کیومرث حیدری مشاور پژوهشگاه نیرو
طی سال‌های اخیر بحث‌های مختلفی در زمینه منابع نفت و گاز نامتعارف و تأثیر آن بر بازار نفت، قیمت، امنیت و دیپلماسی انرژی، محیط‌زیست و... مطرح
شده است. هرچند از پیدایش و استخراج این منابع نامتعارف سال‌ها می‌گذرد اما طی سال‌های اخیر که آمریکا به‌عنوان یکی از بزرگترین دارندگان ذخایر غیرمتعارف جهان تولید نفت خود را از طریق این منابع افزایش داد و بخشی از سهم سازمان اوپک را تصاحب کرد، اهمیت آن بیش از پیش خودنمایی کرد. به‌طوری که برخی از اعضای اوپک با هدف خارج کردن نفت غیرمتعارف سیاست افزایش تولید و عرضه را به منظور کاهش قیمت‌ها و غیراقتصادی شدن تولید نفت نامتعارف آمریکا دنبال می‌کنند.
معرفی منابع نامتعارف
تعريف دقيق و تفکيک منابع نفت و گاز نامتعارف از منابع متعارف اگر نه غير ممکن اما بسيار دشوار است. برخي منابع تفاوت جدي در روش استخراج نفت و گاز غيرمتعارف نسبت به انواع متعارف را به‌عنوان معيار تمايز اين دو معرفي کرده‌اند. با اين حال به نظر می‌رسد اين تعريف نمي‌تواند جامع و مانع باشد. در برخي متون، شن‌هاي نفتي و نفت فوق سنگين به واسطه درجه گرانروي بالا، درجه (API) پایين، ميزان اسيد بالا و مقدار بالاي نيتروژن، اکسيژن، سولفور و فلزات سنگين از نفت خام متعارف منفک شده است. منابع نامتعارف را نمي‌توان مجموعه يكنواختي محسوب كرد. در ميان منابع نامتعارف، ماسه‌هاي بسيار متراكم گازي از نظر سطح تكنولوژي و هزينه توليد، نزديك‌ترين گروه به منابع متعارف و در نقطه مقابل سنگ‌هاي رسي نفتي و هيدرات‌هاي گازي دورترين گروه به منابع متعارف محسوب می‌شوند. سنگ‌هاي رسي گازي، نفت سنگين و گاز بسترهاي زغال‌سنگ در ميانه اين طيف قرار دارند. هرچند، اين تقسيم‌بندي مطلق نيست.
سابقه منابع غيرمتعارف
اولين چاه تجاري گاز كه در ايالات متحده در سال 1821 در ايالت نيويورك حفر شد، سال‌ها پيش از حفر چاه نفت توسط درك، يك چاه شيل گازي بود. بنابراين مقادير ناچيزي از گاز از طريق مخزن‌هاي كم‌عمق و شکاف‌دار توليد شد. كشف سنگ‌هاي رسي گازي را بايد از بهره‌برداري تجاري از آنها متمايز كرد. در حالي كه مورد اول از قدمتي بسيار طولاني برخوردار است، بهره‌برداري تجاري از سنگ‌هاي رسي گازي داراي سابقه‌ای طولاني نيست. آنچه موجب اصلاح تفكر رايج درباره منابع گازي نامتعارف شده است، طراحي و به‌كارگيري فناوری‌هایي است كه موجب افزايش نفوذپذيري سنگ مخزن و بنابراين نرخ توليد گرديده‌اند.
برآورد حجم منابع غيرمتعارف
تاكنون، به جز ايالات متحده و چند كشور ديگر، هنوز برآوردي ملي و جامع در رابطه با حجم منابع شيل گاز انجام نشده است. باوجود عدم انجام مطالعات جامع اکتشافي توسط تمام کشورهاي جهان، برخي کشورها مطالعاتي را در زمينه تخمين ميزان منابع غيرمتعارف انجام داده و نتايج حاصل توسط مراجع رسمي نيز منتشر شده است. فعاليت‌هاي اكتشافي محدودي صورت گرفته و اطلاعات وسيعي در اين زمينه در دسترس نيست. اين فعاليت‌ها براي كشورهای اتريش، استراليا، كانادا، چين، فرانسه، آلمان، مجارستان، هند، نيوزيلند، لهستان، آفريقاي جنوبي، سوئد، انگليس و آمريكا انجام شده است. اغلب اين كشورها فاقد منابع غني نفت و گاز متعارف بوده و عمدتا مصرف‌كننده اصلي انرژي محسوب می‌شوند. براساس اطلاعات جمع‌آوري شده توسط شوراي جهاني انرژي، حجم منابع گازي نامتعارف حدود 14803 تريليون فوت مكعب برآورد شده است. اگر این آمار قابل اتکا فرض شود، آنگاه حجم منابع نامتعارف بالغ بر دو برابر منابع متعارف خواهد بود.
نقش فناوري در تولید منابع نامتعارف
حفاری اولين چاه تجاري براي توليد گاز از منابع نامتعارف در سال 1821 در ايالات متحده انجام شده و مشکل اصلي، عدم تناسب سطح فناوري براي حفاري و توليد از اين منابع در مقياس وسيع است. نفت شن‌هاي نفتي به دو شيوه حفاري سطحي و حفاري درجا (در عمق) قابل استخراج است. در شيوه اول، شن‌هاي آغشته به نفت به صورت فيزيکي به محل فرآوري انتقال يافته و پس از پايان عمليات جداسازي بيتومين، شن‌هاي باقيمانده به معادن برگردانده می‌شود. در شيوه دوم با به‌كارگيري روش‌هاي مختلف انتقال حرارت به عمق زمين، نسبت به هدايت بيتومين به چاه‌هاي توليدي و استخراج نفت (در همان ميدان) اقدام می‌شود. سنگ‌هاي رسي نفتي ممکن است به صورت مستقيم (مانند زغال‌سنگ) به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار گرفته يا با حرارت دادن در غياب اکسيژن به نفت خام تبديل شوند. توليد نفت از سنگ‌هاي رسي نفتي نیز، همانند شن‌هاي نفتي، به دو شيوه حفاري سطحي يا درجا صورت می‌پذيرد. فناوري استخراج براي سه حامل، گاز بسترهاي زغال‌سنگي، سنگ‌هاي رسي گازي و گازهاي متراکم، شامل شکاف هيدروليکي و حفاري افقي به منظور ايجاد امکان تسريع در جريان مواد هيدروکروبوري و هدايت آن به چاه‌هاي توليدي است. با توجه به ويژگي‌هاي خاص مخازن منابع نامتعارف، حفاري و توليد نفت و گاز از اين مخازن از پيچيدگي بالایی برخوردار است. حفاري عمودي، اولين گزينه براي برداشت نفت و گاز از مخازن منابع متعارف است. اين روش از سال 1850 تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است. براي استخراج نفت و گاز نامتعارف، شيوه‌هاي حفاري دچار تغييراتي شده است. شکاف هيدروليکي يک مرحله‌ای (از سال 1950)، شکاف هيدروليکي چند مرحله‌ای (از سال 1990) و در نهايت حفاري افقي به همراه شکاف هيدروليکي چند مرحله‌ای (از سال 2000) از شيوه‌هاي حفاري ديگري است که با ارتقای سطح فناوري مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در حفاري عمودي، چاهي به عمق مورد نظر حفر می‌شود. در اين روش، به واسطه فشار مخزن و تخلخل سنگ مخزن، توليد نفت يا گاز صورت می‌گيرد. در شکاف هيدروليکي يک و چند مرحله‌اي، با انجام حفاري عمودي، در مرحله بعدي آب به همراه برخي افزودني‌ها مانند ماسه‌هاي ريز و با فشار زياد به بدنه مخزن (چاه عمودي) وارد شده و تخلخل يا نفوذپذيري