بدأنا مؤخرا نسمع بوتيرة متزايدة بمصطلح الغاز الطبيعي، كيف وأين تشكل هذا النوع من الغاز وهل هناك أنواع أخرى للغاز؟ دعونا نسلط الضوء على أنواع الغاز المختلفة وكيف تختلف هذه الأنواع عن بعضها البعض بالإضافة إلى لمحة عن جيولوجيا الصخور الحاوية على الغاز.
ماهو صخر الشيل (الغضار) ؟
هو الصخر الرسوبي الأوفر في العالم ويقدر بحوالي 50% من الصخور الرسوبية للأرض، يتكون الشيل من جزيئات صغيرة متراصة، ذات قياس أقل من 0.004 مم عادة ، تتكون صخور الشيل عند ترسب هذه الجزيئات في المياه التي تتحرك ببطء وتتوضع غالبًا في البحيرات والمياه الضحلة، كدلتا الأنهار وأماكن الفيضانات، وأيضًا في البيئات البحرية حيث تتواجد المياه الهادئة في الأعماق. يتحوّل الشيل إلى اردواز عند تعرّضه لدرحات عالية من الحرارة والضغط عالية.
إذًا الشيل هو عبارة عن وحل (مضغوط أو مرصوص) و يندرج ضمن فئة الصخور الرسوبية المعروفة باسم الحجر الطيني (mud stone) والذي يتميز بأنه صفحي أي مكون من طبقات رقيقة، وبأنه قابل للإنشطار أي يمكن فصله لشرائح رقيقة على طول طبقاتة، كما يتميز بأنه صخر ضعيف المسامية والنفوذية.
للشيل استخدامات عديدة وأغلبنا تعامل معه كونه موجود في حياتنا اليومية، فمثلًا يستخدم الشيل لصنع القرميد وبلاطات الأسقف كما يدخل في تركيب الاسمنت.
كيف يتشكل الغاز الطبيعي ؟
الغاز الطبيعي هو وقود أحفوري تمامًا كالنفط والفحم. تشكل منذ ملايين السنين وكانت بداياته عبارة عن نباتات وحيوانات بحرية. خلال فترة حياتها، قامت هذه المخلوقات المجهرية بامتصاص الطاقة من الشمس وخزنتها بشكل جزيئات كربونية في أجسامها، وعندما ماتت، غرقت حتى وصلت قاع البحر وبمرور الزمن تراكمت طبقة بعد طبقة من الرسوبيات والمواد العضوية. ونتج عن الضغط والحرارة خلال فترة الترسيب تراص هذه الجزيئات وظهرت تشكيلة الشيل. الحرارة والضغط هذين يؤديان إلى تحطم الروابط الكربونية في المادة العضوية المحتجزة ضمن الرسوبيات وعندما تتجاوز درجات الحرارة حد الـ 120 درجة مئوية ( 250 درجة فهرنهايت) يتولّد النفط والغاز بفعالية. تستغرق عملية دفن صخور المصدر في الأعماق ملايين السنين لتأمين درجة حرارة نضج وتوليد كميات كبيرة من النفط والغاز. ويُشار إلى هذا النوع من النفط والغاز على أنه نفط وغاز مولَّد حراريًا (thermogenic).
يتشكل عند درجات الحرارة المنخفضة نفط بكمية أكبر نسبة إلى الغاز الطبيعي بينما عند درجات الحرارة الأعلى ( عند الصخور ذات الأعماق الأكبر ) فإن كمية الغاز الطبيعي المتشكلة تكون أكبر نسبة إلى لنفط.
يترافق الغاز الطبيعي عادة مع النفط في الطبقات على أعماق من 1 – 2 ميل تحت القشرة الأرضية. أما في الطبقات الأعمق - البعيدة جدًّا في باطن الأرض – فإنها تحوي بشكل أولي على الغاز الطبيعي وبحالات كثيرة ميتان صافي والذي هو نوع من أنواع الغاز الطبيعي الذي نستعمله بكثرة.
