Table of Contents
إن تصاعد الموارد غير التقليدية - مع وجود كسر هدرولي (التعقب)، وحفر الاتجاهات، واستخراج المياه العميقة - قد أعيد تشكيل أسواق الطاقة العالمية من خلال فتح احتياطيات النفط والغاز الطبيعي عندما يكون ذلك غير ممكن، وهذه التقنيات قد دفعت إلى الاستقلال في مجال الطاقة، وانخفاض الأسعار، وحفز النمو الاقتصادي في المناطق من شلالة باكين في شمال داكوتا إلى برميل بيرميان في غرب تكساس.
فهم تنمية الموارد غير التقليدية
أما مستودعات الهيدروكربون التقليدية - التي يهاجر فيها النفط والغاز بصورة طبيعية إلى فخ صخري مخروط - يحتاج إلى حفر واستخراج بسيطين نسبياً، فالموارد غير التقليدية، على النقيض من ذلك، محصورة في تشكيلات منخفضة القدرة على العمل مثل الشل أو الحجر الرملي الضيق أو بحار الفحم، ولإنتاج كميات تجارية، يجب على المشغلين كسر الصخرة عند ضغط مرتفع، مع استخدام مزيج من الماء الكيميائي،
فالماء هو العمود الفقري للكسر الهيدروليكي، وقد يتطلب بئر أفقي واحد ما بين مليوني وثمانية ملايين غالون من المياه، تبعاً للتشكيل، والطول الأفقي، وعدد مراحل الكسور، وفي حوض بيرمي، يتجاوز متوسط استخدام المياه 14 مليون غالون في عام 2023، وهو ما يدفعه الأطول، ويزيد من كثافة المياة، حيث يتم حفر آلاف الآبار في كل سنة في شكل شلالات كبيرة.
كما تستخدم المياه لأغراض الحفر، وإغلاق الغبار، وصيانة الهياكل الأساسية، وعندما يتم العمل المكسور، تعود كميات كبيرة من المياه المنتجة (المخلوبة بالسوائل المكسورة المتبقية والهيدروكربونات والفلزات والعناصر المشعة التي تحدث طبيعيا) إلى السطح، وتشكل إدارة هذه المياه المستعملة أحد أصعب التحديات التقنية والتنظيمية في الصناعة.
الأثر على سرطية المياه الإقليمية
ويضاعف تطوير الموارد غير التقليدية ندرة المياه في بعدين مترابطين هما: الكمية والنوعية، ويؤثر كلاهما على توافر المياه العذبة لمستعملين آخرين وعلى صحة النظم الإيكولوجية المائية في الأجل الطويل.
كمية المياه: المنافسة من أجل موارد محدودة
وفي مناطق كثيرة تنمو فيها المياه شحيحة بالفعل، حيث يجلس حوض المحيط فوق أوغالالا أوكيفر، الذي يمد مياه الشرب إلى ملايين الناس ويقل عدد سكانه من الأراضي الزراعية الأمريكية إلى خمس الأراضي، وفي منطقة إيغل فورد شايل في جنوب تكساس، يشترى المشغلون حقوق المياه من مناطق الري المحلية، مما أدى إلى ارتفاع أسعار المزارعين.
ويزيد التوقيت الموسمي لانسحاب المياه من حدة المشكلة، وكثيرا ما يحتاج العاملون إلى كميات كبيرة من المياه في نافذة قصيرة، متزامنة مع أشهر الصيف الجاف عندما تكون الأنهار والمستودعات منخفضة بالفعل، وفي حوض نهر كولورادو الأعلى، حيث تكون تدفقات المياه العذبة متداخلة بالفعل، فإن الطلبات الجديدة من تطوير النفط والغاز يمكن أن تدفع النظم المحلية إلى تجاوز الحدود المستدامة.
