ملاحظة مهمة: هذا المقال حصري لموقع AONG ، لا يمكن نقله وإعادة نشره في موقع آخر إلا بذكر رابط المقال.
مقدمة عامة :
تعد الطرق الجرثومية و البكتيرية إحدى الأساليب السهلة والاقتصادية التي تساهم في تحسين خصائص النفط المتبقي في المكمن ، وجعلة قادرة على الحركة وسهل الاستثمار ،حيث ينتج عن العمليات الحيوية التي تقوم بها العضويات الدقيقة نواتج قادرة على تحسين استثمار النفط ، وكل ناتج منها يعتبر من إحدى طرق تحسين الإنتاج EOR ، مثل الغازات الناتجة عن التخمر (CH4 ,CO2) والحموض والبوليميرات ، وهذا بالإضافة إلى ميل الكائنات الدقيقة للسطوح الصلبة ودورها في طرد النفط الملتصق بالصخر ، وكذلك الحرارة المنتشرة الناتجة عن التخمر والتي تعمل على تقليل الزوجة النفط وتسهيل حركته .
لقد دُرست هذه الطريقة منذ بداية الخمسينات ، ولا تزال الأبحاث جارية والتجارب مستمرة لتطويرها و تطبيقها في المستقبل خاصة وأنها تطبق في آخر مراحل الإنتاج وستكون صدى لعبارة باستور الذي قال : تبقى الكلمة الأولى والأخيرة للميكروبات.
المفهوم العام للبكتيريا:
تعد وحيدات خلية مجهرية تنقصها البنية الخلوية الكاملة فهي لا تحتوي على نواة متميزة و غشاء نووي وتنشر مادتها الصبغية على شكل كتل ضمن السیتوبلازما وهي اوسع الكائنات الحية انتشارا ، و وجدت في الجو على ارتفاع يصل إلى 6400m فوق سطح الأرض وكذلك على عمق m 4800 تحت سطح البحر، وتحتوي الأرض الخصبة غالبا 000 , 000 , 100بكتيريا في الغرام الواحد ، والأماكن التي لا توجد فيها بكتيريا قليلة جدا نسبيا مثل الأنسجة الداخلية والطبقات العميقة من الأتربة وحفر البراكين النشيطة .
وتوجد البكتيرية في ثلاثة أشكال : (الكروي – الأسطواني – الحلزوني) ويمكن لبعضها التحول من شكل لآخر في ظروف خاصة ، والشكل التالي سيوضح أشكال البكتيرية الرئيسة مكبرة 20000 مرة .
ويختلف حجم البكتيرية من نوع لأخر فمثلا أصغر أشكالها عصوي ي تراوح طوله بين (0.15-0.30) میکرون ، أما أكبرها فكروي ويبلغ قطرة 1.5 ميكرون ، فالخلية البكتيرية في منتهى الصغر وتحتوي في المتوسط 70 – 85% من وزنها ماء .
تتكاثر البكتيرية عن طريق حادثة الانقسام ( الإنشطار ) ينشا عن البكتيرية الواحدة أفراد كثيرة ، وبسرعة مدهشة تشكل مستعمرات كبيرة لدرجة كافية ،يمكن رؤيتها بدون الاستعانة بالمجهر ، فالخلية الواحدة قد ينتج عنها نحو 20 مليون خلية خلال 24 ساعة.
اما عندما تكون ظروف الوسط غير مناسبة ، فتتمكن البكتيرية من مقاومة الموت بتشكيل خلية مقاومة خاصة يطلق عليها اسم البوغة حيث تتخلص الخلية البكتيرية من مائها فتجف وتحاط بغلاف سميك مقاوم وتعيش حياة هادئة بطيئة قادرة على مقاومة الظروف الصعبة فإذا ع انت الظروف مناسبة انتشت البوغة ( الجرثومة) وأعطت خلية بكتيرية جديدة تعود للانقسام بالانشطار .
وهناك بعض أنواع من البكتيريا العضوية تملك القدرة على تكوين جراثیم داخلية أكثر من غيرها من الأنواع ، ولكن حدوث تغير في التركيب الوراثي يفقد البكتيرية قدرتها على تكوين الجراثيم .
إقرأ أيضاً إدارة الحقول النفطية
هذه فكرة موجزة وعامة عن البكتيرية التي تعد أهم أنواع الكائنات الدقيقة التي تضم بالإضافة للبكتيريا ( الخمائر – الفيروسات – فطريات – العفن – الطحالب )، والتي تشكل جراثيم تحت ظروف خاصة .
ولقد تعرضنا للبكتيرية دون غيرها كونها تلعب دورا كبيرا في تحسين الإنتاج من الصخور الكربوناتية يليها في ذلك بعض الخمائر وهذا ما أثبتته التجارب .
