The Untapped Potential of Decommissioned Geothermal Wells

وقد ظلت الطاقة الحرارية الأرضية منذ وقت طويل مصدرا موثوقا به منخفض الكربون للطاقة والحرارة، ومع ذلك فإن كل مجال من ميادين الطاقة الحرارية الأرضية يواجه في نهاية المطاف حقيقة: إذ يجب وقف تشغيل الآبار، وقد تم حفر عشرات الآلاف من الآبار الحرارية الأرضية في جميع أنحاء العالم - من المجالات ذات الطبيعة العالية في أيسلندا إلى الموارد المتوسطة للولايات المتحدة الغربية والأحواض الرسوبية في أوروبا، حيث أن هذه الآبار تصل إلى نهاية حياتها الإنتاجية، فإنها تصبح أصولا بيئية.

فالعمليات التقليدية التي تقطع عن العمل - والتي تتخل عن المعدات السطحية - باهظة التكلفة وغالبا ما تترك البنية التحتية دون السطحية سليمة، وهذا النهج يهدر الاستثمار الكبير في الحفر، والأثر الحراري الفريد، والهيدروليكي، والرؤى الجيولوجية التي تكتسب أثناء التشغيل، واليوم يقوم الباحثون والمهندسون باستكشاف طرق لإعادة استخدام هذه الآبار لتخزين الطاقة، والرصد، والحرق الحراري، بل وحتى استخراج المعادن.

Understanding Decommissioned Geothermal Wells

وعادة ما يتم حفر آبار الطاقة الحرارية الأرضية إلى أعماق تتراوح بين كيلومتر واحد وأربعة كيلومترات، وتقسيمها إلى مياه ساخنة أو خزانات لكهرباء أو تسخين مباشر، وتتكون البئر من قماش فولاذي مجهز في الحفر، مع خط إنتاج في قسم الخزان، وتمنع حياة التشغيل، وتواجه الالتفاف الحراري، والارتقاء بالمواد الكيميائية، والتلوث بالضغط الميكانيكي(40).

إن عملية وقف التشغيل التقليدية تنطوي على إزالة المعدات ذات الفتحة، وتنظيف البئر، ثم ملئه بلوائح الأسمنت على فترات متعددة، وتفكيك المرافق السطحية، وتعاد إلى الموقع، ويمكن أن تكلف هذه العملية ٠٠٠ ١٠٠ دولار - ٠٠٠ ٥٠٠ دولار للبرئ الواحد، رهنا بالعمق والموقع، وقد تم على الصعيد العالمي إلغاء استخدام آلاف الآبار، وخلق مئات من البدائل الأخرى ذات القيمة الدنيا.

تقنيات الاستخلاص المبتكرة

وبدلا من إغلاق الآبار بصورة دائمة، تهدف النُهج الجديدة إلى تحويلها إلى أصول إنتاجية، وهي التقنيات الأكثر واعدة، وكلها ذات المتطلبات التقنية الفريدة ومجالات التطبيق.

إعادة تخزين الطاقة الحرارية الأرضية

ويمكن أن تستخدم الآبار السائلة كبطاريات حرارية، أو تخزين الحرارة الزائدة أو الباردة للاستخدام في وقت لاحق، وفي نظام نموذجي لتخزين الطاقة الحرارية ، يتم توزيع المياه أو السائل الآخر من خلال مبادلات الحرارة في البئر لاستيعاب الحرارة أثناء فترات انخفاض الطلب وإعادتها خلال فترات الذروة.

ومن التحديات الرئيسية ضمان سلامة التنظيف في البئر وإدارة ردود الفعل الجيوكيميائية بين السوائل المخزنة والمعادن التشكيلية، ومع ذلك، فقد أثبتت عدة مشاريع تجريبية في أوروبا وأمريكا الشمالية جدوى، فعلى سبيل المثال، جرى بنجاح تحويل بئر من الخدمة في حوض باريس إلى نظام موسمي لتخزين الحرارة، مما يوفر تدفئة المناطق إلى المجتمعات المحلية المجاورة.

