أجزاء ومكونات برج الحفر

ما هو الغاز الطبيعي؟

الغاز الطبيعي هو مصدر طاقة أحفوري تكون عميقاً تحت سطح الأرض يحتوي على العديد من المركبات المختلفة، منها الميثان الذي يعتبر أكبر مكون للغاز الطبيعي. يعتبر الميثان مركب يتشكل من ذرة كربون واحدة وأربع ذرات هيدروجين (CH₄). أيضاً يحتوي الغاز الطبيعي على كميات أصغر من: 

• سوائل الغاز الطبيعي (NGL) وهي البيوتان والبروبان والأيزوبيوتان والغازولين الطبيعي والإيثان.
• غازات غير الهيدروكربونية مثل ثاني أكسيد الكاربون (H₂S) وبخار الماء (H₂O).

كيف تشكل الغاز الطبيعي؟

مُنذ ملايين السنين وعلى مدى حِقب زمنية طويلة، تراكمت كُل من بقايا النباتات والحيوانات في طبقات سميكة على سطح الأرض وقاع المحيطات، أختلطت هذه البقايا بالرمل والطمي وكاربونات الكالسيوم (CaCo₃). ومع مرور الزمن دُفنت هذه الطبقات بفعل الرمال والطمي والصخور. أدى الضغط والحرارة الهائلين إلى تحويل هذه المواد الغنية بالكاربون والهيدروجين إلى وقود إحفوري والذي هو عبارة عن فحم ونفط وغاز طبيعي.

شكل (1) تكوين البترول والغاز الطبيعي.

يدعى الغاز الطبيعي الذي لا يحتوى على ميثان بالغاز الطبيعي الرطب (Wet natural gas)، بينما الغاز الطبيعي الذي يتكون فقط من الميثان يدعى الغاز الطبيعي الجاف (Dry Natural gas).

أين يوجد الغاز الطبيعي؟

يوجد الغاز الطبيعي في الاماكن التي فيها شقوق ومسافات كبيرة بين طبقات الصخور، ويطلق على وجود الغاز في هذا النوع من التكوين بإسم الغاز الطبيعي التقليدي ويقسم الى نوعين:

1. غاز مصاحب (Associated gas) حيث يوجد مع النفط الخام ويتم إنتاجهما معاً.
2. غاز غير مصاحب (Non-associated gas) حيث یوجد في آبار الغاز العمیقة بصورة مستقلة عن إنتاج النفط الخام.

أيضاً يوجد الغاز الطبيعي في المسام الصغيرة (الفراغات) داخل بعض تشكيلات الطفل او السجيل (Shale) والحجر الرملي وأنواع أخرى من الصخور الرسوبية. يشار إلى هذا الغاز الطبيعي باسم الغاز الصخري (shale gas) أو الغاز المكتوم (tight gas)، ويسمى أحيانًا بالغاز الطبيعي غير التقليدي. توجد رواسب الغاز الطبيعي على اليابسة، وبعضها بعيد عن يابسة في أعماق المحيط. وهناك نوع من الغاز الطبيعي موجود في رواسب الفحم يسمى ميثان طبقة الفحم (coalbed methane).

شكل (2) الجيولوجيا التخطيطية لموارد الغاز الطبيعي.

إستكشاف الغاز الطبيعي

يبدأ البحث عن الغاز الطبيعي مع الجيولوجيين الذين يدرسون بنية وتشكيلات الأرض، حيث إنهم يحددون أنواع التكوينات الجيولوجية التي من المحتمل أن تحتوي على رواسب الغاز الطبيعي.

غالبًا ما يستخدم الجيولوجيون المسوحات السيزمية (Seismic surveys) على اليابسة وفي المحيط للعثور على الأماكن المناسبة لحفر آبار النفط والغاز الطبيعي. تقوم هذه المسوحات بإنشاء موجات زلزالية في الصخور الاساس عن طريق المتفجرات ثم يتم قياس هذه الموجات للحصول على معلومات حول جيولوجيا التكوينات الصخرية. بينما المسوحات السيزمية التي تجري في المحيط تستخدم انفجارات صوتية لاستكشاف التكوينات الجيولوجية تحت قاع المحيط.

