عنوان کتاب: شناخت شیل و مروری بر روش های ازدیاد برداشت
نویسنده: اکرم شعبانی
کتاب شناخت شیل و مروری بر روش های ازدیاد برداشت نوشته اکرم شعبانی میباشد. این کتاب هرآنچه را که لازم است درباره نفت و شیل بدانید به شما می‌گوید. این اثر پنج فصل دارد در فصل اول با تعریف نفت متعارف و غیرمتعارف آشنا می‌شویم و در فصل دوم شیل را می‌شناسیم.
فصل سوم به توضیح شیل نفتی و غیرنفتی اختصاص دارد و فصل چهارم درباره استخراج نفت از شیل نفتی است. فصل پنجم کتاب شناخت شیل و مروری بر روش های ازدیاد برداشت هم به تفصیل درباره روش‌های ازدیاد برداشت است.
خلاصه ای از کتاب:
فصل اول: نفت متعارف و نامتعارف
تعاریف نفت متعارف و نامتعارف
آژانس بین‌المللی انرژی در گزارشی چشم انداز انرژی جهان که در سال ۲۰۱۱ منتشر نمود، نفت متعارف را اینگونه تعریف می‌کند: نفت متعارف ترکیبی هیدروکربنی است که در شرایط معمول سطح زمین به شکل مایع است.
نفت نامتعارف به آن دسته از نفت ها اطلاق می‌شود که با تکنیک های نامتعارف تولید، استخراج شده و بدون گرما دادن یا رقیق کردن، نمی‌توان آن‌ها را در لوله پمپاژ نمود؛ به عبارت دیگر نفت غیرمتعارف به انواعی از منابع نفتی گفته می‌شود که با روش‌های غیرمتعارف به دست می‌آید.
بسیاری از کشورها که منابع بزرگی از این نفت دارند (عمده آن در ابالات متحده آمریکا (نفت شیل) و کانادا (ماسه های نفتی) که مجموع این دو بیش از تمام ذخایر نفتی معمولی دنیاست !) در حال سرمایه‌گذاری برای پیدا کردن راه‌های مقرون‌به‌صرفه برای استحصال این نوع نفت هستند که این به دلیل کاهش منابع نفت متعارف در سرتاسر جهان است. نفت فوق سنگین، ماسه‌های نفتی و نفت شیل از انواع نفت‌های غیرمتعارف هستند.
شکل معمولی نفت که همواره راحت‌تر استخراج می‌شود و هم نقل و انتقال آن آسان‌تر و معمولاً به شکل مایع دیده می‌شود نفت متعارف نامیده می‌شود. تشکیل نفت به‌صورت مایع معمولاً در نواحی نظیر ایران، عربستان و عراق که امکان رسوخ نفت به لایه‌های پایین‌تر در آن وجود دارد رخ می‌دهد.
اما در برخی اماکن دیگر نظیر کانادا که در آن بستر سنگی یکنواخت و معمولاً نزدیک به سطح زمین وجود دارد نفت در همان لایه‌های بالایی باقی می‌ماند و و با مواد محیطی مانند ماسه مخلوط شده و در طول زمان به شکل جامد در می‌آید (Deborah, 2012).
تفاوت های نفت متعارف و نامتعارف
با مشاهده یک بشکه نفت نمی‌توان تشخیص داد که آیا منشأ متعارف دارد و یا نامتعارف! تفاوت عمده بین منابع متعارف و نامتعارف (مانند شیل گاز، شیل نفت، هیدراتهای متان، ماسه های نفتی، متان لایه‌های زغالی و غیره) وجود دارد. در مخازن متعارف با حفاری چاه و وجود فشارهای طبیعی، نفت از مخزن خارج می‌شود و با پیرتر شدن چاه، به کمک پمپ جک‌ها یا تزریق آب و گاز این امر صورت می‌گیرد.
در حالی که نفت در مخازن نامتعارف جریان ندارد و در سنگ‌های با نفوذپذیری ناچیز است. لذا معمولاً نیاز به شکافت هیدرولیکی است. حفاری و روش‌های تولید در منابع نامتعارف بسیار سخت و پرهزینه است. تولید از منابع غیرمتعارف به میزان کربن آلی، رس، بلوغ حرارتی و شکست‌پذیری[1] سنگ بستگی دارد.
منابع متعارف معمولاً نزدیک به سطح هستند و تولید از آن‌ها ارزان‌تر است درحالی‌که معمولاً شیلها در اعماق بیشتری مدفون هستند. منابع متعارف به‌سختی اکتشاف و به‌آسانی تولید می‌شوند درحالی‌که در منابع نامتعارف اکتشاف آسان ولی تولید بسیار سخت، هزینه‌بر و زمان‌بر است.