تحويلها إلى محطات رصد

وتوفر الآبار المنبعثة نقطة وصول عميقة جاهزة للغطاء السطحي لتركيب أجهزة الاستشعار لرصد نوعية المياه الجوفية، والضغط، ودرجات الحرارة، وحتى النشاط السيزمي، ويمكن لهذه محطات الرصد ] أن تجمع بيانات لعدة عقود، وتساعد المشغلين على إدارة الحقول الحرارية الأرضية النشطة، أو اكتشاف علامات مبكرة على استنفاد الطاقة الحرارية الأرضية، أو تتبع مسارات معززة.

وفي ميدان كاليفورنيا، أعيدت معالجة آبار الإنتاج القديمة بكابلات الألياف البصرية وقياسات الضغط لرصد سلوك خزانات البخار، وتحسن البيانات المجمعة نماذج الخزانات وتتيح استخدام البخار على نحو أكثر كفاءة، وبالمثل، في أيسلندا، كانت الآبار الملغومة قرب ريكيافيك مجهزة بـ [مصفوفة درجات الحرارة المنخفضة].

استخدام الـ " آبار الحقن " للنظم الحرارية الأرضية المعززة وعزل الكربون

ويحتفظ الكثير من الآبار المنقطعة عن العمل بالوصل الهدرولي الجيد مع الصخرة المحيطة بها، ويمكن إعادة استخدامها على أنها آبار الحقن ] لإعادة الرنين الحراري الجيودي المبرد إلى الخزان (عملية هامة لصيانة الضغط والاستدامة) أو إلى السوائل المحصورة لنظم الحرارة الأرضية المحسنة التي تشكل حجراً جافاً جديداً.

وفيما عدا مجموعة الـ (EGS) التقليدية، هناك اهتمام متزايد باستخدام الآبار الملغومة لـ [(FLT:0]) عزل الكربون ، ويمكن أيضا تكييف البنية التحتية للبرئ بحيث تُسرب حقن ثاني أكسيد الكربون في طبقات المياه الجوفية العميقة أو تشكيلات الكاحلات الخزفية، وتشير دراسة نشرت في ] إلى أن التسرب الجوي ()

Lithium Extraction from Geothermal Brines

وهناك العديد من الألواح الحرارية الأرضية التي تحتوي على تركيزات عالية من الليثيوم وغيرها من المعادن القيمة، ويمكن استخدام الآبار الجاهزة كمنتجات لإنتاج [LT:0] مباشرة من إنتاج الليثيوم من الألوان التي لا تزال تتدفق طبيعيا أو تضخ من المستودع، ويحول هذا النهج إلى مستخرج من مصادر التعدين، ويولّد الدخل

وفي منطقة بحر سالتون في كاليفورنيا، يجري تقييم عشرات الآبار الحرارية الأرضية الملغومة لإنتاج الليثيوم، وتقدر وزارة الطاقة الأمريكية أن هذه الآبار يمكن أن توفر ليثيوما كافيا لمئات الآلاف من بطاريات المركبات الكهربائية في السنة، وفي حين أن الكيمياء تختلف في الميدان، فإن إعادة استخدام الآبار القائمة تقلل بدرجة كبيرة من البصمة السطحية وتكاليف الحفر المرتبطة ببئر استخراج المعادن الجديدة.

دراسات الحالة وقصود النجاح

أيسلندا: من الويلات المنقطعة إلى النظم الحرارية الأرضية المعززة

وقد أدى استخراج أيسلندا من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية ذات الحرارة العالية، مثل هيليشي أورلي وكرافا، إلى ظهور العديد من الآبار التي تم التخلي عنها والتي يجري إعادة استخدامها لأغراض تحفيز الغازات المميتة، وفي مشروع الحفريات الخفية التي تُعاد فتحها الآن، حيث استُخدم الباحثون إنتاج قديم بنسبة مئوية في حقن السائل البارد ورصد الإحراق الحراري الناجم عن ذلك.

California: Environmental Monitoring at The Geysers

وفي ميدان الطاقة الحرارية الأرضية في كاليفورنيا، حوّل المشغلون أكثر من عشرات الآبار المنقطعة عن العمل إلى محطات رصد بيئية دائمة، وتتتبع هذه المحطات كيمياء المياه الجوفية، والتغييرات في الإجهاد، وارتباط الخزان، وكانت البيانات حاسمة لفهم الظواهر السيزمية المستحثة المرتبطة باستخراج البخار، وفي حالة واحدة، كان هناك بئر تم التخلي عنه لمدة 15 سنة، أعيد تسجيله، وتطهيره، وتجهيزه.

فرنسا: تخزين مياه البحر في حوض باريس

وفي حوض باريس، كان يحتوي على مئات الآبار الحرارية الأرضية التي تم حفرها أصلا في الثمانينات للتدفئة المباشرة، وفي عام 2020، بدأت مدينة باريس في تحويل أحد هذه الآبار إلى نظام تخزين حراري موسمي، حيث يتم في الصيف احتجاز الحرارة الشمسية وإحراقها في البئر، وفي الشتاء، يتم استردادها لتدفئة المناطق، وقد حقق النظام كفاءة في أداء 7.5 أطنان من ثاني أكسيد الكربون في المنطقة.

اليابان: استخدام الويلات المهجورة لمضخات الحرارة الأرضية

ولدى اليابان عدد كبير من آبار الحرارة الأرضية المنخفضة الحرارة المستخدمة في التدفئة في المناطق والأماكن، ونظرا للانخفاض في الناتج، يجري تحويل الكثير منها إلى نظم مضخات حرارية حرارية حرارية حرارية حرارية، وفي منطقة هاشوبارو الحرارية الأرضية، أعيد تجهيز بئر حراري يبلغ من العمر 20 عاما بمقياس حراري منخفض، وهو نظام يوفر الآن أجهزة لتدفئة وتبريد في الفضاء، بدلا من محركات الضخ المحلية.

المنافع البيئية والاقتصادية

الحماية البيئية

كما أن استصلاح الآبار المتوقفة عن العمل يحول دون المخاطر البيئية المرتبطة بالهياكل الأساسية المتروكة مثل هجرة السوائل أو النفخ أو التخريب السطحي، وبإبقاء الآبار نشطة، فإن المشغلين يتجنبون أيضاً البصمة الكربونية لإنتاج الأسمنت - وهو استخدام نموذجي للتعبئة الحرارية يتراوح بين 20 و50 طناً من الأسمنت، ينتج كل طن من ثاني أكسيد الكربون المتجدد.

الوفورات في التكاليف

ويمكن أن يؤدي استخدام حافة حرارية جديدة إلى تخفيض تكاليفها بمبلغ ٣-٨ ملايين دولار في المتوسط، إذ أن استخدام بئر متوقف حاليا يمكن أن يوفر ٧٠-٩٠ في المائة من نفقات رأس المال، بل إن الإصلاح والتحويل الشاملين )بما في ذلك صعود الأسمنت، وإصلاح التموين، وتركيب أجهزة الاستشعار( قد يكلف عادة ٠٠٠ ١٠٠ دولار-٠٠٠ ٥٠٠ دولار، ويتيح هذا الوفورات للمطورين متابعة مشاريع أصغر لا تبرر أعمال الحفر الجديدة)٥(.

كفاءة الطاقة

وكثيرا ما يكون للآبار المراد استخدامها اتصال حراري أفضل بالمستودع من الآبار الجديدة، لأن التكوين قد دُمر لسنوات، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات استخراج الحرارة وتحسين معامل الأداء في تطبيقات المضخات الحرارية، أما بالنسبة لتخزين الطاقة، فإن عدم كفاءة البيوت الحرارية في الآبار يقلل من الخسائر الحرارية.() وقد وجدت دراسة حديثة في الطاقة المتجددة [الأغراض الأخرى المحولة]

التحديات والنظر في المسألة

حسن النزاهة والسلامة

فالحد الأهم هو السلامة الجيدة، إذ قد تكون الآبار القديمة قد أبطلت الغوغاء، أو سندات الأسمنت السيئة، أو أنهارت أجزاء، وقبل أي إعادة استخدام، لا بد من إجراء تفتيش شامل مع كاميرات المراقبة وأدوات قطع الأشجار، وإذا ما تعرضت التخريب، يجب إصلاح البئر بضغط من الأسمنت أو رقعة من الخيوط، مما يضيف تكلفة.

