الطاقة
استخدام التكنولوجيا للحفر بذكاء وتزويد المستقبل بالطاقة
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
صناعة النفط والغاز هي واحدة من أكبر القطاعات في العالم، تُقَدَّر قيمتها بـ 6.10 تريليون دولار في عام 2024 و من المتوقع أن تتجاوز 8.79 تريليون دولار بحلول عام 2034. كما حقق القطاع أكثر من $4.2 تريليون في إيرادات عالمية مقدرة العام الماضي.
فالنفط يشغّل كل شيء، من تنقلاتنا الصباحية إلى المصانع التي تنتج سلعنا، وهو ركيزة المجتمع الحديث. فهو يدفئ المباني ويولّد الكهرباء ويحافظ على استمرار الصناعات. وإلى جانب الطاقة، يعد النفط مادة أولية لمنتجات نعتمد عليها يوميًا، من الأدوية التي تحافظ على صحتنا إلى المواد البلاستيكية والمواد الكيميائية التي تتيح تصنيع عدد لا يحصى من المنتجات. النفط يحرك العالم حرفيًا.
ومع ذلك، فالنفط وقود أحفوري غير متجدد وله أثر بيئي كبير، بما في ذلك انبعاثات غازات الدفيئة وتغير المناخ. كما أنه يطرح تحديات جيوسياسية بسبب تركز الاحتياطيات في عدد قليل من البلدان، مما يهدد أمن الطاقة العالمي.
النفط محدود: ما يعنيه ذلك للإنتاج والأسعار
كونه موردًا غير متجدد، لا يمكن استبدال النفط الخام طبيعيًا بالمعدل الذي يُستهلك به. ذلك لأن هذا المورد المحدود والذي ينفد بسرعة يتكوّن على مدى ملايين السنين من تحلل المادة العضوية، النباتات والحيوانات، تحت حرارة وضغط شديدين.
إنه مورد هيدروكربوني، مما يعني مركبًا عضويًا مكوّنًا حصريًا من ذرات الكربون والهيدروجين. تشكل الهيدروكربونات أساس النفط والغاز الطبيعي والفحم، وهي مواد طبيعية توجد في الصخور داخل قشرة الأرض.
الكمية الإجمالية للنفط على الأرض محدودة. ومع استخراج النفط واستخدامه، تنخفض الاحتياطيات المتاحة، مما يثير القلق بشأن الإمداد المستقبلي.
كما أن الاحتياطي لا يُستخرج منه كل النفط. فعادةً ما يُستعاد من المكمن ما بين بضعة في المئة وأكثر من 50% من النفط، بحسب ضغط المكمن وكمية الغاز المذاب وخصائص الصخور مثل المسامية والنفاذية وتقنيات الاستخلاص المستخدمة.
الاسترداد الأولي، وهو الاستخراج الأولي، غالبًا ما ينتج فقط حوالي 20٪ من النفط. يمكن لطرق الاسترداد المعززة مثل حقن المياه أو الغاز أن تزيد بشكل كبير من إجمالي الإنتاج. تستخدم الشركات محاكاة حاسوبية لنمذجة سلوك الخزان، تقييم سيناريوهات الإنتاج المختلفة، وضع استراتيجيات الحقن، وتقدير استرداد النفط مع مرور الوقت.
على الرغم من محدوديته، يتم اكتشاف احتياطيات جديدة باستمرار واستخراجها باستخدام تقنيات جديدة ومحسّنة تسمح بزيادة استخراج النفط من الحقول القائمة.
من أجل استخراج النفط الخام، تُستخدم تقنيات الحفر والضخ لجلبه من الخزانات الجوفية إلى السطح. أولاً، تُستخدم أدوات لتحديد وتقييم الخزانات. بمجرد العثور على خزان صالح، تُنشئ تقنيات الحفر بئرًا يُضخ منه النفط، غالبًا باستخدام هياكل مثل منصات الحفر.
تحفر منصات الحفر ثقوبًا عميقة في الأرض لإنشاء آبار تستخرج النفط. ولكن عندما يكشف الحفر أن كمية الهيدروكربونات غير كافية لتحقيق ربح للمشغّل، يسمى ذلك بئرًا جافة.
من المثير للاهتمام، يمكن أن يصبح بئر النفط جافًا حتى عندما تشير القياسات إلى وجود نفط لا يزال هناك. لتحديد ما إذا كان البئر يحتوي على نفط، تُستخدم طرق متعددة، تتراوح من مسوحات إقليمية واسعة النطاق إلى أخذ عينات مباشرة في موقع الحفر.
قبل بدء أي حفر، يستخدم المشغلون مسوحات جيولوجية وجيوفيزيائية لتحديد المناطق التي قد تحتوي على هيدروكربونات. يدرس الجيولوجيون ميزات السطح، البنية الجوفية، وأنواع الصخور لتحديد احتياطيات النفط والغاز المحتملة.
وتشمل التقنيات الأخرى مسوحات الجاذبية التي تقيس التغيرات الدقيقة في جاذبية الأرض، والمسوحات المغناطيسية التي تقيس الشذوذات المغناطيسية. كما يحلل الجيولوجيون تربة السطح والغطاء النباتي بحثًا عن آثار هيدروكربونات قد تكون تسربت من مكامن أعمق.
ومن بين هذه الطرق تكتسب المسوحات الزلزالية أهمية خاصة، إذ تستخدم موجات صوتية تنتقل عبر الأرض للكشف عن مواقع الرواسب النفطية وتقدير الحجم التقريبي للاحتياطي.
مع ذلك، من الشائع أن يذهب بئر النفط للجفاف بعد استخراج جزء من النفط المتوقع.
لماذا تحدث الآبار الجافة—وكيف يحلها المسح الزلزالي رباعي الأبعاد
إن العثور على النفط، وهو مورد حاسم ومحدود، عملية معقدة. علاوة على ذلك، يضيف الأثر البيئي السلبي لاستخراج النفط والغاز طبقة أخرى من الإلحاح: يجب أن يكون الحفر أكثر ذكاءً وكفاءة. وهذا يتطلب قياسات أكثر دقة لكمية النفط التي يحتويها الخزان فعليًا.
طوّر فريق من باحثي جامعة بنسلفانيا حسابات أدق لكمية النفط التي سينتجها بئر معين فعليًا. ويعالج عملهم سؤالًا أساسيًا: لماذا يجف البئر رغم أن المسوحات الزلزالية تشير إلى بقاء النفط تحت الأرض؟
«اختبرنا بالفعل بيانات من بحر الشمال. بدأوا الحفر عام 2008، وبناءً على تقديراتهم كان بإمكانهم إنتاج النفط لمدة 20 أو 30 عامًا. لكن بعد عامين فقط لم يبق شيء، وجف البئر. ارتبكوا: أين ذهب النفط؟ المشكلة الكبرى في الواقع هي تعقيد جيولوجيا المكمن».
— مؤلف الدراسة تييوان تشو، عالم جيوفيزياء في جامعة بنسلفانيا
لذلك قرر تشو، مع طلابه وباحثي ما بعد الدكتوراه، دراسة تفاصيل أكثر من بيانات القياسات الصوتية مقارنة بما كان يُستخدم سابقًا.
تطلب ذلك قدرة حوسبية أكبر وذاكرة كبيرة لتخزين أجزاء من المسألة داخل معالجات الحاسوب، وتجنب عمليات الرجوع البطيئة والمكلفة إلى وحدات تخزين البيانات.
كان الحل الحاسوب الفائق Bridges-2، المنصة الرئيسية لدى مركز بيتسبرغ للحوسبة الفائقة والمموّلة من المؤسسة الوطنية للعلوم. فهو يتيح الأبحاث كثيفة البيانات من خلال دمج تقنيات جديدة للحوسبة عالية الأداء القابلة للتوسع، والتعلم الآلي وتحليل البيانات.
يضم الحاسوب أكثر من ألف وحدة معالجة مركزية قوية موزعة على مئات عقد الذاكرة العادية، لتوفير سرعة الحوسبة العامة وتحليل البيانات. كما توفر كل عقدة من عقد المعالجة 256 إلى 512 غيغابايت من ذاكرة RAM، أي ما يعادل 8 إلى 16 ضعف حاسوب ألعاب متقدم.