سنگ مخزن را افزايش می‌دهد. در حفاري افقي به همراه شکاف هيدروليکي، پس از انجام حفاري عمودي و ورود به لايه حاوي مواد هيدروکربوري (سنگ مخزن)، اقدام به حفاري افقي کرده و در طول بخش افقي چاه، شکاف‌هاي هيدروليکي همانند حالت قبل ايجاد می‌شود. با توجه به گرانروي بالاي منابع نفتي نامتعارف، يكي از راهكارهاي مورد استفاده، افزايش دماي منابع درجاي نامتعارف به منظور كاهش درجه گرانروي و افزايش بازدهي توليد است. براي اين منظور راهكارهاي متفاوتي مورد استفاده قرار می‌گيرد. يكي از راهكارهایي كه به صورت عملياتي مورد استفاد قرار گرفته است، انجام حفاري‌هاي موازي است. در اين حالت دو يا چند چاه تركيبي (عمودي - افقي) حفر می‌شود. در مرحله بعد برخي از چاه‌ها به منظور تزريق بخار آب، با هدف كاهش درجه گرانروي، مورد استفاده قرار گرفته و چاه‌هاي ديگر، توليد نفت را انجام می‌دهند.
به‌عنوان يك روش جايگزين، شركت زيمنس امكان استخراج و جداسازي آسان‌تر نفت از شن‌هاي نفتي را فراهم کرده است. در اين روش بايد حرارت زمين را افزايش داد. اين امر از طريق حفر كانال‌هاي افقي و
قرار دادن كابل‌هاي ويژه عملي می‌شود. تفاوت مهم اين روش، با روش‌هاي قبلي اين است كه گرمايش زمين از طريق ايجاد ميدان‌هاي الكترومغناطيسي صورت می‌گيرد. بنابراين نيازي به مصرف انرژي برای تولید و تزريق بخار نخواهد بود. اين فناوري‌ها عمدتا در حال آزمايش و تكميل است. به‌كارگيري آن در مقياس وسيع می‌تواند سبب تسريع بهره‌برداري از منابع نفتي نامتعارف شود.
اهميت انرژي و آب براي توليد
توسعه و توليد منابع نامتعارف نفت و گاز مستلزم به کارگيري فرآيندها و فناوري‌هایي است که به‌طور معني‌داري از نظر انرژي مورد نياز، هزينه و آثار زيست‌محيطي، نسبت به منابع متعارف، متفاوتند. توليد نفت از اين منابع نياز شديدي به آب دارد. برخي منابع ميزان آب مورد نياز براي توليد هر بشکه بيتومين از شن‌هاي گازي را بيش از 3 بشکه برآورد کرده‌اند. درحال حاضر مجوزهاي صادر شده در کانادا براي بهره‌برداري از منابع شن‌هاي نفتي روزانه معادل 590 ميليون مترمکعب آب نياز دارد. اين ميزان آب تقريبا معادل مصرف روزانه يک شهر 3 ميليون نفري است. توليد نفت نامتعارف يک فرآيند انرژي‌بر است. در منابع متعارف، ميزان انرژي مصرفي حدود 6درصد انرژي توليدي است. انرژي مورد نياز براي توليد نفت فوق سنگين 20 تا 25درصد انرژي توليدي و براي شن‌هاي نفتي حدود 30درصد است. اين نسبت براي سه حامل گازهاي متراکم، گاز بسترهاي زغال‌سنگي و هيدرات‌هاي گازي نسبتا پایين است. استخراج هر بشکه نفت از سنگ‌هاي رسي نفتي مستلزم مصرف 250 تا 300 کيلووات ساعت انرژي برق است. در کانادا براي تأمين حرارت توليد شن‌هاي گازي در طول يک‌سال 30 ميليارد مترمکعب گاز براي تأمين حرارت و 15 ميليارد مترمکعب براي غني‌سازي بيتومين مصرف شده است. در همين رابطه شاخص نسبت بخار به نفت معرفي شده است. برخي شرکت‌ها مدعي حصول به مقدار 2.5 براي اين نسبت شده‌اند. در کانادا اين نسبت، برای دو شیوه رایج در آن کشور، بين 3.2 تا 3.4
قرار دارد. گاز طبيعي يکي از منابع اصلي براي تأمين حرارت فرآيند توليد است. در برخي گزينه‌هاي جديد، استفاده از تكنولوژي هسته‌ای براي تأمين حرارت مورد نياز مطرح شده است. بنابراین، يكي از شرايط مهم استخراج و توليد منابع نامتعارف، وجود منابع كافي براي تأمين انرژي اوليه مورد نياز در فرآيند استخراج و فرآوري است.