الحدود الجيوكيميائية والحرارية

فالتركيب الكيميائي للرشاوي الحرارية الأرضية يمكن أن يسبب زيادة أو تآكل في البئر، لا سيما عندما يتم حقن السوائل للتخزين أو لنظم التلقيح الحراري، مثلا، فإن التوسع في استخدام قنوات التدفق، ويمكن أن يؤدي حقن ثاني أكسيد الكربون إلى هجوم حامض الكربون على الأسمنت، كما يجب على المشغلين استخدام مواد مقاومة للتآكل وبروتوكولات التذبذب المنتظم.

ألف - الرؤية الاقتصادية

وفي حين أن إعادة التصريف أرخص من الحفر الجديد، فإن حالة الأعمال التجارية تتوقف على قيمة الخدمة الجديدة )مثل القدرة على التخزين، ورسوم الرصد، وبيع الليثيوم( ولا توجد جميع الآبار التي يتم التخلي عنها بالقرب من أسواق الحرارة أو التخزين، فعلى سبيل المثال، قد لا تكون هناك إمكانية اقتصادية لتوفر مشاريع موازين عالية الحجم، بما في ذلك ضخ الضرائب في منطقة نائية لا توجد فيها شبكة تدفئة.

الآفاق المستقبلية

ومع استمرار عمر الأسطول العالمي للأبار الحرارية الأرضية، فإن الحاجة إلى حلول مستدامة لوقف التشغيل لن تنمو إلا، وتنتقل الصناعة تدريجيا من نموذج " قيادة، إنتاج، التخلي " إلى تعميم يعاد فيه استخدام الآبار أو إعادة استخدامها عدة مرات، وسيعجل هذا التحول بعدة اتجاهات:

  • Digitalization and monitoring:] Advances in fiber-opticens and downholeroidroidroidroidics will make it easier and cheaper to inspect, repair, and monitor decommissioned wells. Real-time data will help operators decide whether a well is suitable for repurposing and whether it remains safe.
  • دعم السياسات: ] بدأت الحكومات والجهات التنظيمية في إدراج خيارات جديدة في مبادئها التوجيهية المتعلقة بإيقاف التشغيل، ومن المرجح أن يؤدي دفع الاتحاد الأوروبي نحو اقتصاد دائري في البنية التحتية للطاقة إلى حفز معايير جديدة لإعادة استخدام الطاقة الحرارية الأرضية.
  • Cros-sector collaboration:] Partnerships between geothermal operators, oil and gas companies (who have deep expertise in well abandonment), and technology startups can bring innovative solutions to market faster. Joint industry projects on well integrity and lithium extraction are already underway.
  • ]Hybrid systems:] Future decommissioned wells may be used in hybrid formations - for example, concur providing thermal storage and serving as a monitoring station. Integrated designs that maximize the well’s value will become standard practice.

ويتطلب المسار إلى الأمام تحولاً في العقل: فالآبار المنقطعة عن العمل ليست نهاية للحياة بل فرص لبدايات جديدة، ومن خلال الاستثمار في التكنولوجيات والسياسات التي تدعم الاستخلاص الجيد، يمكن لصناعة الطاقة الحرارية الأرضية أن تقلل من آثارها البيئية، وتخفض التكاليف، وتزيد من قدرة نظم الطاقة المتجددة على التكيف، ومن المرجح أن يشهد العقد القادم أول مشاريع تجارية تحول الآبار المتروكة إلى محاور متكاملة للطاقة، مما يمكن أن يؤدي إلى تحويل المسؤولية إلى دعامة للطاقة المستدامة.