الأساليب المتبعة في تطوير الحقول النفطية

5 يناير , 2010
رشيد الخولي

عن الكاتب

شاركها

الرابط المختصر لهذا المقال

http://nok6a.net/?p=690

مقدمة :

عندما ينخفض إنتاج الحقل عن القيمة الاقتصادية أي عندما ينخفض الضغط الطبقي حيث تصبح الطاقة الطبقية غير قادرة على رفع النفط / أي عندما يتوقف إنتاج المكمن بطاقته الطبيعية / يصبح لابد من إضافة طاقة إضافية للمكمن من أجل تطوير إنتاج الحقل وزيادة مردوده .

الشكل (1)

كما هو ملاحظ من الشكل (1) فإنه وعند زمن t2 فإن الإنتاج التراكمي الطبيعي للمكمن سوف يثبت إن لم ينخفض وإن استخدام إحدى طرق التطوير سوف تؤدي إلى زيادة الإنتاج التراكمي للمكمن وهذا هو المبرر لتطبيق طرق الاستثمار المدعم في تطوير الحقول والتي تعتمد بمجملها على التحكم ببارامترات علاقة ديوبي لزيادة الإنتاجية

Q : معدل الإنتاجية .

K : النفوذية .

h : سماكة الطبقة .

ΔP : فرق الضغط .

μ : اللزوجة .

RK : نصف قطر المكمن .

rC : نصف قطر البئر .

فإما أن نزيد K أو Δp أو نخفض μ

طرق التطوير التقليدية:

1- زيادة عدد آبار الإنتاج / زيادة كثافة شبكة الآبار / :

تعتبر هذه الطريقة أولى الطرق المستخدمة بغية الحفاظ على الإنتاج أو زيادته حيث أنه من المعلوم وبعده فترة من إنتاج الحقل سوف يتغير توضع الموائع الطبقية نتيجة عملية الاستثمار وسيتحرك خط التقاء النفط بالماء ، وخط التقاء النفط بالغاز الأمر الذي يؤدي إلى إماهة بعض الآبار أو غمرها بالغاز وبالتالي خروجها من الإنتاج وهذا لابد من تعويضه بحفر آبار إنتاجية جديدة (عمودية أو مائلة أو أفقية) وهذا يقتضي إظهار الصورة الصحيحة للمكمن من أجل التحديد الدقيق لمواقع هذه الآبار وتحديد المجال الافقي واتجاهه بشكل دقيق كما أنه ونتيجة الاستثمار غير المخطط يتم في معظم الحالات تشكل مخاريط مائية وغازية تؤدي إما إلى عزل كميات من النفط بين الآبار والتي لايمكن إنتاجها إلاّ بحفر آبار جديدة أو اتخاذ تدابير أخرى .

من إيجابيات هذه الطريقة :

1- استنضاب أكبر لكميات النفط الموجودة :

في حين أن سلبياتها:

1-  زيادة الكلفة الناتجة عن حفر آبار جديدة .

2- حفر آبار سلبية نتيجة عدم توفر الصورة الصحيحة للمكمن .

2- التحميض :

هذه الطريقة إما أن تستخدم في بداية إنتاج البئر حيث تكون نفوذية المنطقة المجاورة للبئر ضعيفة منذ البداية فنقوم بإنزال حموض في البئر هدفها زيادة نفوذية هذه المنطقة الأمر الذي يساعد على زيادة الإنتاج كما هو واضح من علاقة ديوبي الموضحة سابقاً أو تتم هذه الطريقة بعد فترة من الإنتاج حيث تنخفض نفوذية المنطقة المجاورة للقاع نتيجة توضع بعض الترسبات البارافينية والإسفلتية أو توضع الرمال / نتيجة انخفاض الضغط في هذه المنطقة / ويتم استعمال حموض معينة تبعاً للتركيب البتروغرافي للصخر .

فمثلاً نستخدم حمض كلور الماء في حال الصخور الكربوناتية أو نستخدم حمض فلور الماء في حال الصخور الرملية , وطبعاً بتراكيز معينة .

وهناك عدة طرق للتحميض :

1- الغسل بالحمض :

حيث يتم إجراء دوران حمضي لفترة معينة والراشح الحمضي الداخل للطبقة يؤدي إلى إذابة قسم من الصخر وبالتالي زيادة النفوذية .

2- الغمر :

حيث يتم هنا ملء البئر بالمحلول الحمضي وإغلاق البئر لفترة زمنية معينة ثم نفتح البئر ونجري دوران ونعيد وضع البئر في الإنتاج .

3- حقن المحلول الحمضي في الطبقة :

وتعتمد هذه الطريقة على إدخال كميات من الحمض ضمن الطبقة تحت الضغط .

إيجابيات هذه الطريقة :

  1. زيادة الإنتاج .
  2. تكاليف منخفضة .

سلبيات هذه الطريقة :

  1. الحمض المستخدم يؤثر بشكل سلبي على المعدات والتجهيزات         / مواسير الإنتاج والتوصيلات السطحية للبئر … / .
  2. قد يؤدي في بعض الحالات إلى تشكيل ترسبات وبالتالي تخفيض النفوذية / مفعول عكسي / .
  3. فعالية قليلة / تأثيرها على مستوى البئر وليس على مستوى الطبقة / .