ويتصل استنفاد المياه الجوفية على وجه الخصوص لأن العديد من الشلالات تطغى على طبقات المياه الجوفية الرئيسية، وفي منطقة باكين، يلاحظ أن السحب العميق من المياه الجوفية في داكوتا - وهو مصدر لمياه الشرب للعديد من المجتمعات الريفية - شهد انخفاضا في مستويات المياه حيث زادت حالات السحب العالية الحجم للكسر، وأشار تقرير المسح الجيولوجي في الولايات المتحدة في عام 2019 إلى أن الخفض في بعض المناطق يتجاوز 20 قدما على مدى فترة خمس سنوات، مما يثير القلق بشأن الاستدامة في طبقة المياه الجوفية.
نوعية المياه: مخاطر التطهير والتصرف
فالمياه التي تعود إلى السطح بعد كسر المياه - تحتوي على أملاح مائية، ومعادن ثقيلة، ومركبات الهيدروكربون، والمواد المشعة التي تحدث بصورة طبيعية، وإذا لم تعالج معالجة سليمة، فإن تسرب المياه أو تسربها تحت الأرض يمكن أن يلوث مصادر المياه العذبة، وقد انطوت أكثر الحوادث انتشارا على تسرب سطحي في المستودعات أو في إخفاقات الأنابيب، ولكن الخطر الأكثر تفشياً يأتي من حقن المياه المستعملة.
إن الحقن العميق هو أكثر طريقة للتخلص من المياه شيوعا، إذ يبلغ حوالي 90 في المائة من المياه المنتجة في أماكن مثل تكساس وأولاهوما، وعندما تحقن في تشكيلات ملوحة، فإن السوائل معزولة نظريا عن طبقات المياه الضحلة، غير أن الحقن يمكن أن يحفز الرطوبة بسبب أخطاء التشحيم، وقد ارتبط ارتفاع حاد في الزلازل في أوكلاما بعد عام 2008 بأضبة التصريف.
كما أن الانسكابات السطحية لا تزال مسألة مزمنة، ففي منطقة مارسيلوس شايل في بنسلفانيا، تم توثيق آلاف الانسكابات التي تتراوح بين التسربات الصغيرة في الرصيفات إلى الإطلاقات الرئيسية من خزانات التدفق، وفي حين أن وكالات الدولة قد أحكمت متطلبات الإبلاغ، فإن الأثر التراكمي للعديد من الحوادث الصغيرة يمكن أن يتدهور من المجاري المحلية وآبار المياه الجوفية، ولا سيما في المناطق التي توجد بها طبوغرافيا الكارت أو جداول المياه الضحلة.
التأثيرات غير المباشرة: صحة النظام الإيكولوجي والقدرة على التكيف المجتمعي
وتمتد ندرة المياه من التنمية غير التقليدية إلى ما يتجاوز مستعملي البشر، حيث يلحق انخفاض تدفقات المياه ومستويات طبقات المياه الجوفية ضرراً بالنظم الإيكولوجية المائية، ففي الغرب القاحل، تتواصل العديد من المجاري الصغيرة والأراضي الرطبة بالمياه الجوفية الضحلة، وعندما تسقط طوابق المياه، تتدفق المصارف وتجفففف وتقتل النباتات المشاطئة وتخفض من الموئل بالنسبة للأسماك والآفات، وتعتمد المجتمعات على السياحة والارتجاف، مثل الصيد، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والزجاج، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والزوابع، والز، والز، والز، والز، والز، والز، والز، وال
ويدخل الإنصاف الاجتماعي أيضاً المعادلة، إذ يمكن لمالكي الأراضي الريفية الذين لهم حقوق في المياه أن يستفيدوا مالياً من بيع المياه للمشغلين، في حين أن المجتمعات المحلية المجاورة قد ترى أن إمدادات المياه تتقلص، والأسر المعيشية ذات الدخل المنخفض التي تعيش في آبار خاصة معرضة بشكل غير متناسب للتلوث لأنها تفتقر إلى الموارد اللازمة لاختبار مياهها أو معالجتها، وقد أدت هذه الفوارق إلى إذكاء المعارضة على مستوى القاعدة الشعبية لكسر المياه في مناطق مثل جبهة كولورادو وادي كاليفورنيا المركزي.