شیل تقریباً در همه جای زمین یافت می‌شود. در منابع نامتعارف مفاهیمی مانند سطح تماس آب- نفت و گاز-آب موضوعیت ندارد. تخمین میزان هیدروکربور در منابع متعارف بسیار آسان‌تر از انواع نامتعارف بوده و با حجم مخزن در ارتباط است درحالی‌که منابع نامتعارف بسیار گسترده بوده و تخمین آن سخت (بسته به مساحت و ضخامت) است.
موضوع بعدی اثرات متفاوت محیطی تولید از منابع متعارف و نامتعارف است. تأمین آب برای تولید از منابع نامتعارف یکی از اصلی‌ترین موضوعات است. در دسترس بودن، انتقال آب به محل، ترکیب آب، نحوه مدیریت آب بازیافتی و برگردان آن به چرخه هیدرولوژیکی از مهم‌ترین مشکلات تولید از منابع یاد شده است (شاهوردی و اسرافیلی دیزجی، 1391).
برخی از کارشناسان برای تعریف نفت متعارف، چگالی یا شاخص API را مبنا قرار می‌دهند. برای مثال نفت‌هایی با API کمتر از ۲۰ درجه (چگالی بیشتر از 934/0 گرم بر سانتی مترمکعب) نامتعارف در ن
ظر گرفته می‌شوند. بعضی دیگر از کارشناسان روی چسبندگی نفت تمرکز می‌کنند. آن‌ها نفتی را که می‌تواند بدون استفاده از تکنولوژی کاهش فشار، در دما و فشار مخزن جریان یابد نفت متعارف می نامند.
رویکرد دیگری که بر پایه موقعیت زمین‌شناسی مخزن نفت با گاز است، عمدتاً توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات‌متحده آمریکا (USGS) مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر مخزن نفت، بالای آب با رسوبات آبدار قرار گیرد و نسبتاً متمرکز باشد نفت متعارف و در غیر اینصورت نفت نامتعارف است.
دسته بندی نفت نامتعارف
منابع غیرمتعارف به لحاظ حجم، بسیار بزرگ‌تر از منابع متعارف هستند؛ ولی هزینه استخراج بالایی دارند. منابع متعارف نفت و گاز دارای تخلخل و تراوایی مناسبی هستند و درنتیجه تولید از آن‌ها نسبتاً آسان صورت می‌گیرد؛ اما در منابع غیرمتعارف، تولید نفت به کمک حفاری افقی و شکست هیدرولیکی صورت می‌گیرد.
پس از حفاری چند کیلومتر چاه به‌صورت افقی، آب و مواد شیمیایی با فشار به درون لایه‌ها تزریق می‌شوند تا نفت یا گاز تولید شود. حجم زیادی از این منابع در آمریکا و کانادا کشف شده است. روسیه، چین و اروپا هم از این منابع برخوردارند. تکنولوژی تولید منابع غیرمتعارف بسیار آلاینده است. بخش زیادی از تولید نفت و گاز شیل آمریکا در اطراف مناطق مسکونی و در مزارع کشاورزی صورت می‌گیرد که آلودگی‌های زیادی ایجاد می‌کند.
نگرانی جدی‌تر مربوط به مواد شیمیایی تزریق‌شده است که در درازمدت موجب آلودگی آب‌های زیرزمینی می‌شوند. نگرانی دیگر مربوط به ایجاد زمین‌لرزه‌های خفیف است. به همین دلایل، اروپایی‌ها هنوز اجازه استفاده از این منابع را نداده‌اند، ولی در آمریکا این کار انجام‌شده و این کشور از واردکننده نفت و گاز، به صادرکننده تبدیل شده است (رضایی و بیات، 1395). نفت نامتعارف توسط آژانس بین‌المللی انرژی به‌صورت زیر دسته‌بندی‌شده است:
شیل کروژن
سنگ نفت یا سنگ نفت‌زا یا سنگ کروژن یا شِیل نفتی یک سنگ رسوبی دانه‌ریز و غنی از مواد آلیِ حاوی کروژن است و از آن می‌توان هیدروکربن مایعی به نام نفت شیل (نفت ماسه) استخراج کرد.
نفت شیل یک جایگزین برای نفت خام معمولی است. بااین‌حال، استخراج نفت سنگ از سنگ نفت پرهزینه‌تر از تولید نفت خام متعارف هم از نظر مالی و هم از لحاظ اثرات زیست‌محیطی آن است.
ذخایر سنگ نفت در سراسر جهان وجود دارد اما ذخایر عمده سنگ نفت در ایالات‌متحده قرار دارد. برآوردها از محدوده سپرده جهانی از 8/2 تا ۳/۳ تریلیون بشکه نفت قابل بازیابی است (Walter, 1998).
