النفط الصخري وكيفية استخراجه

النفط الصخري

النفط الصخري أو البترول الصخري (بالإنجليزية: Shale Oil) هو زيت يتمّ استخراجه من الصخر الزيتي، والصخر الزيتي (بالإنجليزية: Oil Shale) عبارة عن صخر رسوبي يتكون من الطين، وبقايا معادن أخرى، وكميات من الكيروجين (بالإنجليزية: Kerogen)،^[١] ويعد الصخر الزيتي الذي يحتوي على الكيروجين هو في الأساس مقدمة لتكوّن النفط أو الغاز الطبيعي إذ زاد الضغط عليه خلال فترات زمنية أطول.^[١]

يتمّ استخراج الزيت من الصخر الزيتي عن طريق التسخين وتحسين مستوى الكيروجين المحاصر داخل التكوينات الصخرية (التكوينات الصخرية عبارة عن صخور رسوبية دقيقة الحبيبات مرتبة فوق بعضها البعض)، وُيصنف هذا النوع من الموارد النفطية (النفط الصخري) على أنّه مورد غير تقليدي؛ لأنّ عملية الحصول على الزيت من هذه التكوينات تتطلب عمليات متخصصة.^[١]

ويبدأ تكوّن الزيت الصخري، عند بعد موت الكائنات التي تعيش في الماء، مثل العوالق النباتية والعوالق الحيوانية، إذ إنّها تترسب على شكل طبقات تحت الرواسب، وتتعرض لدرجات حرارة عالية وضغط عالٍ، ولكن، الظروف التي من شأنها أن تحول هذه البقايا إلى بترول (نفط) سائل لم تكن كافية ولم تدم لفترة طويلة، فنتج عن ذلك تكوين الكيروجين -الذي هو أساس النفط الصخري- وليس الزيت.^[١]

استخراج النفط الصخري

يتضمن الحصول على النفط الصخري من الصخر الزيتي تسخين الكيروجين في عملية تُسمّى التحلل الحراري (بالإنجليزية: Pyrolysis) وتُعرف بأنّها شكل من أشكال التسخين لا يتمّ استخدام الأكسجين فيه، فعند درجات حرارة تتراوح بين 60°-160° درجة مئوية، يصل الكيروجين إلى نافذة الزيت الطبيعية، وعند درجات حرارة تتراوح بين 120°-225° درجة مئوية، يصل الكيروجين إلى نافذة الغاز الطبيعي، ولإنتاج الصخر الزيتي، تكون درجات الحرارة أعلى من ذلك بكثير.^[٢]

يُمكن أن تتمّ عملية التحلل الحراري خارج الموقع (فوق الأرض)، أو في الموقع (تحت الأرض) كما يأتي:^[٢]

خارج الموقع

يتمّ أولاً استخراج النفط الصخري من الأرض بطريقة التعدين السطحي أو الجوفي، إذ يتمّ تكسير الصخر، ثمّ تسخينه لتحرير الزيت الصخري، بعدها يتمّ تكرير الزيت الصخري من الشوائب، مثل الكبريت.

في الموقع

أثناء هذه العملية، يتمّ تسخين الصخر إلى نافذة الزيت الخاصة به وهو لا يزال تحت الأرض بدلًا من تعدين النفط الصخري أو سحقه، وتُعرف إحدى التقنيات المستخدَمة لاستخراج الزيت في الموقع باسم التسخين الحجمي (بالإنجليزية: Volumetric Heating).

في هذه العملية، يتمّ تسخين الصخر مباشرة بتيار كهربائي، ثمّ يتمّ حقن عنصر التسخين إمّا مباشرة في بئر أفقي أو في منطقة مكسّرة من الصخر، حتى يبدأ الصخر الزيتي بإنتاج الزيت الصخري، ويُمكن بعد ذلك ضخ النفط مباشرة إلى سطح الأرض.

التقنيات المدمجة

تمّ تصميم بعض الطرق عن طريق الدمج بين الاستخراج في الموقع وخارجه، إذ تَستخدِم عملية الاحتراق الداخلي مزيجًا من الغاز، والبخار، والنفط الصخري المُعالج خارج الموقع، ويتمّ حرق هذه المركبات لتهيئتها لعملية التحلل الحراري، ثمّ يتمّ تدوير الغاز الساخن باستمرار داخل الصخر الزيتي، مما يؤدي إلى التحلل الحراري للصخر وإطلاق الزيت، ولكن، قد تتفاعل المواد الموجودة في الصخر الزيتي، مثل الكبريتيد مع الماء لتكوين مركبات سامة ضارة بالبيئة وللأشخاص.

ويُمكن أن تتراوح الآثار الضارة لهذه الكبريتيدات من تهيج العين إلى الاختناق، إذ إنّ المياه التي تحتوي على مواد سامة تكون غير صالحة للاستعمال ومكلفة عند تنقيتها من الملوِّثات، كما ينتج عن هذه العملية أيضًا أكوام من الرماد، يُمكن أن يلوث الأرض، والهواء، ومصادر المياه.

وهناك طريقة أخرى يُمكن استخدامها إمّا في الموقع أو خارجه، وتتضمن إضافة السوائل المتفاعلة كيميائيًا، حيث يتمّ حقن السوائل مباشرة في المنطقة التي يتمّ تسخين الصخور فيها، ويُعدّ الهيدروجين عالي الضغط أحد أكثر السوائل التفاعلية كيميائيًا شيوعًا، إذ يقوم في نفس الوقت بتسخين الصخور، وإزالة الكبريت، وزيادة جودة النفط المستخرَج.

استخدامات النفط الصخري

استخدم البشر النفط الصخري منذ آلاف السنين، وقد استخدم سكان بلاد ما بين النهرين القدماء النفط الصخري، لتعبيد الطرق، وسد الشقوق في السفن، وقد غمس المنغوليون القدماء أطراف سهامهم في النفط الصخري أثناء المعارك، وأرسلوا سهامًا مشتعلة على أعدائهم في الشرق الأوسط، وقد كان النفط الصخري اللزج أحد مكونات الفسيفساء المزخرفة.^[٢]

وحاليًا يُستخدَم معظم الزيت الصخري كوقود في محطات توليد الطاقة، فعلى سبيل المثال، يُستخدَم 90% من الزيت الصخري المنتج في إستونيا لتوليد الطاقة، كما تَستخدِم دول مثل رومانيا وروسيا النفط الصخري لتوليد الطاقة، ويُمكن استخدامه أيضًا لإنتاج العديد من المنتجات بما في ذلك: ألياف الكربون، والمواد الماصة، وأسود الكربون (بالإنجليزية: Carbon Black)، والفينولات، والراتنجات، والمواد اللاصقة، ومواد الدباغة، وبيتومين الطرق، والأسمنت، والطوب، وكتل البناء والزخرفة، والأسمدة، وعزل الصوف الصخري، والزجاج، والمنتجات الصيدلانية.^[٣]