العوامل المؤثرة على الكائنات الدقيقة ( البكتيريا – الجراثيم ) :
1 – الغذاء :
إن معظم الكائنات الدقيقة تحتاج تقريبا إلى نفس العناصر اللازمة للكائنات الأخرى مثل : الكربون والهيدروجين و الأوكسجين و النتروجين والكبريت ، اي العناصر الأساسية المكونة للبروتينات ، وكذلك تحتاج إلى كمية أقل من الفوسفور والحديد والمغنيزيوم والبوتاسيوم والكالسيوم ، كما أنها تحتاج إلى كميات متناهية في الصغر من الفيتامينات .
2 – الرطوبة :
تحتاج الكائنات الدقيقة لها لنقل الغذاء في صورة ذائبة إلى داخل الخلية ولنقل الفضلات إلى خارجها بالإضافة إلى ضرورتها لحفظ المحتوى المائي لسيتوبلازما الخلية .
3 – درجة الحرارة :
لقد قسمت الكائنات الدقيقة إلى مجموعات مختلفة طبقا لدرجات الحرارة المثلى لنموها فسميت الأنواع التي تزيد درجة الحرارة المثلى لنموها عن °45C بالأنواع المحبة للحرارة ” وهي التي تهمنا حيث نحتاج إلى هذا النوع لتحمل الحرارة في الأعماق ،أما الأنواع التي تقع درجة الحرارة المثلى لنموها بين °15 – 45 C فسميت وسيطة الحرارة ” بينما سميت الأنواع التي تقل درجة الحرارة المثلى لنموها عن ° 15 C بالأنواع المنخفضة الحرارة”. ولإعاقة نمو الكائنات الدقيقة نلجأ لدرجة حرارة منخفضة ، أما إذا أردنا تنشيط نموها نهيئ لها الدرجة المناسبة .
4-الضغط :
هناك أنواع من البكتيرية محبة للضغط حيث تتحمل ضغوطا حتى 650 كغ/سم² أما الضغوط الأعلى من ذلك فتؤدي إلى تخريبها حيث تتخرب معظم البكتيرية غير المتبوغة عند تطبيق ضغط يتراوح بين 3000-6000 ضغط جوي خلال 45 دقيقة بينما تحتاج الأنواع المتبوغة إلى أكثر من 20000 ضغط جوي حتى تتخرب وتموت.
5- المحتوى الأكسجيني للوسط:
تقسم الكائنات الحية تبعا لحاجتها للأكسجين إلى أربعة أقسام :
– الكائنات الهوائية : وهي التي تحتاج إلى أكسجين من أجل نموها .
– الكائنات اللاهوائية : وهي التي لا تنمو بوجود الأكسجين اي أن وجوده يخربها .
– الكائنات اللاهوائية اختياريا : وهي التي تستطيع النمو بوجود الأكسجين عن طريق التنفس و بغياب الأكسجين عن طريق التخمر ، وهذا النوع هام جداً .
– الكائنات المحبة لآثار من الأكسجين : وهي تنمو بوجود كميات قليلة جدا من الأكسجين حيث تكون خلاياها مجهزة ببعض الأنزيمات ، مما يجعلها شديدة الحساسية تجاه الكميات الكبيرة من الأكسجين .
6- حموضة وقلوية الوسط ( PH ):
تتراوح درجة الحموضة المثالية بالنسبة لمعظم البكتيرية بين 6.5-8 إلا أن هناك بعض الأنواع النادرة التي تشذ عن ذلك.
7 – تراكم المواد المثبطة للنمو :
وهي نواتج التنفس أو نواتج النمو من أحماض متراكمة حيث تؤدي هذه النواتج مع الزمن الى تسمم الخلايا.
8-التوتر السطحي :
تستطيع بعض انواع البكتيرية أن تتكاثر في بيئات ذوات توتر سطحي منخفض نسبيا إلا أن معظم الكائنات الدقيقة تفضل النمو في بيئة ذات توتر سطحي مرتفع نسبياً .
9- وجود ثاني أكسيد الكربون:
تحتاج جميع أنواع البكتيرية إلى وجوده ولو بكميات قليلة خصوصا البكتيرية ذاتية التغذية ، وقد يؤدي غيابه التام إلى توقف كلي للنمو . ومن هنا تأتي أهمية هذه الطريقة بعد حقن CO2 و الاستفادة منه في رفع عامل المردود النفطي .
إلا أن وجود CO2 بوفرة وتحت ضغط مرتفع ، يؤدي إلى قتل الكثير من الكائنات الدقيقة خصوصا إذا انخفض الضغط بشكل مفاجئ .