استراتيجيات إدارة المياه
وإدراكا للتحدي المزدوج المتمثل في الكمية والنوعية، قامت الصناعة - إلى جانب المنظمين والباحثين - بوضع مجموعة من استراتيجيات الإدارة الرامية إلى الحد من استهلاك المياه العذبة، وتحسين حماية نوعية المياه، وتقليل النفايات إلى أدنى حد، وهذه التدابير تختلف حسب المنطقة، ولكن هناك عدة نُهج قد اكتسبت زخما.
إعادة تدوير المياه وإعادة استخدامها
أما إعادة تدوير المياه المنتجة وسوائل التدفق في عمليات الكسور اللاحقة فهي الطريقة الأكثر مباشرة لخفض الطلب على المياه العذبة، ويمكن أن تؤدي تكنولوجيات مثل الكهرباء، والأوسموس العكسي، والتفكك الحراري إلى إزالة الصلبات والأملاح، وإن كانت التكاليف تختلف، وفي منطقة مارسيلوس شايل، تتجاوز معدلات إعادة التدوير حاليا 90 في المائة في بعض المناطق لأن المشغلين قد بنيوا مرافق معالجة مركزية وهياكل أساسية لحماية الشاحنات في عام 2011.
غير أن إعادة التدوير ليست مجدية اقتصاديا دائما، ففي حوض الفارميين، كثيرا ما تكون المياه المنتجة أكثر ملحا وأكثر تلوثا من مياه مارسيليوس، مما يجعل العلاج مكلفا، علاوة على ذلك، لأن آبار الفارميين توزع على نطاق واسع، تضيف مسافات طويلة من المياه الشاحنات تكلفة وانبعاثات الكربون، وبعض المشغلين يجربون وحدات معالجة متنقلة يمكن أن تجهز المياه في الموقع، مما يقلل من احتياجات النقل، ولكي يصبح إعادة التدوير ممارسة موحدة في جميع الأحواضى، وتحسين التكنولوجيا والاقتصادات.
مصادر المياه البديلة
وباستخدام المياه غير الملائمة للمياه الجوفية الصالحة للشرب، أو المياه المستعملة البلدية المعالجة، أو حتى مياه المحيطات - التي تحافظ على المياه العذبة لأغراض أخرى، وفي تكساس، أصدرت لجنة تكساس المعنية بالجودة البيئية تصاريح تسمح للمشغلين بالاستفادة من طبقات المياه الجوفية المهبلية التي هي أكثر من الملح للاستهلاك البشري، وقد تزايدت هذه الممارسة: بين عامي 2014 و2022، حيث زاد استخدام المياه المهبلة للنفط والغاز في حوض المحيطي.
وتشكل مياه الصرف البلدية مصدرا آخر، إذ تبيع عدة مدن في تكساس، بما فيها أوديسا وميدلاند، النفايات المتدفقة المعالجة إلى المشغلين، وتوفر تدفقا للإيرادات من أجل مرافق المياه، مع الحد من سحب المياه العذبة، وفي كاليفورنيا، حيث تتيح شركة مونتري شايل فرصا وقيودا على المياه، تشجع شعبة النفط والغاز والموارد الحرارية الأرضية في كاليفورنيا على استخدام المياه المستعادة، وإن كانت الهياكل الأساسية المحدودة لخطوط الأنابيب قد أبطت من الاعتماد.
التكنولوجيات ذات الكفاءة في المياه
ويمكن أن يؤدي الابتكار في مجال الكيمياء والهندسة المكسورين إلى الحد من كثافة المياه، ويتمثل أحد النهجين في استبدال بعض الماء بسوائل ناقلات بديلة مثل ثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين أو كسور البروبين، ويمكن أن تكون هذه التقنيات التي لا تُستخدم في الماء أو تُخفض فيها المياه فعالة في بعض التكوينات، ولا سيما عندما تكون المياه شحيحة أو حيث تكون الصخرة حساسة إزاء الضرر المائي، وعلى سبيل المثال، فإن استخدام الخصم المحتوي على ثاني أكسيد الكربون قد تم تجريبه في منطقة بركة.
