علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
تعتبر هندسة المكامن أهم فرع من فروع هندسة النفط. إذ أنها تتولى دراسة مكامن النفط بدل التركيز على كل بئر على حدة. ومسؤولية مهندس المكامن هي زيادة إنتاج النفط من الحقل والحصول على أفضل مردود إقتصادي منه، ولا يتأتى ذلك إلا بالآتي:
فهم سلوك المكمن وخواصه- التنبؤ بهذا السلوك تحت أي ظرف من ظروف إنتاج النفط.
- توقع كمية الإنتاج
- إقتراح الخطة الأفضل للإنتاج
- تحديد أماكن حفرالآبار.
وتعتمد هندسة المكامن على دراسة ثلاثة مفاهيم أساسية تتعلق بالخواص الطبيعية للصخور وطريقة إنتشار المخزون من نفط وماء وغاز في مسامات هذه الصخور وكيفية إنتقال هذا المخزون من مكان لآخر خلال الصخور. وهذه المفاهيم الثلاثة هي:
- النفاذية: وهي قدرة المخزون من نفط وغاز وماء على الإنتقال من مكان لآخر خلال الصخور.
- المسامية: وهي نسبة حجم المسامات إلى حجم الصخور الكلي.
- درجة التشبع: وهي نسبة تشبع المسامات بالمخزون.
إن دراسة تدفق النفط أو الغاز خلال مسامات الصخور أمر معقد يصعب فهمه بدقة، إذ أنه يختلف تماما فيما لو كان هذا التدفق عبر أنبوب معروف الطول والقطر ويمكن قياس درجة حرارته وضغطه. إلا أن الأمر يختلف بالنسبة لدراسة تدفق النفط والغاز في الوسط المسامي للصخور تحت الأرض، فهناك كثير من العوامل المجهولة. ولا بد من أخذ كثير من الإفتراضات في الحسبان لتقريب الصورة. وهناك جملة من الإفتراضات يتعمدها مهندس المكامن ليصنع صورة مقربة لما هو عليه الوضع الحقيقي في مكمن النفط كافتراض أن المكمن يحتوي على سمك ثابت من بدايته إلى نهايته، وأن طبقاته متجانسة، وان الضغط في جميع مناطقه متشابهة وغيرها الكثير من الإفتراضات.
أثناء حفر بئر النفط وخاصة الأبار الأولى في اي حقل جديد يقوم المهندسون بمساعدة الجيولوجيين بدراسة الطبقات التي يتم حفرها لحل أي مشكلة قد تواجهها عملية الحفر، كما يتم الإستفادة من هذه الدراسات عند حفر أي بئر آخر. ويركز مهندس المكامن على دراسة طبقات المكمن الذي يحوي النفط أو الغاز، ويتم ذلك عن طريق أخذ عينات من الصخور ودراستها في المختبر. وهناك نوعين من العينات يمكن أخذها للمختبر لدراستها:
- عينات من فتات الحفر
- عينات مقطعية تقطع بمثقب خاص
فتات الحفر: يكون عادة مختلطا بطين الحفر ومواد أخرى، لذا يغسل بالماء ويجرى عليه عدة إختبارات وذلك بإضافة محاليل كيماوية لمعرفة نوع الصخور ولونها وصلابتها وحجمها وشكل جزئياتها وهل هذه الفتاتات الصخرية تحتوي على مواد عضوية أم لا؟
المقطع: باستخدام مثقب القطع أثناء الحفر يمكن أن نحصل على مقطع من الصخور اسطواني الشكل يصل طوله إلى عدة أمتار، يحفظ ويرتب بعناية ويرسل إلى المختبر للدراسة. وفي المختبر يقطع المقطع إلى عينات أصغر بمقاسات مختلفة على حسب نوعية الاختبار.
ومن المقطع يمكننا معرفة الخواص الطبيعية للصخور وهي كما ذكرنا: المسامية والنفاذية ودرجة التشبع.
المسامية:
تحتوي الصخور على نوعين من المسامات، مسامات متصلة يمكن قياسها وأخرى معزولة لا يمكن قياسها إلا بطحن العينات، وأكثر الصخور مسامية هي الصخور الرملية.
وهناك أجهزة كثيرة لقياس المسامية لكن أكثرها انتشارا هو جهازي مقياس المسامية وجهاز ضخ الزئبق. والفكرة الأساسية لهذه الأجهزة هو ضغط النتروجين أو الزئبق في اسطوانة معروفة الحجم بداخلها العينة إلى ضغط يصل إلى أكثر من 6 ضغط جوي وبمعرفة حجم النتروجين أو الزئبق الذي تمكن من الدخول في العينة، نستطيع معرفة نسبة حجم الفراغ إلى حجم العينة الكلي.
النفاذية:
تقاس النفاذية وهي قدرة المادة على الإنتقال خلال الصخور، بجهاز قياس النفاذية. وحتى نستطيع أن نقيس النفاذية يجب علينا معرفة العوامل التي تتحكم في مرور سائل أو غاز خلال مسامات الصخور، وهذه العوامل هي:
- قوة تدفق السائل أو الغاز
- ضغط السائل أو الغاز المتدفق
- لزوجة السائل أو الغاز
- المساحة التي يتدفق منها السائل أو الغاز
- طول المسافة التي يتنقل خلالها.
وبمعرفة هذه العوامل نستطيع قياس النفاذية بوحدة الدارسي عن طريق هذه المعادلة:
النفاذية= ذ = ق ل ز / ض م
حيث أن:
ق = قوة التدفق (سم2/ثانية)
ل = الطول (سم)
ز = اللزوجة (سنتيبويس)
ض = الضغط (ضغط جوي)
م = المساحة (سم2)
ذ = النفاذية (دارسي)
فالدارسي الواحد هو النفاذية التي تسمح بمرور سائل أو غاز ذو لزوجة تعادل واحد سنتيبويس وتدفق يساوي واحد سم مربع لكل ثانية عبر مساحة تقدر بـواحد سم مربع و ضغط يعادل ضغط جوي واحد لكل واحد سنتيمتر.
والصخور ذات المسامية العالية ليس شرطا أن تكون ذات نفاذية عالية، فبعض أنواع الطين تصل مساميتها إلى 40% ولكن نفاذيتها قد تكون صفرا. ومعظم مكامن النفط في العالم تحتوي على نفاذية أقل من واحد دارسي، أي ما يعادل القدرة الإنتقالية للنفط عبر ثقب مساحته واحد مايكرومتر مربع، والميكرومتر جزء من مليون من المتر.
درجة التشبع:
هناك ثلاثة أنواع من التشبع يهتم بها في المختبر وهي تشبع الماء وتشبع النفط وتشبع الغاز. ويقصد هنا بالتشبع هو نسبة تشبع مسامات الصخور بالماء والنفط والغاز. ولقياس درجة التشبع هناك طريقتين مشهورتين تتبع في المختبرات النفطية وهما التقطير والتجميع.
إن كل معلومة يمكن معرفتها عن مكمن النفط تساعد على زيادة كمية النفط التي يمكن استخراجها من باطن الأرض كما تساعد على وضع الخطط المثلى لإنتاج وحفر المزيد من الآبار وتحديد أماكن الحفر ومتى وكيف يتم الحفر. لذا تعتبر هندسة المكامن هي العقل المدبر لهندسة الحفر والإنتاج.
مختصر روعة