إقرأ أيضاً تقنيات الرفع الصناعي للنفط
كيفية تطبيق الطرق الجرثومية و البكتيرية :
لتطبيق الطرق الجرثومية أو البكتيرية يجب أن تكون ملمين بأكبر قدر من المعلومات حول الحصول على الطعم البكتيري المناسب عن طريق المنابت التي تعطي النوع المرغوب وإذا لم يتصف هذا النوع بكل الميزات المطلوبة فإننا نقوم بإجراء تحسين السلالة عن طريق تزاوج واتحاد بين الأنواع للوصول إلى الميزات المطلوبة .
بعد تحضير الطعم البكتيري ونقله إلى بئر الحقن يتم حقنه مع شحنة من المولاس وبعض الأغذية المعدنية والماء ولا يتطلب ذلك معدات كثيرة غير مضخات الحقن ثم تحقن عدة دفعات دورية مدعمة إذا دعت الحاجة إلى ذلك ويستمر الحقن مع الماء لمنع تكتل البكتيرية وتأمين توزعها بشكل أكثر شمولية .
في هذا النظام الذي يعتمد على حقن غذاء معدني مع البكتيرية لا يحقن غذاء عضوي لأن البكتيرية ستكون قادرة على عملية الاستقلاب باستخدام قسم من الهيدروكربونات المؤلفة للنفط الخام نفسه وبذلك تحسن خصائصه .
بعد إتمام عملية الحقن يتم إغلاق البئر لفترة من الزمن حتى تنمو البكتيرية وتتكاثر وتقوم بالعمليات الحيوية التي ينتج عنها نواتج مهمة قادرة على تحسين استثمار النفط .
وتحديد مدة الإغلاق يتبع لعدة عوامل أهمها :
– نوع الطعم البكتيري
– نوع الغذاء المحقون وكميته
– مواصفات المكامن التي تم فيها الحقن .
وتتراوح مدة الإغلاق بين ثلاثة أشهر وستة أشهر وهذه المدة قد تؤدي إلى خسارة اقتصادية ولكن فترة زمنية من الإنتاج اللاحق بعد زيادة المردود يمكن أن تغطي هذه الخسارة ويبدأ الربح الصافي .
نتائج تطبيق الطرق الجرثومية في بعض بلدان العالم :
لم يقتصر تطبيق الطرق الجرثومية و البكتيرية على بلد واحد وإنما تم تطبيقها وإجراء تجارب عليها في عدد من دول العالم
فمثلا : تم تحقيق مؤشرات جيدة نتيجة تجربة أجريت في ألمانيا عام 1966 ، حيث انخفضت الإماهة، وارتفع معدل إنتاج البئر من 15 إلى 300 طن / يوم ، وقد تم إنتاج 3800 طن من النفط خلال فترة التجريب التي استمرت 21 شهرا.
وفي أمريكا طبقت هذه الطريقة في حقل اركنساس حيث كانت الطبقة المحقونة وكانت المسافة بين أبار الحقن و آبار الإنتاج 120 m، وقد تم حقن 2 % من المولاس بمعدل m³25 في اليوم مع طعم بكتيري من فصيلة Clostridium بحجم كلي مقداره m³0.8 ، وقد طبقت خلال فترة 150 يوما . وبعد ثلاثة أشهر من حقن الطعم وإغلاق البئر لوحظ زيادة في إنتاج النفط مقدارها m³ 7 في الشهر حيث كانت ³m 3 وارتفعت إلى 10m³ في الشهر وثبت على ذلك لمدة ثمانية أشهر.
ولقد لوحظ في الآبار التي طبقت فيها هذه الطرق وجود نواتج التخمر : CO2 ، آثار من الايتانول و البوتانول و الاسيتون ، ولم يلاحظ أي زيادة في حجم الهيدروجين، واعتبرت هذه النتيجة مشجعة جدا .
ونشير هنا بشكل مبسط إلى كلفة الحقن ، فالكلفة المتتابعة لبرنامج الحقن لن تكون كبيرة جدا إذا ما قورنت بفعالية هذا النظام وقدرته على زيادة المردود النفطي فلقد قدر العالم Karakiewicz سعر 5 طن من النفط بما لا يقل عن 1250 -دولارا حسب أسعار 1981 وهي قيمة كافية لتغطية عمليات الحقن مع الأخذ بعين الاعتبار الأجهزة والمواد الأولية والنقل ، بالإضافة إلى كافة الكائنات الدقيقة المستخدمة متضمنة كلفة الأجهزة المخبرية اللازمة لاستنباتها ورواتب العاملين عليها .
