Table of Contents

ويتزايد الاعتراف بضبط وتخزين الكربون باعتباره عنصرا حاسما في الاستراتيجية العالمية للتخفيف من تغير المناخ، وتتواجد هندسة النفط في مركزها، وقبل فترة طويلة من أن تصبح دائرة حفظ ثاني أكسيد الكربون شرطاً مناخياً، كانت صناعة النفط والغاز لديها عقود من الخبرة في حقن ثاني أكسيد الكربون في خزانات لتحسين استرداد النفط، وتضع هذه المادة الآن مهندسي النفط كجهات فاعلة طبيعية في عمليات التخزين الواسعة النطاق.

ما هو "كاربون كابست" و "ستراب"؟

إن احتجاز وتخزين الكربون عملية ثلاثية: استخلاص ثاني أكسيد الكربون من مصادر كبيرة مثل محطات توليد الطاقة، والمصافي، ومرافق تجهيز الغاز الطبيعي؛ وضغط ونقل ثاني أكسيد الكربون إلى موقع حقن مناسب؛ وتخزينه بصورة دائمة تحت الأرض في التكوينات الجيولوجية؛ والهدف هو منع ثاني أكسيد الكربون من دخول الغلاف الجوي، حيث يسهم في التأثير على غازات الدفيئة.

سلسلة كاميرات المراقبة الأساسية

  1. Capture] — CO2 is separated from other gases produced during industrial or energy-related processes.
  2. Compression and Transport] – The captured CO2 is compressed to a dense phase (typically supercritical) and moved via pipeline, ship, rail, or truck to a storage location.
  3. Injection and Storage] — CO2 is injected into a deep geological formation and monitored to confirm it remains trapped.

تكنولوجيات التقاط ذات صلة بهندسة النفط

ويعمل مهندسو النفط في كثير من الأحيان في البيئات التي يوجد فيها بالفعل ثاني أكسيد الكربون في مجاري الغاز المنتجة، ويعتبر فهم مختلف أساليب التقاط النفط أمرا أساسيا لتصميم مشاريع متكاملة تقلل من الانبعاثات وتدر الإيرادات عن طريق ثاني أكسيد الكربون - يورو، وهناك أربعة مسارات رئيسية للصيد، لكل منها مستويات مختلفة من النضج والتكلفة.

بعد الاحتراق

وهذه الطريقة تزيل ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن بعد أن أحرق الوقود، وهي أكثر تكنولوجيا صيد الانتشار انتشاراً اليوم، وكثيراً ما تستخدم المذيبات الكيميائية مثل الأمينات، وإعادة تجهيز محطات الطاقة الحالية أو المصافي ذات المكسورات بعد الاحتراق، هي نهج مثبت، وإن كانت تحمل عقوبة كبيرة على الطاقة بسبب تجدد المذيبات.

التقطير قبل الاحتراق

وفي هذه العملية، يُسجَّل الوقود جزئياً لإنتاج الغازات السائلة (هيدروجين وأول أكسيد الكربون) ثم يُحوَّل ثاني أكسيد الكربون إلى البخار لإنتاج الهيدروجين الإضافي وثاني أكسيد الكربون.() ويُفصل ثاني أكسيد الكربون قبل الاحتراق، ويُنتج عنه وقود إثراء الهيدروجين يحترق بشكل نظيف، وهذه الطريقة شائعة في قطاع الغاز ويمكن إدماجها في إنتاج النفط وكمونيا.

Oxy-Fuel Combustion

ويحرق احتراق الوقود السائل في بيئة غنية بالأكسجين بدلا من الهواء، مما ينتج تياراً من الغاز المفلور يكون في المقام الأول ثاني أكسيد الكربون وبور الماء، ويسهل تكديس المياه، مما يترك تدفقاً عالي التركيز من ثاني أكسيد الكربون جاهزاً للضغط، وقد برهن على هذا الأسلوب على نطاق واسع ولكنه يتطلب وحدة فصل جوي، مما يضيف تكاليف رأسمالية.

التقاط الهواء المباشر (DAC)

وتستخرج لجنة مكافحة التصحر ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء المحيط باستخدام المواد الكيميائية أو المذيبات، وفي حين لا تزال باهظة التكلفة نسبياً وكثيفة الطاقة، فإن لجنة مكافحة التصحر توفر إمكانية معالجة الانبعاثات المتروكة ويمكن تحديد موقعها في أي مكان، بما في ذلك خزانات التخزين الجيولوجية القريبة من الأرض، فقد استثمرت شركات البترول مثل شركة أوكسيدنتال في مركز مكافحة التصحر، حيث اعتبرته مكملاً طويل الأجل للدائرة ثاني أكسيد الكربون.

