الهندسة والآليات > هندسة البترول والغاز

أنواع الغاز: الطبيعي، الصخري، والحيوي - الجزء الأول

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 ميثان. توجد هذه المخلوقات عادة في البيئات الفقيرة بالأوكسجين والقريبة من سطح الأرض. الميثان المُنتج بهذه الطريقة يُدعى بالميثان الحيوي (biogenic) وغالبًا ما يضيع هذا النوع من الميثان 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 الميثان 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 الميثان مشابه الميثان المولَّد حراريًا.

يُتبع...

المصدر: