Squeezing More Oil from the Ground

على بعد 14 ميلا مسطحا مربعا جافا, من ولاية كاليفورنيا وسط الوادي ، أكثر من 8000 من الطراز القديم من المضخات الماصة على شكل رأس الحصان ,كما تسميها شركات النفط ، ترتفع وتنخفض ببطء لأنها تمتص النفط من باطن الأرض. الأنابيب المتلألئة تعبر المنطقة كلها تشير إلى حتى المكان ليس مجرد أثر من آثار الماضي. ولكن حتى إلى عين خبيرة كعين كيرن ريفر فإن حقل النفط ينم دون أي تلميح عن معجزة من المعجزات التكنولوجية التي تمكنها من البقاء على قيد الحياة عقود من التسقطات المتشائمة. كيرن ريفر أكتشف في في عام 1899 ويرى المحللون حتىعشرة في المئة فقط من النفط الخام اللزج وعلى نحوغير عادي يمكن استردادها ، بعد أكثر من أربعة عقود من الانتاج المتواضع وتشير التقديرات إلى حتى الحقل كانت لا تزال تحتجز 54 مليون برميل من النفط القابل للإستخراج, جزء من 278 مليون برميل أستردت وأستخلصت بالعمل ونطق "في السنوات ال 44 المقبلة ، فإنها لم تكن قد انتجت 54 (مليون برميل) ولكن 736 مليون برميل ، وكان آخر ما تظل 970 مليون برميل " لاحظ".جوروموريس أدلمان في عام 1995. لكن لوثبت خطأ هذا التقدير. في تشرين الثاني 2007 , فإن شركة شيفرون النفطية الاميركية العملاقة ، من ثم للحقل تعدد استعمالاتها ، والتكلفة ، وسهولة النقل والتخزين. كما درس في البدائل ويمضي ، ونحن يفترض أن بحاجة إلى التأكد من أننا نستخدم النفط لدينا بمسؤولية.

كل ذلك لانستطيع حتى نلقيه من وراءنا في وقت, العالم يعانى فيه من مخاوف متزايدة, من الوصول إلى فترة النضوب من مخزون النفط المنتج , قد يحدث من المدهش حتى نفهم حتى معظم مصادر الكوكب النفطية والمعدنية, لم تستكشف بعد ,هى ماتزال قابعة في باطن الأرض ,وان الكثير منها مازال ينتظر حتى يستكشف.

في لقاءة ذلك, فسوف يبقى النفط فقط عقودا قليلة , في 2008 وقبل تنامى الإنهيار الإقتصادى الانهيار خفض الاستهلاك, فإن العالم يحرق نحو30 مليار برميل من النفط سنويا.على افتراض ان الاستهلاك في المستقبل القريب سسيتأنف عند مستويات 2008 ومن ثم بقيت ثابتة ،, على افتراض هذا في المستقبل القريب فإن الاحتياطيات المؤكدة لكوكبنا من النفط تقدر حاليا في ما بين 1.1 تريليون و1.3 تريليون برميل وسيكون لدينا نحو40 عاما كى يتم نفاذها

ولكن الإحتياطات المؤكدة, هى فقط تقديرات وليست أرقام ثابتة . إنها تعهد بأنها كمية النفط المعلوم,أنه يمكن إستخلاصها,بطريقةإقتصادية, بالتكنولوجيات الحالية, إلى غير ذلك فسوف يختلف التعريف ومع تطور التكنولوجيا يختلف ثمن النفط الخام يختلف الخام. وعلى وجه الخصوص, إذا تقلصت كمية النفط المعروضة, وإزداد الطلب , ترتفع أسعار إعادة البيع, والنفط الذى كان مكلفا للغاية لدى إستخراجه يصبح جزء من الاحتياطيات المؤكدة. وذلك يفسر كيف من الممكن أن حتى معظم الحقول النفطية, قد أنتجت أكثر من المقدر لها إنتاجه من إحتياطاتها بل وأكثر من التقديرات الأولية لمجموع أحتياطاتها. اليوم فقط 35 في المئة من النفط في الحقل يتم إستخراجه، وهذا يعني ان ما يقرب من ثلثا النفط في الحقل المحدد لا يزال تحت الارض. هذا المصدر نادرا ما يذكر.

