الحاجة المستقبلية لهندسة البترول

ستكون هندسة البترول ضرورية لعقود قادمة لتوفير الطاقة اللازمة للعالم وللمساهمة في التخفيف من تحديات تغير المناخ. وستتطور إلى تحول في مجال الطاقة، كما شهدت تغيرات مستمرة منذ نشأتها في التاريخ الحديث.

ستكون هندسة البترول ضرورية لعقود قادمة لتوفير الطاقة اللازمة للعالم وللمساهمة في التخفيف من تحديات تغير المناخ. وبطبيعة الحال، ستتطور هندسة البترول إلى تحول في مجال الطاقة، كما شهدت تغيرات مستمرة منذ نشأتها في التاريخ الحديث مع بئر دريك عام 1895، الواقع في بنسلفانيا. وفي الوقت نفسه، سنواصل استخدام الممارسات الحالية في عملياتنا اليومية. ويمكن، بل وسيتم، استخدام ممارسات هندسة البترول أيضًا في حل بعض قضايا تغير المناخ. وقد وُصفت هذه المعلومات بالتفصيل في SPE 200771 (كمال 2020). ومن المؤسف أن هذه الورقة البحثية لم تحظَ بنفس القدر من الاهتمام في مجلة JPT، كما حظيت به أوراق بحثية ذات وجهات نظر مختلفة، مما يشير إلى نهاية هندسة البترول.

لطالما دارت نقاشاتٌ ذات صلة بهندسة البترول – قيمتها ونطاقها وتطوراتها المستمرة. وتشير السجلات إلى أن حتى المناقشات المبكرة شملت مواضيع تتراوح بين ما إذا كان حقن المياه في الخزان سيؤدي إلى إتلافه، والجدوى العملية للحفر البحري، وقيمة حفر ثقوب التصريف (وهو اسمٌ مُبكر للآبار الأفقية). ومع ظهور المخاوف بشأن تغير المناخ وإدخال موارد الطاقة المتجددة، اتخذ النقاش حول الحاجة المستقبلية لهندسة البترول بُعدًا غير تقني إضافي، مع ظهور آراء مختلفة في منشورات جمعية مهندسي البترول (SPE) ووسائل التواصل الاجتماعي. ويتطلب الأمر نظرةً موضوعيةً تُعالج هذا الموضوع بشكلٍ صحيح. ويجب أن يشمل أي نقاشٍ حول مستقبل الطاقة هذه الأيام تأثير جائحة كوفيد-19. ومع ذلك، فمن المنطقي افتراض أن الجائحة لن تؤثر على احتياجات الطاقة من النفط والغاز الطبيعي على المدى الطويل. توقع تقرير وكالة الطاقة الدولية الصادر في أكتوبر 2020 (IEA 2020) عودة إنتاج الغاز الطبيعي إلى مستويات ما قبل الجائحة في عام 2021، وعودة إنتاج النفط إلى مستويات ما قبل الجائحة في عام 2023.

تُصدر الجهات الحكومية والصناعية العديد من التوقعات بشأن احتياجات العالم المستقبلية من الطاقة ومزيجها، وتُحدّث هذه التوقعات بانتظام. أولًا، علينا أن ندرك أن نوع الطاقة التي يستخدمها العالم يتغير باستمرار. ثانيًا، سيؤثر عاملان على احتياجات الطاقة المستقبلية: الزيادة المتوقعة في عدد سكان العالم من حوالي 7.5 مليار إلى 9 مليارات نسمة، وزيادة الطلب على الطاقة للفرد الواحد مع استمرار تحسن نوعية حياة المزيد من الناس في البلدان النامية. تُظهر التوقعات المتسقة انخفاض نسب النفط والغاز الطبيعي في مزيج الطاقة من أوائل الخمسينيات في عام 2020 إلى أوائل الأربعينيات في عام 2040 وما بعده. ومع ذلك، يجب أن تزداد كميات النفط والغاز الطبيعي المُنتجة مع ازدياد الطلب على الطاقة. يوضح هذا الرسم البياني توقعات إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) لعام 2020. ومن المتوقع أن تصبح مصادر الطاقة المتجددة الطاقة الأكثر استخدامًا بحلول عام 2050. ومع ذلك، بمجرد النظر إلى الرسم البياني، يمكن للمرء أن يلاحظ أن مصادر الطاقة المتجددة ستنتج 250 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية بحلول عام 2050، وأن النفط والغاز الطبيعي مجتمعين سينتجان حوالي 445 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية.

