كيفية زيادة استرداد النفط؟ يحقق مُحسّن الاسترداد (EOR) نتائج واضحة

فهم تقنية استرداد النفط المُحسّن (EOR) ودور المُحسّنات

ما هي مُحسّنات الاسترداد النفطي (EOR) وكيف تعمل

تُضخ مواد كيميائية متخصصة تُعرف باسم مكيفات السطح المستخدمة في استخلاص النفط المحسن (EOR) إلى خزانات النفط، حيث تساعد في تحرير النفط العالق الذي يبقى دون تحرك بعد انتهاء طرق الاستخلاص التقليدية من أداء عملها. ما تقوم به هذه المكيفات فعليًا هو تغيير طريقة تفاعل النفط مع الماء والصخور المحيطة به، مما يجعل من السهل على النفط التحرك عبر الخزان. وعندما تضخ الشركات المواد الكيميائية في الآبار، تعمل هذه المكيفات عن طريق تقليل ما يُعرف بالتوتر البيني بين النفط وأي سائل يتم حقنه. وهذا يجعل قطرات النفط الصغيرة تتجمع مع بعضها بشكل أفضل، بحيث يمكنها العودة فعليًا إلى بئر الإنتاج. وتُفيد وزارة الطاقة الأمريكية أن دمج المكيفات مع البوليمرات في هذه العملية يمكن أن يزيد من معدلات الاسترجاع بنسبة تتراوح بين 15 و25 بالمئة في حقول النفط القديمة التي تم استخراج معظم النفط السهل منها بالفعل. ويمثل هذا النوع من التحسين أهمية كبيرة عند التعامل مع بقايا النفط العنيدة التي لا تزال محبوسة تحت الأرض.

تقليل التوتر السطحي: الآلية الأساسية في الحقن الكيميائي المدفوع بالمواد الفعالة سطحياً

تلعب المواد الفعالة سطحياً دوراً رئيسياً في استخلاص النفط المحسن لأنها تقلل من التوتر بين الزيت والماء عند نقاط تماسهما. وعندما تخفض هذه المواد التوتر البيني إلى ما يكاد يكون معدوماً، وأحياناً حتى أقل من 0.01 ملي نيوتن/متر، فإنها تسهم في تكوين مستحلبات وتسهيل حركة الزيت عبر الفراغات الصغيرة في التكوينات الصخرية. ومن المعروف أن بعض خلطات المواد الفعالة سطحياً عالية الكفاءة قادرة على تقليل التوتر البيني بنسبة تصل إلى 90% مقارنةً بأساليب الحقن بالماء التقليدية. وهذا يُحدث فرقاً كبيراً في المناطق مثل المكامن الكربونية الغنية بالأملاح، حيث يميل الزيت إلى الالتصاق العنيد بالصخور، مما يجعل طرق الاستخلاص التقليدية أقل فعالية مما هو مرغوب فيه.

تغيير القابلية للبلل في المكامن لتحسين إزاحة النفط

لا تقوم المواد السطحية فقط بتقليل التوتر البيني (IFT)، بل إنها في الواقع تُغيّر طريقة تفاعل صخور الخزان مع السوائل، وتحولها من حالة مبتلة بالنفط إلى حالة أقرب إلى الابتلال المائي. ما الذي يعنيه ذلك بالنسبة للعمليات الفعلية؟ عندما تصبح صخور الخزان أكثر توافقًا مع الماء، فإن السوائل المحقونة يمكنها دفع النفط بشكل أفضل بكثير بدلًا من أن تعلق على أسطح الصخور. تشير بعض الاختبارات الميدانية التي أُجريت في تكوينات الحجر الرملي إلى أن المحاليل المحسوبة بدقة من المواد السطحية قد عززت خصائص الابتلال المائي بنسبة حوالي 60 بالمئة وفقًا لبحث نُشر في مجلة SPE العام الماضي، والذي لاحظ أيضًا انخفاضًا بنحو 18% في تشبع النفط المتبقي. وبدمج هذه التغيرات في خصائص الابتلال مع انخفاض التوتر البيني، يحقق المشغلون نتائج مثيرة للإعجاب في مشاريع الحقن الكيميائي. غالبًا ما تسمح هذه الآثار المجمعة بتحقيق معدلات استخلاص تصل إلى نحو 40% من كمية النفط الأصلية الموجودة في الخزان خلال عمليات التشغيل المُحسَّنة جيدًا.