به‌طورکلی این نوع نفت به اسم شیل نفتی نیز شناخته می‌شود و به هر نوع سنگ رسوبی اطلاق می‌شود که شامل کروژن بود و از طریق گرما دادن ممکن است از آن نفت (نفت کروژن) حاصل شود.
ماسه های نفتی
شامل فرمی متراکم و بسیار چسبناک از نفت است که در اصطلاح به آن قیر می‌گویند؛
ماسه‌های نفتی یا ماسه‌های قیردار نوعی منبع نفت غیرمتعارف است. ماسه‌های قیری یا به‌صورت ماسه‌های آزاد هستند یا به‌صورت سنگ‌های سفت‌شده‌ای از مخلوط ماسه، گِل رس، آب و قیر (نفت بسیار سنگین و با گرانروی بسیار بالاتر از نفت معمولی) یافت می‌شود.
بزرگ‌ترین منابع ماسه‌های نفتی جهان در کانادا (استان آلبرتا) و ونزوئلا و به میزان کمتری در روسیه و قزاقستان قرار گرفته است و ذخایر این کشورها تقریباً با ذخایر نفت معمولی کل جهان برابری می‌کند. البته تنها کشور کانادا صنعت قابل‌توجهی برای استخراج ماسه‌های قیری دارد و بقیه منابع ماسه‌های قیری برداشت نمی‌شوند (خیایانی و خیابانی، 1398).
نفت سخت سبک (نفت شیل)
نفت شِیل نفت نامتعارفی است که از گرماکافت، هیدروژنه‌کردن و انحلال گرمایی خرده‌های سنگ نفت‌زا) شِیل نفتی) به دست می‌آید. این فرایندها مواد آلی درون سنگ (کروژن) را به نفت و گاز مصنوعی تبدیل می‌کنند.
از نفت حاصله می‌توان بلافاصله به‌عنوان سوخت استفاده کرد یا با افزودن هیدروژن و زدودن ناخالصی‌ها چون سولفور و نیتروژن، ارتقاء داد تا به‌عنوان ماده اولیه وارد پالایشگاه شود. محصولات پالایش‌شده را می‌توان در همان مصارفی به کار برد که محصولات پالایش‌شده نفت خام به کار می‌روند.
واژه Shale oil کمی ابهام دارد و گاه به نوع‌های دیگر نفت به‌دست‌آمده از منابع دیگر نیز گفته می‌شود که آژانس بین‌المللی انرژی Tight Oil و Light Tight Oil را برای آن‌ها پیشنهاد می‌کند.
منابع نفت شیل (سنگ نفت یا سنگ نفت‌زا) در پهنه وسیعی از طبیعت از آب‌های شیرین تا دریاچه‌های نمکی و باتلاق‌های رسوبی یافت می‌شود که بین دوره‌های کامبرین و ترشیاری شکل‌گرفته‌اند. بیشتر منابع نفت شیل در ایالت کلرادو ایالات‌متحده آمریکا واقع شده که دارای منابعی بالغ‌بر ۳/۳ تریلیون تن است
واژه مذکور در تعریفی جامع به نفت خام سبکی اطلاق می‌شود که در شیل، سنگ‌آهک یا ماسه‌سنگ‌هایی که تخلل و نفوذپذیری کمی دارند به دام افتاده باشد (مايلز، ۲۰۰۸) که به آن نفت سخت یا نفت شیل نیز گفته می‌شود.
– نفتی که با استفاده از تکنولوژی تبدیل گاز به نفت با تکنولوژی تبدیل زغال‌سنگ به نفت به دست می آید.
– نفتی که از تبدیل زیست توده به نفت به دست می آید (فضل الله تبار و همکاران، 1396).
تولید نفت از شیل نفتی
نفت شیل را می‌توان به دو صورت استخراج کرد:
1- حفاری سطحی
2- حفاری درجا
حفاری سطحی: در این روش نفت شیل را به‌صورت سنتی از زمین استخراج کرده و پس از انتقال به ساختمآن‌های ویژه فرآیند، آن را تا دمای 500-450 درجه سانتی‌گراد حرارت می‌دهند. در این ساختمآن‌ها نفت شیل را با هیدروژن غنی کرده، نفت حاصل را از مواد زائد جدا می‌کنند. در فناوری جدید، نفت شیل را کمتر حرارت می‌دهند که به وسیله اضافه کردن کریستال قیر انجام می‌گیرد.
از کربن غنی موجود در مواد زائد، در طرح های تولید الکتریسیته استفاده می‌شود. هر چه هیدروژن سبکتر و غنی تر باشد، مقدار کروژن پالایشی بیشتری، پس از کامل شدن فرآیند کاتالیستی حاصل می‌گردد. پس از پالایش، شیل باقیمانده را به محل اولیه برده و در آن جا رها می‌کنند.
