كيف يتم استخراج البترول من باطن الأرض ؟

يخطئ من يظن أن استخراج البترول هو أمر مستحدث ، فقد تم استخراج البترول قبل آلاف السنين ، وتم استخدامه في الإنارة وتعبيد الطرق وكذلك في بعض الأدوية ، إلا أن الثورة الكبيرة في عملية استخراج البترول ، والأهمية التجارية الكبيرة له قد ظهرت في منتصف القرن التاسع عندما تم اكتشاف عملية تقطير البترول وفصل مكوناته ، فمنذ ذلك الحين ، بدأ البترول يأخذ مكان الفحم (ألذي كان مصدر الطاقة الأساسي في العالم) بشكل تدريجي ، وازدادت أهمية البترول فجأة بعد اختراع محركات الاحتراق الداخلي والسيارات ، حيث كان البترول هو السائل الأكثر ملائمة لهذا النوع من المركبات ، في هذا المقال نتحدث عن طرق استخراج البترول من باطن الأرض ، وكيف يتم إيصاله إلى الصورة التي نستفيد بها منه في السيارات والطائرات ووسائل النقل الأخرى .

استخراج البترول من باطن الأرض ، كيف تتم؟

ما هو البترول؟

بدايةً ، البترول ، أو النفط ، أو الزيت كما يطلق عليه أحيانًا هو سائل غليظ القوام مكون بالأساس من الهيدروكربونات ، الاستخدام الأساسي في الوقت الحالي للبترول هو في حرقه والحصول على الطاقة الحركية (المركبات بأنواعها والطائرات والسفن) والتي ربما يتم تحويلها بعد ذلك إلى طاقة كهربائية (مولدات الطاقة الكهربائية) ، كما يدخل البترول في صناعة الكثير من المنتجات الكيميائية التي نستخدمها بكثرة في حياتنا اليومية ، إلى درجة أنه إذا ما وجهت نظرك وأنت في المنزل أو العمل أو أي مكان آخر إلى أي اتجاه ، فمن المستبعد أن لا تقع عيناك على منتج من منتجات البترول ، حيث يدخل البترول في صناعة المنتجات الآتية على سبيل المثال بشكل كلي أو جزئي:

• اللدائن والبلاستيك .
• الأقمشة والجلود الصناعية .
• إطارات السيارات .
• بعض الأدوية ومبيدات الحشرات .
• الأسمدة .
• مساحيق التجميل .
• الإسفنج الصناعي .
• حبر الطباعة

تحديد مكان وجود البترول في باطن الأرض

يتواجد البترول في أعماق كبيرة تحت سطح الأرض أو البحار والمحيطات ، في البداية تم استخدام أساليب بدائية لتحديد مكان تواجد البترول تحت سطح الأرض ، حيث كان يتم حفر الآبار الاستكشافية في الأماكن التي يتوقع أن يتواجد فيها البترول ، وقد يصل المغامر إلى البترول فيضحى شخصًا ثريًا ، أو لا يصل ويفقد قيمة استثماراته ، هذا الأسلوب العشوائي تطور شيئًا فشيئًا ، حيث ظهرت تقنيات تسمح باختبار وجود البترول في مكان ما تحت سطح الأرض ، وذلك عن طريق المسوح الزلزالية ، حيث يتم القيام بعملية تفجير تحت سطح الأرض ، وقياس المؤشرات الزلزالية في المكان ، وعن طريقها يمكن تحديد تجمعات البترول بشكل دقيق وتوفير الكثير من النفقات ، كما أيضًا من الممكن استخدام طرق مغناطيسية أو التصوير باستخدام الطائرات والأقمار الصناعية وأجهزة السونار من أجل تحديد التجمعات البترولية ، لكن الآبار الاستكشافية ما تزال لها أهميتها في تحديد أماكن تجمعات البترول .

حفر بئر البترول

تم في البداية انتهاج أسلوب الحفر اليدوي لحفر آبار البترول المستخدمة في استخراج البترول ، حيث كان حفر بئر واحد يتطلب تعاون عدد كبير من العمال الذين يقومون باستخدام معدات بدائية في حفر البئر ، وأحيانًا ما كانوا يستعينون بالمتفجرات أو الحيوانات ، كان يتم تدعيم جدران البئر بالألواح الخشبية من أجل منع انهياره على العمال ، بعد ذلك تم تطوير تقنية الأنابيب المعدنية التي يتم إدخاله بالتتابع والدق عليها حتى تخترق الأرض . حاليًا ، يتم استخدام آلات حديثة من أجل صناعة حفر رأسية دقيقة مدعمة بالأنابيب المعدنية التي تخترق باطن الأرض بحركات حلزونية ، تم استغلال المياه ، والبخار والأحماض أيضًا في عملية حفر البئر ، والمحافظة على ضغط البترول ثابتًا ،

مراحل حياة بئر البترول

يمر أي بئر بترول بثلاثة مراحل أساسية في عملية استخراج البترول منه ، نشرحها في السطور الآتية:

