ابتكار طريقة جديدة لتحسين صيانة آبار النفط
يتمثل جزء رئيسي من حفر آبار النفط الجديدة واستغلالها في استخدام الأسمنت المتخصص لربط البئر ومنع انهيار الحفرة وتسربها، ولمنع هذا الأسمنت من التصلب بسرعة كبيرة قبل أن يصل إلى أعماق البئر، يتم خلطه مع مواد كيميائية تسمى “مثبطات” تعمل على إبطاء عملية الإعداد.
وعلى الرغم من ذلك، كان من الصعب دراسة الطريقة التي تعمل بها المثبطات؛ لأن العملية تحدث خلال ضغوط شديدة ودرجات حرارة يصعب إعادة إنتاجها على السطح.
الآن، طور الباحثون في “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا” وغيره تقنيات جديدة لمراقبة عملية الإعداد بالتفصيل المجهري، وهو تقدم يقولون إنه قد يؤدي إلى تطوير تركيبات جديدة مصممة خصيصًا لظروف موقع بئر معين؛ لذا فإن التطور المنتظر يمكن أن يقطع شوطًا طويلًا نحو معالجة مشاكل تسرب الميثان وانهيار الآبار التي يمكن أن تحدث مع تركيبات اليوم.
يقول “بويوكزتورك”؛ أستاذ الهندسة المدنية والبيئية في “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا”: “هناك المئات من الخلطات المختلفة المستخدمة حاليًا”. مضيفًا أن الأساليب الجديدة التي طورها هذا الفريق لمراقبة كيفية تصرف هذه الصيغ المختلفة أثناء عملية الإعداد “تفتح بيئة جديدة للبحث والابتكار” في تطوير هذا الأسمنت المتخصص.
وغالبًا ما يتعين على الأسمنت المستخدم لتغليف بطانة آبار النفط أن يضع مئات أو حتى آلاف الأمتار تحت السطح، في ظل ظروف قاسية وفي وجود مواد كيميائية مختلفة قابلة للتآكل. وتم إجراء دراسات عن المثبطات عن طريق إزالة عينات من الأسمنت المعالج من بئر للاختبار في المختبر، ولكن هذه الاختبارات لا تكشف عن تفاصيل تسلسل التغييرات الكيميائية التي تحدث أثناء عملية المعالجة.
تستخدم الطريقة الجديدة إعدادًا فريدًا للكاشف في “مختبر أوك ريدج الوطني” يُطلق عليه مقياس حيوي لمقاييس المواد المرتبة (Nanoscale) أو (NOMAD)، والذي يستخدم لتنفيذ عملية تسمى تحليل وظيفة توزيع زوج النيوترون، أو PDF، يمكن أن تفحص هذه التقنية في الموقع توزيع أزواج الذرات في المادة التي تحاكي الظروف الواقعية في آبار نفطية عميقة.
ويقول “توماس بروفن”؛ وهو مؤلف مشارك في البحث: “إن NOMAD مناسب تمامًا لدراسة المشاكل الهيكلية المعقدة مثل فهم الترطيب في الخرسانة؛ بسبب التدفق العالي وحساسية النيوترونات لعناصر الضوء مثل الهيدروجين”.
وكشفت التجارب عن أن الآلية الأساسية في العمل في المواد المثبطة المستخدمة على نطاق واسع هي استنزاف أيونات الكالسيوم، وهي عنصر رئيسي في عملية التصلب، في إطار وضع الأسمنت. ومع وجود عدد أقل من أيونات الكالسيوم، تباطأت عملية التصلب بشكل كبير، ويجب أن تساعد هذه المعرفة المجربين في تحديد إضافات كيميائية مختلفة يمكن أن تنتج نفس التأثير.
عند حفر آبار النفط، فإن الخطوة التالية هي إدخال غلاف فولاذي لحماية سلامة البئر، ومنع المواد السائبة من الانهيار في البئر والتسبب في انسداد. وتمنع هذه الأغطية أيضًا النفط والغاز، اللذين يتعرضان لضغط عالٍ، من الفرار إلى الصخور والتربة المحيطة بهما والانتقال إلى السطح؛ حيث يمكن أن يلعب تسرب الميثان دورًا مهمًا في المساهمة في تغير المناخ. ولكن هناك دائمًا مسافة بين الغلاف والبئر نفسه؛ لذا يجب أن تملأ هذه المساحة تمامًا بالملاط الأسمنتي لمنع التسرب وحماية بطانة الصلب من التعرض للماء والمواد الكيميائية المسببة للتآكل التي قد تتسبب في فشلها.
الميثان هو غاز الدفيئة أقوى بكثير من ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي فإن الحد من هروبه هو خطوة حاسمة نحو الحد من مساهمة آبار النفط والغاز في ظاهرة الاحتباس الحراري.
ويوضح “بويوكوزتورك”: “الميثان والماء وجميع أنواع المواد الكيميائية المختلفة الموجودة هناك [في البئر] تصنع مشكلة تآكل. تقع أيضًا المنطقة المحيطة بحفر البئر بجوار أجزاء من قشرة الأرض التي تعاني من عدم الاستقرار؛ لذلك يمكن أن تتدفق المواد إلى الحفرة وتسبب في تلف الغلاف. وتتمثل طريقة منع هذه الثغرات في ضخ الأسمنت عبر الغلاف داخل المنطقة الواقعة بين بئر البئر والغلاف؛ ما يوفر “عزل مناطق”. كما يوفر الأسمنت بعد ذلك ختمًا هيدروليكيًا للحفاظ على أي ماء وسوائل أخرى بعيدًا عن الغلاف.
ويشير إلى أن درجات الحرارة والضغوط المرتفعة الموجودة في العمق تمثل بيئة سيئة لأي مادة؛ لذلك من الضروري أن نفهم فقط كيف تتأثر هذه المادة وخصائصها الكيميائية بهذه البيئة القاسية.
وتابع “بويوكوزتورك” إن هذه الطريقة الجديدة لدراسة عملية الإعداد توفر طريقة لفهم هذه العملية بدقة، حتى نتمكن من هندسة الجيل القادم من المثبطات. هذه المثبطات مهمة للغاية، ليس فقط لحماية البيئة ولكن أيضًا لمنع الخسائر الاقتصادية الخطيرة من البئر التالف أو المتسرب.
ويختتم حديثه بأنه يجب صيانة الآبار، وإذ لم يحدث ذلك فإنه أمر خطير.
المصدر: MIT News:New tools could improve the way cement seals oil wells
بعد قراءة الموضوع يمكنك معرفة المزيد عن الكلمات الآتية:
5G Apple ChatGPT Google iPhone أبل أمازون أمن المعلومات أندرويد إيلون ماسك الأمن السيبراني الإنترنت البيانات التخصصات المطلوبة التكنولوجيا الذكاء الاصطناعي الزراعة السيارات الكهربائية الصين الطاقة الفضاء المدن الذكية المملكة العربية السعودية الهواتف الذكية تطبيق تويتر جوجل حساب المواطن رابط التقديم رابط التقديم للوظيفة سامسونج سدايا سيارة شركة أبل عالم التكنولوجيا فيروس كورونا فيسبوك كورونا مايكروسوفت منصة أبشر ناسا هاتف هواوي واتساب وظائف شاغرة