دراسة تجريبية لتعزيز استخلاص النفط في وسائط مسامية متشققة باستخدام البكتيريا المحبة للملح Haloferax mediterranei

لماذا تهم الميكروبات الصغيرة المحبة للملح مستقبل طاقتنا

كثير من النفط المتبقي في العالم محبوس داخل صخور يصعب الوصول إليها، لا سيما في المكامن المشققة بطبيعتها. الطرق التقليدية تستخرج معظم النفط اليسير الوصول، لكن جزءًا كبيرًا يبقى تحت الأرض. تستكشف هذه الدراسة مساعدًا غير تقليدي: ميكروب محب للملح يُدعى Haloferax mediterranei يزدهر حيث لا تستطيع معظم الكائنات البقاء. عبر ضبط تركيزات هذه الميكروبات المحقونة في الصخور المشققة بعناية، يبين الباحثون أنه من الممكن إعادة توجيه تدفقات الماء، وإطلاق بعض هذا النفط المحتجز، وبطريقة قابلة للتحلل الحيوي قد تكون ذات أثر أقل من كثير من المواد الكيميائية الصناعية.

الصخور المتشققة والنفط المفقود

المكامن النفطية المكوَّنة من صخور كربوناتية، مثل الحجر الجيري والدولوميت، تحتوي غالبًا على شبكة متشابكة من الشقوق. عندما يدفع المهندسون الماء في هذه التكوينات لدفع النفط نحو آبار الإنتاج، يتسابق الماء عبر الشقوق المفتوحة ويتجاهل إلى حد كبير المصفوفة الصخرية الأكثر إحكامًا، حيث يكون جزء كبير من النفط عالقًا. نتيجة لذلك، قد يبقى 35–55% من النفط الأصلي خلف السطح حتى بعد الاستخراج الابتدائي والثانوي. يمكن للطرق الكيميائية أن تساعد، لكن الملوحة العالية والحرارة المرتفعة وتكلفة وثبات البوليمرات والمستحلبات الصناعية تقيد فاعليتها. الفكرة وراء تعزيز استخلاص النفط بالميكروبات مختلفة: دع الميكروبات تنمو في قنوات الجريان الأكثر انفتاحًا فتسد هذه «المختصرات» جزئيًا وتجبر الماء المحقون على مسح الصخر المحيط بدلًا من التجاوز.

ميكروب مُعد لحقول نفط متطرفة

Haloferax mediterranei هو عضو في مجموعة من الكائنات الدقيقة التي تزدهر في بيئات مالحة للغاية، حتى عند ملوحات تزيد عشرات المرات على ملوحة البحر ودرجات حرارة مرتفعة. بخلاف العديد من بكتيريا حقول النفط التقليدية، يستمر هذا الميكروب في النمو وإنتاج مادة طبيعية تشبه البلاستيك تحت هذه الظروف القاسية. تلك المادة، بوليمر حيوي قابل للتحلل يُدعى بولي هيدروكسي بيوتيرات، تساعد الميكروبات على تشكيل أغشية لزجة على أسطح الصخور وداخل الشقوق. هذه الأغشية الحيوية قوية بما يكفي لتضييق مسارات الجريان لكنها قد تترك قنوات صغيرة مفتوحة، مما يخلق إمكانية «سد معتدل»: كافٍ لتوجيه الماء إلى مناطق الصخر المحملة بالنفط دون غلقها تمامًا.

نماذج زجاجية للصخر وتجارب على صخور حقيقية

لمعرفة كيفية حدوث ذلك عمليًا، بنى الفريق «نماذج ميكرية» زجاجية شفافة تحاكي الحجر المسامي المشقق. غمروا النماذج أولًا بالنفط الخام من حقل إيراني، ثم حقنوا مياه مالحة، ثم محاليل ميكروبية بثلاثة مستويات من الكتلة الحيوية، وأخيرًا الماء مرة أخرى. أتت أوضح النتائج عند تركيز ميكروبي متوسط قدره 5.07 غرام لكل لتر. في هذه الحالة، نمت الأغشية الحيوية بشكل رئيسي داخل الشقوق، ضيقتْها وأعادت توجيه ماء المتابعة إلى المصفوفة الصخرية. هذا المسح الإضافي زاد من استخلاص النفط في النموذج الميكري بنحو 23 نقطة مئوية من النفط الأصلي في المكان مقارنةً بالفيض المائي وحده. عندما ضاعف الباحثون الكتلة الحيوية، انخفض الاستخلاص بشدة: الأغشية الأثخن والأكثر كثافة سدت ليس فقط الشقوق بل أيضًا مداخل المصفوفة الصخرية، مما ترك مساحة أقل للماء لتحريك النفط.