حفاری درجا: در این روش از فرآیند درجا استفاده می‌شود که شامل حرارت دادن نفت شیل در درون زمین با استفاده از حرارت دهنده های الکتریکی است که درون چاه‌های عمیق، قرار گرفته اند. حجمی از نفت شیل طی یک دوره 2 تا 3 ساله حرارت داده می‌شود تا درجه حرارت آن به 700-650 درجه فارنهایت برسد. در این دما، نفت از سنگ خود جدا می‌شود.
محصول آزاد شده، در چاه‌های گردآوری که در منطقه حرارت دهی واقع شده‌اند، جمع آوری می‌شود. به‌طور متوسط در هر 4000 متر مربع 15 تا 20 حرارت دهنده الکتریکی کار گذاشته می‌شود. بیشترین انرژی مورد نیاز صرف حرارت دهی می‌شود. حدود 250 تا 300 کیلو وات ساعت به ازای هر بشکه. این باور وجود دارد که روش مذکور در مقایسه با روش حفاری سطحی از نظر اقتصادی به صرفه تر و از نظر زیست‌محیطی ایمن تر است (هزاوهای و مقدسی، 1387).
اقتصاد نفت شیل
زمانی استفاده از نفت شیل مقرون به صرفه خواهد بود که قیمت نفت بالا باشد و فناوری لازم برای استخراج آن ممکن باشد.
میزان تاثیر کاهش قیمت نفت متعارف بر تولید نفت شیل
دینامیک نفت شیل، با نفت متعارف متفاوت است، یک نکته مهم آن است که چاه‌های نفت شیل معمولاً کوچک تر و با ظرفیت تولید کمتر هستند. به‌علاوه مخازن نفتی متعارف، یک دوره تثبیت تولید طولانی دارند و بعد از آن هم افت شان کمتر، یعنی حدود 5 تا 10 درصد، است؛ اما در مخازن غیرمتعارف افت فشار از همان سال اول بسیار بالاست و بعضاً در حدود 60 تا 70 درصد در سال اول تولید کم می‌شود.
لذا بعد از حفر یک چاه، برای ثابت نگه داشتن تولید از یک میدان باید به حفر چاه جدید ادامه داد و همواره باید تعدادی دکل مشغول فعالیت باشند. فرض کنیم با حفر سالانه دو هزار چاه در تگزاس، تولید نفت آن جا معادل 20 درصد رشد می‌کند.
درواقع چاه‌های جدید از طرفی دارند افت تولید کلی میدان را که مثلاً سالی 20 درصد است جبران می‌کنند و به‌علاوه 20 درصد هم افزایش تولید ایجاد می‌کنند پس به عبارتی معادل 40 درصد ظرفیت تولید فعلی هر سال ظرفیت جدید ایجاد می‌شود. سطح دیگری از پیچیدگی زمانی وارد می‌شود که از طرفی نواحی جدیدی که حفاری می‌شوند احتمالاً از کیفیت کمتری برخوردار بوده اند که به تعویق افتاده اند و از سوی دیگر مهارت حفارها افزایش می‌یابد لذا بهتر حفاری می‌کنند.
حال اگر تعداد چاه‌های حفر شده در سال به هزار کاهش یابد، نمی‌توان به‌آسانی گفت تولید نفت بلافاصله چه تغییری می‌کند چرا که باید افت سالانه چاه ها و ظرفیت ایجاد شده توسط حفاری چاه‌های جدید را در نظر گرفت و به این جمع بندی رسید که رشد تولید درنهایت مثبت است یا منفی، از آن جا که آمار مجوز های حفاری و تکمیل و تولید چاه ها در آمریکا به‌صورت روزانه منتشر و پایش می‌شود،.
می‌توان برآوردی از تعداد دکل های مورد نیاز برای تثبیت تولید نفت به دست آورد؛ اما باید توجه داشت که به‌طورکلی از افت تعداد دکل های فعال، نمی‌توان هیچ نتیجه‌گیری ای درباره تاثیر کوتاه مدت آن بر تولید داشت. بلکه باید افت تعداد دکل ها را در کنار نرخ افت تولید چاه گذاشت و بعد نتیجه‌گیری کرد.
اگر نرخ افت تولید چاه 5 تا 10 درصد باشد، یعنی به‌اندازه منابع متعارف، آن وقت کاهش تعداد دکل ها تا مدتی بر تولید اثر ندارد و این حالت به ضرر تولید کنندگانی همچون ایران و عربستان است، در قیمت‌های فعلی نفت، با توجه به نرخ افت تولید 70 درصدی در سال نخست و 20 تا 30 درصدی در سال‌های بعد، یک تا دو سال به طول می انجامد تا تولید نفت شیل به طرز محسوسی کاهش یابد.
