نفط صخري

عملية الاستخراج

كذلك، يتم استخراج النفط الصخري عن طريق الانحلال الحراري أو الهدرجة أو الذوبان الحراري للصخر الزيتي. يتم تنفيذ الانحلال الحراري للصخور في معوجة، تقع إما فوق سطح الأرض أو داخل التكوين الصخري نفسه. اعتبارًا من عام 2008، تقوم أغلب صناعات الصخر الزيتي بعملية استخراج النفط الصخري بعد تعدين الصخور وسحقها ونقلها إلى منشأة معوجة، على الرغم من أن الكثير من التقنيات التجريبية تؤدي العملية في مكانها (في الموقع). تختلف درجة الحرارة التي يتحلل بها الكيروجين إلى هيدروكربونات قابلة للاستخدام مع النطاق الزمني للعملية؛ في عملية التحلل فوق الأرض يبدأ التحلل عند ، لكنها تتقدم بسرعة أكبر وبشكل كامل عند درجات حرارة أعلى. يحدث التحلل بسرعة أكبر عند درجة حرارة بين .

وعلى صعيد آخر، تختلف كمية الزيت التي يمكن استردادها أثناء إعادة التدوير باختلاف الزيت الصخري والتكنولوجيا المستعملة. قرابة سدس الصخر الزيتي في تكوين النهر الأخضر له عائد مرتفع نسبيًا من من زيت الصخر الزيتي لكل طن من الصخر الزيتي؛ نحو الثلث من للطن. (عشرة غالون أمريكي للطن على وجه التقريب 3.4   طن من الزيت لكل 100   أطنان من الصخر الزيتي.) قرابة نصف الصخر الزيتي في تكوين النهر الأخضر ينتج أقل من 10 جالون أمريكي / طن.

إضافةً إلى ذلك، الهيدروجين والذوبان الحراري (عمليات السوائل التفاعلية) يستخرج الزيت باستخدام الهيدروجين، والمذيبات، أو مزيج من هذه. ينطوي الذوبان الحراري على تطبيق المذيبات عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج الزيت عن طريق تكسير المواد العضوية المذابة. تنتج الطرق المختلفة الزيت الصخري بخصائص مختلفة.

علاوةً على ذلك، يكمن المقياس الأساسي لصلاحية استخراج النفط الصخري في نسبة الطاقة التي ينتجها الصخر الزيتي إلى الطاقة المستعملة في التعدين والمعالجة، وهي نسبة تعرف باسم «الطاقة المرتجعة على الطاقة المستثمرة» (EROEI). يعني ايروي من 2 (أو نسبة 2: 1) لإنتاج 2 برميل من النفط الفعلي يجب حرق / استهلاك ما يعادل طاقة برميل واحد من النفط. قدرت دراسة أجريت عام 1984 أن الايروي لمختلف رواسب الزيت الصخري المعروفة تتراوح بين 0.7-13.3. تشير دراسات أكثر حداثة إلى أن ايروي من الصخر الزيتي تكون 1-2: 1 أو 2-16: 1 - اعتمادًا على ما إذا كانت الطاقة الذاتية تُحسب على أنها تكلفة أو يتم استبعاد الطاقة الداخلية ويتم احتساب الطاقة المشتراة فقط كمدخلات. أبلغت شركة Royal Dutch Shell عن ايروي من ثلاثة إلى أربعة في سنة 2006 بشأن تطوير «مشروع أبحاث الماهوغاني».

وعلى صعيد آخر، نشر منتجو النفط الصخري العالميون عائداتهم لعملياتهم التجارية. أفادت مجموعة فوشون للتعدين بإنتاج 300000 طن سنويا من الزيت الصخري من 6.6   مليون طن من الصخر الزيتي، محصول 4.5٪ بالوزن. تدعي شركة VKG Oil أنها تنتج 250.000   طن من النفط سنويا من 2   مليون طن من الصخر الزيتي، محصول 13٪. تنتج Petrobras في مصانعها 550 طن من النفط يوميا من 6200   طن من الصخر الزيتي، محصول 9٪.