يمكن أن يتشكل الغاز الطبيعي أيضًا خلال نقل المادة العضوية عبر مخلوقات صغيرة (methanogens) والتي تقوم بكسر المادة العضوية الكربونية وتحويلها إلى ميتان. توجد هذه المخلوقات عادة في البيئات الفقيرة بالأوكسجين والقريبة من سطح الأرض. الميتان المُنتج بهذه الطريقة يُدعى بالميتان الحيوي (biogenic) وغالبًا ما يضيع هذا النوع من الميتان في الجوّ لكن يمكن في حالات محددة أن يُحتجز في باطن الأرض ويُكتشف على أنه غاز طبيعي،كغاز مطامر النفايات الناتج عن تفسّخ النفايات و تمكن التقنيات الحديثة من استثمار هذا الغاز و إضافته إلى منتوج الغاز الطبيعي.هناك طريقة ثالثة لتشكّل الميتان والغاز الطبيعي وذلك من خلال عمليات التولّد الذاتي (abiogenic) حيث يحدث ذلك على أعماق كبيرة من القشرة الأرضية بوجود الغازات الغنية بالهيدروجين وبوجود جزيئات الكربون. يتم ذلك عند الارتفاع التدريجي لهذه الغازات نحو السطح حيث ينتج عن ذلك تماسها مع المعادن الموجودة في باطن الأرض ، ويمكن لهذا التماس أن يشكل تفاعلًا ينتج عنه عناصر ومركبات موجودة في الجو ( النتروجين، الأوكسجين، ثاني أوكسيد الكربون، آرغون، الماء). إذا كانت هذه الغازات تحت ضغط عال جدًّا أثناء حركتها نحو سطح الأرض تتشكل دفعات من الميتان مشابه للميتان المولَّد حراريًا
إن الغاز التقليدي وغير التقليدي يتمتعان بنفس الخواص الكيميائية ويندرجان تحت مسمى الغاز الطبيعي لكنهما يختلفان من الناحية الجيولوجية للصخور التي يوجدان فيها المسماة بالصخور الخازنة. وعلى الرغم من أن أغلبنا يتخيل المكمن عبارة عن جسم متصل أو مسبح من المائع ( الغاز في حالتنا هذه ) لكن الحقيقة مختلفة حيث يتكون المكمن الغازي من كميات صغيرة من الغاز المحتجز ضمن الفراغات بين الجزيئات المشكِّلة للصخر الخازن. وتُحدد طبيعة الصخر الخازن من خلال المسامية والنفوذية.
* المسامية:
هي الفراغ بين الجزيئات المكونة للصخر ، ولذلك فهي تُمثل سعة الصخر على حمل المائع أو الغاز.وتعرف المسامية بأنها نسبة حجم الفراغات إلى الحجم الكلي للصخر وكلما كانت المسامية أكبر كلما كان حجم المائع الموجود أكبر.
يكون الصخر عمومًا جيّد التخزين إذا كانت الجزيئات المكوّنة له متساوية بالحجم حيث يؤدي ذلك إلى مسامية أكبر من تلك المكوّنة من نطاق مختلف من حجم الجزيئات وذلك لأن الجزئيات الأصغر ستملأ الفراغات بين الجزيئات الأكبر.
* النفوذية:
المسامية العالية للصخر وحدها لاتكفي، بل يجب أن تكون هذه المسامات متصلة لتسمح بتدفق المائع أو الغاز وهذا ما يُشار له بالنفوذية. النفوذية هي واحدة من السمات التي تميّز مكامن الغاز التقليدي عن غير التقليدي ، تُقاس النفوذية بواحدة الدارسي Darcy. يملك مكمن الغاز التقليدي نفوذية 1 دارسي أو أكثر، أما في مكامن الغاز المُحكم (Tight gas) في الصخر تكون الرسوبيات أكثر تراصًّا تنقص النفوذية إلى بضع ميلي دارسيات أو 0.001 دارسي، أما نفوذية تشكيلات الغاز الصخري غير التقليدي (Shale gas) تكون أقل من ذلك وتصل إلى 0.000001 دارسي (ميكرو دارسي).
لذلك توجد مصادر الغاز التقليدي كتجمعات منفصلة في المصائد البنبوية أو الستراتغرافية والتي تكون إما مرافقة لحقول النفط أو معزولة كحقول غاز غير مرافق ( لاحظ الشكل المرفق ).تسمح القيمة العالية لمسامية ونفوذية الصخر الخازن في البئر التقليدي للغاز الطبيعي بالحركة بسهولة مما يسمح بالحصول على الغاز من المكمن التقليدي ببساطة عن طريق حفر بئر عبر صخور الغطاء إلى المكمن قبل ضخ الغاز خارجًا وتعتبر هذه الطريقة الأسهل تاريخيًّا والأرخص تكلفًة ولذلك هي المسيطرة في مجال استعمال الغاز الطبيعي.
Image: U.S. Energy Information Administration
لكن اقتراب العديد من حقول الغاز التقليدي من الاستنزاف وبسبب المخاوف من تراجع الانتاج أدى إلى تحفيز دعم أكبر لاستكشاف واستثمار مصادر الغاز غير التقليدي وذلك من خلال استكشاف تقنيات حفر جديدة، خصوصًا الحفر الأفقي والتشقيق الهيدروليكي وبذلك أصبح من الممكن الوصول إلى أحجام ضخمة من الغاز الطبيعي ضمن أعماق كبيرة في توضعات الشيل والتي كانت تعتبر سابقا غير قابلة للاستثمار أو الانتاج. نتيجة بذلك ازداد تقدير احتياطي الغاز الطبيعي مع تقديرات مقترحة للغاز الغير تقليدي الذي من الممكن أن يكون أوفر ومتوزع على نطاق جغرافي أوسع من مصادر الغاز الطبيعي التقليدي.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
المصدر: الباحثون السوريون