يعتبر استخراج النفط من المكامن، خلافًا للاعتقاد السائد، ليس أمرًا سهلًا كحفر حفرة ليبدأ النفط بالتدفق منها لأن هذه هي المرحلة الأولى فقط من مراحل استخراج النفط التي يتدفق فيها المجموع الكلي من النفط إلى السطح بنسبة تتراوح ما بين 5% و15% تحت ضغط طبيعي.
وفي هذا الصدد، طور باحثون من جامعة خليفة تقنية نمذجة جيوكيميائية حديثة بهدف دراسة الأساليب المستخدمة في استخراج النفط من المكامن الكربونية وتقييمها. وقام كل من الدكتور إلياس خورشيد، باحث دكتوراه والدكتور عمران أفغان، أستاذ مشارك من قسم الهندسة الميكانيكية، ببحث التدفق الكيميائي الذي يعتبر تقنية تحفز النفط على الانفصال عن مسام الصخور والتدفق إلى السطح. ويركز نموذج الباحثين على المواد الكيميائية والبوليمرات المستخدمة في هذه العملية ويساهم في تحسين مستوى تنبؤ آلية التعامل مع النفط في المكامن، كما يهتم المشروع البحثي بالصخور المكونة للمشهد الجيولوجي في منطقة الشرق الأوسط وهي صخور كربونية تشمل الحجر الجيري والدولوميت.
نشر الباحثون نتائج الدراسة في المجلة العلمية "نيتشر ساينتيفك ريبورتس"، وهي مجلة دولية تغطي جميع المجالات المتعلقة بالعلوم الطبيعية.
فعندما ينخفض مستوى الضغط الطبيعي في المكامن بشكل كبير ليعزز إنتاج النفط، يمكن ضخ المياه والغاز في المكامن للحفاظ على الضغط وزيادة معدل استخراج النفطـ، حيث تساهم المياه وحدها بإزاحة نسبة إضافية بمقدار 15% من النفط في المكامن، في حين تبقى نسبة 70% من النفط في مكانه. وهنا، تكمن الحاجة لعمليات استخراج النفط المعززة.
وبعيدًا عن استخدام النفط للضغط لإخراجه من الأرض، يتمحور مفهوم عمليات استخراج النفط المعززة حول تغيير خصائص مكامن النفط لتسهيل عمليات الاستخراج. ويعد كل من البوليمر ومواد التدفق السطحي تقنيتان تساهمان في تحسين عملية استخراج النفط اللزج.
يعتبر ضخ المياه وحده غير كاف لأنه قد يتدفق في ممرات ذات نفاذية بين آبار الضخ وآبار الإنتاج. وبما أن النفط لا يمكن أن يختلط مع المياه، يتم احتجازه بين الصخور دون امتزاجه بالمياه متجهًا نحو آبار الإنتاج لتظهر الحاجة حينها إلى البوليمرات ومواد التدفق السطحي لفصل النفط عن أسطح الصخور، حيث تساهم مواد التدفق السطحي في الحد من شدة التوتر السطحي للسوائل.
ففي تقنية تدفق البوليمرات، يتم إضافة المواد البوليمرية إلى المياه التي يتم ضخها في المكامن، وهو ما يزيد بدوره من لزوجة المياه ويحسن إزاحة النفط. ومن جهة أخرى، يتم استخدام تقنية مواد التدفق السطحي بالتزامن مع بوليمرات التدفق والتي تشمل إضافة مواد التدفق السطحي إلى المياه لتقوم بدور سائل تنظيف الأطباق وتزيل النفط من أسطح الصخور.
قال الدكتور إلياس: "لا يمكن اعتبار عمليات التدفق الكيميائي البوليمري والسطحي آليتين منفصلتين تحدثان في مكامن النفط في وقت واحد نظرًا لتأثير التفاعل الكيميائي للمادتين على عوامل عديدة تشمل فعالية مواد التدفق السطحي واقتصاديات التشغيل واستخراج النفط".
تتميز تشكلات الصخور الكربونية بمسامية منخفضة وهذا كفيل بأن يؤدي إلى تدني إمكانية استخراج النفط، كما تساهم الأملاح والمعادن الموجودة في الصخور في إضعاف البوليمرات، الأمر الذي أيضًا يحد من كفاءة استخراج النفط.
وأضاف الدكتور إلياس: "لذلك، يجب البحث في تفاعل مواد التدفق البوليمرية والسطحية ودراسة تطابقها مع الصخور في المكامن".
يذكر أن كلًا من الدكتور إلياس والدكتور عمران طورا منهجية نمذجة شاملة لتتبع آثار علم المعادن في الصخور وتشكل السوائل واحتجازها على السطح خلال عمليات التدفق البوليمري السطحي. ومن ناحية أخرى، تتيح هذه الدراسة لمهندسي البترول القدرة على تحديد أفضل خلطات مواد التدفق السطحية والبوليمرية للاستفادة منها في التشكلات الصخرية الكربونية الموجودة في منطقة الشرق الأوسط.