3- التشقق الهيدروليكي :

أيضاً تعتمد هذه الطريقة على زيادة النفوذية لزيادة الإنتاج بالاعتماد على علاقة ديوبي الموضحة سابقاً حيث يتم في هذه الطريقة خلق شقوق في الطبقة وتوسيع الشقوق الموجودة سابقاً وذلك عن طريق حقن سوائل ضمن الطبقة .

حيث يتم ملء البئر بسائل التشقيق ثم يتم رفع الضغط إلى قيمة أكبر من ضغط تحمل الطبقة وبذلك يتحطم الصخر مشكلاً شقوقاً صغيرة تزيد النفوذية .

إيجابيات هذه الطريقة :

  1. زيادة الإنتاج الناتج عن زيادة النفوذية , 2- تكاليف منخفضة

سلبيات هذه الطريقة :

  1. فعالية قليلة حيث أن تأثيرها يكون بجوار البئر وليس على مستوى الطبقة .
  2. تعرض مواسير الانتاج ومواسير التغليف لضغوط كبيرة قد تؤدي إلى تشوهها .

4- حقن الماء :

تعتبر هذه الطريقة من أقدم الطرق وهي تسمح بزيادة كمية النفط المسترجع عن طريق تحسين معامل الإزاحة ( الكسح ) وإضافة لهذا الهدف تقوم عملية حقن الماء بما يلي :

  1. الحفاظ على الضغط الطبقي ( حقل السويدية في شمال شرق سوريا ، حقل سلطان في ليبيا ) .
  2. التخلص من المياه الطبقية المنتجة مع النفط لأسباب بيئية .

تكون كفاءة الإزاحة بالماء أعلى كلما كانت قيمة μ أقل من الواحد حيث أن μ نسبة الحركية :

lambda =K/ mu

K: النفوذية

μ = اللزوجة

ولهذا يُلجأ عند حقن المياه إلى زيادة لزوجة المياه بإضافة مواد معينة إليها بحيث تصبح النسبة أقل من الواحد .

ومن المواد المستخدمة / القلويات – البوليميرات – مقللات التوتر السطحي / .

كما هو موضح بالشكل (2)

الشكل (2)

يوضح الانتاج التراكمي بالعالقة مع حجم المادة المحقونة

بوجود إضافات وبدونها

وهناك طرق عديدة للحقن ولتوزع آبار الحقن وهنا لن ندخل بالتفاصيل ولكن يمكن القول وبشكل مختصر :

  • في حال الطبقات المائلة : يتم استخدام طريقة الحقن المجمع
  • في حال الطبقات الأفقية : يتم استخدام طريقة الحقن المبعثر

وتلعب خواص المكمن / النفوذية – عدم التجانس – …… / دوراً مهماً في تحديد توزع الآبار وطريقة الحقن .

إيجابيات هذه الطريقة :

  1. إمكانية استخدام الآبار المماهة والجافة في عمليات الحقن وبالتالي تقليل كلفة حفر آبار الحقن .
  2. إمكانية التخلص من المياه الطبقية / لأسباب بيئية / .

سلبيات هذه الطريقة :

  1. انتفاخ الغضار في حال وجوده في الطبقة نتيجة امتصاصه للماء وبالتالي تقليل المسامية والنفوذية .
  2. زيادة احتمالية تشكل الألسنة المائية ويلعب هنا عدم التجانس في المكمن دوراً هاماً .
  3. ضغوط حقن مرتفعة .

5- حقن الغازات :

يعتبر حقن الماء لدعم الضغط الطبقي غير فعال في الخزانات المنتجة التي يدخل في تركيبها كمية كبيرة من المواد الطينية ( الغضارية ) بسبب انتفاخ الغضار لدى تعرضه للماء العذب ، وكذلك بسبب ضغوط الحقن المرتفعة ولهذا وفي هذه الظروف يكون حقن الغازات فعالاً مع العلم أن فعالية إزاحة النفط بالماء أكبر منها مقارنة بالغازات .

وهناك عدة أنواع من الغازات يمكن استخدامها مثل : الغازات الهيدروكربونية ، CO2 ، N2 ، الهواء .

إلاّ أن استخدام الغازات الهيدروكربونية و CO2 أكثر ملائمة من الهواء حيث أن الانحلالية المرتفعة لهذه الغازات في النفط تؤدي إلى تخفيض لزوجة النفط وتزيد من عامل الإزاحة كما أن حقن الهواء يمكن أن يشكل مزيجاً قابلاً للانفجار مع الهيدروكربونات .

