تعدين الصخر الزيتي

الصخر الزيتي:

هو نوع من الصخور الرسوبية الغنية بالكيروجين، الكيروجين هو جزء من الصخور التي تتكسر وتطلق الهيدروكربونات عند تسخينها، الهيدروكربونات عبارة عن مواد مصنوعة بالكامل من الهيدروجين والكربون، البترول والغاز الطبيعي هي على الأرجح هيدروكربونات، يمكن استخدام الهيدروكربونات الموجودة في الصخر الزيتي كبديل للبترول أو الغاز الطبيعي مثل البترول التقليدي والغاز الطبيعي والفحم، يعتبر الصخر الزيتي والكيروجين من الوقود الأحفوري.

ما هو الكيروجين؟

تطور الوقود الأحفوري من بقايا الطحالب والجراثيم والنباتات وحبوب اللقاح ومجموعة متنوعة من الكائنات الحية الأخرى التي عاشت منذ ملايين السنين في البحيرات القديمة والبحار والأراضي الرطبة، عندما ماتت هذه الكائنات وانجرفت إلى قاع البحر دفنت تحت طبقات جديدة من النباتات والرواسب وواجهت ضغط وحرارة شديدين، ثم تحللت وتحولت ببطء إلى مادة شمعية تعرف باسم الكيروجين.

لا توجد تركيبة كيميائية متسقة من مادة الكيروجين لأن أصولها متنوعة، عادة ما يحتوي الكيروجين الذي يتكون من نباتات برية (تسمى الكيروجين الدبالي) على نسبة أكسجين أعلى من الكيروجين المتكون من العوالق (يسمى الكيروجين العوالق)، مع ذلك فإن جميع أنواع الكيروجين تتكون أساساً من الهيدروكربونات؛ كما أن هناك كميات أقل من الكبريت والأكسجين والنيتروجين ومجموعة متنوعة من المعادن .

ما هو الصخر الزيتي؟

يمكن اعتبار الصخر الزيتي بمثابة مقدمة للنفط والغاز الطبيعي مع مزيد من الضغط ووقت جيولوجي أكبر، يوجد الصخر الزيتي في جميع أنحاء العالم بما في ذلك الصين وإسرائيل وروسيا، ومع ذلك تمتلك الولايات المتحدة الأمريكية معظم موارد النفط الصخري، الزيت الصخري مشابه للبترول، ويمكن تكريره إلى العديد من المواد المختلفة بما في ذلك وقود الديزل والبنزين وغاز البترول المسال (LPG)، كما يمكن للشركات أيضاً تكرير الزيت الصخري لإنتاج منتجات تجارية أخرى مثل الأمونيا والكبريت، كما يمكن استخدام الصخور المستنفدة في الأسمنت.

الصخر الزيتي هو تكوينات صخرية تحت الأرض تحتوي على البترول المحتجز، يُعرف البترول المحاصر داخل الصخور باسم الزيت المحكم ويصعب استخراجه، غالباً ما تستخدم الشركات التي تستخرج الزيت المحكم التكسير الهيدروليكي، بينما تستخدم الشركات التي تستخرج الزيت الصخري الحرارة، وغالباً ما يتم تصنيف الصخر الزيتي حسب تاريخها الترسيبي ومحتواها المعدني، كما أن تاريخ ترسب الصخور الرسوبية هو تاريخ نوع البيئة التي تطورت فيها الصخرة، حيث يتضمن التاريخ الترسيبي للصخر الزيتي، الكائنات الحية، الرواسب التي ترسبت وكذلك كيفية تفاعل هذه الرواسب مع الضغط والحرارة.

تشكل الصخر الزيتي في البحيرات في الغالب من الطحالب التي تعيش في المياه العذبة أو المياه المالحة أو المياه قليلة الملوحة، اللاموزيت والتوربانيت هما نوعان من الصخر الزيتي المصاحب لبيئات اللاكوسترين، تشكل رواسب اللاموزيت بعضاً من أكبر تكوينات الصخر الزيتي في العالم، توجد رواسب التوربانيت بشكل رئيسي في اسكتلندا وأستراليا وكندا وجنوب إفريقيا.

تحتوي رواسب الصخر الغني بالكربونات على كميات عالية من معادن الكربونات، تتكون معادن الكربونات من أشكال مختلفة من أيون الكربونات (مركب فريد من الكربون والأكسجين)، الكالسيت على سبيل المثال هو معدن كربوني شائع في الصخر الزيتي الغني بالكربونات، الكالسيت هو مكون أساسي للعديد من الكائنات البحرية، يساعد الكالسيت في تكوين الأصداف والواجهات الخارجية الصلبة للمحار ونجوم البحر، كما تعد العوالق والطحالب الحمراء والإسفنج مصادر مهمة للكالسيت.