وحتى النقاش حول مستقبل النفط. حتى في بلد مشبع نفطيا مثل الولايات المتحدة ، قرر المشغل ، وأعرب حتى الانتاج التراكمي بلغ ملياري برميل في اليوم كيرن ريفر لا يزال يضع أنتاج ما يقرب من 80،000 برميل في اليوم ، وتقديرات ولاية كاليفورنيا , ما يتبقى من الاحتياطيات إلى نحو627 مليون برميل

بدأت شركة شيفرون بزيادة الإنتاج بشكل ملحوظ في 1960 عن طريق حقن البخار في الأرض ، وهي تقنية جديدة في ذلك الوقت. في وقت لاحق ،فإن سلالة جديدة من أدوات الحفر والتنقيب ، جنبا إلى جنب مع حقن البخار المطرد الذي حول الحقول إلى نوع من المعين الذى لاينضب من النفط (cornucopia),كيرن ريفر ليست حالة معزولة وفقا للحكمة الشائعة ،فإن حقل الإنتاج ينبغي حتى يتتبع مسار له شكل جرس , ويسمى منحنى هوبيرت ( وهومأخوذ عن جيولوجى شركة شل م.كنج هوبيرت). ويصل المنحنى إلى قمته ,عندما يتم إستخلاص نصف المخزون النفطى.بدلا من كون حقول العالم النفطية يتم إحياءها على مر الزمن. بوسيلة ،تعد فيها التكنولوجيا هي الوفرة الحقيقية.الآن الكثير من المحللين يتنبأون بأن الإنتاج النفط العالمي يفترض أن يصل إلى ذروته في السنوات القليلة القادمة.ثم يتراجع بعد ذلك, متتبعا منحنى هوبيرت.ولكنني أعتقد حتى تلك التسقطات سيثبت خطأها ، تماما كما في "تنبؤات ذروة النفط". [راجع "نهاية النفط الرخيص,” بواسطة كولين ج كامبيل., وجين ه لاهيريرى, مجلة العلوم الأميريكية ,مارس 1998]قد يكون قد أخطأ في الماضي. أساليب جديدة للتنقيب عن كشف المزيد من أسرار الأرض. وقفزات كبيرة في تكنولوجيا الإستخراج أدت إلى استغلال النفط في مرة واحدة غير قابلة للوصول إلى المناطق والحفر في الأماكن التي اعتادت ان تكون غير اقتصادية. طرق الإستكشاف المتقدمة وطرق الإستخراج يمكن حتى تبقي على وسائل انتاج النفط المتزايدة لعقود قادمة ، ويمكن السماح بوصول امدادات النفط لعقود قادمة ، ويمكن السماح بوصول امدادات النفط إلى آخر ما لا يقل عن قرن آخر. على الرغم من حتى النفط وغيره من أنواع الوقود الأحفوري تشكل مخاطر للمناخ والبيئة ، لكن في الوقت الراهن بدائل مصادر الطاقة لا يمكن ان تنافس النفط

الطبيعة خلقت هذه التشكيلات على مدى ملايين السنين. فقد بدأت عندما تراكمت ودائع ضخمة من النباتات والكائنات الحية الدقيقة القتلى في قيعان البحار القديمة ، وتم تحللهاودفنها تحت طبقات متعاقبة من الصخور. وبإرتفاع درجات الحرارة وإزديادالضغط ثم تتحول ببطء تلك الرواسب العضوية إلى مانصادفة اليوم من النفط والغاز. عندما يتم حفره مثل هذا الخزان ، وهوأشبه بفتح زجاجة الشمبانيا. وبعد التحرر من سجن الصخور القديم ، فإن مخزون الضغط الداخلى يدفع النفط إلى السطح (جنبا إلى جنب مع الحجارة والطين وغيرها من الحطام). هذه العملية تظل مستمرة حتى ينفذ الضغط بها. من ذلك الحين فصاعدا ، يجب حتى تبدأ عملية الإستخلاص , ويجب مباشرة العمل.

حوالي ثلث النفط في المكمن هو"النفط الساكن ،"وهى قطرات معزولة محاصرة من قبل قوى وضغوط داخل مسام الصخور. والثلثين الباقيين ، على الرغم كونهم في حالة حركة ، لن يؤدي بالضرورة إلى تدفقها في الآبار. في الواقع ، وعادة ما يقرب من نصف النفط المحمول عالق داخل الخزان بسبب وجود حواجز جيولوجية أونفاذية منخفضة. وتزداد الحالة سوءا عندماقد يكون النفط ليس سائلا وخفيفا ، ولكن كثيفا، وثقيلا ولزجايشبه مادة الملاس السكرية. في هذه الحالة ،فإن فقط كمية محدودة يمكن إستخلاصها من خلال التقنيات التقليدية.