ويضم أيضًا عقد «الذاكرة القصوى» التي توفر 4 تيرابايت من الذاكرة المشتركة، وعقد وحدات معالجة الرسومات لتحقيق أداء وقابلية توسع استثنائيين في التعلم العميق والحوسبة المسرّعة.
باستخدام هذه القدرة الحوسبية، أضاف الباحثون بُعد الزمن إلى القياسات الزلزالية وحللوا كيفية تخميد النفط لشدة الصوت المار عبره.
وجد التحليل الأولي للفريق أن تراكيب صخرية مخفية داخل الاحتياطيات تمنع استخراج كل النفط الموجود فيها. ولمعالجة الحقول النفطية الكبيرة عمليًا، يعمل الباحثون حاليًا على توسيع نطاق نظامهم.
نشر الباحثون نتائجهم الأولى1 في دورية Geophysics العام الماضي، ثم نشروا هذا العام نتائج أوسع نطاقًا2.
اسحب للتمرير →
| الطريقة | ما الذي تقيسه | ما هو مناسب له | القيود |
|---|---|---|---|
| المسح الزلزالي (3D) | وقت سفر الموجات الصوتية | رسم خرائط هندسة الخزان | قد يفوت التباينات الصغيرة |
| المسح الزلزالي الزمني (4D) | التغييرات في الزمن + السعة (التخميد) | تتبع حركة السوائل، الحواجز المخفية | يتطلب حوسبة/ذاكرة مكثفة؛ الحاجة إلى التوسع |
| الجاذبية | تغييرات كتلية دقيقة | فحص البنية الإقليمية | دقة منخفضة بالقرب من الجيولوجيا المعقدة |
| المغناطيسية | الشذوذ المغناطيسي | رسم خرائط القاعدة الصخرية | محدود لتفاصيل الرواسب |
| الكيمياء السطحية | تسربات الهيدروكربونات | تقليل مخاطر الاستكشاف | غموض؛ يتطلب التكامل |
الهياكل الجوفية المخفية: السبب الحقيقي لتقليل أداء الآبار
النفط لا يجلس فقط في برك تحت الأرض، جاهزًا للسحب. بل يتشرب في الصخور الرسوبية المسامية ثم يهاجر عبرها نحو سطح الأرض. ولكن عندما يُحجز النفط تحت صخرة غطاء أقل مسامية، يتشكل خزان.
هذه هي حيث يأتي الصوت. الصخر الصلب ينقل الصوت بسرعة أعلى من الصخر المشبع بالنفط. من خلال قياس مدى إبطاء النفط للصوت أثناء مروره عبر الصخور، يمكن للخبراء تحديد احتياطيات النفط.
تُنشئ هذه الأساليب الزلزالية صورًا ثلاثية الأبعاد لموقع الصخر المشبع بالنفط، مشابهًا لتصوير الموجات فوق الصوتية الطبية للعضلات والأعضاء الداخلية.
على الرغم من هذه القدرات، غالبًا ما تُنتج الآبار التي تم حفرها بناءً على تلك الصور المتقدمة كمية نفط أقل مما كان متوقعًا. ذلك لأن التصوير ثلاثي الأبعاد لا يلتقط الصورة الكاملة. هناك معلومات رئيسية مفقودة.
يشتبه فريق البحث أن تصوير نفس الاحتياطيات في أوقات مختلفة سيوّلد رسومًا متحركة رباعية الأبعاد تُنشئ صورة أكثر دقة. استخدام مزيد من جوانب بيانات الزلازل في تحليلهم سيوفر أيضًا فهمًا أفضل لما يحدث.
سابقًا، تم اكتشاف احتياطيات النفط بناءً على الوقت الأطول الذي تستغرقه الموجات الصوتية للمرور عبرها. الآن، أضاف الباحثون سعة الإشارة، وكيف يخفّف النفط شدة الصوت، إلى بيانات الوقت.
لإجراء جميع الحسابات بسرعة وتخزين مؤقت مختلف مكونات المشكلة في ذاكرته، استخدم الفريق Bridges-2.
اُستخدم الحاسوب الفائق في مرحلتين. شملت المرحلة الأولى توزيع كود البحث بالتوازي وجعله أكثر عملية. شملت المرحلة الثانية تنفيذ الكود على بيانات الحقل.
