تغير المناخ العالمي والطاقة: دراسة حالة
حقل ويبورن للنفط—الاستخلاص المعزز للنفط
يقع حقل ويبورن للنفط، الذي تديره أكبر شركة نفط في كندا، شركة EnCana، على بعد 130 كيلومتر جنوب شرق مدينة ريجينا في مقاطعة ساسكاتشيوان. اُكتشف حقل ويبورن في عام 1954 وقُدرت كمية النفط الأصلي الموجودة في الموقع بما يساوي 1.4 بليون برميل. بدأ إنتاج النفط في عام 1955، وارتفع إلى ما يقرب من 31500 برميل من النفط يوميًا في عام 1963. وبدايةً من عام 1964، تم ضخ المياه في آبار الحقن من أجل زيادة إنتاج النفط. وبحلول عام 1966 بلغ الإنتاج ذروته بما يقرب من 47200 برميل في اليوم. وعلى مدى السنوات العشرين التالية، تقلص الإنتاج بوتيرة ثابتة، إلى أن هبط إلى 9400 برميل في اليوم فقط بحلول عام 1986. ومن ثم تم حفر آبار رأسية وأفقية إضافية. وزاد ذلك من الإنتاج إلى ما يقرب من 22000 برميل في اليوم.
وبحلول عام 1998، كان قد تم إنتاج ما يقرب من 330 مليون برميل من النفط. ويشكل ذلك 23% تقريبًا من النفط الموجود في المستودع. ولكن ما لبث أن انخفض الإنتاج سريعًا مرة أخرى. وأشارت التوقعات إلى أنه ما لم يتم التوصل إلى حلول جديدة لتعزيز استخلاص النفط، فإن إجمالي الإنتاج قد لا يزيد عن 350 مليون برميل - وهو ما يمثل 25% فقط من كمية النفط الأصلي الموجودة في الموقع.
محطة إنتاج الوقود التخليقي في جريت بلينز
من أجل تشجيع تطوير مصادر وقود بديلة، ساندت حكومة الولايات المتحدة بناء محطة إنتاج الوقود التخليقي في جريت بلينز بالقرب من بيولاه، داكوتا الشمالية. بدأت العمليات التجارية في عام 1984. وكان الهدف هو إنتاج الميثان (CH4) من الفحم الحجري. وفي كل يوم، يتم تغذية "المغوز" بما يزيد على 16000 طن من فحم الليجنيت المنسحق حيث يتم مزجه مع البخار والأكسجين، وحرقه جزئيًا في درجة حرارة 1200 درجة مئوية. يؤدي ذلك إلى تحليل الفحم لإنتاج مزيج من الغازات. يبرد الغاز، بعد ذلك، لتكثيف القار، والماء، والشوائب الأخرى. ثم يمرر بعد ذلك خلال الميثانول عند درجة حرارة -70 درجة مئوية. يؤدي ذلك إلى فصل الغاز الطبيعي التخليقي - الميثان (CH4)بصفة أساسية - من المركبات الأخرى - ثاني أكسيد الكربون بصفة أساسية.
ويبلغ الإنتاج اليومي من الغاز الطبيعي التخليقي 3050 طن، يتم توجيهه خلال خطوط أنابيب الغاز إلى العملاء، إضافة إلى 13000 طن من غاز العادم، والذي يتكون 96% منه من ثاني أكسيد الكربون. ولكن العديد من محطات إنتاج الوقود التخليقي تطلق غاز العادم في الجو، مما يساهم في الاحتباس الحراري وارتفاع درجة الحرارة على كوكب الأرض. ويوجه غاز العادم الصادر من محطة جريت بلينز في خط أنابيب بطول 330 كيلومتر إلى ويبورن، ليس فقط من أجل التخلص منه بطريقة آمنة، ولكن للمساعدة أيضًا في إنتاج مزيد من النفط.
عملية الاستخلاص المعزز للنفط بواسطة ثاني أكسيد الكربون في ويبورن
في عام 1997، وافقت شركة داكوتا للتغويز (DGC) على إرسال غاز العادم بأكمله (96% ثاني أكسيد كربون) من محطة إنتاج الوقود التخليقي في جريت بلينز التابعة لها، بواسطة خط أنابيب إلى حقل ويبورن للنفط.
