استخدام التكنولوجيا للحفر بذكاء وتزويد المستقبل بالطاقة

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.

Powering everything from our morning commute to the factories that make our stuff, oil is the backbone of modern society. It heats our buildings, generates electricity, and keeps industries humming. Beyond energy, oil serves as a raw material for products we rely on daily. Medicines that keep us healthy, plastics in everything we touch, and chemicals that make countless products possible all trace back to oil. Oil literally moves the world.

Oil, however, is a non-renewable fossil fuel that has a significant environmental impact, including greenhouse gas (GHG) emissions and climate change. It also يطرح تحديات جيوسياسية due to the concentration of oil reserves in a few countries, thus threatening global energy security.

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.

Not to mention, not all the oil in a reserve is pumped out. A reservoir typically recovers anywhere from a few percent to over 50% of its oil, depending on reservoir pressure, the quantity of dissolved gas, rock properties such as porosity and permeability, and the recovery techniques employed.

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.

Oil rigs drill deep holes into the earth to create wells that extract petroleum. However, when drilling reveals insufficient hydrocarbons to be profitable for the operator, that’s called a dry well.

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.

Other techniques include gravity surveys, which measure subtle changes in the Earth’s gravity, and magnetic surveys, which measure magnetic anomalies. Geologists also analyze surface soils and vegetation to find trace amounts of hydrocarbons that may have seeped up from deeper reservoirs.

Among these methods, seismic surveys are particularly important. They use sound waves that travel through the Earth to reveal the location of oil deposits and provide estimates of a reserve’s approximate size.

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.

A group of researchers from Penn State University developed more precise calculations of how much oil a given well will actually produce. Their work addresses a key question: why does a well go dry even when seismic scans indicate there’s still oil underground?

“We actually tested … data from the North Sea. You know, they started drilling in 2008 and based on their estimation … they could produce oil for 20 years, 30 years. But unfortunately, after two years, there was nothing. Their well is dry. They just got confused. Where is the oil? Gone? The big issue actually is the complexity of the geology in the reservoir.”

– Study author Tieyuan Zhu, a geophysicist from Penn State

So, Zhu, along with his students and postdoc fellows, decided to study more details about the data from sound measurements than previously used.

This meant the team needed more computing power as well as large memory to store parts of the problem in the computer’s processors, avoiding time-consuming and costly trips back to data storage.

The solution was PSC’s flagship, National Science Foundation-funded Bridges-2 supercomputer, which enables data-intensive research by integrating new technologies for converged, scalable HPC, machine learning, and data analysis.

It has over a thousand powerful CPUs in its hundreds of regular memory nodes that provide the speed for general-purpose computing and data analytics. The supercomputer could also provide the memory, as each of its CPU nodes contains 256 GB to 512 GB of RAM, which is 8 to 16 times that of an advanced gaming laptop.

Additionally, it has Extreme Memory (EM) nodes, providing 4TB of shared memory, and GPU nodes for exceptional performance and scalability for deep learning and accelerated computing.

With this computational power, the researchers used Bridges-2 to add a time dimension to seismic measurements and analyze how oil suppresses the loudness of sound traveling through it.

The team’s initial analysis found hidden rock structures in oil reserves to be responsible for preventing the extraction of all the oil within them. To tackle practical, large oil fields, the researchers are currently working on scaling up their system.

The researchers first reported¹ their results in the journal Geophysics last year and then again this year with more extensive² results.

اسحب للتمرير →

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.

Renewable energy sources are intermittent in nature and require better ways to store energy for later use. Interestingly, depleted oil and gas wells may provide a solution for this challenge.

These wells are actually a significant source of natural geothermal heat, and a study³ by Penn State researchers from earlier this year found that that heat can be utilized to boost the efficiency of compressed-air energy storage (CAES) by 9.5%, enabling more of the stored energy to be recovered and turned into electricity.

“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

Repurposing depleted oil and gas wells can also help reduce the negative impacts of orphaned wells. These are wells no longer maintained by their owners because they’re not economically viable.

Without oversight, these wellheads may leak toxic substances like methane, which has a warming impact 84 times greater than CO2 over a 20-year period. They also release substances like hydrogen sulfide, arsenic, and benzene that seep into local air, water, and soil systems, creating significant pollution problems.

There are at least 29 million abandoned wells internationally, according to a 2020 estimate by Reuters. 

A report⁴ from earlier this year, meanwhile, estimates the total number of abandoned oil and gas (AOG) wells to be 4,499,000, with 3,557,000 wells located in the USA. Moreover, they estimate that methane emissions from almost 4.5 million wells worldwide totaled ∼0.4 million tons (Mt) in 2022, which is equivalent to 10.5 Mt of CO2 over a 100-year timescale.

Not all orphaned wells are documented, though. In fact, many aren’t even listed in formal records and have no known operators.

To address this problem, researchers from the Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory used modern tools⁵, including sensors, laser imaging, drones, and AI, to find these undocumented orphaned wells (UOWs).

According to lead study author Fabio Ciulla, a postdoctoral researcher at Berkeley Lab:

“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.“

In their research, they scoured four counties of interest that had much early oil production and found about 1,300 potential UOWs. Twenty-nine have been verified using satellite images, while field surveys verified another 15.

This AI-driven mapping and verification work is part of a larger initiative to address undocumented orphaned wells. The Consortium Advancing Technology for Assessment of Lost Oil & Gas Wells (CATALOG) program is a collaboration to improve methods for finding wells, detecting and measuring methane, screening wells for their condition, prioritizing wells for plugging, and creating inexpensive tools for broad use.

“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 (BKR )

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٪.

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.

And as the easy-to-reach oil runs out, companies are drilling deeper than ever before, and only highly advanced technology can break this deadlock. This requires high-performance computing, advanced seismic analytics, sensors, data science, and AI. These tools are changing how we find oil, extract it, and even repurpose old wells.

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 الثورة الطاقة القادمة.

المراجع

<sup>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</sup>