“ضمنت لي PSC مئة ألف ساعة حوسبة، وكذلك الذاكرة لتخزين بياناتي، بيانات الحقل … لا يمكن تحقيق ذلك بمواردنا المحلية.”
– زهو
كل هذا التحليل الموسع والقياسات المتكررة أثمر. وجد علماء بن ستيت أنه عندما تُرسم فقط بالوقت، في قياس واحد، لا تلتقط الصور الهياكل داخل خزان النفط.
ذلك لأن بعض هذه الهياكل، مثل طبقة صخرية أكثر صلابة داخل الخزان، لا تؤثر على سرعة الصوت بما يكفي لتُكتشف، لكنها تمنع ضخ النفط من أسفلها.
في بعض الحالات، يمكن حل هذه المشكلة بحفر أعمق للوصول إلى باقي النفط في البئر.
مع ذلك، طبق الباحثون نهجهم على منطقة جيولوجية محدودة تقريبًا، تبلغ حوالي 9 أميال مربعة. في هذه المرحلة، يُعد عمل علماء بن ستيت مجرد إثبات مفهوم. يركز الفريق الآن على توسيع حساباتهم إلى مزيد من العقد، مما سيمكنهم من إنشاء خرائط دقيقة لمناطق أكبر بكثير.
للفريق خيار آخر لتوسيع عملهم، قد يستكشفون استخدام عقد الذاكرة القصوى في Bridges-2، التي تحتوي كل منها على 4,000 جيجابايت (GB) من الذاكرة العشوائية.
من الآبار المستنفدة إلى تخزين الطاقة: CAES والطاقة الحرارية الأرضية
كان النفط مصدر الطاقة السائد لأكثر من قرن. ومع ذلك، يتحول العالم الآن بعيدًا عن الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية، مدفوعًا بالقلق بشأن تغير المناخ، وتلوث الهواء والمياه، وتدمير المواطن الطبيعية نتيجة للموارد غير المتجددة.
مصادر الطاقة المتجددة متقطعة بطبيعتها وتحتاج إلى وسائل أفضل لتخزين الطاقة لاستخدامها لاحقًا. ومن المثير للاهتمام أن آبار النفط والغاز المستنفدة قد تقدم حلًا لهذا التحدي.
تمثل هذه الآبار مصدرًا مهمًا للحرارة الجوفية الطبيعية. ووجدت دراسة3 لباحثي جامعة بنسلفانيا نُشرت في وقت سابق من هذا العام أن هذه الحرارة يمكن أن ترفع كفاءة تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) بنسبة 9.5%، مما يتيح استعادة قدر أكبر من الطاقة المخزنة وتحويلها إلى كهرباء.
“يمكن لهذا التحسين في الكفاءة أن يكون عاملًا محوريًا لتبرير جدوى مشاريع تخزين الطاقة بالهواء المضغوط. وعلى الجانب الآخر، يمكننا تجنب تكلفة البداية بشكل كبير باستخدام الآبار النفطية والغازية القائمة التي لم تعد في الإنتاج. هذا يمكن أن يكون وضعًا فوزًا-فوز.”
– المؤلف المشارك في الدراسة أرش دهى طالقاني
يمكن أن تساعد إعادة توظيف آبار النفط والغاز المستنفدة أيضًا في الحد من الأضرار الناجمة عن الآبار اليتيمة، وهي آبار توقف أصحابها عن صيانتها لأنها لم تعد مجدية اقتصاديًا.
ومن دون رقابة، قد تتسرب من رؤوس الآبار مواد سامة مثل الميثان، الذي يفوق تأثيره الاحتراري تأثير ثاني أكسيد الكربون 84 مرة خلال 20 عامًا. كما تطلق كبريتيد الهيدروجين والزرنيخ والبنزين، التي تتسرب إلى الهواء والماء والتربة المحلية وتسبب مشكلات تلوث كبيرة.
يوجد ما لا يقل عن 29 مليون بئر مهجورة حول العالم، وفق تقدير أجرته رويترز عام 2020.