مرحلة الانتعاش الأولي

هذه هي مرحلة الشباب بالنسبة للبئر ، حيث يكون الضغط داخل بئر البترول شديدًا إلى درجة عدم الحاجة إلى استخدام أي وسائل صناعية من أجل استخراج البترول من باطن الأرض إلى خطوط التخزين والمعالجة ، كل ما يحتاج إليه المشرفون على البئر هو التأكد من وضع الصمامات المناسبة على في الأنابيب التي تربط البئر بأنابيب التخزين ، يمكن في هذه المرحلة استخراج ما بين 5% إلى 15% من محتوى البئر ، وتتميز هذه المرحلة بانخفاض التكاليف التشغيلية ، لكنها تتطلب الكثير من الحرص ﻷن التعامل مع البئر في ظل ظروف الضغط الشديدة يكون أمرًا خطرًا .

مرحلة الانتعاش الثانوي

في هذه المرحلة يصبح ضغط البئر غير كافٍ من أجل استخراج البترول إلى الأعلى بشكل تلقائي ، وهنا تظهر الحاجة إلى استخدام أساليب السحب الصناعية ، من الأساليب المتبعة للقيام بعملية سحب المنتجات البترولية من الآبار في هذه المرحلة ، حقن البئر بكميات من الماء أو الغاز الطبيعي أو الهواء من أجل زيادة الضغط داخل البئر وتمكين البترول من الصعود إلى الأعلى ، كما من الممكن الاستعانة بالتوربينات الكهربائية من أجل تسريع عملية سحب البترول من البئر ، يمكن في هذه المرحلة استخراج ما بين 35% إلى 45% من محتوى البئر من البترول .

مرحلة الاستخلاص الشاق

في هذه المرحلة يكون البترول قد وصل إلى درجة من اللزوجة الشديدة التي يستحيل معها استخراج البترول عن طريق الأنابيب أو التوربينات ، في هذه المرحلة لا يوجد بديل عن استخدام الحرارة من أجل تليين البترول وتقليل لزوجته من أجل تمكين عملية السحب ، يتم استغلال الغاز المستخرج من البئر في توليد كهرباء يتم بعد ذلك استغلالها في دفع بخار ساخن إلى باطن البئر ، هذا البخار يساعد على زيادة درجة حرارة البترول ، ومن ثم تقليل لزوجته والسماح بعملية استخراج البترول إلى سطح الأرض ، كما من الممكن تسخين بعض البترول المستخرج وضخه مرة أخرى إلى البئر من أجل تسخين البترول الموجود في القاع والسماح بسحبه ، هناك أيضًا تقنيات حيوية يتم عن طريقها استغلال بكتيريا معينة تحقن في البئر تساعد على تحليل المركبات الهيدروكربونية المكونة للبترول إلى منتجات أخف ، وبالتالي إمكانية سحبه إلى سطح الأرض .

المدى الذي يتم الاستمرار في استخراج البترول فيه من البئر

يعتمد المدى الذي تم الذهاب إليه في عملية استخراج البترول من البئر بشكل كبير على سعر البترول في الأسواق في ذلك الوقت ، فعندما تنخفض الأسعار ، تصبح الجدوى الاقتصادية للاستخراج في بعض الآبار قليلة ، لذلك يتم إغلاقها وإيقاف عملية الاستخراج منها والذهاب إلى آبار أخرى تكون تكلفة الاستخراج فيها أقل ، وعندما ترتفع الأسعار ، يمكن أن يتم العودة إلى فتح هذه الآبار مرة أخرى عندما تكون الجدوى الاقتصادية لها جيدة . من المعروف أن سعر البترول يتذبذب كثيرًا في الأسواق ، حيث يواصل الارتفاع والانخفاض بسبب الكثير من العوامل التي لا تترك سعره يبقى على حاله لفترة طويلة .

لذلك عندما تصل البئر إلى درجة يصبح معها استخراج البترول غير مجد اقتصاديًا يتم التوقف عن الاستخراج من هذا البئر ، ويمكن العودة إليه مرة أخرى عندما ترتفع الأسعار ويصبح الاستخراج مجدٍ من الناحية الاقتصادية .

عملية تكرير البترول

بعد استخراج البترول نحصل على البترول بشكله الخام ، وهو شكل غير مفيد إلى حد كبير في التطبيقات الصناعية ، على الرغم من أن بعض أنواع البترول منخفضة اللزوجة ومستوى الكبريت كانت تستخدم في القدم كوقود لإنتاج البخار في بعض أنواع السفن ، إلا أن استخدام الوقود بشكله الخام بشكله الخام غير مجدي على المدى الطويل ، وأيضًا يشكل خطورة كبيرة بسبب تشكل الغازات القابلة للانفجار ، بدلاً من ذلك ، تم ابتكار أسلوب تكرير البترول ، يقصد بتكرير البترول ، فصل المشتقات المختلفة للبترول كلاً على حده وتوجيه كل منها إلى الاستخدام المناسب لها ، تشمل منتجات البترول المختلفة التي من الممكن استخراجها عن طريق عملية تكرير البترول مرتبة من الأثقل للأخف:

• الزفت ، وهو أثقل مشتقات البترول ، وهو ما يتبقى في أرضية برج التقطير ، يستخدم في رصف الطرق ، وفي العزل المائي للأسطح ، مثل أسطح المباني والسف .
• السولار (الديزل) ، وهو سائل ثقيل إلى حد ما ، وغير قابل للاشتعال المباشر ، كان يستخدم قديمًا في تسيير معظم أنواع السيارات ، وحاليًا ما يزال يستخدم لتسيير بعض أنواع السيارات ، خصوصًا السيارات كبيرة الحجم والشاحنات .
• الجازولين (البنزين) ، وهو من المشتقات الخفيفة للبترول ، يستخدم بالأساس لتسيير السيارات ، ويعتبر من أهم منتجات البترول .
• الكيروسين ، وهو سائل يستخدم كوقود في الطائرات الحديثة .
• الغازات الخفيفة ، من الممكن خروج الكثير من الغازات أثناء عملية تقطير البترول ، تشمل هذه الغازات البروبان ، والبيوتان ، والإيثان ، والميثان ، والإيثيلين ، وتستخدم هذه الغازات كوقود لمواقد الطهي المنزلية ، كما تدخل في العديد من الصناعات الكيميائية ، ومؤخرًا ، تم إنتاج سيارات لها القدرة على السير باستخدام غازات البترول .

المنتجات البترولية الخفيفة هي المنتجات الثمينة والغالية الثمن ، لذلك بعد عملية استخراج البترول تجري عملية تكرير البترول في برج يدعى برج التقطير ، حيث يتم تسخين خام البترول إلى درجة حرارة عالية ، ومن ثم يتم فصل كل مشتق من مشتقات البترول عند درجة حرارة معينة ، المنتجات الثقيلة تنفصل عند درجات حرارة منخفضة ، لذلك يمكن الحصول عليها من فتحات منخفضة في برج التقطير ، وكلما ارتفعنا إلى الأعلى ، نحصل على المنتجات التي تنفصل عند درجات حرارة أعلى ، إلى أن نصل إلى قمة البرج حيث تخرج الغازات البترولية .

هناك عمليات أخرى يمكن إجرائها على البترول ، مثل فصل الكبريت والأولفينات ، أيضا من الممكن إجراء إزالة للملوحة على خام البترول قبل إدخاله إلى برج التقطير ، بعض المشتقات التي تخرج من برج التقطير قد يتم نقلها للاستخدام المباشر ، وبعضها قد تحتاج إلى معالجة أخرى قبل عملية استخدامها .

الغاز المصاحب للبترول

عند القيام بعملية استخراج البترول ، من الشائع أن تتواجد كميات كبيرة من الغاز المصاحب للبترول ، إما أن يتواجد هذا الغاز عائمًا فوق البترول بسبب قلة كثافته ، أو ممزوجًا مع البترول ، هذا الغاز قد يكون له بعض الاستخدامات في موقع استخراج البترول ، مثل تشغيل بعض التوربينات الكهربائية من أجل المساعدة في عملية الاستخراج ، أو تشغيل المعدات الموجودة في الموقع ، أو من الممكن أن يستخدم في حقن حقول البترول في المراحل المتقدمة للاستخراج ، لكن في غالبية الأحيان تكون هناك كميات كبيرة فائضة من هذا الغاز لا يوجد استخدام لها ، من الناحية الاقتصادية ، نقل الغاز من المناطق النائية أمر غير مجدي على الإطلاق ، ما لم يتم إسالة الغاز ، وهو أمر مكلف اقتصاديًا أيضًا ، ومن غير الممكن إطلاق الغاز في الجو ، لأنه ذلك سيسبب الكثير من الأخطار ، لذلك غالبًا ما يتم إشعال هذا الغاز للتخلص منه ، هذه العملية محل جدال كبير ، حيث أنها تساهم في زيادة معدلات الاحتباس الحراري عن طريق إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الجو ، وأيضًا هذه العملية تشكل هدرًا كبيرًا لمواد كيميائية ثمينة ، لكن طريقة التفكير الاقتصادية لا تشجع على عمليات الاستفادة من هذا الغاز ، ويكون الحل الأسهل هو حرقه .

كما رأينا ، عملية استخراج البترول هي عملية شديدة التعقيد ، تبدأ أولاً باستكشاف المكان لتحديد أماكن التجمعات البترولية ، ومن ثم البدء في الحفر حتى الوصول إلى الطبقة الحاملة للبترول ، ومن ثم القيام بتنظيم عملية الاستخراج ، وتحدثنا عن المراحل المتعددة من عملية استخراج البترول من البئر ، وبعد عملية استخراج البترول تجري عملية التكرير ، وهي العملية التي يتم فيها فصل المنتجات البترولية المختلفة بحسب الاستخدام ، أخيرًا ، تحدثنا عن الغاز المصاحب للبترول ، واستخداماته .