نقل ثاني أكسيد الكربون: خطوط الأنابيب والهياكل الأساسية

فعندما يتم القبض على ثاني أكسيد الكربون يجب نقله إلى موقع التخزين، ففي الولايات المتحدة وحدها، تم بناء أكثر من 000 5 ميل من خطوط أنابيب ثاني أكسيد الكربون، وذلك بالدرجة الأولى لتوفير ثاني أكسيد الكربون لعمليات شركة EOR، حيث أن تصميم هذه الأنابيب وتشييدها وتشغيلها يقترضان بشدة من هندسة خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، ولكن ثاني أكسيد الكربون يستحدث اعتبارات فريدة - ولا سيما سلوكه التدريجي، وفي الضغوط العادية على خطوط الأنابيب ودرجات الحرارة، فإن ثاني أكسيد الكربون هو سوائل حرجة توفر النقل العالي

وبالنسبة إلى التخزين البحري أو المشاريع الدولية، يمكن أيضا نقل ثاني أكسيد الكربون عن طريق السفن في صهاريج شبه مبردة، على غرار ناقلات الغاز النفطي المسروقة، وقد أظهرت عدة مشاريع تجريبية نقل ثاني أكسيد الكربون القائم على السفن، ومن المتوقع أن تؤدي دورا متزايدا مع ارتفاع حجم صناعة ثاني أكسيد الكربون وتخزينه.

"مهندس النفط"

والتخزين الجيولوجي هو قلب نظام احتجاز ثاني أكسيد الكربون، حيث يعمل مهندسو النفط بشكل مباشر للغاية، وتطبق نفس الخبرة الفرعية المستخدمة في العثور على الهيدروكربونات وإنتاجها على خصائص التكوينات، وتصميم آبار الحقن، ورصد سلوك ثاني أكسيد الكربون المحقن، وهناك ثلاثة خيارات رئيسية للتخزين قابلة للتطبيق تجاريا اليوم.

مخازن النفط والغاز المستنفدة

وقد أثبتت هذه التشكيلات بالفعل أنها تستطيع أن تصطاد الهيدروكربونات لملايين السنين، وأن هيكلها الجيولوجي، وتكاملها في الصخور، وممتلكات الخزان (القيمة، والقدرة على تحمل الصلاحية) مفهومة تماماً من تاريخ الإنتاج، ويمكن أن يعيد حقن ثاني أكسيد الكربون إلى خزان مستنفد الضغط، وفي كثير من الحالات يزرع الزيت الذي ترك وراءه ما يسمى بالانتعاش الاقتصادي للنفط المعزز.

خط خط خط العنق العميق

وتحتوي طبقات المياه الجوفية الساحلية على كميات كبيرة غير ملائمة للزراعة أو الشرب، إذ تتراوح هذه التكوينات إلى حد بعيد أكبر تقديرات عالمية للاحتجاز من ٠٠٠ ١ إلى ٠٠٠ ١٠ غيغا طن من قدرة ثاني أكسيد الكربون، غير أنها أقل تميزاً من الحقول المستنزفة، وتتطلب دراسات واسعة النطاق للتصنيع الموقعي، وتدقيق الحقن، ونمذجة رقمية، كما أن مشاريع التخزين في سليبنر وسونيفيت هي أمثلة رائدة في بحر الشمال.

بحار الفحم غير القابلة للحرق وصيغ البازلت

ويمكن أن يطلق الحقن في خام الفحم الميثان (استرجاع الميثان في قاع الفحم) بينما يخزن ثاني أكسيد الكربون الذي يتجه إلى سطح الفحم، وتتفاعل الأسطول مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين معادن ثابتة الكربون، وتوفر تخزيناً دائماً عن طريق التعدين، ولكن معدلات التفاعل وجيولوجيات الحقن لا تزال قيد التحقيق.