أنا أشرب اللبن الخاص بك

في الماضي ، ورجال النفط عموما أدركوحتى وضع خزان ينطوي على ثلاث مراحل لاحقة. الأول ، أنها استغلت الضغوط داخلية لحقول النفط. هذه الفترة المبكرة كان يشار إلى الإستخلاص الابتدائي وعادة ما تسفر عن ما بينعشرة و15 في المئة من مجموع النفط في المكان. الإنتعاش الثانوي يتألف من ضخ الغاز الطبيعي والمياه في الخزان.

السبب في استخدام المياه ليست واضحة في البداية ، ولكن هوسهل جدا. لان النفط هوأخف من الماء ، وسوف يتم إرتفاع النفط عندما يتم حقن المياه في الخزان, كما صب الماء في زجاجة مملوءة زيت الزيتون من شأنه حتى يدفع الزيت صعودا. في المراحل الأولى والثانية يمكن حتى يحقق الإستخراج في معدل إلى ما بين 20 و40 في المئة, لخزانات ذات النوعية الجيدة. أبعد من ذلك , المراجع أشارت إلى فترة ثالثة—فترة إستخراج ثالثة—مبنية على تطبيق عمليات ميكانيكية,حرارية, أوبيولوجية . واحدة من أبرز التطورات التي حدثت حتى الآن هى البئر الأفقية في تطور كبير جدا مقارنة مع الحفر للبئرالرأسي التقليدية المستخدمة منذ بدء صناعة النفط. اعتمد تجاريا في 1980 ، هذا الأسلوب هومناسبة خاصة لخزانات حيث النفط والغاز الطبيعي تحتل طبقات رقيقة أفقية (strata)، أوفي أقسامقد يكون الحفر الرأسي لم يعد يمكن حتى تكون مفيدا أوممكننا. مع مرونة الحرف "L" ، يمكن للآبار الأفقية حتى تغيير الاتجاه ، واختراق المخزون النفطى أفقيا ، وبالتالي "المقاطع" للوصول إلى بئر عذراء. الثورة في مجال التنقيب ، والحوسبة وأدوات الحفر قد يسمح أيضا للذهاب أعمق وأعمق في المحيطات لدفع حدود البحث عن النفط.

وضعت بعد الحرب العالمية الثانية ، والتكنولوجيات البحرية يظهر أنها وصلت إلى أقصى تقدم لها في 1970 ، عندما تكون ضرورية لتنمية نفط بحر الشمال. في ذلك الوقت ، اتى الإنتاج من الحقول التي تقع تحت عمق من 300 إلى 600 قدم مكعب من المياه و3،000 قدم تحت قاع البحر. ولكن في السنوات القليلة الماضية ، نجحت صناعة النفط في الحفر في الأعماق التي تتجاوز 10،000 قدم من المياه و20،000 قدم تحت قاع البحر ، على غرار ما وقع في خليج المكسيك والشواطىءالبحرية البرازيلية. على أعماق 15،000 قدم. على غرار المياه المجمدة ، ولكن والتشكيلات والملح تمثل عقبة كأداء لأنها غير واضحة وكذلك الموجات الزلزالية المستخدمة في التنقيب ، مما يجعل من المحال إعادة بناء صورة دقيقة للأعماق الأرضية.ولإزالة هذه العقبة فقد أدى إلى ما لا يقل عن ثلاثة من الاكتشافات البحرية العميقة الرئيسية : وجاك ثاندر هورس في خليج المكسيك وتوبي في البرازيل. هذه الحقول هي ما يدعوالناس في الحقول إلى تسميتها بالحقول "الأفيال" لأنها تحتجز اكثر من مليار برميل من النفط والغاز الطبيعي.

عصر جميع قطرة

على الرغم من الآبار قد بترت شوطا أبعد وأعمق من أي وقت مضى ، وقد تطورت التقنيات للحصول على المزيد من النفط من الصخر ، وذلك باستخدام الحرارة ، وحقن الغاز ، والعمليات الكيميائية وحتى الميكروبات.

حقن البخار ، وبين أقدم الأساليب المعتمدة على الحرارة، كان حاسما في إحياء حقل النفط كيرن ريفر مرة أخرى في أوائل 1960. المبدأ الأساسي لهذه التكنولوجيا حتى حقن البخار يسخن التشكيلات الفوقية ، ويسمح بننقل النفط ، بحيث يصبح قابلة للاستخلاصد. وبعبارة أبسط ، هومثل التدفئة للعسل المتبلور للحصول عليه بعد تحوله إلى سائل ، بشكل أقل لزوجة. حتى يومنا هذا ، فإن كيرن ريفر لحقن البخار يمثل أكبر مشروع من هذا النوع في العالم. وهناك تحوير لتلك التقنية قد طبقت على الإحتياطات من رواسب القار المختلط بالرمال في ألبرتا التي هي أعمق من حتى يطبق بها أسلوب التلغيم (إستخدام الألغام). عملية أخرى مبنية على إستخدام الحرارة التي تم اختبارها ميدانيا هوحرق جزء من الخزان والمواد الهيدروكربونية. الحريق يولد حرارة وثاني أكسيد الكربون ، وكلاهما يجعل النفط أقل لزوجة. في الوقت ذاته فإن الحريق نفسه يكسر الجزيئات الكبيرة والثقيلة من النفط ، مرة أخرى مما يجعلة سهل الحركة وخفيفا.