وثمة نهج آخر يتمثل في تحسين كفاءة كل جالون من المياه المستخدمة، ويتيح التقدم في النقل بالبضائع للمشغلين تعليق المزيد من الرمال بأقل سوائل، مما يقلل من حجم المياه الكلي في كل مرحلة، وفي نفس الوقت، يساعد التصوير العالي الاستبانة ورصد الكائنات الدقيقة على تحقيق الكسور المستهدفة، بما يكفل أن المياه تهبط إلى أقصى حد ممكن، ووفقا لتحليل أجراه مجلس حماية المياه الجوفية في عام ٢٠٢٢، فإن كثافة المياه التراكمية )البرميلات من العقد(.
التدابير التنظيمية والرصد
وتضطلع اللوائح التنظيمية للدولة والاتحادية بدور حاسم في إدارة مخاطر المياه، وتنظم وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة ضوابط الحقن تحت الأرض بموجب قانون مياه الشرب المأمونة الذي يحكم آبار التخلص ويشترط على المشغلين أن يثبتوا أن السوائل لن تعرض مصادر مياه الشرب الجوفية للخطر، وفي مواجهة النزعة السيزمية المستحثة، فرضت ولايات مثل أوكلاهوما وكانساس حدوداً للحجم ووقفاً اختيارياً لمناطق الحقن الجديدة في السيزم.
كما تم تشديد متطلبات الكشف عن المواد الكيميائية، حيث يزعم النقاد أن مجلس حماية المياه الجوفية ولجنة اتفاق النفط والغاز المشترك بين الولايات يعملان معاً FracFocus [Focus ]، وهو سجل وطني للإفصاح عن المواد الكيميائية، وفي حين يزعم النقاد أنه يفتقر إلى أسنان الإنفاذ، يتيح فراكوس للجمهور إمكانية الحصول على بيانات عن أحجام المياه والمضافات الكيميائية، مما يتيح للباحثين المستقلين والمواطنين المعنيين إمكانية التلويثود.
بعض الولايات ذهبت أبعد من ذلك، فقاعدة كولورادو 642 تشترط على المشغلين وضع خطط لإدارة المياه التي تُسسدّد استدامة المصدر وإعادة التدوير والوقاية من تسرب المياه، ويقضي مشروع قانون مجلس الشيوخ في كاليفورنيا رقم 4(2013) بإجراء اختبار لنوعية المياه قبل عمليات الكسر الهيدروليكي وبعدها، ويجب أن تُقدّم نتائج إلى برنامج مراقبة الحقن تحت الأرض، وقد كانت هذه القواعد مفيدة في الحد من حوادث التلوث وبناء الثقة العامة.
الإدارة المتكاملة للمياه والتخطيط الإقليمي
أكثر الحلول فعالية تتجاوز مواقع البئر الفردية وتعالج المياه كنظام إقليمي في الحوض الفارمي، مبادرة حلول المياه المنتجة ] - التعاون بين المشغلين وجامعات البحوث ووكالات الدولة - أهداف لرسم خرائط لجميع مصادر المياه، واستخدامات، ومسارات التخلص، ثم تحديد الفرص للعلاج وإعادة الاستخدام على نطاق قياسي.
وتشمل الإدارة المتكاملة للمياه أيضا استثمارات في الهياكل الأساسية، إذ يمكن أن تحل خطوط أنابيب المياه المنتجة المخصومة محل النقل بالشاحنات، مما يقلل من حركة المرور والانبعاثات ومخاطر الانسكاب، ففي حوض ديلاوير، تحمل شبكة الأنابيب الآن براين من آلاف الآبار إلى مرافق المعالجة المركزية والتصريف، مما يخفض من سحب المياه العذبة بملايين الغالونات يوميا، وتتطلب هذه المشاريع الرأسمالية الطويلة الأجل تخطيطا منسقا بين المشغلين، وندرة في المياه، وتحديات التنافسية(ج).