من در خرداد سال 1393 که قیمت بالای 100 دلار بود در مصاحبه ای گفتم منطقاً عربستان باید تولید خود را تا جایی که می‌تواند زیاد کند تا قیمت نفت پایین بیاید، چرا که تولید کنندگان غیرمتعارف وارد بازار شده‌اند و حتی آن زمان هم برای اقدام عربستان دیر بود (رضایی و بیات، 1395).
فصل دوم: شیل چیست؟
شیل
شیل ها معمولاً سنگ‌های رسوبی دانه‌ریز، لایه دار و غیر کلاسیک می باشند که معمولاً در محیط‌های آرام نهشته می‌شوند. ذرات سازنده آن‌ها اغلب رس، کوارتز و مواد آلی هستند. شیل‌های غنی از رس، لایه لایه هستند. شیل از لحاظ مقدار مواد آلی به دو دسته غنی از مواد آلی (سیاه رنگ) و فقیر از مواد آلی (قهوه‌ای رنگ) تقسیم می‌شود.
مقدار مواد آلی لازم برای شناسایی شیل به‌عنوان یک منبع نامتعارف 5 درصد است (لطفی یار و همکاران، 1395). شیل ها از خاک رس معدنی تشکیل‌شده‌اند و خاک های رس معدنی اغلب ایلیت، کلریت، مونت موریلونیت، کائولونیت و لایه‌های مخلوط شده از ایلیت و کلریت هستند (عبدالهی و همکاران، 1388).
درواقع شیل لفظی خاص برای دسته ای از سنگ ها است که به قدر کافی مواد آلی غنی (کروژن) در آن‌ها وجود داشته باشد و نفت شیل نه سنگ است نه نفت، بلکه خاک آهک داری است که شامل ترکیباتی مانند کروژن میباشد (مرکز پژوهشی آرا، 1395).
شیل ها نوعی سنگ رسوبی هستند که به‌صورت ورقه هایی از گچ یا رس فشرده تشکیل‌شده و از منابع نامتعارف نفت و گاز محسوب می‌شوند. این منابع حدود نیمی از ذخایر غیر متعارف جهان را تشکیل می‌دهند.
برخلاف منابع متعارف، تجمع گاز در مخازن شیل ناحیه ای و پیوسته است این مخازن فشاری نا متداول دارند که می‌تواند کم یا زیاد باشد. در سال‌های اخیر به‌واسطه پیشرفت در عملیات حفاری افقی و عملیات شکست هیدرولیکی و درنتیجه تولید اقتصادی گاز طبیعی از آن‌ها، توجه محققین به این منابع نامتعارف معطوف شده است.
به‌طوری که پیش‌بینی شده در سال 2035 حدود نیمی از گاز طبیعی ایالات‌متحده امریکا از شیل‌های گازی تأمین شود. طبق آخرین آمار بریتیش پترولیوم در چشم انداز سال 2035، انتظار می‌رود گاز شیل 21 درصد گاز جهان و 68 درصد گاز ایالات‌متحده آمریکا را تأمین نماید (عباسپور چهارده و همکاران، 1398).
ویژگی‌های شیل
ویژگی‌های فیزیکی
دانه‌ریزترین رسوبات تخریبی، سنگ‌های رسی (شیل ها) میباشند. شیل ها معمولاً از سنگ‌های سیلیکاته تشکیل‌شده‌اند که اندازه آن‌ها کوچکتر از 2 میکرون میباشد. شیل ها با جهت یابی ترجیحی کانی‌های رسی و میکاها به موازات لایه‌بندی مشخص می‌شوند. تورق، بافت متداول در این رده از سنگ ها میباشد که نتیجه ته نشینی ورقه های رس به موازات لایه‌بندی و تا حدی نتیجه فشردگی لایه ها و از دست دادن آب آن‌ها میباشد.
از خصوصیات بافتی شیل ها می‌توان به تناوب لایه‌های تیره و روشن در این سنگ ها اشاره کرد که مربوط به تناوب لایه‌های ماده آلی و کربنات کلسیم و سلیت میباشد. این ذرات دارای ذرات سیلت و رس بوده و حاوی بیش از 50% دانه‌های آواری با اندازه کمتر از 60 میکرون می باشند و رفتار مهندسی آنان به وسیله همین مواد ریزدانه کنترل می‌شود.
به علت وفور کانی‌های رسی در این سنگ ها، اغلب مقاومت کمی دارند و از نظر مهندسی می‌توانند مشکل ساز باشند (محمدی و اجل لوئیان، 1390). جدول 2-1 خصوصیات فیزیکی شیل ها را ارائه داده است.