أسلوب آخر ينطوي على حقن تحت ضغط عال من الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) أوالنيتروجين في مخزون النفط. بعبارات بسيطة ، فإن هذه الغازات مع مزيج النفط ، تساعد على الحد من جميع من اللزوجة والقوى التي تحتجز النفط في سجونها. CO2 يمكن أيضا حتىقد يكون أيضا مجرد حقن لاستعادة أوالمحافظة على الضغط في المكان المحتجز به النفط (المكمن).

في الولايات المتحدة ، CO2 قد طبق على إستخراج النفط منذ 1970 ،وهوقيد الاستخدام في نحو100 مشروعا جاريا ، مع شبكة خطوط الأنابيب المخصصة لأكثر من 2،500 كيلومتر. والفهم الفنية والتقنية المتراكمة في حقن CO2 فتحت الطريق لاحتجاز وتخزين الكربون ، وهي تقنية واعدة لتخزين هذه الغازات المسببة للاحتباس الحراري في باطن الأرض لمئات السنين. في الولايات المتحدة ، CO2 قد طبق على انتعاش النفط منذ 1970s ، وقيد الاستخدام في نحو100 مشروعا جاريا ، مع شبكة خطوط الأنابيب المخصصة لأكثر من 2،500 كيلومتر. والدراية الفنية(The know-how)المتراكمة في حقن CO2 فتحت الطريق لاحتجاز وتخزين الكربون ، وهي تقنية واعدة لتخزين هذه الغازات المسببة للاحتباس الحراري في باطن الأرض لمئات السنين.

أول مشروع تجارى لإحتباس واحتجازالكربون قد نشط في سليبنر ، والنرويج ، منذ عام 1996 , ويتم به تخزين 1.5 مليون طن من CO2 سنويا. وتلك خطوة صغيرة ، بالنظر إلى النشاط البشري الذى يستطيع وحده حتى يقذف في الجوما يقدر 50 مليار طن من ثانى أكسيد الكربون جميع عام .

ومن المفارقات ، مع ذلك ، واحدة من المشاكل الرئيسية في استخدام CO2لاستخراج النفط هوندرته. فإن الحصول على الغاز من مداخن محطات الكهرباء الضخمة أوالبراكين ليست رخيصة ، وتكلفة إحتجاز الغاز من مصادر أصغر حجما مثل السيارات أوحتى معظم المنشآت الصناعية هي باهظة. وعقبة أخرى هي وسائل النقل ، التي يمكن حتى تكون مكلفة للغاية إذا كانت حقول النفط في المناطق النائية.

طريقة أخرى للمساعدة في إستخراج النفط هواستخدام الكيمياء. يمكن خلط المواد الكيميائية مع النفط المحصور وجعله أقل لزوجة ، بحيث أنه يمكن حتى يتدفق على نحوجيد. على الرغم من حتى مصطلحات الكيمياء يمكن حتى تكون باهظة مقصور على فئة معينة ، جميع هذه المواد الكيميائية تعمل على أساس المبدأ نفسه ، الذي هومماثل لكيفية ان طبقات من جزيئات الصابون يمكنها ابتلاع المواد الدهنية ويساعد على إزالة الشحوم من يديك. أنجح العمليات الكيميائية حتى الآن طبقت في الصين ، حيث شركة النفط الوطنية بتروتشاينا قد حقنت مادة البوليمر في حقل داتشينغ منذ منتصف 1990. تلك التقنية كان لها الفضل في المساعدة على إستخلاص عشرة في المئة اضافية من خزان للنفط. أنجح الكيميائية العملية حتى الآن. وهناك تباين في هذه العملية ، ويعمل على حقن الصودا الكاوية لتوليد الصابون من المواد من المكونات موجودة داخل النفط نفسه ، وبالتالي خفض التكلفة الإجمالية.

