فناوری های نوین صنعت نفت و گاز

تحولات در زمینه انرژی و مسائل امنیت بین المللی و فناوری های نوین تولید نفت و گاز

فناوری‌های جدید در بخش‌های نفت و گاز طبیعی، انفجار رشد تولید را در ایالات متحده به نام انقلاب شیل ممکن ساخته است، ترکیبی از شکستگی هیدرولیکی و حفاری افقی به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا به ذخایر نفت و گاز از سازندهای زمین شناسی با نفوذپذیری پایین دسترسی داشته باشند که قبلاً استخراج آنها بسیار گران بود.

تحولات جدید در صنعت نفت و گاز ایالات متحده از طریق رشد مشاغل جدید، افزایش سرمایه‌گذاری در مناطق نفت خیز و گاز و کاهش قیمت‌های مصرف‌کننده بنزین باعث بهبود اقتصادی پس از بحران مالی 2008 شده است.

سیاستگذاران نگران هستند که کاهش قابل توجه واردات نفت آمریکا پیامدهای ژئوپلیتیکی فراتر از افزایش امنیت انرژی ایالات متحده داشته باشد و می تواند روابط دیپلماتیک با کشورهای تولیدکننده نفت را تغییر دهد.

به همین ترتیب نگرانی هایی وجود دارد که کاهش درآمدهای صادراتی برای کشورهای تولیدکننده سنتی ممکن است بی ثباتی ایجاد کند و به طور بالقوه منافع امنیتی ایالات متحده را تهدید کند.

مخازن هیدروکربنی غیر متعارف در حال حاضر در کانادا، آمریکای جنوبی و آفریقا مورد بهره برداری قرار می گیرند، زیرا سیگنال های قیمتی شرکت های نفتی بین المللی را به مرزهای جدید در جستجوی سود بیشتر می فرستد.

مهم ترین این فناوری های جدید تولید شامل ماسه های قیر و حفاری در آب های عمیق است. در این بخش به انواع مختلف فناوری‌های جدید تولید نفت و گاز که نقشه انرژی را تغییر می‌دهند و پیامدهایی که برای محیط زیست دارند نگاه می‌کنیم.

برخی فناوری های بخش نفت و گاز:

• شکستگی هیدرولیک

• حفاری افقی

• تار سندز

• حفاری در آبهای عمیق

• نقشه برداری لرزه ای

• پیامدهای زیست محیطی

شکستگی هیدرولیک (Hydraulic Fracturing)

شکستگی هیدرولیکی یک تکنیک تحریک چاه است که به تولیدکنندگان انرژی اجازه می دهد تا از تشکیلات جغرافیایی چالش برانگیز استفاده کنند. این فناوری از سال 1947 وجود داشته است، شکست هیدرولیک - در ترکیب با حفاری افقی - انقلاب شیل را در ایالات متحده تحریک کرده است.

بیش از یک میلیون حلقه چاه هیدرولیکی شکسته در آمریکای شمالی وجود دارد و شورای ملی نفت تخمین می زند که این فناوری در نهایت 70 درصد از تولید گاز طبیعی در ایالات متحده را تشکیل می دهد.

برای شکستن یک چاه به صورت هیدرولیکی، تولیدکنندگان مخلوطی از مایع تحت فشار حاوی آب، مواد شیمیایی و یک ماده محرک را در داخل چاه تزریق می‌کنند تا شکاف‌هایی در تشکیل سنگ ایجاد کنند و به نفت و گاز طبیعی اجازه می‌دهند آزادانه‌تر جریان پیدا کنند.

شکستگی هیدرولیک به دلیل ماهیت این فناوری و اثرات زیست محیطی آن، از جمله کاهش آب و آلودگی، افزایش آلودگی سطحی، و پتانسیل زلزله های القایی، بحث برانگیز بوده است. در حالی که این چالش ها در سطح ایالتی و محلی در ایالات متحده بررسی می شوند، خطرات زیست محیطی می تواند انتشار شکستگی هیدرولیک به سایر کشورها را به تاخیر بیندازد.