من طاولة المختبر إلى أنوية صخرية مشققة حقيقية

كرر العلماء الفكرة بعد ذلك في أنوية من صخور كربوناتية ودولوميتية مُشققة صناعيًا. قبل إضافة الميكروبات، كان الماء يمر بسهولة عبر هذه الشقوق. بعد حقن الميكروبات، انخفضت نفاذية الشقوق بنحو 50–75% تقريبًا، مما يدل على أن الأغشية الحيوية كانت تقيد مسارات الجريان الرئيسية بنجاح. عندما أجرى الفريق تجارب فيض نفط بمستوى الكتلة الحيوية المحسّن، كان النفط الإضافي المستعاد خلال فيض الماء بعد الميكروبات 14% و12.6% من النفط الأصلي في المكان لنواتين منفصلتين. كانت هذه المكاسب أصغر من تلك في النماذج الزجاجية المثالية — الصخور الحقيقية أكثر خشونة وتعقيدًا — لكنها ما تزال كبيرة ومقارنة بالتحسينات المبلغ عنها لطرق ميكروبية أخرى التي لا تتحمل مثل هذه الملوحة الشديدة.

إيجاد النقطة المثلى

درس رئيسي مستفاد من التجارب هو أن المزيد من الميكروبات ليس دائمًا أفضل. عند كتلة حيوية منخفضة، تبقى الشقوق مفتوحة جدًا ويستمر الماء في تجاوز المصفوفة. عند كتلة حيوية عالية جدًا، تنمو الأغشية الحيوية بشكل عدواني حتى تقطع الاتصال بين الشقوق والصخر المحيط، تاركة النفط محبوسًا. أفضل النتائج ظهرت عند تركيز متوسط: نمو ميكروبي كافٍ لتضييق الشقوق الأكبر وإعادة توجيه الجريان، ولكن ليس كافيًا لإغلاق الوصول إلى الصخور الحاملة للنفط. هذا السلوك المسمى «السد الانتقائي» — استهداف مسارات الجريان الأسهل أولًا — ظهر بشكل طبيعي من طريقة نمو الميكروبات وترسيبها للبوليمر داخل الشقوق.

ماذا يعني هذا لإنتاج النفط المستقبلي

للقارئ العام، الخلاصة أن بعض الميكروبات متطرفة التحمل يمكن أن تعمل كمنظمات جريان ذكية ذاتية التنظيم تحت الأرض. باختيار الكمية المناسبة من Haloferax mediterranei، قد يجعل المشغلون الماء المحقون يعمل بجهد أكبر، فيمسح مزيدًا من النفط من المكامن المشققة العنيدة مع الاعتماد على مواد قابلة للتحلل الحيوي تعمل في ظروف ملوحة وحرارة قاسية. لا تحل الدراسة كل تحديات إنتاج النفط في مراحله المتأخرة، ولا تُغني عن الحاجة إلى الانتقال عن الوقود الأحفوري. لكنها تُظهر كيف يمكن تسخير البيولوجيا لجعل المكامن الموجودة أكثر كفاءة، مما قد يقلل الحاجة لحفر آبار جديدة ويستخرج المزيد من الطاقة من الحقول المطورة بالفعل.

الاستشهاد: Eslam, B.Z., Hashemi, R., Khaz’ali, A.R. et al. Experimental study of microbial enhanced oil recovery in fractured porous media using the halophilic bacterium Haloferax mediterranei. Sci Rep 16, 7452 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38949-y

الكلمات المفتاحية: تعزيز استخلاص النفط بالميكروبات, المكامن المتشققة, Haloferax mediterranei, سد الأغشية الحيوية, حقول النفط عالية الملوحة