دراسة حالة: حوض بيرميان
وحوض الفارميين، الذي يمتد إلى جنوب شرق نيو مكسيكو وغرب تكساس، هو أكثر المناطق إنتاجا للنفط بروزا في الولايات المتحدة، وهو أيضا أحد أكثر المناطق تجهيزا بالمياه، حيث يبلغ متوسط التهطال السنوي أقل من 15 بوصة، كما أن كمية المياه الأساسية التي ينتجها أوغالالا تُعد بالفعل أكثر من 000 800 برميل مائي مُهين، حيث إن نشاط الحفر يُنب من عام 2010 إلى عام 2020.
واستجابة لذلك، قام مجلس تنمية المياه في تكساس ومكتب أراضي ولاية نيو مكسيكو بتعزيز الإدارة المتكاملة للمياه، وأثبتت المشاريع الرائدة أن معالجة وإعادة استخدام المياه المنتجة من أجل الإحباط يمكن أن يقلل من الطلب على المياه العذبة بنسبة تصل إلى 40 في المائة في بعض المناطق، وبالإضافة إلى ذلك، فإن اتحاد البحوث في المياه المنتجة في نيو مكسيكو يختبر تكنولوجيات علاجية متقدمة - بما في ذلك النسيج في الأوسموزوم الأمامي والتحلل المغناطيسي - حتى أنه يمكن أن يحقق قبولاًاًاًاًاًاً للمياه المنتجة.
كما أن التغييرات التنظيمية أدت دوراً، وقد طلبت شعبة حفظ النفط في نيو مكسيكو من المشغلين تقديم خطط لإعادة تدوير المياه كجزء من تصاريح الحفر، وقامت تكساس بتبسيط التصاريح اللازمة لمعالجة ونقل المياه المنتجة، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة، ولا سيما فيما يتعلق بتكلفة العلاج والاستدامة الطويلة الأجل لقدرة الحقن - الحوض الفارمي - بمثابة مختبر للعديد من استراتيجيات الإدارة التي ستحدد مستقبل تنمية الموارد.
خاتمة
وقد حقق تطوير الموارد غير التقليدية منافع اقتصادية وأمنية للطاقة لا يمكن إنكارها، ولكنه فرض أيضا ضغوطا غير مسبوقة على نظم المياه العذبة الإقليمية، كما أن ارتفاع الطلب على المياه من الكسور الهيدروليكية، إلى جانب مخاطر التلوث من المياه المنتجة، يخلق عملا متوازنا معقدا يختلف من حيث الجغرافيا والجيولوجيا والحوكمة، وليس هناك حل واحد، فالإدارة الفعالة تتطلب حافظة من النهج: إعادة التدوير العدوانية، واستخدام مصادر غير فعالة.
وسيكون العقد القادم محورياً، حيث أن تغير المناخ يضاعف حالات الجفاف في العديد من المناطق ذاتها التي يتركز فيها النشاط غير التقليدي، فإن تكلفة إعادة توليد الطاقة من الناحيتين المالية والبيئية على حد سواء لا تؤدي إلى الحد من مخاطرها التنظيمية وتكاليفها التشغيلية فحسب، بل ستكسب أيضاً رخصة اجتماعية للعمل في بيئات تتسم بقدر متزايد من الكفاءة في المياه(ج).
وفي نهاية المطاف، لا يتعلق النقاش حول الموارد غير التقليدية وندرة المياه بالاختيار بين الطاقة والمياه، بل يتعلق بإدارة كل من هذين النوعين من الأدوات، فالتحدي يتمثل في نشرهما على نطاق واسع، مع الحاجة الملحة إلى أن تتطلب ندرة المياه الإقليمية.