خصوصیات فیزیکی شیل ها (منبع: محمدی و اجل لوئیان، 1390)
ویژگی‌های مقاومت برشی
دامنه تغییرات و میانگین چسبندگی و اصطحکاک داخلی شیل به ترتیب 1/0 تا 2/9 (میانگین 67/3 مگا پاسکال) و 43 تا 65 درجه (میانگین 67/55 درجه میباشد. در شیلهایی با درجه تراکم پایین نیروی چسبندگی (c) ممکن است به کمتر از 15 کیلو پاسکال و زاویه اصطحکاک داخلی به کمتر از 50 درجه برسد.
با افزایش تراکم و سن شیل ها مقادیر چسبندگی و اصطحکاک داخلی زیادتر می‌شود. به‌طورکلی، شیلهایی با چسبندگی کمتر از 20 کیلو پاسکال و زاویه اصطحکاک کمتر از 20 درجه اغلب مشکل آفرین هستند (محمدی و اجللوئیان، 1390).
دامنه تغییرات شاخص دوام داری سیکل دوم شیل 78 تا 99 درصد میباشد که نشان می‌دهد این سنگ ها از لحاظ مقاومتی در رده ضعیف تا خیلی قوی قرار می گیرند (محمدی و اجللوئیان، 1390).
ویژگی‌های دینامیکی
بر اساس بررسی‌های صورت گرفته، دامنه تغییرات سرعت موج فشاری برای شیل ها از 3500 تا 5500 متر بر ثانیه (میانگین 4500 متر بر ثانیه) میباشد (محمدی و اجللوئیان، 1390). جدول 2-2 خصوصیات مکانیکی شیل ها در حالت اشباع را نشان می‌دهد.
خصوصیات مکانیکی شیل ها در حالت اشباع
(منبع: محمدی و اجل لوئیان، 1390)
انواع شیل
شیل گازی
شیل گازی گروهی از سنگ‌های رسی فشرده تیره رنگ حاوی مواد غنی هیدروکربوری از نوع گاز است که به دلیل داشتن تراوایی کم، مانع از جریان یافتن مناسب گاز به داخل چاه‌های تولیدی می‌شود.
این منابع که به دلیل داشتن مواد آلی بالا به‌عنوان سنگ مادر در یک سیستم نفتی محسوب می‌شوند، اگر به درجه اشباع هیدروکربوری رسیده باشند و زایش گاز درجا در آن‌ها صورت گرفته باشد، گزینه بسیار مناسبی برای تولید گاز طبیعی به شمار می روند.
در برخی منابع شیل‌های گازی گروه متنوعی از سنگ‌ها هستند که دارای متان محبوس در داخل خود بوده و در اعماق زمین وجود دارند، ولی می‌توان به‌وسیله حرارت دادن (تقطیر) و یا ایجاد شکاف هیدرولیکی، متان آن را از دل آن‌ها استخراج کرد.
در حال حاضر به شیل‌های نفتی و گازی توجه نسبتاً زیادی می‌شود چون به‌عنوان یک سوخت فسیلی، ممکن است جایگزین ذخایر متعارف گازی (که انتظار اتمام آن می‌رود)، شوند.
انسان از مدت‌ها پیش به وجود گاز در صخره‌های شیل پی‌برده اما این صخره‌ها بر خلاف میادین معمولی گاز، حالت متخلخل و شبکه موئینه ندارند و بنابراین استخراج گاز به راحتی از آن‌ها قابل انجام نیست. بر اساس فناوری جدید با فشار آب یا شن، دهانه ذخایر گازی باز می‌شود و امکان جریان گاز فراهم می‌گردد. در همین حال برای استخراج تجاری متان باید چاه‌های متعددی بدلیل فشار پایین گاز حفر شود (اصغری و همکاران، 1391).
درواقع شیل‌های غنی از مواد آلی اگر به سمت اعماق زمین دفن شوند، تولید نفت و گاز می‌کنند و اگر این شیل ها تولید گاز کنند، مقداری از این گاز ممکن است در منافذ خیلی ریز شیل ها و یا جذب شده توسط مواد آلی و یا سطح کانی‌های رسی باقی بمانند.
که برای خروج این گاز ها می‌توان از چندین تکنیک استفاده کرد. بهره‌برداری از شیل گازدار دارای هزینه بالایی است اما ریسک اکتشافی پایین آن باعث شده اهمیت این نوع شیل افزایش یابد (کریمیان طرقبه و منا قربانی، 1395).
شیل‌های گازی متداولترین و فراوانترین سنگ‌های رسوبی هستند که 50% آن‌ها را شیل تشکیل می‌دهد. شیل‌های گازی سنگ‌های رسوبی دانه‌ریز غنی از مواد آلی هستند که دارای حداقل کربن آلی کل 5/0 تا 2 درصد می باشند که درون آن‌ها گاز طبیعی تولید و به دو شیوه ذخیره می‌گردد:
1- گاز آزاد که فضای حفره ها را اشغال می‌کند (شبیه مخازن گازی معمول)
2- گاز جذب سطحی که به سطح مواد آلی می چسبد (نگهداری و همکاران، 1391).