حفاری افقی (Horizontal Drilling)

در حالی که حفاری جهت دار از دهه 1930 وجود داشته است، ترکیب آن با شکست هیدرولیکی فقط در ده سال گذشته چشم انداز انرژی جهانی را تغییر داده است. پیشرفت‌ها در فناوری حفاری افقی به تولیدکنندگان اجازه داده است تا به اعماق جدیدی برسند، و امکان بهره‌برداری مقرون‌به‌صرفه از سازندهای نفت/گاز تنگ، در آنچه انقلاب شیل نامیده می‌شود، را فراهم کرده است.

چاه های معمولی برای تولید نفت و گاز عمودی هستند – مستقیماً از سطح زمین حفر می شوند تا به ذخایر هیدروکربنی زیر زمین برسند.

حفاری جهت یا افقی به تولیدکنندگان در مقایسه با حفاری عمودی انعطاف و دقت بیشتری در رسیدن و استخراج نفت/گاز می دهد. حفاری افقی همچنین ردپای اکولوژیکی عملیات حفاری در بالای زمین را با حفاری در چند جهت از یک پد چاه کاهش می دهد.

مهمترین کاربرد حفاری افقی در بهره برداری از بازی های شیل در سراسر ایالات متحده بوده است، از جمله:

• بارنت شیل، تگزاس

• فایتویل شیل، آرکانزاس

• هاینزویل شیل، آرکانزاس/لوئیزیانا/تگزاس

• مارسلوس شیل، حوضه آپالاچی

• حوضه های شیل ایالات متحده

• حوضه های شیل ایالات متحده (اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده)

حفاری افقی به تولیدکنندگان نفت و گاز اجازه می دهد تا تأثیرات سطحی توسعه را به حداقل برسانند - قادر به حفر چاه های متعدد از یک پد واحد هستند. با این حال، به همین دلیل، حفاری افقی موضوع مناقشات حقوق مالکیت / مواد معدنی بوده است، زیرا حفاری ها توانایی استخراج از بسته های همسایه را دارند.

حفاری افقی حتی موضوع تنش‌های بین‌المللی بوده است، معروف‌ترین آن در سال 1990، زمانی که عراق کویت را به سرقت نفت خود از طریق استفاده از این فناوری متهم کرد و آغاز جنگ اول خلیج فارس را آغاز کرد.

تار سندز (Tar Sands)

اگرچه در آمریکای شمالی متمرکز است، اما تولید نفت از شن های قیر پیامدهای گسترده ای برای بازار جهانی نفت دارد. ماسه های قطرانی که به عنوان ماسه های نفتی نیز شناخته می شوند، ترکیبی از خاک رس، ماسه، آب و قیر (نوعی سنگین تر نفت) هستند.

ماسه های قیر استخراج و پردازش می شوند تا قیر استخراج شود و سپس به روغن تبدیل می شود. برای تولید یک بشکه نفت دو تن ماسه قیر لازم است. این فرآیند پیچیده تر و سرمایه برتر از استخراج نفت معمولی است

دو روش استخراج اولیه برای ماسه های قیر وجود دارد:

1. استخراج معادن: استخراج روباز رایج ترین شکل استخراج ماسه های قیر است. این روش مستلزم استفاده از بیل های هیدرولیک بزرگ برای حفر شن های قیر و بارگیری آن ها بر روی کامیون هایی است که تا 320 تن در هر بار را حمل می کنند.

   روغن در نهایت از طریق ترکیبی از گرما، آب، مواد شیمیایی و حرکت مداوم از قیر استخراج می شود.

2. در محل: از این روش زمانی استفاده می شود که رسوبات قیر بیش از حد عمیق دفن شوند که استخراج آن مقرون به صرفه نباشد. روش درجا متکی به تزریق بخار برای گرم کردن شن‌های قیر مدفون و تسهیل استخراج از طریق چاه‌های معمولی است.

تخمین زده می شود که بیش از 2 تریلیون بشکه ذخایر نفتی به شکل ماسه قطران وجود دارد، اگرچه همه این منابع از نظر اقتصادی یا فنی قابل بازیافت نیستند. بزرگترین ذخایر شن و ماسه قیر در کانادا (به طور عمده در آلبرتا) ونزوئلا و چندین کشور در خاورمیانه یافت می شود.

اکثر ذخایر شن و ماسه قطران ایالات متحده در شرق یوتا واقع شده است و تخمین زده می شود 12 تا 19 میلیارد بشکه ذخایر دارد.

