الغازات الطبيعية (ج1) Natural Gas Engineering

الغازات الطبيعيـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــة

مقـــــــــــــــــــــــــدمة عن الغازات الطبيعية :

عرف الإنسان الغاز الطبيعي منذ القدم من خلال النار المشتعلة في بعض المناطق نتيجة تسربه من الشقوق الأرضية، وقد أطلق على هذه الظاهرة النار الخالدة أو النار الأبدية وكان موطن هذه الظاهرة في منطقة كركوك بالعراق.

ويُذكر المؤرخون بأن الصينيون هم أول من استخدموا الغاز الطبيعي ونقله من مواقع إنتاجه إلى أماكن استخدامه بأنابيب من القصب واستعملوه وقوداً في طهي الطعام وغيره، وفي عام 1691 قام الإنكليزي كلاثيوم بإجراء التقطير الأولي للنفط من أجل الحصول على الغاز.        

وفي منتصف قرن العشرين شهدت معظم دول العالم تطوراً ملحوظاً في كافة مجالات الصناعة الغازية، فقد بدأ الغاز يأخذ دوره في الصناعة بصفته مصدراً لدعم الاقتصاد الوطني ومصدراً للطاقة البديلة عن النفط الذي بدأ إنتاجه بالتراجع في الآونة الأخيرة، وأصبح يُنظر إلى هذا المنتج (الغاز) على أنه وقود المستقبل في حين كان يعتبر في وقت سابق منتجاً ثانوياُ غير مرغوب به إذ كانت تنقل كمية قليلة منه في خطوط الأنابيب إلى مناطق صناعية أما القسم الأعظم منه فيوجه إلى شعل الاحتراق الجوية.

يعد الغاز الطبيعي أحد أفضل مصادر الطاقة، وهو من أنواع الوقود الأحفوري كالزيت والفحم، والذي يكون غالباً مصاحباً للنفط، يتشكل في باطن الأرض من بقايا النباتات والحيوانات والجزيئات الحية التي عاشت قبل ملايين السنين، ويُعتقد أن العوامل التي تسهم في ذلك هي العوامل البكتيريا، إجهاد القص، بالإضافة إلى الضغط والحرارة والتقطير الطبيعي في أعماق كبيرة ومن الممكن وجود عوامل محفزة بالإضافة إلى الوقت.

والغاز الطبيعي يوجد في الطبيعة إما في مكامن البترول أو منفرداً. ولقد ازداد الطلب على الغاز الطبيعي بشكل كبير بسبب نظافته وتعدد استخدامه، وحرقه بصورة صحيحة لا يؤدي إلى تلوث البيئة، ولا يكوّن أول أكسيد الكربون كما أن قيمته الحرارية أكبر بكثير من القيم الحرارية لأنواع الوقود الأخرى كالفحم الحجري والخشب، بالإضافة إلى سهولة نقله وتوزيعه بواسطة شبكة من الأنابيب وإلى مسافات بعيدة. ولكن هذا الوقود يترتب عليه مساوئ منها صعوبة خزنه وتسربه من الأوعية والأنابيب الحاوية له والذي يؤدي إلى حوادث الانفجار والحرائق.

الغاز الطبيعي عبارة عن خليط من المواد الهيدروكربونية، مع كمية بسيطة من المركبات الغير عضوية والتي تمثل مكونات النفط عالية التطاير، ومركب لا لون له ولا شكل ولا رائحة.

وكان قبل اكتشاف طرق استخدامه يُحرق في الهواء للتخلص منه. يوجد الغاز الطبيعي إلى جانب النفط في المكامن الواقعة على أعماق تتراوح ما بين كيلومتر واحد أو كيلومترين تحت سطح الأرض، كما يوجد وحده في أعماق أكبر من ذلك.

إن المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي في الأحوال الاعتيادية (من حيث الضغط والحرارة) عند استخراجه من البئر تشمل الميتان والإيتان وكميات من البروبان والبوتان والهكسان إما بشكل غازات أو أبخرة، أما الشوائب الغازية التي قد يحتويها الغاز الطبيعي فهي النتروجين وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين وآثار من الهيدروجين والأوكسجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت.

في هذه الورقة وما يليها سُنذكر مجموعة من المواضيع المهمة منها الخصائص الفيزيائية والكيميائية للغاز الطبيعي، عمليات المعالجة الضرورية (تحلية) حيث يعتبر وجود الغازات الحامضية في الغاز الطبيعي مواد ملوثة ومسببة للتآكل في المعدات وتسبب مشاكل بيئية لكونها غازات سامة وذات رائحة كريهة لذلك يجب التخلص منها للحصول على غازات معدة للتصدير والنقل والتخزين والاستخدام تبعاً للمواصفات الدولية المطلوبة، وفي النهاية حساب مردود الامتصاص عند ضغوط ودرجات حرارة مختلفة.