ومن الأمثلة على التطورات الإضافية المتطورة في هندسة البترول استخدامها في تكنولوجيا الطاقة الحرارية الأرضية الجديدة، وإنتاج الهيدروجين وتخزينه، بالإضافة إلى الاستخدام المتزايد لعلوم البيانات والتحليلات الهندسية.

تُعد الطاقة الحرارية الأرضية مصدرًا كبيرًا محتملًا للطاقة، ويمكن حصادها على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، على عكس طاقة الرياح والطاقة الشمسية. وتُعتبر طاقة متجددة خضراء. تنشأ حقول الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية بالماء الساخن والبخار حيث توجد درجات حرارة وسوائل ونفاذية أعلى من المعتاد، ويتم إنتاج السوائل الساخنة. على الرغم من أن القرار النهائي لم يُحسم بعد، إلا أن فكرة الطاقة الحرارية الأرضية الجديدة تتمثل في الحفر بعمق كافٍ للوصول إلى سوائل تتجاوز درجات غليانها، بل وحتى فوق الحرجة، وجمع الحرارة. ويمكن إيجاد هذه الطاقة في معظم أنحاء العالم. ومن الطرق الجيدة للتفكير في هذا الأمر اعتبار حقول الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية حقول النفط والغاز التقليدية، حيث ننتج من صخور الخزانات، والطاقة الحرارية الأرضية الجديدة حقولًا غير تقليدية، حيث ننتج من صخور المصدر. يتطلب إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية الجديدة العديد من القدرات الهندسية البترولية، ومن أبرزها الحفر.

يُنظر إلى الهيدروجين كسائل بديل في بعض أشكاله للنقل، وذلك لتقليل إنتاج غازات الاحتباس الحراري وتحسين تخزين الطاقة. وفي شكلين من الهيدروجين، الهيدروجين الرمادي والهيدروجين الأزرق،

الغاز الطبيعي هو المادة الخام المستخدمة. لذلك، ستكون هناك حاجة إلى إنتاج إضافي من الغاز الطبيعي في هذا الصدد.

شهد استخدام تحليلات البيانات والتعلم الآلي، وما إلى ذلك، انتشارًا واسعًا في مختلف قطاعات المجتمع على مدار السنوات القليلة الماضية، بما في ذلك صناعة النفط. وقد دأب مهندسو البترول على تطوير التقنيات في هذا المجال لأكثر من 30 عامًا لتعزيز قدراتنا على إدارة مكامن النفط والغاز.

أدت التطورات الأخيرة في هذا المجال إلى نتائج مفيدة للغاية أفادت عمليات الحقل (SPE 18722) بالإضافة إلى تحليلات الأداء (SPE 195278).

أظهرت SPE 18722 أن خوارزمية التعلم الآلي تطابقت بشكل صحيح مع مؤشرات إنتاجية الآبار المحسوبة باستخدام تحليل الضغط العابر لبيانات الإغلاق الفعلية، مما يلغي حاجة عمليات الحقل إلى إغلاق الآبار وفقدان الإنتاج. كما أظهرت SPE 195278 كيف نجحت خوارزمية التعلم الآلي في مطابقة مؤشرات النفاذية والطبقة الخارجية والإنتاجية المحسوبة لآبار المياه العميقة المجهزة بمقاييس دائمة أسفل البئر. تم الحصول على عدد كبير من اختبارات التراكم في كل مرة يتوقف فيها إنتاج الآبار بسبب العمليات الميدانية. وبينما كان المهندس يقضي ساعتين في المتوسط ​​في تحليل بيانات الاختبار، تمكنت خوارزمية التعلم الآلي من إكمال المهمة في أقل من 4 ثوانٍ. سيستمر المزيد من التطورات في هذا المجال في زيادة الحاجة إلى تطبيقات هندسة البترول وتحسين عملياتنا وتوفيرها.

يُعدّ تغير المناخ مشكلة بالغة الأهمية، ونحن بحاجة إلى جهود كبيرة لمعالجتها. إن تعزيز الامتثال للمعايير البيئية والاجتماعية والحوكمة (ESG) يجعله أكثر أولوية. لكن هذه مشكلة عالمية، والتحول هائل ومكلف، وكما ذكرنا سابقًا، ستظل حضارتنا تعتمد على الوقود الأحفوري لعقود.

يُعد الوصول إلى الوقود الأحفوري أمرًا بالغ الأهمية لأسلوب حياتنا ولرفع مستويات المعيشة حول العالم. لذا، ولأنه أمر لا بد منه، فمن المهم والنبيل القيام بمهمة استخراجه بأمان واقتصاد ومسؤولية بيئية قدر الإمكان. هناك حاجة لثلاثة جهود في هذا الصدد:

شرح موقف صناعة النفط وجهودها

الاستخدام الفعال للمهارات الهندسية والخبرات المتخصصة للمساعدة في حل مشكلة تغير المناخ

لتثقيف أعضائنا بشأن تغير المناخ، يوفر برنامج غايا للاستدامة التابع لجمعية مهندسي البترول (SPE) لصناعة النفط والغاز وممثلي الجهات المعنية حلولاً جديدة لتحديات الاستدامة. يدعم برنامج غايا 2019 الجهود القائمة، ويطرح أفكاراً جديدة جذرية، ويخطط لفعاليات تستضيفها جمعية مهندسي البترول حول العالم، مُخصصة لمواضيع الاستدامة، بما في ذلك الاحتباس الحراري. تُمكّن هذه المبادرة أعضاء جمعية مهندسي البترول من المشاركة بفعالية في مواجهة تحديات التنمية المستدامة على كوكب الأرض، وتدعم الصناعة لضمان استمرارها في لعب دور إيجابي في المجتمع، مع معالجة الآثار الخارجية لأسلوب الحياة الذي أتاحته الهيدروكربونات.

تشمل الجهود المبذولة لشرح موقف الصناعة الرسالة التي نسمعها الآن من الشركات الكبرى. ومن الأمثلة على ذلك تقرير مبادرة النفط والغاز للمناخ، الذي يصف فيه الرؤساء التنفيذيون لأكبر اثنتي عشرة شركة نفط وغاز دولية ووطنية جهودهم الرامية إلى خفض انبعاثات الميثان، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وتسريع استخدام احتجاز الكربون وتخزينه. إلا أن هذه الرسالة لا تزال بعيدة المنال من جميع المؤسسات العاملة في هذا المجال؛ إذ لا يزال أمامنا الكثير من العمل في هذا المجال.

لعلّ الجانب الأكثر إثارةً وفائدةً في التخفيف من آثار تغير المناخ بالنسبة لمهندسي البترول هو العمل الفعلي الذي يمكننا القيام به في هذا المجال، مثل أمثلة الطاقة الحرارية الأرضية المذكورة أعلاه. بالإضافة إلى ذلك، من المتفق عليه على نطاق واسع أن تخزين ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الهيدروكربونية الجوفية المستنفدة يوفر أحد التطبيقات العملية والتكنولوجية، وقد يكون الطريقة الوحيدة لتحقيق آثار ملموسة في خفض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

ذكر روبرت بالش أنه على الرغم من عدم إطلاقها لإنقاذ الكوكب، إلا أن هناك أكثر من 100 مشروع لتخزين ثاني أكسيد الكربون في حوض برميان وساحل الخليج بالولايات المتحدة. ووفقًا لمكتب إدارة طاقة المحيطات الأمريكي، فإن 3-4% فقط من مواقع ثاني أكسيد الكربون المحتملة في الولايات المتحدة معرضة حاليًا للفيضانات، بينما تنتظر المواقع المتبقية ثاني أكسيد الكربون. وتبلغ كميات ثاني أكسيد الكربون المحقونة نفس الكمية التي حددتها اتفاقية باريس للمناخ لتخزين ثاني أكسيد الكربون على مدى العشرين عامًا القادمة.

كما يعلم مهندسو الخزانات، فإن حقن ثاني أكسيد الكربون في الخزانات المستنفدة أمر عملي وسهل الإدارة، إذ نواصل سحب السوائل من التكوينات واستبدالها بثاني أكسيد الكربون، لكن الحقن في التكوينات المليئة بالسوائل ليس عمليًا. ومع ذلك، فإن أحد التحديات التي سيواجهها العالم قريبًا هو نقص المياه. هناك حاجة لتحديد طبقات المياه الجوفية التي يمكن إنتاج المياه العذبة منها – وهي مهمة علماء الجيولوجيا ومهندسي البترول لدينا. ويمكن بعد ذلك حقن ثاني أكسيد الكربون في هذه الطبقات.