التحول الهيدروحراري للكيروجين والنفط في الصخور منخفضة النفاذية لرسوبيات الدومانك في وسط من غاز ثاني أكسيد الكربون

فتح النفط المخفي في صخور قديمة

جزء كبير من النفط المتبقي في العالم محبوس داخل صخور لا تسمح بمرور السوائل بسهولة. في تكوينات الدومانك الروسية، توجد كميات هائلة من الوقود المحتمل محبوسة على شكل مادة عضوية صلبة ومرنة تُسمى الكيروجين. تستقصي هذه الدراسة ما إذا كان تسخين هذه الصخور بعناية بوجود الماء وثاني أكسيد الكربون يمكن أن يسرّع عملية تكوين النفط البطيئة طبيعياً ويحوّل تلك المادة الصلبة إلى نفط وغاز قابلين للاستخدام في فواصل زمنية بشرية.

لماذا تهم هذه الصخور الصلبة

تحتوي رسوبيات الدومانك في تاتارستان بروسيا على مليارات الأطنان من الصخور الغنية بالعضويات لكن يصعب استغلالها باستخدام طرق الحفر والتكسير القياسية. على خلاف العديد من امتدادات الزيت الصخري في أمريكا الشمالية، لم تتحول الكثير من المادة العضوية هنا بعد إلى نفط سائل؛ بل بقيت على شكل كيروجين ملتصق داخل صخر كربونات–سيليكا كثيف. وبما أن هذا الكيروجين صلب وممسوك بإحكام، فإنه لا يذوب في المذيبات العادية ولا يمكنه التدفق إلى الآبار. قد يفتح إيجاد طريقة لـ«إتمام» هذا التحول الطبيعي داخل المكمن مورداً طاقياً جديداً كبيراً مع تجنّب عمليات التعدين السطحية الواسعة.

محاكاة تسريع الزمن الجيولوجي

لمحاكاة وتسريع ما يحدث عادة على مدى ملايين السنين تحت الأرض، وضع الباحثون أعمدة مكسرّة مأخوذة من حقل تافل النفطي داخل مفاعل فولاذي مع ماء وثاني أكسيد الكربون. ثم سخّنوا خليط الصخر–السائل إلى 250 أو 300 أو 350 درجة مئوية لمدة 24 ساعة تحت ضغط مرتفع، ظروف مشابهة لأنظمة هيدروحرارية عميقة في قشرة الأرض. بعد كل تجربة، قاسوا كمية الكيروجين المتبقية في الصخر، وكمية المستخلص السائل القابلة للانتزاع بالمذيبات، وما أنواع الغازات والهيدروكربونات السائلة التي تكونت. ومن خلال مقارنة المنتجات عند درجات حرارة مختلفة، تمكنوا من تتبّع تحلل المادة العضوية الصلبة خطوة بخطوة إلى نفط وغاز أكثر حركة.

من البقايا الثقيلة إلى النفط والغاز الأخف

أظهرت التجارب أن درجات الحرارة الأعلى كثفت بشكل حاد تحويل الكيروجين. عند 250 درجة، أطلق بشكل أساسي مكونات ثقيلة ولزجة، وبقيت الصخرة محتفظة بمعظم محتواها العضوي الصلب. عند 300 درجة، بدأ المزيد من هذه المادة الثقيلة يتفكك إلى هيدروكربونات مشبعة أخف، مما رفع نسبة الجزيئات الأبسط الشبيهة بالنفط في السائل المستخلص. عند 350 درجة، كان التغير كبيراً: انخفض مؤشر محتوى الكيروجين في الصخر إلى جزء صغير من قيمته الأصلية، وتناقص كذلك الكربون العضوي الكلي في الصخر. في الوقت نفسه، زادت كمية السائل القابل للانتزاع بحوالي ثلثي الكمية، وأصبح السائل أغنى بالهيدروكربونات المشبعة الخفيفة والعطرية بينما انخفضت نسبة المواد القارّية العنيدة مثل الأسبفالتينات بأكثر من الضعف.

تكوّن الغاز وتغيرات الصخر

إلى جانب النفط السائل، ولّد خليط المياه الساخنة وثاني أكسيد الكربون أحجاماً كبيرة من الغاز. مع ارتفاع الحرارة، زادت كميات الميثان والإيثان والبروبان والبيوتانات، كما ازداد الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وخاصة ثاني أكسيد الكربون. عند 350 درجة، كانت غلة غازات الهيدروكربون الكلية أعلى بعشرات المرات مما كانت عليه عند 250 درجة، إشارة إلى أن تفاعلات التكسير المكثفة كانت جارية. كما وجدت الدراسة أن العديد من الجزيئات الكبيرة الغنية بالحلقات في الكيروجين أعيد تشكيلها إلى هياكل عطرية أصغر، بما في ذلك مركبات تحتوي على الكبريت مثل الثيوفينات والبنزوثيوفينات. في الواقع، انتقل نظام الصخر–السائل إلى نمط يتم فيه تقطيع المصفوفة العضوية الصلبة بسرعة إلى جزيئات أخف وأكثر قدرة على الحركة عبر المسام والشقوق.

ما الذي يعنيه هذا لاسترداد النفط في المستقبل

لغير المتخصصين، الخلاصة أن الباحثين أظهروا طريقة محكومة لـ«طهي» الصخور الغنية بالعضويات العنيدة بحيث تعطي المزيد من النفط والغاز المفيد. بتسخين صخر الدومانك في ماء مع ثاني أكسيد الكربون إلى نحو 350 درجة مئوية، حققوا تدميراً شبه تام للكيروجين الصلب وزيادة قوية في الهيدروكربونات الخفيفة القابلة للجريان، من دون تكوين رواسب كربونية خاملة إضافية. وهذا يشير إلى أن عمليات هيدروحرارية مصممة بعناية تستخدم ثاني أكسيد الكربون قد تساعد في فتح موارد نفطية غير تقليدية كبيرة بينما تستفيد في الوقت نفسه من نفس الغاز المساهم في تغير المناخ كوسيط عمل تحت الأرض. العمل لا يحل كل القضايا البيئية أو الاقتصادية، لكنه يقدم وصفة اختبارية لتحويل الكيروجين صعب الوصول إليه إلى زيت صخري منتج في هذه التكوينات الصعبة.

الاستشهاد: Mikhailova, A., Ammar, AK., Saeed, S.A. et al. Hydrothermal transformation of kerogen and oil in Low-permeability rocks of the domanic deposits in carbon dioxide media. Sci Rep 16, 8013 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39738-3

الكلمات المفتاحية: زيت الصخر الزيتي, كيروجين, التحويل الهيدروحراري, فيضانات ثاني أكسيد الكربون, مكامن غير تقليدية