الاحتياطيات والإنتاج

• انظر كذلك
• غاز الصخر الزيتي
• تغويز الفحم تحت الأرض
• حقل نفط فاكا مويرتا

وفي هذا السياق، قدرت احتياطيات النفط الصخري العالمية القابلة للاستخراج تقنيًا مؤخرًا بنحو من النفط الصخري، وكان أكبر احتياطي نفطي في الولايات المتحدة، والتي يعتقد أنها تمتلك . قدر الإنتاج العالمي من النفط الصخري بنحو في سنة 2008. كانت الصين من كبار المنتجين ، إستونيا والبرازيل .

من جانب آخر، تم إعاقة إنتاج النفط الصخري بسبب الصعوبات التقنية والتكاليف. في مارس 2011، طرح مكتب الولايات المتحدة لإدارة الأراضي شكًا في مقترحات الولايات المتحدة للعمليات التجارية، مشيرًا إلى أنه «لا توجد طرق مجدية اقتصاديًا معروفة حتى الآن لاستخراج ومعالجة الصخر الزيتي لأغراض تجارية. في سنة 2019، أنتجت الولايات المتحدة نحو 19.25 مليون برميل يوميًا من النفط، واستهلكت نحو 20.46 مليون برميل.»

الاستخدام

كذلك، قبل الحرب العالمية الثانية، تم ترقية أغلب النفط الصخري لاستخدامه كوقود للنقل. فيما بعد، تم استخدامه كمادة خام للوسائط الكيميائية، والمواد الكيميائية النقية والراتنجات الصناعية، وكمواد حافظة لأخشاب السكك الحديدية. اعتبارًا من عام 2008، يتم استخدامه في المقام الأول كزيت تسخين ووقود بحري، وبدرجة أقل في إنتاج مواد كيميائية مختلفة.

كذلك، إن تركيز النفط الصخري للمركبات ذات درجة الغليان العالية مناسب لإنتاج المقطرات المتوسطة مثل الكيروسين، وقود النفاثات والديزل. التشقق الإضافي يمكن أن يخلق الهيدروكربونات الأخف مثل تلك الموجودة في البنزين.

التاريخ

علاوةً على ذلك، خلال أواخر القرن التاسع عشر، تم بناء مصانع استخراج النفط الصخري في أستراليا والبرازيل والولايات المتحدة. أنتجت الصين وإستونيا ونيوزيلندا وجنوب إفريقيا وإسبانيا والسويد وسويسرا النفط الصخري في أوائل القرن العشرين. أدى اكتشاف النفط الخام في الشرق الأوسط خلال منتصف القرن إلى توقف أغلب هذه الصناعات، على الرغم من أن إستونيا وشمال شرق الصين حافظتا على صناعات الاستخراج في أوائل القرن الحادي والعشرين. استجابة لارتفاع تكاليف البترول في مطلع القرن الحادي والعشرين، بدأت عمليات الاستخراج أو تم استكشافها أو تجديدها في الولايات المتحدة والصين وأستراليا والأردن.

من جهة ثانية، كان الصخر الزيتي أحد المصادر الأولى للزيوت المعدنية التي يستعملها البشر. في القرن العاشر، وصف الطبيب العربي ماسويه المارديني لأول مرة طريقة لاستخراج الزيت من «نوع من الصخر الزيتي». كما ورد أنه تم استخدامه في سويسرا والنمسا في أوائل القرن الرابع عشر. في سنة 1596، كتب الطبيب الخاص لفريدريك الأول، دوق فورتمبرغ، خصائصه العلاجية. تم استخدام النفط الصخري لإضاءة شوارع مودينا بإيطاليا في مطلع القرن الثامن عشر. منح التاج البريطاني براءة اختراع في سنة 1694 لثلاثة أشخاص «وجدوا طريقة لاستخراج كميات كبيرة من القار والقطران والزيت من نوع من الحجر». تم بيع المنتج المقطر في وقت لاحق باسم شركة النفط البريطانية بيتون، وقيل إنه «تمت تجربته من قبل أشخاص متنوعين مع فائدة كبيرة». تأسست صناعات استخراج النفط الصخري الحديثة في فرنسا خلال ثلاثينيات القرن التاسع عشر وفي اسكتلندا خلال أربعينيات القرن التاسع عشر. تم استخدام الزيت كوقود، وزيوت التشحيم وزيت المصباح؛ خلقت الثورة الصناعية طلبًا إضافيًا على الإضاءة. كان بمثابة بديل لزيت الحيتان النادر والمكلف بشكل متزايد.