لم يستعمل الغاز الطبيعي على نطاق واسع إلا مؤخراً، وقد بينت الدراسات أن 40% من الفحوم الهيدروجينية المخزونة هي عبارة عن غاز طبيعي، مما يدل أن للغاز مستقبلاً هاماً كمصدر من مصادر الطاقة، حيث يتكون من فحوم هيدروجينية مشبعة منC₁  حتى C₅ بنسبة 95% كما يحتوي على شوائب ثاني أكسيد الكربون و النتروجين و كبريت الهيدروجين و كذلك الماء و ثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون التي تختلف نسبها باختلاف مصدر الغاز. وهو يعتبر من مصادر الطاقة البديلة عن النفط ومن المحروقات عالية الكفاءة وقليلة انبعاثات الملوثة للبيئة.

-2-1احتياطي الغاز الطبيعي Natural Gas Reserves:

خلال العقود الأربعة الماضية شق الغاز الطبيعي طريقه بصعوبة ليتحول في الوقت الحالي إلى ثالث مصدر أحفوري في مزيج الطاقة العالمي بعد النفط والفحم، نظراً إلى:

• تسارع الطلب عليه.
• تطور تقنيات معالجته وتحويله إلى سائل يتوقع له ان يكون منافساً جيداً للفحم على               

المرتبة الثانية بعد النفط الذي سيظل مصدر الطاقة الأول بلا منازع.

• نظافته وتمتعه بميزات بيئية يحصد له مكاناً مثالياً في توليد الكهرباء.
• استقلال الغاز عن النفط بتطور القدرة التقنية على اكتشاف الغاز الغير المرافق للنفط وإنتاجه وتسويقه.

تم إهدار الغاز الطبيعي المرافق للنفط بالكامل أثناء عمليات الإنتاج والتكرير حتى بداية السبعينات من القرن الماضي، لكنه اليوم بات البديل الأهم للنفط خاصةً بعد ظهور مؤشرات دولية عن بداية نضوب النفط وهبوط معدلات إنتاجه من مواقع مهمة مثل الولايات المتحدة وبحر الشمال مع وجود إشارات مماثلة تُبشر بارتفاع سريع في استهلاك واستكشاف الغاز الطبيعي.

فضلاً عما سبق هناك أيضاً مصادر غير تقليدية للغاز الطبيعي، وهي تجمعات الغاز الطبيعي موجودة في تكوينات الصخرية منخفضة النفاذية أو عديمة النفاذية مثل الغاز الموجود في طبقات الرمال المُحكمة وفي طبقات السجیل الغازي أو الميتان من طبقات الفحم الحجري. وتُقدر وكالة الطاقة الدولية أن ما يعادل %4 من الاحتياطي العالمي يتمثل في المصادر غیر التقليدية، إذ يبلغ الإنتاج العالمي من تلك المصادر نحو 367مليار متر مكعب عام 2007، ومن المتوقع أن يرتفع إلى629   مليار متر مكعب عام 2030.

وهناك مصطلحان يتم استخدامهما غالباً للتعبير عن احتياطي الغاز الطبيعي وهي:

1-احتياطي المؤكد Proved Reserves.

2-احتياطي الكامن Potential Reserves.

-1-2-1احتياطي المؤكد Proved Reserves: هي تلك الكميات من الغاز التي يعثر عليها أثناء الحفر، ويمكن التأكد منها من خلال الخصائص المكمنية مثل بيانات الإنتاج، علاقات الضغوط وبعض البيانات الأخرى، لذلك يتم تحديد حجم الغاز بدقة معقولة إلى حد ما.

-2-2-1احتياطي الكامن Potential Reserves: هي تلك الكميات من الغاز الطبيعي التي يُعتقد إنها موجودة في العديد من صخور القشرة الأرضية لكنها لم تحفر لحد الآن وهي ستكون الكميات المُجهزة مستقبلاً بعد انتهاء احتياطي المؤكد.

وقد تم اتباع عديد من الطرق في تقدير كميات احتياطي الغاز الطبيعي منها:

1-الاعتماد على معدلات الإنتاج السابقة.

2-الآبار الاستكشافية.

3-الطرق التجريبية.

4-المعادلات الرياضية.

5-استخدام طريقة تقدير الغاز المستقبلي من خلال النفط المستكشف.

6-طريقة تقدير الحجمي لاحتياطي الغاز الكامن.

وقد كان هناك دائماً تفاوت بين احتياطي المؤكد واحتياطي الكامن، حتى في حالة الحقول المُنتجة في الولايات المتحدة، حيث بالاعتماد على مصادر المعلومات فإن تقديرات احتياطي الكامن المتبقي تتراوح بين 650 – 5000 Tcf.

أما الاحتياطي المؤكد في عام 2000 في الولايات المتحدة كانت 1050 Tcf وفي كندا 170 Tcf، وبعكس المكامن النفطية التي يوجد 80 % منها في دول أوبك.

الأرقام التقديرية للاحتياطي المؤكد للغاز الطبيعي في عام 2006 وفقاً لإحصائية قام بها Energy Information Administration كانت كالآتي:

جدول (1-1) يبين ارقام التقديرية للاحتياطي المؤكد للغاز الطبيعي لبعض دول العالم لعام 2006.

تمتلك شركة Gazprom الروسية حوالي ثلث احتياطات الغاز الطبيعي وتنتج حوالي 80% من الغاز الطبيعي الروسي.