اگرچه صنعت ماسه های قیر در سرتاسر جهان توسعه نیافته است، ماسه های تار کانادا در حال حاضر 40 درصد از کل تولید نفت را تشکیل می دهند. خط لوله پیشنهادی کیستون XL ماسه های قیر کانادایی را از آلبرتا به تاسیسات پالایشی در خلیج مکزیک می رساند.

با این حال مخالفت های زیست محیطی باعث تاخیرهای قابل توجهی در این پروژه شده است.

توسعه شن های قیر در سراسر جهان می تواند با تعدادی از چالش های زیست محیطی و فنی مواجه شود. با این حال، اگر بهره برداری از این منبع افزایش یابد، بازار جهانی نفت در برابر شوک های قیمتی ناشی از اختلالات عرضه متنوع تر و انعطاف پذیرتر می شود.

حفاری در آبهای عمیق (Deepwater Drilling)

پیشرفت‌ها در فناوری‌های تولید فراساحل - و به‌ویژه در آب‌های عمیق - مرکز تولید نفت را از خاورمیانه به اقیانوس اطلس تغییر می‌دهد و به‌طور چشمگیری بازار جهانی را تغییر می‌دهد.

در دهه گذشته افزایش قیمت نفت، حفاری در آب های عمیق را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه کرده است و در حالی که در مورد عمقی که حفاری دریایی در آن به آب عمیق تبدیل می‌شود، اتفاق نظر وجود ندارد پیشرفت‌های تکنولوژیکی محدودیت‌هایی را که قبلاً غیرممکن تصور می‌شد تحت فشار قرار داده‌اند و در نتیجه این اصطلاح را دوباره تعریف می‌کنند.

با این حال امروزه حفاری در آب های عمیق به طور کلی به عنوان هر عمقی بیشتر از 1000 فوت در نظر گرفته می شود.

دو فناوری اصلی در تولید نفت دریایی وجود دارد. هر دو سرمایه بر هستند و برای استفاده موثر به سطح بالایی از تخصص نیاز دارند.

1. سکوهای نیمه شناور: نوعی سکو با پانتون های بالاست که به سازه امکان مقاومت در برابر امواج را می دهد. این سکوها نسبت به کشتی های معمولی پایدارتر هستند و معمولاً دارای مناطق عرشه بزرگ با فضای کنترل و عملیات، سکوهای هلیکوپتر و اسکله های بارگیری هستند.

2. کشتی های حفاری: کشتی های حفاری قبل از شروع تولید نفت و گاز به حفاری اکتشافی می پردازند، اگرچه کشتی‌های حفاری فناوری جدیدی نیستند (آنها از دهه 1950 وجود داشته‌اند)، فناوری جدید تصویربرداری و موقعیت‌یابی به سطوح بسیار بالاتری از دقت در طول تعمیر و نگهداری و تکمیل چاه اجازه می‌دهد.

کاهش اخیر قیمت نفت به سودآوری فعالیت‌های آب‌های عمیق آسیب رسانده و ممکن است توسعه آینده را متوقف کند. با این وجود، شرکت‌ها به تولید خود ادامه می‌دهند زیرا به قراردادهای بلندمدت پایبند هستند.

از آنجایی که حفاری در آب های عمیق به سطح بالایی از تخصص فنی و سرمایه گذاری قابل توجه نیاز دارد، تنها تعداد انگشت شماری از شرکت ها در سراسر جهان درگیر حفاری در آب های عمیق هستند، از جمله:

• BP

• استات اویل

• پتروبراس

• شورون

• اکسون موبیل

• PEMEX

در سطح جهانی آب های عمیق بیش از 100 میلیارد بشکه ذخایر یا حدود 10 درصد از کل ذخایر را تشکیل می دهند و تنها در خلیج مکزیک 3400 چاه آب عمیق وجود دارد.

این چاه ها اگر به اندازه کافی محافظت و تقویت نشوند، چالش های نگهداری و تعمیر منظم و همچنین خطرات زیست محیطی و امنیتی را به همراه دارند و در صورت تولید مسئولانه، خلیج مکزیک بزرگترین فرصت حفاری در آب های عمیق را با 30 تا 40 میلیارد بشکه ذخایر نشان می دهد.