تاکنون همه شیل‌های گازدار مفید در سنگ‌های پالئوزوئیک و مزوزوئیک شناسایی شده‌اند.
منابع شیلی متنوع
آمریکا از بزرگ‌ترین دارندگان ذخایر گاز شیل جهان است، بر اساس برآوردهای انجام گرفته بیش از ۲۳ درصد این ذخایر در آمریکا واقع شده است. افزایش مصرف گاز محرکی برای توسعه بهره‌برداری از گاز شیل در گستره جهانی است. ذخایر فراوان گاز شیل جهان حدود ۴۰۰ تریلیون فوت مکعب تخمین زده می‌شود که در کل اروپا، آمریکای لاتین و آسیا پاسیفیک گسترده شده است.
شیل گاز محصورشده بین سنگ‌های سخت رسی که آزادسازی آن با استفاده از فناوری موسوم به “شکست هیدرولیک ” صورت می‌گیرد که شامل تزریق آب فراوان حاوی مواد شیمیایی درون سازه های گاز رسی با فشار بالاست.
به گفته منتقدان اداره محیط‌زیست و ژئوفیزیک، این عملیات خطر آلودگی آب‌های زیرزمینی و بروز زمین لرزه را به همراه خواهد داشت. تحقیقات نشان می‌دهد که 16 % حجم گاز شیل، گاز اتان است. مصرف کنندگان برای استفاده از این خوراک ارزان قیمت در آمریکا، باید طراحی واحد اتیلن را بازنگری کنند.
تولید گاز شیل در آمریکا کمک کرد تا قیمت‌های گاز و زغال‌سنگ در این کشور کاهش یابد، اما تولید این گازها در منطقه اروپا، پیشرفت کندی داشته و با نگرانی های اداره محیط‌زیست روبه روست، به‌طوریکه کشورهای فرانسه، بلغارستان، اسپانیا و آلمان تولید این نوع گازها را ممنوع کرده اند.
بنا به فهرست اداره انرژی آمریکا از 32 کشور دارنده ذخایر سنگ‌های رسی، بعد از کشورهای چین و آمریکا، آرژانتین و مکزیک، کشور عربستان در مقام پنجم در جهان قرار دارد. اگر شرایط برای تولید گاز شیل مهیا باشد تا سال 2030، تولیدات این گاز می‌تواند یک سوم عرضه انرژی جهان را تامین کند و از ” نفت خام ” که مقام اول انرژی دنیا را در اختیار دارد، پیشی بگیرد (کریمیان طرقبه و منا قربانی، 1395).
ورود کشوری مانند آمریکا به دنیای تولید گاز از طریق گاز شیل که پیش از این خود بزرگ‌ترین واردکننده LNG در جهان به شمار می‌رفت، یکی از بزرگ‌ترین چالش های سایرکشورهای صادرکننده گاز خواهد بود.
کشور قطر، بزرگ‌ترین صادرکننده LNG درجهان (به ظرفیت صادرات سالانه 77 میلیون تن) در تلاش برای عرضه بخش عمده‌ای از گاز خود به بازار آسیا از طریق امضای قراردادهای بلندمدت با مشتریان گازی در کشورهای ژاپن، کره جنوبی و بازارهای نوظهوری مانند چین و هند است.
در همین حال، افزایش تولید داخلی گاز در آمریکا، قیمت‌های گاز در قاره اروپا و آسیا را به کمترین حد رسانده است؛ لذا تحلیلگران بازار می‌گویند آمریکا تا پایان دهه جاری از یک واردکننده عمده تبدیل به یک صادرکننده بزرگ گاز می‌شود.
این امر همراه با توسعه بین‌المللی گازهای رسی در خارج از آمریکا بویژه در کشورهای چین، آرژانتین و هند، تمام پیش‌بینی‌های قبلی در بازار گاز را تحت تاثیر قرار می‌دهد. با هماهنگی تولیدکنندگان و صادرکنندگان گاز، به زودی انجمن GCEF به‌منظور نظارت دائم بر بازار گاز ایجاد می‌شود.
شیل نفتی
شیل‌های نفتی گروه متنوعی از سنگ‌ها هستند که منشأ نفت و مواد آلی و غیر آلی دارند. چون این مواد آلی موجود در عمق کافی مدفون نشده هنوز به مرز پختگی نرسیده و درنتیجه نفتی تولید نمی‌کنند، مگر اینکه در آزمایشگاه با حرارت دادن و تقطیر آن‌ها نفت را استخراج کرد که به این عمل پیرولیز گویند. مقدار نفت حاصله در مناطق مختلف تا 50 % وزن سنگ تخمین زده شده است یعنی بین 10 و 150 گالن نفت در هر تن سنگ یا 50 تا 700 لیتر در هر هزار کیلوگرم قابل برداشت است.
