كل ما يهمك معرفته عن البترول الصخري

ما هو البترول الصخري؟

يُعرّف البترول الصخري أو النفط الصخري (بالإنجليزية: Shale oil) على أنه البترول المُستخرج من الصخور الغنيّة بالكيروجين (الصخور الزيتية)، والتي تم تعريضها للحرارة الكافية التي أدت إلى تحلل الكيروجين وتحوّله لبترول صخري، يتم نقله بواسطة آليات خاصة إلى السطح.^[١]

كما يُعرّف الكيروجين (بالإنجليزية: Kerogen) على أنه مادة عضوية مُعقدة التركيب تتكون بشكل أساسي من جُزيئات الهيدروكربون كبيرة الحجم، وتحتوي على النيتروجين، والأكسجين، بالإضافة إلى الكبريت.^[١]

أما الصخر الزيتي (بالإنجليزية: Oil shale) فهو الصخر الرسوبي المسؤول عن إنتاج البترول الصخري، وتتميز هذه الصخور باحتوائها على كميّات وفيرة من الكيروجين الذي يتكسر عند التسخين، ويُطلق الهيدروكربونات المصنوعة بالكامل من الكربون، والهيدروجين.^[٢]

تكوّن البترول الصخري

يُعتبر البترول الصخري أحد أنواع الوقود الأحفوري، حيث يتشكل الكيروجين الموجود في الصخر الزيتي من تراكم الطحالب، وحبوب اللُقاح، والنباتات، وغيرها من الكائنات المجهرية التي عاشت خلال فترة معينة في قيعان البحار، والبيئات الرطبة وماتت وتراكمت على شكل طبقة بين الرسوبيات البحرية، ومع ازدياد التراكم ارتفعت درجة الحرارة وكذلك الضغط؛ مما أدى إلى تطورها، وتحولها بصورة بطيئة لتشكل ما يُسمى بالكيروجين، وفيما بعد تتصلب هذه الرسوبيات، وتتصخر لتشكل صخرًا رسوبيًا غنيًّا بالكيروجين، والذي له القدرة على إنتاج البترول الصخري.^[٢]

يُمكن اعتبار الصخر الزيتي مرحلة أوليّة تتطور فيما بعد لتنتج النفط، والغاز الطبيعي، أو البترول الصخري؛ إذ يؤدي تعرض هذا النوع من الصخور إلى درجات حرارة كافية إلى توليد الغاز الطبيعي والنفط، وتُسمى درجة الحرارة الكافية لإنتاج الغاز الطبيعي (120-225 درجة مئوية) بنافذة الغاز (بالإنجليزية: Gas Window)، بينما يُطلق على درجة الحرارة المطلوبة لإطلاق النفط من الصخر الزيتي ( 60-160 درجة مئوية) بنافذة النفط (بالإنجليزية: Oil Window)، أما درجة الحرارة المطلوبة للحصول على البترول الصخري من الصخر الزيتي في عملية الانحلال الحراري فهي تفوق درجة الحرارة المطلوبة للحصول على النفط، وعلى الغاز الطبيعي بكثير.^[٢]

خصائص الصخر الزيتي مصدر البترول الصخري

تتحكم العديد من الخصائص في نوع الصخر الزيتي وما يُنتجه من بترول صخري، وفي ما يلي بعض هذه الخصائص:^[٣]

التركيب الكيميائي

يتكون المحتوى المعدني لصخر البترول بشكل أساسي من الناحية الكيميائية من السيليكون، والكالسيوم، والألمنيوم، والمغنيسيوم، والحديد، والصوديوم، والبوتاسيوم، وجميعها مكونات تتوفر في معادن السيليكات، والكربونات، والأكسيد، والكبريتيد.^[٣]

يختلف التركيب الكيميائي للمادة العضوية حيث تتكون بشكل أساسي من جزيئات مُعقدة من الكربون والهيدروجين، إضافةً إلى كمية من العناصر مثل: الأكسجين، والنيتروجين، والكبريت، ومن الجدير بالذكر أن وجود هذه العناصر غير المتجانسة يؤثر في جودة البترول المستخرج من الصخر الزيتي، كما تُحدد الدرجة التي يحاجها هذا البترول من التكرار، كما أن الأصل الجيولوجي للصخر الزيتي يتحكم في محتواه من العناصر؛ فعلى سبيل المثال فإن الصخر الزيتي الموجود في إستونيا يُعرف بوفرة الأكسجين في تركيبه، بينما الصخر الزيتي الناشئ في البيئات البحرية المالحة يُعرف بوفرة النيتروجين في تركيبته الكيميائية.^[٣]

المُحتوى المعدني

يتحكم نوع الرواسب المكونة للصخر الزيتي بمحتواه من المعادن، حيث أثبتت الدراسات أن الرسوبيات المكونة لصخور النفط تتراوح بين الحجر الطيني الكربوني (بالإنجليزية: Carbonate Mudstone)، وحجر المارل (بالإنجليزية: Marlstones) الذي يتكون بشكل رئيسي من معادن الدولومايت، والكالسيت، بالإضافة إلى معادن السيليكات مثل الطين، والكوارتز، والفلسبار، وهي تتصف بالحبيبات الناعمة الدقيقة؛ مما يجعلها قادرة على الاحتفاظ بالمادة العضوية بصورة أفضل من الرسوبيات الخشنة مثل الرمل.^[٣]

المحتوى العضوي

يتكون محتوى الصخر الزيتي العضوي والمسمى بالكيروجين بشكل أساسي من بقايا النباتات، والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة التي ترسبت في قيعان المياه المالحة، واندمجت مع الرسوبيات التي كونت الصخر الزيتي لاحقًا كما ذكرنا سابقًا، ويجدر بالذكر هنا أن هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الطحالب تساهم في المحتوى العضوي للصخر الزيتي وهي كما يلي:

• طحالب "Botryococcus": وهو نوع من الطحالب التي تعيش على شكل مستعمرات في المياه قليلة الملوحة أو العذبة، ويسود هذا النوع من الطحالب في الكيروجين المكوّن للصخر الزيتي في مناطق فرنسا، واسكتلندا، وأستراليا، وجنوب أفريقيا.
• طحالب "Tasmanites": وهو نوع من الطحالب البحرية التي تعيش في المياه المالحة، وقد سمي بهذا الاسم نسبةً لمنطقة تسماني في أستراليا والتي يسود فيها الكيروجين المُكوّن من هذا النوع من الطحالب.
• طحالب "Gloeocapsomorp": وهو نوع من الطحالب البحرية التي تكوّن الكيروجين المتوفر في نوع من الصخر الزيتي يُسمى كوكرسيت والمنتشر في أستونيا، وروسيا المجاورة.

تصنيف الصخر الزيتي اعتمادًا على المحتوى المعدني

يتم تصنيف الصخر الزيتي حسب محتواه المعدني إلى:^[٢]

• الصخر الزيتي الغني بالكربونات (بالإنجليزية: Carbonate-rich shale): وهو عبارة عن صخر زيتي يحتوي على نسبة عالية من معادن الكربونات، وهي مركبات فريدة تتكون من الكربون والأكسجين، ومن أمثلتها معدن الكالسيت الذي يُعتبر من أكثر المعادن شيوعًا في الصخر الزيتي الغني بالكربونات، ويعود ذلك إلى أن معدن الكالسيت هو المكون الرئيسي للأصداف، والأجسام الصلبة للمحار، ونجوم البحر، كما أن الطحالب الحمراء والإسفنج يعتبران مصدرين مهمين لمعدن الكالسيت.

• الصخر الزيتي الغني بالسيليكا (بالإنجليزية: Siliceous shale): يتميز هذا النوع من الصخر الزيتي بوفرة معادن السيليكا أو ثاني أكسيد السيليكون، حيث تشكل كائنات الراديولاريا المصدر الأساسي للسيليكا في الرسوبيات البحرية، إضافة إلى الطحالب، والإسفنج، إذ يتكون الجدار الخلوي للطحالب، والهياكل العظمية، والأشواك في الإسفنج بشكل أساسي من معادن السيليكا، ويكون هذا النوع من الصخور الزيتية أقل صلابة من الصخر الزيتي الغني بالكربون؛ مما يجعل من عملية تعدينه أكثر سهولة.

• الصخر الزيتي الشمعي (بالإنجليزية: Cannel shale): وهو نوع من الصخر الزيتي الغني بالهيدروجين، ويتميز بسرعة الاشتعال، وهو صخر ذو أصول أرضية، وغالبًا ما يُصنف على أنه فحم، ويتكون من بقايا المواد الصمغية، والأبواغ، والمواد الفلينية الناتجة من النباتات الخشبية.