آثار زيست‌محيطي منابع نامتعارف
آثار زيست‌محيطي منابع نامتعارف در سمت توليد را می‌توان براساس سلامت انسان، آب، هوا، خاک و گونه‌هاي گياهي و جانوري تقسيم‌بندي کرد. با توجه به ضرورت مصرف انرژي براي تسهيل استخراج و توليد منابع نامتعارف، مقداري آلاينده از طريق مصرف سوخت وارد هوا می‌شود. بسته به نوع انرژي مصرفي، ميزان آلاينده‌هاي اين بخش متفاوت خواهد بود. بازگشت شن‌هاي فرآوري شده از فرآيند جداسازي بيتومين موجود در آنها به طبيعت، می‌تواند موجب صدماتي به منابع آب زيرزميني، سلامت انسان و همچنين گونه‌هاي جانوري شود. ترکيب آب‌هاي زيرزميني با سيالات حوزه حفاري موجب آلودگي سفره‌هاي آب زيرزميني می‌شود. حجم بالاي آب مورد نياز براي توليد منابع نامتعارف، ضمن ضرورت وجود آب کافي به‌عنوان يک الزام توليد، موجب آلودگي آب مصرف شده در فرآيند توليد و عدم امکان يا دشواري بازگشت آن به چرخه طبيعي می‌شود. آب مصرف شده در اين فرآيند می‌تواند، بسته به شدت كميابي آب در منطقه مورد بحث، منجر به بروز مشکلاتي در تأمين آب براي نيازهاي اساسي شود. حفاري و توليد منابع نامتعارف مستلزم آزادسازي دامنه وسيعي از اراضي است. به‌طور مثال در ايالت آلبرتاي کانادا ميزان 175 ميليارد بشکه بيتومين قابل بازيافت در منطقه‌ای به وسعت تقريبي 140800 کيلومتر مربع
قرار دارد. اين مساحت حدود 21درصد ايالت آلبرتا را پوشش داده و تقريبا معادل 8.5درصد کل مساحت جمهوري اسلامي ايران است. حفاري و توليد منابع نامتعارف در ناحيه‌ای به اين وسعت، موجب خسارت‌هاي جدي به محيط زيست می‌شود. آلاينده‌هاي فرآيند توليد رابطه مستقيمي با انرژي مصرفي در اين فرآيند دارند. توليد گاز دي‌اکسيدکربن براي شن‌هاي نفتي و نفت فوق سنگين به ترتيب معادل 9.3 و g/MJ 15.8و بين 13 تا g/MJ 50 براي سنگ‌هاي رسي نفتي است.