الخصائص

إضافةً إلى ذلك، تختلف خصائص النفط الصخري اعتمادًا على تركيبة الصخر الزيتي وتكنولوجيا الاستخراج المستعملة. مثل النفط التقليدي، يعد النفط الصخري مزيجًا معقدًا من الهيدروكربونات، ويتميز باستخدام الخصائص السائبة للزيت. يحتوي النفط الصخري عادة على كميات كبيرة من الهيدروكربونات الأوليفينية والعطرية. يمكن أن يحتوي النفط الصخري كذلك على كميات كبيرة من الذرات غير المتجانسة. تشتمل التركيبة النموذجية للنفط الصخري على 0.5-1٪ من الأكسجين، و 1.5-2٪ من النيتروجين و 0.15-1٪ من الكبريت، وتحتوي بعض الترسبات على ذرات غير متجانسة. غالبًا ما توجد الجسيمات المعدنية والمعادن كذلك. بشكل عام، يكون النفط أقل سيولة من النفط الخام، ويكون قابلاً للبقاء في درجات حرارة تتراوح بين ، في حين أن النفط الخام التقليدي متاح في درجات حرارة تتراوح بين ؛ تؤثر هذه الخاصية على قدرة النفط الصخري على النقل في خطوط الأنابيب الحالية.

وفي السياق ذاته، يحتوي النفط الصخري على هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات تكون مسرطنة. وقد تم اعتبار النفط الصخري الخام ذو إمكانات مسرطنة خفيفة يمكن مقارنتها ببعض منتجات التكرير الوسيطة، في حين أن النفط الصخري المطوّر لديه إمكانات مسرطنة أقل حيث يعتقد أن أغلب العطريات متعددة الحلقات تتحلل بواسطة الهدرجة. تصنف منظمة الصحة العالمية النفط الصخري على أنه مادة مسرطنة من المجموعة 1 للبشر.

الترقية

ومن ناحية أخرى، يتسبب الكبريت والنيتروجين في تلوث الهواء. كما يدمر الكبريت والنيتروجين، فضلًا عن الزرنيخ والحديد، المواد الحفازة المستعملة في التكرير. تشكل الأوليفينات رواسب غير قابلة للذوبان وتسبب عدم الاستقرار. الأكسجين الموجود في الزيت، الموجود في مستويات أعلى من النفط الخام، يفسح المجال لتشكيل الجذور الكيميائية الحرة المدمرة. يمكن أن تؤدي عملية نزع الكبريت المهدرج إلى معالجة هذه المشاكل وتؤدي إلى منتج مماثل للنفط الخام القياسي. يمكن إزالة الفينول أولاً عن طريق استخراج المياه. يتطلب ترقية النفط الصخري إلى وقود نقل تعديل نسب الهيدروجين - الكربون بإضافة الهيدروجين (التكسير الهيدروجيني) أو إزالة الكربون (فحم الكوك).

وفي هذا الصدد، على الرغم من أنه يمكن حرق النفط الصخري الخام على الفور كزيت وقود، إلا أن الكثير من تطبيقاته تتطلب ترقيته. تتطلب الخصائص المختلفة للزيوت الخام معالجة مسبقة مختلفة قبل أن يتم إرسالها إلى مصفاة النفط التقليدية.

في هذا الإطار، يمكن استخدام النفط الصخري الذي تنتجه بعض التقنيات، مثل عملية كيفيتر، دون الحاجة إلى المزيد من التطوير كمكون نفطي ومصدر للمركبات الفينولية. ويمكن كذلك للزيوت المقطرة من عملية كيفيتر أن تستعمل لانشاء النفط الثقيل وكمادة مضافة معززة في مواد البيتومين مثل الأسفلت.