إذا كانت نتائج المسوحات السيزمية تشير إلى أن الموقع لديه إمكانية لإنتاج الغاز الطبيعي سيتم حفر بئر استكشافية واختبارها حيث توفر نتائج الاستكشاف معلومات عن جودة وكمية الغاز الطبيعي الممكن إستخراجه في المنطقة.

أنواع آبار الغاز الطبيعي الخام

يأتي الغاز الطبيعي الخام الغير معالج (Raw natural gas) بشكل أساسي من أحد أنواع الآبار التالية: 

• آبار النفط الخام (oil wells)
• آبار الغاز (gas wells)
• آبار المكثفات (condensate wells)

عادة الغاز الطبيعي الذي يأتي من آبار النفط الخام يسمى بالغاز المصاحب. يمكن أن يكون هذا الغاز موجودًا فوق النفط الخام مشكلاً قبة غازية (Gas cap) في المكمن، أو قد يكون مذاب في النفط الخام حيث ينفصل عن النفط مع انخفاض الضغط أثناء الإنتاج.

يسمى الغاز الطبيعي الذي يأتي من آبار الغاز وآبار المكثفات بالغاز غير المصاحب. تنتج آبار الغاز الطبيعي عادةً الغاز الخام فقط، بينما آبار المكثفات تنتج الغاز الطبيعي الخام إلى جانب الهيدروكربونات منخفضة الوزن الجزيئي. وتسمى تلك التي تكون سائلة في الظروف المحيطة (مثل البنتان واعلى) بمكثفات الغاز الطبيعي (تسمى أحيانًا بالبنزين الطبيعي أو ببساطة المكثفات "Condensate").

يمكن أن يأتي الغاز الطبيعي الخام أيضًا من رواسب الميثان في مسام طبقات الفحم، غالبًا ما يوجد تحت الأرض في حالة امتزاز (Adsorption) ويتركز وجودة على سطح الفحم نفسه. يشار إلى هذا الغاز على أنه غاز طبقة الفحم (Coalbed gas) أو ميثان طبقة الفحم (Coalbed methane). أصبح غاز الفحم مصدرًا مهمًا للطاقة في العقود الأخيرة.

حفر آبار الغاز الطبيعي والإنتاج

إذا أظهرت نتائج إختبار البئر أن التكوين الجيولوجي يحتوي على ما يكفي من الغاز الطبيعي لإنتاج وتحقيق ربح إقتصادي، يتم حفر بئر إنتاجي (أو تطويري) واحد أو أكثر. يمكن حفر آبار الآبار رأسياً وأفقياً في التكوينات الحاملة للغاز الطبيعي. في رواسب الغاز الطبيعي التقليدية، يتدفق الغاز الطبيعي بشكل عام بسهولة عبر الآبار إلى السطح.

في الولايات المتحدة وفي عدد قليل من البلدان الأخرى، يتم إنتاج الغاز الطبيعي من السجيل (Shale) وأنواع أخرى من التكوينات الصخرية الرسوبية عن طريق دفع المياه والمواد الكيميائية والرمل إلى أسفل البئر تحت ضغط مرتفع. هذه العملية، التي تسمى التكسير الهيدروليكي (Hydraulic fracturing or Fracking)، والتي يشار إليها أحيانًا بالإنتاج غير التقليدي، حيث تكسر التكوين وتطلق الغاز الطبيعي من الصخور، وتسمح للغاز الطبيعي بالتدفق إلى الآبار وصعوده إلى السطح. في الجزء العلوي من البئر على السطح، يتم وضع الغاز الطبيعي في خطوط أنابيب التجميع وإرساله إلى مصانع معالجة الغاز الطبيعي.