وفي المقابل، يقدّر تقرير4 صدر في وقت سابق من هذا العام إجمالي عدد آبار النفط والغاز المهجورة بنحو 4,499,000 بئر، منها 3,557,000 في الولايات المتحدة. ويقدّر أن انبعاثات الميثان من قرابة 4.5 مليون بئر عالميًا بلغت نحو 0.4 مليون طن في 2022، بما يعادل 10.5 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون على مدى 100 عام.
لكن ليست كل الآبار اليتيمة موثقة؛ فكثير منها غير مدرج أصلًا في السجلات الرسمية ولا يُعرف مشغّلها.
لمعالجة المشكلة، استخدم باحثون من مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة أدوات حديثة5، منها أجهزة الاستشعار والتصوير بالليزر والطائرات المسيّرة والذكاء الاصطناعي، للعثور على هذه الآبار اليتيمة غير الموثقة.
وقال فابيو تشولا، المؤلف الرئيسي للدراسة وباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر بيركلي:
“بينما يُعد الذكاء الاصطناعي تقنية حديثة ومتطورة بسرعة، لا ينبغي ربطه حصريًا بالمصادر الحديثة للبيانات. يمكن للذكاء الاصطناعي تعزيز فهمنا للماضي من خلال استخراج المعلومات من البيانات التاريخية على نطاق لم يكن ممكنًا قبل بضع سنوات. كلما تقدمنا إلى المستقبل، يمكننا أيضًا الاستفادة من الماضي.“
مسح الباحثون أربع مقاطعات شهدت إنتاجًا نفطيًا مبكرًا واسعًا، فعثروا على نحو 1,300 بئر يتيمة محتملة غير موثقة. وتحققوا من 29 منها بصور الأقمار الصناعية، ومن 15 أخرى بالمسوحات الميدانية.
يأتي رسم الخرائط والتحقق بالذكاء الاصطناعي ضمن مبادرة أكبر لمعالجة الآبار اليتيمة غير الموثقة. وبرنامج CATALOG، وهو ائتلاف لتطوير تقنيات تقييم آبار النفط والغاز المفقودة، تعاون لتحسين طرق العثور على الآبار وقياس الميثان وفحص حالتها وتحديد أولويات سدّها وإنشاء أدوات منخفضة التكلفة للاستخدام الواسع.
“هناك الآن حاجة لتحديد الانبعاثات قبل وبعد سدّ بئر النفط والغاز. كلا ذلك لأنك تريد التأكد من أن السد تم بشكل صحيح، وتريد أيضًا قياس تأثير البرنامج نفسه على استراتيجيات التخفيف المناخي – خاصةً لانبعاثات الميثان التي يمكن أن تسبب تأثيرات احترار عالمي أسرع من ثاني أكسيد الكربون.“
– العالِم سيباستيان بيراود، الذي يقود مشروع CATALOG في مختبر بيركلي
الاستثمار في الاستكشاف الذكي للطاقة
عندما يتعلق الأمر بالحفر الذكي، تُعرف Baker Hughes (BKR ) بقيادتها في خدمات تكنولوجيا الطاقة. تستخدم الشركة حساسات متقدمة، الحوسبة السحابية، التوائم الرقمية، والذكاء الاصطناعي لتحسين الحفر. كما توفر تقنيات كشف الميثان وتقليل الانبعاثات.
Baker Hughes
بقيمة سوقية تبلغ 47.8 مليار دولار، يتداول سهم BKR بسعر 48.50 دولار، مرتفعًا بنسبة 18.24٪ حتى الآن هذا العام. تقدم الشركة ربحًا للسهم (EPS) (TTM) قدره 2.93 ونسبة السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) تبلغ 16.58. تدفع Baker Hughes عائد توزيعات بنسبة 1.90٪.
BKR مخطط السعر
فيما يتعلق بموقعها المالي، أبلغت الشركة عن إيرادات قدرها 6.9 مليار دولار للربع الثاني من عام 2025. صافي الدخل القابل للتخصيص كان 701 مليون دولار. كان ربح السهم المخفّض وفق معايير GAAP للربع 0.71 دولار، وكان ربح السهم المخفّض المعدل 0.63 دولار.