تعدين الصخر الزيتي:

يتضمن الحصول على الزيت الصخري من الصخر الزيتي تسخين الكيروجين في عملية تسمى الانحلال الحراري، الانحلال الحراري هو شكل من أشكال التسخين بدون استخدام الأكسجين عند حوالي 60-160 درجة مئوية (140-320 درجة فهرنهايت)، يصل الكيروجين إلى نافذة الزيت الطبيعية عند 120-225 درجة مئوية (248-437 درجة فهرنهايت)، يمكن أن يتم الانحلال الحراري بطريقتين: خارج الموقع (فوق الأرض) أو في الموقع (تحت الأرض).

أثناء عملية خارج الموقع، يتم أولاً استخراج الصخر الزيتي من الأرض من خلال التعدين السطحي أو الجوفي، يتم سحق الصخر، ثم يتم إعادة تدويره (تسخينه) لتحرير الزيت الصخري، ثم يتم تكرير الزيت الصخري من الشوائب مثل الكبريت، الطريقة الثانية في الموقع وهي طريقة تجريبية جديدة لاستخراج الزيت الصخري، عندما تتم العملية في الموقع لا يتم تعدين الصخر الزيتي أو سحقه، بدلاً من ذلك يتم تسخين الصخر إلى نافذة الزيت الخاصة به بينما لا يزال تحت الأرض.

تُعرف إحدى التقنيات المستخدمة لاستخراج الزيت في الموقع باسم التسخين الحجمي، في هذه العملية يتم تسخين الصخر مباشرة بتيار كهربائي، يتم حقن عنصر التسخين إما مباشرة في بئر أفقي أو في منطقة مكسورة من الصخر حتى يبدأ الصخر الزيتي في إنتاج الزيت الصخري، يمكن بعد ذلك ضخ النفط مباشرة من تحت الأرض.

يوجد طريقة أخرى يمكن استخدامها إما في الموقع أو خارج الموقع تتضمن السوائل المتفاعلة كيميائياً، يتم حقن السوائل مباشرة في منطقة المعوجة (حيث يتم تسخين الصخور)، يعتبر الهيدروجين عالي الضغط أحد أكثر السوائل التفاعلية كيميائياً شيوعاً، يقوم في نفس الوقت بتسخين الصخور وإزالة الكبريت ورفع جودة النفط المستخرج.

يحتوي الزيت الصخري على آلاف المركبات ذات الوزن الجزيئي المرتفع والمركبات التي تحتوي على ذرات غير متجانسة؛ ممّا يجعلها غير مستقرة وعرضة للبلمرة وتشكيل الرائحة والألوان والملوثات السامة، بغض النظر عن التطبيق المقصود يجب ترقية الزيت الصخري لتقليل أو القضاء على تلك المركبات غير المرغوب فيها، استراتيجية الترقية الأكثر شيوعاً هي تطبيق طرق المعالجة المائية المختلفة مثل المعالجة المائية والتكسير التحفيزي والتكسير بالهيدروجين.

عندما يتم حرق (تسخين) الزيت الصخري، فإنه يطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ثاني أكسيد الكربون هو غاز من غازات الدفيئة، يمتص ويحتفظ بالحرارة في الغلاف الجوي للأرض، وهي عملية تسمى تأثير الاحتباس الحراري، يعد تأثير الغازات الدفيئة ضرورياً للحياة على الأرض؛ لأنه يساعد على عزل الأرض وإبقائها في درجة حرارة دافئة وصالحة للعيش، بدأت الدول الأوروبية وبعد ذلك الولايات المتحدة في استخراج النفط الصخري والزيت الصخري وحرقهما كمصادر للوقود، تم إنشاء أول منشآت تعدين الصخر الزيتي في الولايات المتحدة في وادي نهر أوهايو في ولايات بنسلفانيا وأوهايو وفيرجينيا الغربية.

استخدامات الصخر الزيتي:

يستخدم الناس الصخر الزيتي منذ آلاف السنين، استخدمت بلاد ما بين النهرين القديمة الزيت الصخري لتمهيد الطرق وسد السفن، في الشرق الأوسط كان الزيت الصخري اللزج أحد مكونات الفسيفساء المزخرفة، بدأت صناعة الصخر الزيتي الحديثة في القرن التاسع عشر، تستخدم هذه الصناعة العمليات الصناعية لتسخين الصخر الزيتي من أجل استخراج النفط، حيث تم استخدام الزيت الصخري في مجموعة متنوعة من المنتجات بما في ذلك شمع البارافين.