلفة للبئر، أمّا في مرحلة التقييم يمكن حفر عدد من الآبار العمودية و/أو الأفقية وتكسيرها لتحديد مدى الاستفادة المادية من البئر المكتشف حديثًا، بينما في مرحلة الإنتاج تستخدم عملية التكسير لتحفيز تدفق الهيدروكربونات.
استخدمت تقنيات التكسير الهيدروليكي للمرة الأولى في عام 1947م في الولايات المتحدة الأمريكية، وتحديدًا في كانساس لاستخراج الغاز الطبيعي من تكوينات الحجر الجيري في حقول غاز هوجوتاون، لتنطلق شرارة الاستخدام كوسيلة لرفع إنتاجية الآبار من قبل مهندسي البترول.
في أمريكا استخدمت عملية التكسير في أكثر من 1.7 مليون بئر تنتج ما يزيد عن 7 مليارات برميل من النفط الخام و 600 تريليون قدم مكعبة من الغاز الطبيعي.
كيف يعمل التكسير الهيدروليكي؟
للاستعداد للتكسير الهيدروليكي، يُثقب الغلاف الفولاذي المبطن للبئر على أعماق محددة لإنشاء مجموعة من الثقوب والقنوات في طبقات الصخور عن طريق إنزال أداة تُعرف باسم مسدس التثقيب، والتي تقوم بمجرد وضعها بالعمل على إحداث ثقوب صغيرة تصل لبضع بوصات في غلاف السطح، تسمح تلك الثقوب في زيادة سطح التلامس ما بين السوائل العالية الضغط والتكوين الصخري، والذي يؤدي إلى خلق شبكة من التشققات الصغيرة في الصخور عند الضغط.
بعد ذلك تبدأ عملية ضخ سوائل التكسير، والتي تكون غالبًا 90% منها مياه و9.5% من المواد الداعمة وهي في الغالب رمل والتي تفيد في إبقاء الشقوق الناتجة عن التكسير مفتوحة بعد توقف ضخ المزيج، أما 0.5% الباقية فهي عبارة عن مواد كيميائية تُضاف إلى المزيج.
نتيجةً للضغط العالي عند ضخ السائل يخرج السائل من الفتحات المثقوبة، يوفر الضغط المرتفع للسوائل ضغطًا كافٍ لفتح شقوق في الصخور لتبدأ أنواع الوقود الأحفوري المختلفة من غاز أو نفط بالتدفق عبر أنبوب غلاف السطح إلى فوهة البئر، أي أنّه أصبح من الممكن البدء بعملية الاستخراج.
لا يزيد عرض التصدعات الناتجة عن عملية التكسير عن 3 إلى 6 مليمترات، لكنها تمتد أفقيًا إلى أكثر من 400 مترًا وعموديًا حتى 100 مترًا، يُصمم كل بئر مُعد للتكسير الهيدروليكي بعناية فائقة وفقًا لخصائص الصخور المُشكلة له مع مراقبة العمليات بشكل دقيق وفي الوقت الفعلي في كل ثانية نظرًا للضغوط العالية التي تصل إلى 690 بارًا.
يمكن أن تستمر عملية الإنتاج من البئر من 20 إلى 40 عامًا بناءً على حجم الاحتياطات التي يحويها البئر، بمجرد أن يصبح البئر غير مجدي اقتصاديًا يتوجب على الشركات المشغلة ملء البئر وإغلاق الأنابيب تحت الأرض ويتم إزالة كل المعدات السطحية وإعادة الأرض إلى حالتها السابقة.
يمكن أحيانا استعادة حوالي 80% من السائل المستخدم في عملية التكسير بعد الانتهاء من العمليات، إن لم يُعاد استعماله في تكسير بئر آخر يمكن تخزينه بأمان للسماح للماء بالتبخر طبيعيًا لكن تبقى نسبة صغيرة منه، تُختبر هذه البقايا في حال لزم الأمر تُزال بأمان ويتخلص منها في منشأة نفايات مرخصة، بالنسبة للماء المستخدم في العملية يمكن أن يكون نقيًا أو مالحًا أو معاد تدويره.
أما بالنسبة للمواد الكيميائية المضافة في سائل التكسير فهي تضاف للأغراض التالية:
- زيادة سماكة السائل وتعليق حبيبات الرمل.
- زيادة سهولة تدفق السائل في الشقوق الناتجة.
- التخفيف من التآكل في البئر.
- منع تراكم البكتيريا.
- ثبات الدعامة الرملية في الشقوق المنشأة حديثًا.
كما يوجد مجموعة متنوعة من المركبات والمواد الكيميائية المستخدمة في التكسير بناءً على المهمة المطلوبة منها، وتتضمن:
- حمض الهيدروكلوريك أو حمض المرياتيك: تعمل على إذابة المعادن والبدء في فتح شقوق صغيرة في الصخور.
- الميثانول: يقلل من تشكل الصدأ في الأنابيب الفولاذية والأغلفة والخزانات وما إلى ذلك، ويستخدم فقط عندما يحتوي سائل التكسير على حمض.
- نواتج تقطير البترول: مثل البنزين يقلل من الاحتكاك خلال الضخ عالي الضغط.
التكسير الهيدروليكي والأثر البيئي
على الرغم من كون التكسير الهيدروليكي من التقنيات الغير مكلفة لاستخراج الموارد البترولية من مكامنها غير المنفذة والتي يصعب الوصول إليها من خلال تقنيات الحفر التقليدي، إلا أنّ التأثيرات البيئية المترتبة عليه عديدة ومثيرة للجدل بعض الشيء.
بدايةً مع الكميات الكبيرة المستخدمة من المياه في الحقن، إذ يستهلك كل بئر حوالي 1.5 مليون جالون من الماء في المتوسط، لا يتوقف الأمر عند التفريط الكبير بالماء الذي يكفي لشرب وري كمية هائلة من المزروعات وحسب، بل تزداد مخاطر وصول هذه المياه الغنية بالمواد الكيميائية إلى مصادر المياه الجوفية وتلويثها.
كذلك الأمر بالنسبة للهواء، بشكل مشابه لـ خطر حرق الغاز ينتج عن عملية التكسير كميات كبيرة من الكربون وغاز الميثان، الغازات الرئيسية للدفيئة المسببة للاحتباس الحراري، وملوثات الهواء الأخرى مثل أكاسيد النيتروجين وكبريتيد الهيدروجين التي يمكن أن تسبب حدوث مشاكل صحية وتغير المناخ.
بالإضافة إلى تلوث الهواء وماء الشرب، يمكن أن يسبب التكسير آثارًا طويلة المدى على جودة التربة وحياة النباتات المحيطة، إذ تقلل الملوحة العالية للمياه العادمة الناتجة عن التكسير من قدرة التربة على دعم الحياة النباتية.
يُلقى اللوم أيضًا على التكسير الهيدروليكي في حدوث الهزات والزلازل الأرضية، حيث ارتفعت نسبة حدوث الهزات والزلازل بشكل كبير بعد طفرة التكسير، خاصة في المناطق ذات الحفر المتكرر، بينما تشير بعض الأبحاث والدراسات الأخرى إلى أنّه لا علاقة للتكسير بحدوث الزلازل.
يقدم مركز لندن بريمير للتدريب فرصة تدريب استكشاف وإنتاج الغاز باريس يمكنك التسجيل فيه الآن أو في واحدة من أهم دورات النفط والغاز التي يقدمها المركز ويُنصح باتباعها للتطور أكثر في مجال صناعة النفط والغاز.
