دراسة تكشف كيفية تحسين إنتاج الغاز الطبيعي في الصخر الزيتي – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Study reveals how to improve natural gas production in shale
(مختبر لوس ألاموس الوطني)

تتناقض دراسة هيدروكربونية جديدة مع الحكمة التقليدية حول كيفية احتجاز الميثان في الصخور، كاشفةً عن استراتيجية جديدة للوصول بسهولة أكبر إلى مصدر الطاقة القيم.

وقال هونغوو زو (Hongwu Xu) ، أحد مؤلفي الدراسة من قسم علوم الأرض والبيئة في مختبر لوس ألاموس الوطني [١]: “الأمر الأكثر تحديًا التي تواجه صناعة الطاقة الصخرية هي المعدلات المنخفضة جدًا  لاستخلاص الهيدروكربونات، التي هي أقل من 10 في المائة للنفط و 20 في المائة للغاز، وقد أسفرت دراستنا عن رؤى جديدة حول الآليات الأساسية التي تحكم انتقال الهيدروكربونات داخل المسامات الصغيرة جدًا (nanopores) ؛ وسوف تساعد النتائج في النهاية على تطوير استراتيجيات أفضل لإدارة الضغط لتعزيز استخلاص الهيدروكربون غير التقليدي”.

إن معظم الغاز الطبيعي في الولايات المتحدة يوجد في مكامن الصخر الزيتي العميقة. وتجعل المسامية والنفاذية المنخفضة للصخر الزيتي استخلاص الغاز الطبيعي في هذه المكامن الصلبة أمرًا صعبًا، خاصة في المرحلة المتأخرة من حياة البئر. فمسامات هذه المكامن صغيرة جدًا – عادة أقل من خمسة نانومتر – وغير مفهومة بشكل جيد. ويعد فهم آليات احتباس الهيدروكربونات في أعماق الأرض أمرًا بالغ الأهمية لزيادة كفاءة استخلاص غاز الميثان. وتمثل عملية إدارة الضغط أداة رخيصة وفعالة متاحة للتحكم في كفاءة الإنتاج ويمكن تعديلها بسهولة أثناء تشغيل البئر – لكن فريق البحث في الدراسة المكون من عدة مؤسسات علمية اكتشف مقايضة.

قام فريق البحث في لوس ألاموس، ومنهم المؤلف الرئيسي للدراسة تشيلسي نيل، بمحاكاة ديناميكيات جزيئية متكاملة مع الطريقة الجديدة (الغير مألوفة) بتشتت نيوتروني ذي زاوية صغيرة (small-angle neutron scattering – SANS) في ضغط عالي في الموقع، لفحص سلوك الميثان في صخر مارسيلوس (Marcellus) في حوض الأبالاشيان (Appalachian Basin) ، وهو أكبر حقل غاز طبيعي في الولايات المتحدة، وذلك لفهم انتقال الغاز واستخلاصه بشكل أفضل مع تعديل الضغط لاستخراج الغاز. وركز التحقيق على التفاعلات بين الميثان والمحتوى العضوي (الكيروجين) في الصخور التي تخزن غالبية الهيدروكربونات.

وتشير نتائج الدراسة إلى أنه في حين أن الضغوط العالية مفيدة لاستخلاص غاز الميثان من المسام الكبيرة، إلا أن الغاز الكثيف محاصر في مسام الصخر الزيتي النانوية الأصغر حجمًا بسبب تشوه الكيروجين. ولأول مرة، قدم الباحثون دليلًا تجريبيًا على وجود هذا التشوه واقترحوا نطاقًا ضغطيًا لإطلاق الميثان الذي يؤثر بشكل كبير على استخلاص الميثان. وتساعد هذه الأفكار في وضع الاستراتيجيات المثلى لتعزيز إنتاج الغاز الطبيعي بالإضافة إلى فهم ميكانيكا الموائع بشكل أفضل.

وقد تم مقارنة سلوك غاز الميثان خلال دورتي ضغط مع ضغوط قصوى تبلغ 3000 رطل / بوصة مربعة و 6000 رطل / بوصة مربعة، حيث كان يعتقد سابقًا أن زيادة ضغط السوائل المحقونة في الكسور (fractures) من شأنه أن يزيد من استخلاص الغاز. واكتشف الفريق أن سلوك الميثان غير المتوقع يحدث في المسام النانوية الصغيرة جدًا المنتشرة في الكيروجين. وكان امتصاص المسام للميثان مرنًا حتى ضغط الذروة المنخفض، ولكنه أصبح بلاستيكًا دون رجعة عند ضغط 6000 رطل / بوصة مربعة ، مما أدى إلى محاصرة مجموعات الميثان الكثيفة التي نشأت في المسام النانومترية للمنطقة الفرعية الثانية، والتي تشمل 90 في المائة من مسامية الصخر الزيتي المقاسة.

*تمت الترجمة بتصرف

ملاحظات:

[١] بقيادة مركزلوس ألاموس، نُشرت الدراسة، التي شارك فيها مؤسسات متعددة، في مجلة نايتشرز نيو كميونيكيشين ايرث اند انفايرومنت (Nature’s new Communications Earth & Environment) هذا الأسبوع (١٢ نوفمبر). وهؤلاء الشركاء هم اتحاد نيو مكسيكو، وجامعة ماريلاند ، والمعهد الوطني للمعايير ومركز التكنولوجيا لأبحاث النيوترونات.

[٢] لمزيد من المعلومات، راجع الورقة العلمية التالية على الرابط أدناه:

(Reduced methane recovery at high pressure due to methane trapping in shale nanopores)

 Communications Earth & Environment (2020).  DOI: 10.1038/s43247-020-00047-w

[٣] هذا الخبر مقدم من مختبر لوس ألاموس الوطني (المصدر: https://phys.org/news/2020-11-reveals-natural-gas-production-shale.html)

الهوامش:

[١] مختبر لوس ألاموس الوطني (Los Alamos) هو مختبر وطني تابع لوزارة الطاقة الأمريكية، أنشىء في عام 1943 خلال الحرب العالمية الثانية لتصميم الأسلحة النووية كجزء من مشروع مانهاتن، وضمان الأمن الأمريكي من خلال الردع النووي. ويقع على بعد مسافة قصيرة شمال غرب مدينة سانتا في، بولاية نيو مكسيكو، في جنوب غرب الولايات المتحدة. واستغرق الأمر 27 شهرًا فقط، ففي 16 يوليو 1945 ، تم تفجير أول قنبلة ذرية في العالم على بعد 200 ميل جنوب لوس ألاموس في موقع ترينيتي. اليوم، تدعم البرامج البحثية المختلفة في المختبر بشكل مباشر وغير مباشر مهمة المختبر الأساسية التي تشمل الحفاظ على سلامة وأمن وموثوقية الرادع النووي لأمريكا دون الحاجة إلى العودة إلى الاختبارات تحت الأرض. ومع التركيز على الأمن القومي، يعمل المختبر أيضًا على منع الانتشار النووي، إضافة الى أمن الحدود، وأمن الطاقة والبنية التحتية ، والتدابير المضادة للتهديدات الإرهابية النووية والبيولوجية. ولدعم هذا العمل، يجري المختبر العلوم الأساسية في ركائز القدرة الستة: مواد للمستقبل، العقود الآجلة النووية والجسيمات، تكامل المعلومات والعلوم والتكنولوجيا للتنبؤ، علم التوقيعات، أنظمة الأسلحة، والنظم الطبيعية والهندسية المعقدة. ويكيبيديا.