شیل‌های نفتی دارای مقادیر قابل‌توجهی مواد غیرآلی نیز هستند. حداقل توقع از یک شیل نفتی از نظر اقتصادی این است که انرژی حاصل به‌صورت هیدروکربن بیش از انرژی حرارتی مصرفی برای استخراج نفت آن باشد.
به‌طورکلی شیل‌های نفتی باید دارای مقادیر زیادی مواد هیدروکربنی باشند تا بتواند امکان تشکیل مخازن نفتی اقتصادی را بدهند. بر اساس بررسی‌هایی که تاکنون انجام‌شده، اغلب شیل‌های نفتی متعلق به دوره زمین‌شناسی کامبرین (5/3 میلیون سال پیش ) تا دوره ترشیری (63 میلیون سال پیش) است.
نهشته های کم‌عمقی که در اثر پیرولیز توانایی تولید نفت در مقیاس صنعتی را دارند، شیل نفتی می نامند. چنین سنگ‌هایی متشکل از سنگ میزبان و مواد آلی (به‌طور غالب کروژن) بوده و در اثر تجزیه حرارتی، نفت باکیفیت بالا از این کروژن ها تولید می‌شود (باطنی و همکاران، 1395).
شیل نفتی یک سنگ رسوبی دانه‌ریز، غیر متخلخل و غیرآلی است که حاوی مواد عالی به شکل کروژن است. شیل نفتی می‌تواند در محیط‌های دریایی و غیر دریایی تشکیل شود. گرچه شیل‌های نفتی دانه‌ریز هستند و ته‌نشست مواد غیرآلی نیز آرام میباشد اما رشد مواد آلی (کروژن) سریع است. ماده اصلی تولیدکننده نفت در شیل نفتی، جامد و غیرقابل پمپ به سطح زمین است (Crabtree, 1965).
شیل‌های نفتی دارای محتوای بالایی از مواد آلی هستند که به‌اندازه کافی دفن نشده است تا تولید نفت کند. با حرارت دادن این شیل‌های نفتی می‌توان از کروژن مقادیر زیادی هیدروکربن تولید کرد (کریمیان طرقبه و قربانی، 1395).
شیل نفتی سنگی حاوی ترکیبات ارگانیک جامد (کروژن) است. برای تولید نفت مایع از شیل نفتی غنی از کروژن، شیل نفتی را در شرایط فاقد اکسیژن تا حدود 500 درجه سانتی‌گراد حرارت می‌دهند (لطفی یار و همکاران، 1394) از لحاظ ترکیب نیز شامل مواد آلی قابل‌حل (بیتومن) و غیرقابل‌حل (کروژن) و مواد غیرآلی است که به‌ندرت نسبت مواد آلی به غیر آلی به یک‌چهارم می‌رسد (Yen & Chilingrarian, 1976).
شیل نفتی یک سنگ فشرده دارای لایه‌بندی از منشأ رسوبی است که بیش از 33 درصد خاکستر دارد و حاوی مواد آلی نیز میباشد که در اثر تقطیر نفت تولید خواهد کرد اما زمانی که با محلول‌های معمولی خارج می‌شود مقدار آن قابل‌توجه نخواهد بود (لطفی یار و همکاران، 1395: 66).
مواد ارگانیک در شیل‌های نفتی شامل کربن، هیدروژن، اکسیژن و مقادیر بیشتری سولفور و نیتروژن میباشد. این‌ها کمپلکس‌های بزرگ مولکولی (کروژن) را که در حلال‌های آلی نامحلول هستند، تشکیل می‌دهند (فریدونی و همکاران، 1394).
شیل‌های نفتی، منابع غیرمتعارف نفتی با مقادیر بالایی مواد آلی (قهوه‌ای تا سیاه) هستند که می‌توان مقدار فراوانی نفت از آن‌ها بهره‌برداری نمود (فریدونی و همکاران، 1394). در مقیاس جهانی شیل‌های نفتی مخازن معادل یا حتی بیشتر از نفت متداول را دارا هستند. بیش از 80 درصد مخازن شناخته‌شده در امریکا وجود دارد.
گرین ریور شیل در کلرادو، یوتا و وایومینگ مخازن مهم نفت و گازی هستند. برداشت از این ذخایر تولید دی‌اکسید کربن و آلودگی‌های زیست‌محیطی می‌کند و نیاز به هزینه بالایی دارد اما رقابت برای وجود این ذخایر در هر کشوری آمار و مقادیر ذخایر نفت و گازی را در پیش‌بینی جهانی تغییر می‌دهد (کریمیان طرقبه و قربانی، 1395).