“حققنا نتائج قوية في الربع الثاني، مع زيادة هوامش EBITDA المعدلة الإجمالية بمقدار 170 نقطة أساس مقارنة بالعام السابق لتصل إلى 17.5٪ على الرغم من انخفاض طفيف في الإيرادات. تعكس هذه الأداء فوائد تحسينات التكلفة الهيكلية والاستمرار في نشر نظام أعمالنا، مما يدفع إلى زيادة الإنتاجية، رافعة تشغيلية أقوى، وأرباح أكثر استدامة عبر الشركة.”
– الرئيس التنفيذي لورنزو سيمونيلي
خلال هذه الفترة، أبلغت الشركة عن سجل احتياطي بقيمة 3.5 مليار دولار لقطاع التكنولوجيا الصناعية والطاقة (IET) الذي يقدم خدمات لتطبيقات توليد الطاقة عبر صناعة الطاقة.
كما حققت 510 ملايين دولار من التدفقات النقدية من الأنشطة التشغيلية، بينما كان التدفق النقدي الحر 239 مليون دولار. أعادت Baker Hughes 423 مليون دولار إلى مساهميها في الربع الثاني من عام 2025، بما في ذلك 196 مليون دولار من عمليات إعادة شراء الأسهم.
أحدث أخبار وتطورات سهم Baker Hughes (BKR)
الخلاصة
لا يزال النفط الخام أحد أهم مصادر الطاقة في العالم، حيث يشكل جزءًا كبيرًا من الاقتصاد العالمي. ومع ذلك، فهو مورد محدود، قد يفرض تحديات للمستقبل.
ومع نضوب النفط سهل الوصول، تحفر الشركات إلى أعماق أكبر من أي وقت مضى، ولا يمكن تجاوز هذا المأزق إلا بتقنيات شديدة التقدم. ويتطلب ذلك حوسبة عالية الأداء وتحليلات زلزالية متطورة وأجهزة استشعار وعلوم بيانات وذكاء اصطناعي. وهذه الأدوات تغير طرق العثور على النفط واستخراجه وحتى إعادة توظيف الآبار القديمة.
لذا، الهدف ليس مجرد استخراج المزيد من النفط من الأرض؛ بل القيام بذلك بأضرار بيئية أقل. وفي بعض الحالات، يمكن لهذه التقنيات نفسها المساعدة في تحويل الآبار المستنفدة إلى حلول لتخزين الطاقة النظيفة.
انقر هنا لمعرفة ما إذا كان الوقود الحيوي من الطحالب هو ثورة الطاقة القادمة.
المراجع
1. Xing, G., & Zhu, T. (2024). تحسين تقدير التخميد من خلال دمج هيسيان في الانعكاس الكامل للموجة الصوتية المتعددة المعلمات. Geophysics, 89(5), r429. نُشر في 1 سبتمبر 2024. https://doi.org/10.1190/geo2023-0634.1
2. Kim, D., & Zhu, T. (2025). لماذا تعزز نماذج التخميد الزلزالي التصوير الزمني؟ دراسة حالة للانعكاس الكامل للموجة الصوتية المتعددة المعلمات ثنائية الأبعاد من حقل فولف. Geophysics, 90(4), b193. نُشر في 1 يوليو 2025. https://doi.org/10.1190/geo2024-0793.1
3. Zhang, Q., Taleghani, A. D., & Elsworth, D. (2025). تخزين الطاقة تحت الأرض باستخدام الآبار النفطية والغازية المهجورة بمساعدة الطاقة الحرارية الأرضية. Journal of Energy Storage, 60, 115317. نُشر في 8 يناير 2025. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.115317
4. Lei, T., Chen, X., Ma, S., Jing, L., & Guan, D. (2025). جرد عالمي لانبعاثات الميثان من الآبار النفطية والغازية المهجورة ومسارات التخفيف المحتملة. National Science Review, 12(7), nwaf184. نُشر في يوليو 2025. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf184
5. Ciulla, F., Santos, A., Jordan, P., Kneafsey, T., Biraud, S. C., & Varadharajan, C. (2024). إطار عمل قائم على التعلم العميق لتحديد الآبار النفطية والغازية اليتيمة غير الموثقة من الخرائط التاريخية: دراسة حالة لكاليفورنيا وأوكلاهوما. Environmental Science & Technology, 58(50). نُشر في ديسمبر 2024. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c04413