Enhanced Oil Recovery and CCS: A Symbiotic Relationship

أما أكثر تطبيقات حقن ثاني أكسيد الكربون نجاحاً تجارياً في هندسة النفط فهو ثاني أكسيد الكربون، ومنذ السبعينات، قام المشغلون في حوض الفارميين وفي أماكن أخرى بطرد ثاني أكسيد الكربون لدفع النفط الإضافي من الخزانات الناضجة، وفي حالة حدوث فيضان متخلل من ثاني أكسيد الكربون، يُحقن ثاني أكسيد الكربون عند ضغط أعلى من الحد الأدنى من الضغط غير المشروع، بحيث يختلط بالنفط ويخفض من سوائله.

وقد صُممت المشاريع الأخيرة تحديداً على أنها " تخزين مخصص مع شركة EOR " ، حيث يتمثل الهدف الرئيسي في التخزين، وتقابل إيرادات النفط جزئياً تكلفة الحجز والنقل.() أما مشروع Petra Nova في تكساس (الذي أصبح الآن متعثراً مؤقتاً) ومشروع [(FORT:2] Kest[FLTscale:3] في ألبرتا، فهي أمثلة على عمليات كبيرة.

استحقاقات التأمين الصحي المؤقت في الهندسة النفطية

ويتيح دمج خدمات حفظ الموارد الحية البحرية الحية مزايا ملموسة للشركات النفطية والحكومات والمناخ.

المنافع البيئية

  • الإزالة الدائمة لثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي (أو تجنب الانبعاثات).
  • تخفيض البصمة الكربونية لإنتاج النفط والغاز.
  • (ج) تمكين إنتاج الهيدروجين المنخفض الكربون عندما يقترن بإصلاح البخار الميثان وثاني أكسيد الكربون وتخزينه (الهيدروجين الأسود).

الاستحقاقات الاقتصادية

  • ويمكن أن يمتد إنتاج النفط الأحادي من خلال ثاني أكسيد الكربون إلى عمر الحقول الناضجة.
  • الإيرادات المتأتية من قروض الكربون أو الحوافز الضريبية (مثلاً، الائتمان الضريبي البالغ 45 كيلو متراً في الولايات المتحدة).
  • خلق فرص العمل في مجال الهندسة والبناء وخدمات الرصد.

المنافع التشغيلية والاستراتيجية

  • يُستثنى من الخبرة والهياكل الأساسية الموجودة في المنطقة دون الإقليمية.
  • :: الحفاظ على إمكانية الحصول على الوقود الأحفوري خلال فترة الانتقال من الطاقة مع بلوغ أهداف الانبعاثات.
  • :: وضع شركات لمستقبل مُقيد بالكربون من خلال حافظة متنوعة من خدمات الطاقة.

التحديات التي تواجه نشر نظام احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه

وعلى الرغم من وعده، فإن نشر نظام احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه كان أبطأ مما هو مطلوب، ولا تزال هناك عدة حواجز، تتطلب جميعها اهتماما نشطا في مجال هندسة النفط.

ارتفاع التكاليف وعقوبة الطاقة

إن القدرة على إنتاج ثاني أكسيد الكربون من مصدر مخفف مثل غاز المداخن النباتية يمكن أن تستهلك 20-30 في المائة من طاقة إنتاج المصنع لتجديد المذيبات وضغطها، وهذه العقوبة تُرفع مستوى تكلفة الكهرباء أو الهيدروجين، ويضيف النقل والتخزين المزيد من النفقات، وبدون تسعير الكربون القوي أو حوافز حكومية، فإن معظم مشاريع احتجاز ثاني أكسيد الكربون لا تكون قابلة للبقاء اقتصادياً كعمليات قائمة بذاتها.

القدرة على التخزين ورسم خصائص الموقع

وفي حين أن القدرة على التخزين النظرية هائلة، فإن الخصائص المحددة للمواقع تختلف اختلافا كبيرا، إذ أن طبقة المياه الجوفية الملحية التي تفتقر إلى ختم قوي أو إلى درجة كافية من القابلية للتحمل قد لا تقبل ثاني أكسيد الكربون بالمعدلات المطلوبة، إذ أن تصنيع موقع ما يستغرق سنوات من الدراسات الاستقصائية الجيولوجية، والتصوير السيزمي، والاختبار السليم، ومحاكاة الخزانات، وهذا التحميل الأمامي يؤخر وضع المشاريع ويزيد من المخاطر المالية.