با توجه به مصرف پایين انرژي در فرآيند توليد سه حامل گازهاي متراکم، گاز بسترهاي زغال‌سنگي و هيدرات‌هاي گازي، ميزان آلاينده‌هاي فرآيند توليد اين سه حامل کمتر از ساير منابع نامتعارف است. برخي منابع ميزان آلودگي فرآيند غني‌سازي براي توليد هر بشکه نفت حاصل از فرآوري بيتومين ناشي از شن‌هاي نفتي را بين 62 تا 164 کيلوگرم دي‌اکسيدکربن برآورد کرده‌اند. اين منابع، ميزان انتشار آلاينده در روش حفاري درجا را بين 99 تا 176 کيلوگرم به ازاي هر بشکه برآورد کرده‌اند. اين ميزان آلاينده 3.2 تا 4.5 برابر آلاينده‌هاي ناشي از توليد هر بشکه نفت متعارف در آمريکاي‌شمالي معرفي شده است. آثار منفي توليد نفت يا گاز از منابع نامتعارف را بايد در کنار تعهدات بين‌المللي کشورهاي توليد‌کننده مورد توجه قرار داد. کانادا، به‌عنوان يكي از صاحبان منابع وسيع نفت و گاز نامتعارف، يکي از 39 کشور صنعتي است که براساس پيمان کيوتو متعهد گرديده ميزان آلاينده‌هاي ناشي از گازهاي گلخانه‌ای را به سطحي معادل 6درصد کمتر از ميزان آلاينده‌هاي سال 1990 کاهش دهد.
هزينه‌هاي توليد
مطالعات و منابع موجود نشان می‌دهند، هزينه توليد نفت فوق سنگين در دامنه 6.6 تا 13.1 دلار براي هر گيگاژول قرار می‌گيرد. اين بدين معني است كه هزينه تقريبي توليد معادل يك بشكه نفت خام، در دامنه 40 تا 80 دلار قرار دارد. با توجه به پيچيدگي بالاتر فرآيند استخراج و توليد و ارزش حرارتي كمتر حجم معيني نفت حاصل از توده‌هاي رسي متراکم در مقايسه با نفت فوق سنگين، انتظار می‌رود توليد نفت از سنگ‌هاي رسي نفتي پرهزينه‌تر باشد. هزينه توليد اين حامل بين 8.2 تا 19.7 دلار براي هر گيگاژول گزارش شده است. به عبارت ديگر هزينه توليد معادل يك بشكه نفت خام، در دامنه 50 تا 120 دلار قرار دارد.
به‌جز موارد استثنا، هزينه توليد هر گيگاژول منابع نفت متعارف در دامنه 1.6 تا 6.6 دلار، يعني بين 9 تا 40 دلار براي هر بشكه، قرار می‌گيرد. هزينه‌هاي توليد گازهاي نامتعارف براي گازهاي متراكم در دامنه 2.6 تا 7.6 دلار براي هر گيگاژول، 3.8 تا 7.6 دلار براي هر گيگاژول گاز بسترهاي زغال‌سنگي و 3.8 تا 8.6 دلار براي هر گيگاژول سنگ‌هاي رسي گازي است. هزينه توليد منابع گازي متعارف در دامنه 0.5 تا 5.7 دلار براي هر گيگاژول قرار می‌گيرد.
باید توجه داشت هزينه توليد تنها بخشي از قیمت بازار محسوب می‌شود. هزينه انجام معامله، هزينه حمل‌ونقل (شامل بيمه)، ماليات بر مصرف انرژي و در نهايت تأثير بهبود ضريب امنيت تأمين انرژي نيز می‌توانند بر قدرت رقابت‌پذيري منابع مختلف توليد نفت تأثيرگذار باشند.