الخصائص المثالية لمكمن الحقن الجرثومي أو البكتيري :
لقد أشارت التجارب الحقلية إلى أهمية المكامن المناسبة للحقن الجرثومي وهذا الاختيار لا يعتمد على المواد المتعلقة بالكائنات الدقيقة فقط ولكنه يأخذ بعين الاعتبار الأمور التقنية و الجيولوجية .
فالعالم Karakiewi وجد أن شدة نشاط البكتيرية في الصخر الخازن يتأثر بالتركيب الكيميائي للمكمن وبالخصائص البتر وفيزيائية للصخر وبشكل عام نستطيع أن نلخص الخصائص المثالية لمكمن الحقن الجرثومي على الشكل التالي :
- النفوذية : يجب أن تكون أعلى من 300md إلا أنه توجد بعض أنواع من البكتيرية التي تستطيع اختراق صخر بنفوذية 100md وهناك أنواع أخرى قادرة على اختراق صخر بنفوذية 1 md
- درجة الحرارة : يجب أن تكون C ֯55-50 ولا تتجاوز C֯ 90 لأن القيم العالية للحرارة والضغط في المكامن تؤدي إلى قتل الكائنات الدقيقة .
- درجة الحموضة : يفضل أن لا تكون عالية (7= PH ) أي معتدلة لذلك فإن عمليات التحميض تعوق تطبيق الطرق الجرثومية بسبب الآثار الكيميائية السامة التي تثبط عمل البكتيريا لذلك يجب غسل الطبقة من الحمض قبل تطبيق عملية الحقن الجرثومي .
- معدنية المياه : يجب أن تكون المياه حيادية حيث أن تركيب المياه الطبقية واحتوائها على تراكيز عالية لكلور الصوديوم أو الشوارد المغنيزيوم يؤثر بشكل سلبي على معظم الكائنات الدقيقة باستثناء بعض الأنواع القادرة على مقاومة تركيز الملح العالي .
- أبار الحقن : يجب أن تكون بحالة جيدة وواقعة في منطقة المياه الطبقية أو عند خط التقاء نفط – ماء وتستعمل عادة الآبار العقيمة والأبار المماهة والآبار ذوات الإنتاجية غير الاقتصادية في عملية حقن البكتيرية .
- الاتصال الهيدروديناميكي يجب أن تكون درجة الاتصال الهيدروديناميكي جيدة بين أبار الحقن و آبار الإنتاج .
- يجب أن لا تحتوي المكامن على مواد سامة للطعم البكتيري مثل الأوكسجين إذا كانت البكتيرية المستخدمة لا هوائية
- يجب أن تزيد درجة الإشباع بالنفط والماء عن 60 %.
- يجب أن تكون نسبة الكربون في المكمن أكثر من 20 – 30 %.
- لتطبيق هذه الطريقة يجب أن لا تتجاوز أعماق هذه الآبار 1500 m أي تطبق في الآبار الضحلة القليلة العمق وخاصة في حال إنتاج النفط الثقيل منها حيث لا يمكن تطبيق الطرق الحرارية عليها تبين لنا من خلال ما تقدم لأهم خصائص المكامن القابلة للحقن الجرثومي وكذلك من المعلومات الناتجة من التجارب المجراة في بعض دول العالم أن العوامل التي تتحكم في إمكانية تطبيق الطرق الجرثومية بشكل عملي هي درجة الحرارة والضغط ونفوذية الطبقات الحاملة للنفط وحموضة الوسط ، أما العوامل الأخرى فيمكن التحكم بها بسهولة وتلافي تأثيرها إن وجد.
حسنات وسيئات الطرق الجرثومية :
تعد الطرق الجرثومية من الطرق السهلة والاقتصادية والتي تساهم في الحد من التلوث البيئي حيث يمكن تشكيل المنابت البكتيرية من الفضلات بعد إسالتها وحقنها مع مياه المجاري والمياه الطبقية الناتجة عن استثمار الآبار ..
نظرا للزمن الذي تستغرقه عملية التخمر والتي تحتاج إلى إغلاق البئر وإيقافه عن الإنتاج ، لذا يفضل استخدام هذه الطريقة كآخر حل لاستثمار مخزون الطبقة .
المراجع :
الاستثمار المدعم للنفط – د. شيخ حمود ، أحمد – منشورات جامعة البعث في الجمهورية العربية السورية .
الطرق الحديثة في الاستخراج الثانوي للنفط – رسالة ماجستير في الهندسة النفطية –دراسة غير منشورة .
ملاحظة مهمة: هذا المقال حصري لموقع AONG ، لا يمكن نقله وإعادة نشره في موقع آخر إلا بذكر رابط المقال.