العمليات الرئيسية التي تمكّنها المواد السطحية:

• تحريك النفط المحبوس في الشعيرات
• تحسين كفاءة الكنس من خلال التحكم في اللزوجة
• منع مستحلبات انسداد المسام

الآليات الرئيسية لعمل المُحسّن السطحي في عمليات الاسترداد الكيميائي للنفط

التقنية بالمحسّن السطحي في الاسترداد المعزز للنفط: استراتيجيات الحقن وكفاءة الإزاحة

تحسّن التقنية بالمحسّن السطحي تحرير النفط من خلال ثلاث استراتيجيات رئيسية:

1. تدرجات التركيز : تُقلل محلول المحسن السطحي بنسبة 0.1–2% التوتر السطحي الفاصل إلى ≤0.01 مللي نيوتن/متر بفعالية
2. تسلسل الجرعات : تستعيد عمليات الحقن بالقلويات-المحسن السطحي-البوليمر (ASP) ما بين 18–25% من النفط المتبقي أكثر من عمليات الحقن المائي وحدها، كما أظهرت اختبارات ميدانية عام 2023
3. التحكم في الحركة : تُحسّن تركيبات البوليمر-المادة الفعالة سطحياً كفاءة الكنس بنسبة 35٪ في الخزانات غير المتجانسة

يقوم هذا النهج المتكامل بتعديل ديناميكيات السوائل وتفاعلات الصخور مع السوائل في آنٍ واحد، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة الإزاحة.

أداء المواد الفعالة سطحياً في خزانات الكربونات مقارنةً بخزانات الحجر الرملي

تتطلب التكوينات الكربونية عادةً تركيزًا أعلى بنسبة 40% من المخفضات السطحية بسبب التفاعلات الكهروستاتيكية القوية مع الأيونات الثنائية مثل Ca²+ و Mg²+.

تأثير الملوحة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة على استقرار ووظيفة المخفضات السطحية

*CMC: التركيز الميكيلي الحرج (نطاق تركيز 0.01–0.5% لمعظم مواد الخافضات المستخدمة في استخلاص النفط المعزز)

تشير بيانات الحقل إلى أن محاليل الخافضات تحتفظ بـ 90% من وظيفتها على مدى 180 يوماً في الخزانات التي تقل درجة حرارتها عن 70°م وملوحتها عن 50,000 جزء في المليون

التغلب على التحديات في ظروف الخزان القاسية

البيئات ذات درجات الحرارة والملوحة العالية: عوائق رئيسية أمام كفاءة الخافضات

عندما تتجاوز درجات حرارة الخزانات 80 درجة مئوية ويصل محتوى الملح إلى حوالي 100,000 جزء في المليون، فإن المُحسّنات السطحية لا تعمل بشكل جيد بعد ذلك. فدرجة الحرارة العالية والملوحة تقومان أساسًا بتفكيك المواد الكيميائية، مما يجعلها أقل فعالية بكثير في تقليل التوتر السطحي بين المواد المختلفة. وفقًا لبحث نُشر العام الماضي في مجلة Nature Energy، فإن نحو ستة من أصل عشرة خزانات نفط غير تقليدية تعاني من ضغوط تشقق تزيد عن 80 ميجا باسكال، ما يجعل الظروف أكثر عدم استقرارًا. على سبيل المثال، يمكن للمُحسّنات السطحية الإيثوكسي سلفات، وهي مركبات شائعة الاستخدام، أن تفقد ما بين أربعين إلى ستين بالمئة من قدرتها على تقليل التوتر البيني عند تعرضها لمياه مالحة تحتوي على 150 جرامًا لكل لتر من كلوريد الصوديوم عند درجة حرارة 90 مئوية. هذا الانخفاض الكبير في الفعالية يعني أن المشغلين يواجهون صعوبات في تحريك النفط عبر هذه البيئات القاسية.