در نهایت قاره آفریقا ممکن است مرز بعدی برای آب های عمیق باشد، با بیش از 30 میلیون بشکه ذخایر آب های عمیق - بزرگترین بخش آن در آنگولا واقع شده است که این سه منطقه چیزی را تشکیل می دهند که مثلث طلایی نامیده می شود.

تا به امروز مکزیک بزرگترین تولیدکننده در این مثلث بوده است، اما پتروبراس برزیل در جهت بهبود قابلیت های آب های عمیق خود گام برداشته است.

نقشه برداری لرزه ای

پیشرفت‌ها در نقشه‌برداری لرزه‌ای و فناوری تصویربرداری، تلاش‌های اکتشافی برای نفت و گاز را مؤثرتر کرده است، عاملی که به انقلاب شیل ایالات متحده کمک کرد. دستگاه‌های بسیار حساس منتشرکننده صدا، به نام ژئوفون، به زلزله‌شناسان کمک می‌کنند تا امواج صوتی را از صخره‌های زیرزمینی پرتاب کنند تا مخازن هیدروکربنی را کشف کنند.

پژواک های حاصل ضبط می شوند و به نقشه های سه بعدی تبدیل می شوند که سپس توسط ابررایانه ها تجزیه و تحلیل می شوند که به کاهش هزینه های زمانی و مالی اکتشاف کمک می کند.

نقشه برداری لرزه ای (Seismic Mapping)

فناوری لرزه نگاری بیش از 80 سال است که وجود داشته است، اما پیشرفت در تصاویر دیجیتالی آن را دقیق تر از همیشه می کند و به شرکت های بزرگ اجازه می دهد تا فراتر از مناطق تولید معمولی در شیل، آب های عمیق و ماسه های قیر را کشف کنند.

از آنجایی که این فناوری بسیار سرمایه بر بوده و به تخصص بالایی نیاز دارد، تنها تعداد کمی از شرکت های بزرگ نفتی جهان توانایی استفاده از آن را دارند و با افزایش قراردادهای سرمایه گذاری مشترک بین المللی، احتمالاً انتقال فناوری نیز به دنبال خواهد داشت.

پیامدهای زیست محیطی (Environmental Implications)

فن‌آوری‌های جدید نفت و گاز مقادیر زیادی از منابع غیرقابل دسترس را باز کرده‌اند که مزایای زیست‌محیطی، پیامدها و بحث‌هایی را به همراه دارد. در حالی که گاز طبیعی جایگزین زغال سنگ به عنوان سوخت برای برق می‌شود، شکاکان می‌ترسند که شکستگی هیدرولیکی جوامعی را که در مجاورت عملیات شکستگی هستند به خطر بیندازد.

این تکنیک مستلزم انفجار مقادیر زیادی آب، ماسه و مواد شیمیایی در اعماق صخره‌های زیرزمینی است و در زمانی که مناطق متعددی از خشکسالی رنج می‌برند، مقدار زیادی آب مصرف می‌شود.

در یک مطالعه در سال 2014 که در Annual Review of Environment and Resources منتشر شد، هفت دانشمند محیط زیست 165 مطالعه دانشگاهی و پایگاه داده را ترکیب کردند:

نگرانی های عمومی در مورد اثرات زیست محیطی شکست هیدرولیک با رشد سریع تولید انرژی همراه بوده است.

این نگرانی‌ها شامل پتانسیل آلودگی آب‌های زیرزمینی و سطحی، تخریب محلی کیفیت هوا، انتشار گازهای گلخانه‌ای فراری (GHG)، لرزه‌خیزی ناشی از تکه تکه شدن اکوسیستم، و اثرات مختلف جامعه است.

بسیاری از این مسائل منحصر به تولید غیرمتعارف نفت و گاز نیست، مقیاس عملیات شکست هیدرولیکی بسیار بزرگتر از اکتشاف معمولی در خشکی است. علاوه بر این، توسعه صنعتی گسترده و حفاری با تراکم بالا در مناطقی اتفاق می‌افتد که قبلاً تولید نفت و گاز کم است یا اصلاً تولید نشده است و اغلب به معنای واقعی کلمه در حیاط خلوت مردم است.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.