بدأ توصيل ثاني أكسيد الكربون لأول مرة إلى ويبورن في أيلول/سبتمبر 2000. ويُنقل الغاز في خطوط الأنابيب تحت ضغط عال جدًا (ما يقرب من 152 بار)، مما يجعل منه سائلاً فوق حرج. وتعتبر السوائل فوق الحرجة غازات تحت ضغوط عالية إلى الحد الذي يجعل حالتها البخارية (الغازية) تصبح في مثل كثافة الحالة السائلة. وتتميز السوائل فوق الحرجة بكثافة عالية، ولكنها تتدفق بسهولة مثل الغازات، ولذا فهي مثالية في النقل بواسطة خطوط الأنابيب. يبلغ إجمالي عدد الآبار في حقل ويبورن 720 بئر. تم حفر الآبار الرأسية على نمط شبكي من "9 نقاط" - يتضمن ثمانية آبار منتجة مرتبة على شكل مربع حول بئر حقن وتبعد عادة فيما بينها مسافة 150 متر تقريبًا. ويتم ضخ ثاني أكسيد الكربون عالي الضغط في 37 بئر حقن، مما يساعد النفط على التدفق باتجاه 145 بئر منتجة نشطة.
وتعتبر درجة نقاء ثاني أكسيد الكربون المورد مثاليةً للاستخدام في مجال الاستخلاص المعزز للنفط. ويرجع السبب في ذلك إلى أن ثاني أكسيد الكربون يذوب بسهولة في النفط عند وجود مقدار صغير من الشوائب. ويعتبر وجود كبريتيد الهيدروجين (H2S)، والذي يشكل 2.5% من غاز الحقن، مفيدًا بصفة خاصة في المساعدة على امتزاج ثاني أكسيد الكربون بالنفط.
عند ضخ سائل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج تحت ضغط عالٍ في المستودع، يمتزج ثاني أكسيد الكربون مع النفط، مما يؤدي إلى انتفاخه ليصبح أقل لزوجة. يؤدي هذا الانتفاخ إلى دفع النفط خارج مسام الصخور، مما يسهل تدفقه. ويتم ضخ الماء في آبار الحقن، بالتبادل مع ثاني أكسيد الكربون، لدفع النفط المحرر باتجاه الآبار المنتجة. ويرتد بعض ثاني أكسيد الكربون من قاع الآبار المنتجة، وفي هذه الحالة، يعاد تدويره، وضغطه، وإعادة حقنه إلى جانب الغاز القادم من خط الأنابيب.
ومن المتوقع أن يؤدي الاستخلاص المعزز للنفط باستخدام ثاني أكسيد الكربون إلى التمكين من زيادة إنتاج النفط بمقدار 130 مليون برميل، مما يزيد من العمر التجاري للحقل بمقدار 25 عامًا تقريبًا. كما يُتوقع أيضًا أن يتم حقن 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، وأن يتم تخزينها بصورة دائمة على عمق 1400 متر تحت الأرض، على مدى عمر هذا المشروع. وثمة اهتمام عالمي بهذا الاختبار لمدى صلاحية التخزين تحت الأرض في تقليص انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على نطاق كبير. ويُمول مشروع ويبورن لرصد ثاني أكسيد الكربون وتخزينه من قِبل العديد من شركات الطاقة الدولية، وحكومتي الولايات المتحدة وكندا، والاتحاد الأوروبي. ولكن تبقى مسألة مدى بقاء ثاني أكسيد الكربونفي موضعه الشاغل الرئيسي.
تعد ويبورن موقع اختبار ممتازًا، نظرًا لما أُجري فيها من اختبارات جيولوجية، منذ عام 1955، ولنتائجها المحفوظة. حيث تتوفر عينات جوفية للصخور من 1200 ثقب حفر، إضافة إلى التحليلات الزلزالية التي أُجريت على فترات، وقياسات تقييم تكوينات ثقب الحفر. كما يجمع الباحثون عيناتٍ من المياه الجوفية لفحصها بحثًا عن وجود تسربات لغاز ثاني أكسيد الكربون في الآبار. وحتى الآن، لم يُكتشف أي تسرب ولم يحدث أي انفلات للغاز إلى السطح. وتعتقد الحكومة الكندية أن تخزين ثاني أكسيد الكربون على أعماق تحت الأرض سيساعد على تحقيق الأهداف التي وضعتها اتفاقية كيوتو عام 1997، والتي تطالب بتقليص انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بمتوسط يبلغ 5 في المائة فيما بين 2008 و2012. وفي حالة ويبورن، يأتي ثاني أكسيد الكربون من الفحم الحجري المستخرج من تحت الأرض، وها هو يعود مرة أخرى من حيث أتى، بطريقة فعالة.
ويجري حاليًا تنفيذ مشروع آخر لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في حقل سليبنر ببحر الشمال
يتبع ....