عدم قطعيت در توسعه و توليد منابع نامتعارف
توليد نفت خام از منابع نامتعارف نيز با عوامل متعددي مواجه است که موجب تشديد عدم اطمينان می‌شوند. برخي مطالعات عوامل عدم اطمينان در توليد و عرضه نفت خام نامتعارف را در گروه‌هاي مختلفي مانند فناوري، منابع، رقابت، سطح تقاضا، مسائل زيست‌محيطي و اجتماعي و ... دسته‌بندي کرده‌اند. اساسا يکي از ملاک‌هاي تفاوت نفت خام متعارف و نامتعارف، سطح فناوري مورد نياز براي اکتشاف و توليد نفت خام است. فناوري لازم براي توليد منابع نامتعارف از پيچيدگي بالاتري برخوردار است. علاوه بر اهميت ابداع فناوري موردنياز براي اکتشاف و توليد نفت از منابع نامتعارف، امکان دسترسي به اين فناوري بين کشورهاي مختلف دارنده منابع نامتعارف نيز تعيين‌کننده است. بنابراين فناوري يکي از عوامل ايجاد و تشديد عدم اطمينان در اين حوزه است. توليد منابع نامتعارف، مستلزم وجود منابع مختلفي ازجمله آب، انرژي، مالي، انساني و ... است. دسترسي به اين منابع و تداوم آن معمولا با عدم قطعيت همراه است. با فرض دسترسي به فناوري و منابع لازم، رقابت در تأمين انرژي به شيوه‌هاي ديگر می‌تواند موجب بروز عدم اطمينان شود. توليد نفت خام از منابع نامتعارف، علاوه بر آلودگي‌هاي ناشي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي، در سمت عرضه می‌تواند موجب آلودگي خاک، سفره‌هاي آب زيرزميني و آب‌هاي جاري، تشديد برخي بيماري‌ها در انسان و آلودگي هوا شود. اين امر می‌تواند موجب ايجاد و تشديد واکنش‌هاي اجتماعي شود. در بخش تقاضا، تغييرات تقاضاي مصرف‌کنندگان از اهميت ويژه‌ای برخوردار است. توليد نفت از منابع نامتعارف مستلزم هزينه‌هاي بالای معيني است. در صورتي که در اين سطح قيمت، تقاضا از کفايت لازم برخوردار نباشد، امکان بازگشت سرمايه‌گذاري‌هاي انجام شده وجود نخواهد داشت. بنابراين بخشي از عوامل عدم اطمينان نيز به اين حوزه برمي‌گردد.
تهدید منابع متعارف
منابع نامتعارف، از جهات مختلف، بر معادلات جهانی بازار انرژی آثار قابل توجهی بر جای
خواهند گذاشت. توزیع نامتقارن این منابع نسبت به منابع متعارف، می‌تواند بر قدرت و نفوذ کشورهای دارنده منابع متعارف تأثیر منفی بگذارد. از سوی دیگر وجود همزمان منابع نامتعارف و فناوری تولید نزد کشورهای غربی به‌ویژه ایالات متحده می‌تواند موازنه قدرت مبتنی بر انرژی را به نفع این کشور و هم‌پیمانان آن تداوم دهد. تولید انرژی از منابع نامتعارف، تابه‌حال، پرهزینه‌تر و دارای آثار نامطلوب زیست‌محیطی بوده است. با این حال ورود اغلب میادین نفتی جهان به دوره‌های دوم و سوم که موجب افزایش معنی‌دار هزینه‌های تولید نفت متعارف شده و آثار منفی زیست‌محیطی تولید نفت خام از این منابع را افزایش می‌دهد، شرایط را به نفع منابع نامتعارف تغییر خواهد داد. باید به این نکته توجه داشت به موازات گرایش به سمت منابع نامتعارف و پذیرش هزینه‌های بالای تأمین انرژی از طریق این منابع و آثار جانبی منفی ناشی از آن، زمینه مساعدی برای رشد تأمین انرژی از طریق منابع تجدیدشونده فراهم خواهد شد. قابلیت اتکا به داده‌ها و اطلاعات منتشرشده در این زمینه هنوز به‌طور جدی بررسی نشده است با این حال درجه اطمینان بالا در مورد وجود و امکان تولید اقتصادی از منابع متعارف یا بر عکس آن دو استراتژی کاملا متفاوت پیش روی کشورهای دارنده ذخایر نفت و گاز متعارف قرار خواهد داد. سوال اصلی این است که آیا این کشورها، به قدر کافی در این زمینه سرمایه‌گذاری کرده‌اند؟