معالجة الغاز الطبيعي للبيع والاستهلاك

يُطلق على الغاز الطبيعي المستخرج من آبار النفط والغاز اسم الغاز الطبيعي الرطب، لأنه إلى جانب الميثان يحتوي عادةً على سوائل الغاز الطبيعي NGL (الإيثان والبروبان والبيوتان والبنتان) وبخار الماء. قد يحتوي أيضًا على مواد غير هيدروكربونية مثل الكبريت والهيليوم والنيتروجين وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، والتي يجب إزالة معظمها من الغاز الطبيعي قبل بيعه للمستهلكين.

يتم إرسال الغاز الطبيعي من فوهة البئر إلى مصانع المعالجة حيث يتم إزالة بخار الماء والمركبات غير الهيدروكربونية ويتم عزل NGL عن الغاز الرطب وبيعه بشكل منفصل. غالبًا ما يُترك بعض الإيثان في الغاز الطبيعي المعالج.

• يُطلق على NGL المنفصلة اسم مصانع سوائل الغاز الطبيعي (NGPL)
• ويطلق على الغاز الطبيعي المُعالج، اسم الغاز الطبيعي الجاف أو المستخدم أو ذو جودة خط الأنابيب. 

بعض الغاز الطبيعي في فوهة البئر جاف بدرجة كافية ويلبي معايير نقل خطوط الأنابيب دون معالجة. 

يتم إضافة مواد كيميائية تسمى الرائحة إلى الغاز الطبيعي بحيث يمكن الكشف عن التسريبات في حال حدوث تضرر للأنابيب الناقلة للغاز. 

يتم إرسال الغاز الطبيعي الجاف عبر خطوط الأنابيب إلى حقول التخزين تحت الأرض أو إلى شركات التوزيع ثم إلى المستهلكين.

في الأماكن التي لا تتوفر فيها أنابيب نقل الغاز الطبيعي لسحب الغاز الطبيعي المصاحب المنتج من آبار النفط، يمكن إعادة حقنه في التكوين الحامل للنفط، أو قد يتم تنفيسه أو حرقه (اشتعاله). يمكن أن يساعد رفض الغاز الطبيعي غير القابل للتسويق وإعادة حقنه، في الحفاظ على الضغط في آبار النفط لتحسين إنتاج النفط.

يمكن استخلاص ميثان طبقة الفحم من رواسب الفحم قبل أو أثناء تعدين الفحم، ويمكن إضافته إلى خطوط أنابيب الغاز الطبيعي دون أي معالجة خاصة.

استخدامات الغاز الطبیعي

1. يُستخدم كوقود لتشغيل محطات توليد الكهرباء العامة والصناعية.
2. يستخدم الغاز الطبيعي كوقود لعميليات التسخين في أنظمة التدفئة والطاقة المشتركة، وكمواد خام (مواد أولية) لإنتاج الكيماويات والأسمدة والهيدروجين.
3.  وقود منزلي للطبخ والتدفئة وتوفير الماء الساخن.
4.  وقود للمَركبات او المعدات التب تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط أو السائل الصديقة للبيئة.
5.  مادة خام لإنتاج الوقود على نطاق واسع باستخدام عملية تحويل الغاز إلى سائل "gas-to-liquid (GTL) process"(على سبيل المثال لإنتاج ديزل خالٍ من الكبريت والعطريات مع احتراق منخفض الانبعاثات).
6. أيضاً يُستخدم في الصناعة النفطية لأغراض الحقن لزيادة إنتاج النفط.

المصادر

1. "Natural gas explained". 2019-12-6. eia.gov. Retrieved 2020-11-9.

إقرأ أيضاً

• معالجة الغاز الطبيعي
• النفط الخام
• المكمن النفطي
• آبار البترول
• محطة عزل الغاز عن النفط
• تحلية الغاز الطبيعي
• تجفيف الغاز الطبيعي
• العازلات النفطية
• المبادلات الحرارية
• المراجل البخارية
• وسائل ومعدات القياس

تعديل المقال