أنجح الطرق الكيماوية الجرثومية للاستخلاص المعزز للنفط لا يزال في مراحله الأولى ، مع التجارب التي أجريت في الولايات المتحدة والمكسيك والنرويج وفنزويلا وترينيداد. هذه التكنولوجيا تتألف من ضخ كميات كبيرة من الميكروبات المتخصصة في المستودع النفطى ، جنبا إلى جنب مع العناصر المغذية وأيضا في بعض الحالات الأوكسجين. وتنموالميكروبات في العلاقة بين النفط والصخور ، مما يساعد على تحرير النفط. وتجرى حاليا ثورة في مجال الهندسة الوراثية ، يفتح المجال أمام إمكانية تعديل البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى لجعلها أكثر كفاءة في تفتيت أثقل وأكثر لجزيئات النفط اللزج وذلك لجعلها خفيفة ومتحررة.

الإتجاه نحوحقبة جديدة؟

أدىت التطورات التكنولوجية في صناعة النفط وكانت دائما نتيجة لفترة طويلة جداومطولة خارج العمليات. الحفر الأفقي كان أول ما أختبر في 1930 ، وبعض الأساليب أكثر تقدما الإستخراج كان موجودا على الأقل منذ 1950. بالنسبة لمعظم تاريخ الصناعة ، ومع ذلك ، تم امتصاصها للنفط ، إلى غير ذلك كانت الأسعار والتكلفة منخفضة جدا لتبرير الابتكارات الكبيرة والمكلفة. حتى عهدا جديدا قادم ، وليس فقط بسبب أسعار النفط المرتفعة تاريخيا ، وحتى بعد الهبوط الكبير الذي خفضت لهم من 147 دولارا للبرميل الواحد في تموز / يوليو2008 الى نحو45 دولارا. عوامل أخرى أكثر أهمية في العمل.

بادئ ذي بدء ، فإن الكثير من أحواض أكبر وأهم منتج للنفط في العالم تقترب من النضج ما أسميه التكنولوجية الناضجة : حدود أنتاجها بإستخدام التكنولوجيا التقليدية. وتضم هذه الأحواض والخزانات من بلدان الخليج الفارسي ، والمكسيك وفنزويلا وروسيا التي بدأت في انتاج النفط في الثلاثينات والأربعينات، والخمسينات لإبقاء هذه الحقول المنتجة في المستقبل ، سيكون مطلوبا تطبيق التكنولوجيات الجديدة.

First of all, many of the largest and most productive oil basins in the world are approaching what I call technological maturity: their production limits using conventional technology. These basins include reservoirs from Persian Gulf countries, Mexico, Venezuela and Russia that started producing oil in the 1930s, ’40s and ’50s. For these fields to keep producing in the future, new technologies will be required.

The second factor is the limited opportunities for new exploration and development for Western oil companies. Although in the early 1970s the major oil companies controlled around 80 percent of global oil reserves, today more than 90 percent of the world’s oil and 80 percent of the world’s natural gas is under the direct control of producing countries, through their national oil companies. The current wave of resource nationalism can only worsen this situation, because several important producers are already able to manage the development of their “easy” oil on their own, having attained an adequate level of technical and management skills. Recovering more oil from mature oilfields and discovering it in new, daunting frontiers is the only way to open up new growth opportunities in an otherwise shrinking world for Western oil companies.

Easy oil is probably running out because it was the first to be discovered and burned. But it wasn’t so “easy” when it was discovered. By the same token, the difficult oil of today will be tomorrow’s easy oil, thanks to the learning curve of technology expertise. Overall, “difficult oil” exploitation will be the survival and even prosperity key for many Western oil companies in a world that will be increasingly dominated by national oil companies.

It will take time, but I dare to make a prediction. By 2030 more than 50 percent of the known oil will be recoverable. Also, by that time the amount of known oil will have grown significantly, and a larger portion of unconventional oils will be commonly produced, bringing the total amount of recoverable reserves to something between 4,500 billion to 5,000 billion barrels of oil. What’s more, a significant part of “new reserves” will not come from new discoveries, but from a new ability to better exploit what we already have.

To be sure, by 2030 we will have consumed another 650 billion to 700 billion barrels of our reserves, for a total of around 1,600 billion barrels used up from the 4,500 billion to 5,000 billion figure. Yet, if my estimates are correct, we will have oil for the rest of the 21st Century. The real problem will be how to use that oil without wasting it through unacceptable consumption habits such as we have done so far, and—above all—without endangering the environment and climate of our planet.

Editor's Note: Leonardo Maugeri is group senior vice president for corporate strategies and planning at the Italian energy company ENI as well as the author of the forthcoming book The Age of Oil: The Mythology, History and Future of the World's Most Controversial Resource.