امتصاص واحتفاظ المُحسّنات السطحية: الأسباب، والقياس، والأثر الاقتصادي

عندما تمتص أسطح الصخور المكونات النشطة سطحياً أثناء عمليات الحقن، فإنها تميل إلى التلاشي بنسبة تتراوح بين 20 إلى 30 بالمئة، مما يضيف نحو نصف دولار إلى 1.20 دولار من التكلفة الإضافية لكل برميل معالج. تكون الصخور الكربونية سيئة بشكل خاص في عملية الامتصاص هذه، حيث يمكن أن تمتص ما يصل إلى 2.1 ملليغرام لكل غرام بسبب امتلاك أسطحها شحنات موجبة تجذب الأجزاء السالبة الشحنة من جزيئات المادة الفعالة سطحياً. يساعد فحص العينات الأساسية من خلال اختبارات الغمر باستخدام مؤشرات على تحديد المناطق التي تظل فيها هذه المواد عالقة في الأجزاء التي لا تسمح بمرور السوائل بسهولة. ويُشير ورقة بحثية حديثة من سبرينجر عام 2024 إلى أمر مهم أيضاً: عند التعامل مع الظروف المالحة، قد يحتاج المشغلون إلى كمية تقارب ضعف كمية المادة الفعالة سطحياً فقط للحفاظ على الأداء المناسب، مما يؤثر بالتأكيد على الجدوى الاقتصادية الحقيقية لهذه المشاريع.

استراتيجيات لتحسين أداء المواد الفعالة سطحياً وتقليل الفاقد

استخدام عوامل تضحية لتقليل امتزاز المضافات السطحية

إن حقن عوامل تضحية مثل كربونات الصوديوم أو الليجنوسلفونات مسبقًا يُغلق مواقع الامتزاز على أسطح الصخور، مما يقلل من فقدان المضافات السطحية بنسبة 20–40% في خزانات الحجر الرملي (بونيمون 2023). كما أن الشطف القاعدي المسبق يُعدّل الشحنات الموجبة على معادن الطين، ويمنع الارتباط غير العكوس للمضافات السطحية الأيونية السالبة، ويعزز الكفاءة من حيث التكلفة.

الجسيمات النانوية كأدوات لمكافحة الامتزاز في الاستخلاص المعزز كيميائيًا

تشكل جسيمات السيليكا والألومينا النانوية حواجز واقية بين المضافات السطحية وأسطح الصخور. أظهرت دراسة عام 2024 أن الصيغ المستقرة بالجسيمات النانوية تقلل من الامتزاز بنسبة 35% في الخزانات الكربونية عالية الملوحة مقارنةً بالمضافات السطحية وحدها. بالإضافة إلى ذلك، تعزز الجسيمات النانوية الاستقرار الحراري، وتحافظ على أكثر من 90% من قدرة تقليل التوتر السطحي حتى عند درجة حرارة 120°م.

مطابقة كيمياء المضافات السطحية مع الجيوكيمياء الخاصة بالخزان

يؤدي تخصيص كيمياء المضافات السطحية وفقًا للظروف المحددة للخزان إلى تحقيق أقصى فعالية:

دراسة حالة: تطبيق ناجح للملطفات في حقل نفطي عالي الملوحة

حقق حقل كربوني في الشرق الأوسط بملوحة 220,000 جزء في المليون نسبة استخلاص نفط إضافية بنسبة 12% باستخدام ملطفات زويتريونية مقترنة بجسيمات نانوية من السيليكا. وقد حافظ التركيب على توتر سطحي داخلي قدره 0.01 ملي نيوتن/متر لمدة ستة أشهر بالرغم من درجات الحرارة التي بلغت 95°م، مما يدل على جدوى الاستخلاص الكيميائي للنفط في البيئات القاسية.

الاتجاهات المستقبلية في استرداد النفط المحسن القائم على المضافات السطحية

المضافات السطحية الذكية المستجيبة لظروف الخزان (الملوحة، درجة الحرارة)

يمكن للجيل الأحدث من المضافات السطحية الذكية أن يُعدّل نفسه تلقائيًا مع تغير ظروف الخزان، مما يحافظ على فعاليته حتى عند تجاوز مستويات الملوحة 200,000 جزء في المليون وارتفاع درجات الحرارة فوق 250 درجة فهرنهايت (ما يعادل حوالي 121 مئوية). ما الذي يجعل هذه المضافات خاصة؟ إنها تحتوي إما على مكونات حساسة للأس الهيدروجيني أو بوليمرات مستجيبة للحرارة تساعد في تقليل التوتر السطحي بشكل أفضل عبر مختلف المناطق داخل الخزان. كشفت الاختبارات التي أجريت في عام 2024 عن أمر مثير للاهتمام أيضًا. عند تطبيق النسخ الزويتريونية على تكوينات الكربونات ذات الملوحة العالية، نجحت في استرجاع نحو 18 بالمئة إضافية من النفط مقارنةً بالمضافات السطحية التقليدية. هذا النوع من التحسن له أهمية كبيرة بالنسبة للمشغلين الذين يواجهون تحديات صعبة في الاستخلاص.

النمذجة الرقمية والذكاء الاصطناعي للتنبؤ بسلوك المضافات السطحية في الخزانات المعقدة

تدمج نماذج التعلم الآلي الآن كيمياء الخزان، وتاريخ الإنتاج، وخصائص المخفضات السطحية للتنبؤ بكفاءة الامتزاز والإزاحة بدقة تصل إلى 92%. وكشفت دراسة أجريت في عام 2025 أن المحاكاة المدعومة بالذكاء الاصطناعي قلّصت تكاليف اختبار التشغيل التجريبي بنسبة 41%، بينما حددت تصاميم وحدات المخفضات السطحية-البوليمير المثلى للخزانات المعقدة وغير المتجانسة.

الجيل القادم من الحقن الكيميائي: دمج الابتكار والاستدامة

تكتسب تقنيات استخلاص النفط المعزز (EOR) المستدامة زخماً بفضل المضافات السطحية القابلة للتحلل البيولوجي والمصنوعة من النباتات بدلاً من المواد الكيميائية البترولية. وقد بدأت الشركات في تنفيذ أنظمة حقن تعمل بالطاقة الشمسية جنباً إلى جنب مع مضافات سطحية تجذب ثاني أكسيد الكربون، مما يقلل من انبعاثات الكربون أثناء العمليات. وأظهر اختبار ميداني أُجري في حوض بيرميان عام 2025 أن هذه الأساليب قللت فعلياً من إجمالي الانبعاثات بنسبة حوالي 33%. وهو رقم مثير للإعجاب إذا ما تم النظر في كمية الطاقة التي تستهلكها عمليات الاستخراج التقليدية. وما يجعل هذا الأمر مميزاً بشكل خاص هو أنه يتماشى تماماً مع الأهداف المناخية الدولية التي وضعتها منظمات مثل الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (IPCC). والإنجاز الحقيقي هنا لا يتمثل فقط في استخراج المزيد من النفط من باطن الأرض، بل في القيام بذلك مع الحد من التأثير البيئي، وهو أمر اعتقد كثير من العاملين في القطاع سابقاً أنه مستحيل.