الرصد والمسؤولية الطويلي الأجل

وبعد توقف الحقن، يجب رصد ثاني أكسيد الكربون المخزن لمدة عقود لضمان عدم هجرته من التشكيل المستهدف، ولا تزال هناك تطور في مسارات التذاكر - من خلال الأخطاء، أو الآبار المتروكة، أو الكسور المفرطة في عبء العمل، ولا تزال أطر المسؤولية عن الإشراف بعد الإغلاق آخذة في التطور، ولا تزال المسؤولية طويلة الأجل تشكل نقطة متشابكة بالنسبة للعديد من المشغلين.

المسائل التنظيمية ومسائل القبول العام

وتتطلب مشاريع احتجاز ثاني أكسيد الكربون إطارا قانونيا واضحا لحيازة الحيز الشائك، وتصاريح الحقن، والموافقة على خطط الرصد، ويمكن أن تنشأ المعارضة العامة من مخاوف من حدوث الزلازل أو تلوث المياه الجوفية أو تسرب الأنابيب، كما أن الاتصالات الشفافة وبروتوكولات اختيار المواقع الدقيقة ضرورية للحصول على ترخيص اجتماعي.

الاتجاهات المستقبلية ودور المهندسين النفطيين

ومستقبل احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في هندسة النفط مشرق، مدفوعا بأهداف مناخية أكثر طموحا وبتحسين الاقتصاد، وهناك اتجاهات عديدة تتسارع في الانتشار.

CCCS Hubs and Clusters

فبدلاً من قيام كل من المراة ببناء موقعه الخاص به على الضبط وخطوط الأنابيب، تجمع المحاور ثاني أكسيد الكربون من مصادر صناعية متعددة ونقله إلى موقع تخزين مشترك، ومشروع الأنوار الشمالية في النرويج ومركز ميناء روتردام لدائرة احتجاز ثاني أكسيد الكربون أمثلة بارزة، وهذا النهج الجماعي يقلل من تكاليف كل طن ويعزز ممرات الأنابيب القائمة.

التكامل مع الهيدروجين والطاقة

وينشئ مشروعان من مشاريع الهيدروجين الأزرق (من الغاز الطبيعي إلى ثاني أكسيد الكربون وتخزينه) ومشروعا " الطاقة الكهربائية إلى مكبرات الكهرباء " (الكهرباء من الغاز الطبيعي) وينشئان طلبا جديدا للاستيلاء على الغازات الطبيعية وتخزينها، ويمكن لمصانع الطاقة الغازية الطبيعية التي تستخدم فيها ثاني أكسيد الكربون أن توفر كهرباء منخفضة الكربون لموازنة مصادر الطاقة المتجددة، ومهندسي النفط أساسيين لتصميم مكونات الحقن والرصد لهذه النظم المتكاملة.

تحسين القياس والرصد والتحقق

وتجعل التطورات في الاستشعار عن بعد بالألياف، وقياسات الثقوب، والتتبعات الأرضية الكيميائية التي تستخدم السواتل، من السهل والأرخص التحقق من أن ثاني أكسيد الكربون المخزن لا يزال قائما، وهذه التكنولوجيات تقلل من عدم اليقين وتبني الثقة للمنظمين والمستثمرين.

التشغيل المباشر للشحن الجوي وتخزينه

شركات النفط تستثمر بشكل متزايد في شركة (دي سي) لأنها توفر وسيلة لإنتاج انبعاثات صافية من حيث الطاقة، ويمكن تخزين ثاني أكسيد الكربون المأخوذة في نفس التشكيلات الجيولوجية التي تعرفها الصناعة على أفضل وجه، ويمكن لمرفق التقاط الهواء المباشر المعتزم في حوض بيرميان، مقترناً بالتخزين، أن يزيل ما يصل إلى مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً.

الموارد الخارجية لمواصلة القراءة

خاتمة

إن احتجاز وتخزين الكربون ليس مفهوماً لا طائل منه، بل هو واقع عملي بالنسبة لكثير من مهندسي النفط اليوم، فمن خلال الفيضانات التي تتدفق من ثاني أكسيد الكربون إلى غرب تكساس إلى مشروع تخزين السليبنر في بحر الشمال، أثبتت الصناعة بالفعل أن حقن ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع يمكن أن يكون آمناً ودائماً ومجدياً اقتصادياً في ظل الظروف المناسبة، ومع انتقال العالم نحو صافي الانبعاثات الناجمة عن إزالة ثاني أكسيد الكربون، فإن الطلب على قدرة مهندسي كلوريد الكربون سينمو.