إن استخدام الغاز الجاف / الحاوي على نسبة عالية من الميتان CH4 / جيد من حيث إذابة كل مركبات النفط تقريباً فيه أي تحويل النفط الموجود إلى غاز كوندساتي اصطناعياً ولكن من جهة أخرى فهناك عدة أمور تحد من هذه الطريقة :

  1. عدم تجانس الصخر
  2. الخطورة الناتجة عن حقن الغاز الجاف وبالتالي الحاجة إلى معدات خاصة

* بالنسبة لغاز CO2 :

كانت أول تجربة في عام 1964 م , تعتبر هذه الطريقة جيدة بسبب خواص غاز CO2 حيث أن هذا الغاز قابل للذوبان في النفط مسبباً انخفاض كبيراً في اللزوجة ونعلم بأن انخفاض اللزوجة عامل أساسي لإزاحة النفط عند انحلال CO2 فيه بالإضافة إلى أن انحلال CO2 في النفط يؤدي إلى زيادة حجم النفط ( انتفاخ النفط ) وبالتالي زيادة درجة تشبع الفراغات المسامية بالنفط وبالتالي زيادة النفوذية النسبية للنفط .

كذلك عند انحلال CO2 في الماء يتشكل حمض الكربون الضعيف الذي يتفاعل مع الإسمنت الرابط بين حبيبات الصخر مؤدياً إلى حل جزئي لصخور الطبقة وخاصة في الصخور الكربوناتية وبالتالي زيادة النفوذية .

وبالمقابل توجد سلبيات عدة لهذه الطريقة :

  1. ترسب الأملاح ونقصان نفوذية الطبقة بسبب وجود حمض الكربون حيث أنه إذا كانت نسبة CO2 غير كافية يحصل التفاعل التالي :

Ca+2 + CO3-2 → CaCO3

أما عندما يكون تركيز غاز CO2 كافي يحصل التفاعل :

CaCO3 + CO2 + H2O  → Ca( HCO3)2

والبيكربونات المتشكلة تنحل في الماء وتنتقل معه .

2 – تآكل المعدات المعدنية المستخدمة في الحقن وكذلك معدات آبار الإنتاج بسبب تشكل حمض الكربون .

3 – إن غاز CO2 يأخذ القطفات الخفيفة من النفط أما القطفات الثقيلة فإنها تبقى في الطبقة ويصبح استخراجها أصعب بسبب نقصان حركيتها .

6- الطرق الحرارية :

تعتمد هذه الطرق على زيادة مردود الطبقة من خلال إنقاص لزوجة النفط وتشكيل أبخرة تؤدي لرفع الضغط وهناك عدة طرق :

1- حقن بخار الماء :

والذي يتم إما بشكل مستمر أو بشكل دوري وفي الحالتين يتم ضخ بخار الماء المسخن لدرجات حرارة عالية في الطبقة ليعمل على رفع درجة حرارة الطبقة والنفط الموجود وبالتالي :

تخفيض اللزوجة وزيادة حركيته وبالتالي وبالتالي زيادة الإنتاجية ولكن عند التوقف سوف تنخفض الحرارة تدريجياً لينخفض معها الإنتاج وبعد فترة نعيد تكرار العملية . كما هو موضح في الشكل (3)

الشكل(3) يوضح علاقة معدل الانتاج مع الزمن عند تطبيق معالجات حرارية وبدونها

2- الحرق في الموضع :

أي إحداث حريق ضمن الطبقة عن طريق حقن مزيج قابل للانفجار ( هواء + غاز ) في البئر وإحداث شرارة عن طريق إنزال كبل كهربائي إلى البئر ويتم ذلك بعد تسخين قاع البئر لدرجة حرارة عالية ويتم التحكم ببؤرة الاشتعال من خلال التحكم بكمية الغاز والهواء المحقونين وينتج عن هذه العملية تبخر كافة المركبات الهيدروكربونية الموجودة في الطبقة والمحيطة ببؤرة الاشتعال في حين يترسب الفحم وهو الذي يحترق .

إن الأبخرة المتشكلة سوف ترفع الضغط والحرارة وبالتالي زيادة الإنتاجية .

3- التسخين باستخدام وسائل كهربائية :

حيث يتم تسخين قاع البئر باستخدام الوشائع المذكورة لتنخفض بذلك لزوجة النفط وتزداد الإنتاجية .

7- حقن البوليميرات , أو السيليكات :

من المعلوم أن لزوجة المياه أقل من لزوجة النفط وهذا يعطي أفضلية لحركة الماء بشكل أسهل باتجاه آبار الإنتاج ولذلك نزيد لزوجة الماء من أجل تقليل حركيتها مقارنة مع النفط وبالتالي ستدفع المياه النفط أمامها ولن تتركه خلفها لأن لزوجتها ازدادت .

يتم حقن البوليميرات والتي تتهلم بمجرد تلامسها مع الماء لتزيد لزوجته وتصبح حركة النفط أسهل كذلك الأمر بالنسبة للسيليكات ولكن الفرق أن السيليكات لا تتهلم وإنما تصبح على شكل زجاج وبالتالي تشكيل حاجز لمنع تقدم المياه باتجاه آبار الإنتاج ولكن يفضل استخدام البوليميرات على استخدام السيليكات وذلك لأنه وعند ارتفاع الضغط فإن السيليكات تتكسر وتعود المياه لتقدم باتجاه آبار الإنتاج وفي حين أن البوليميرات لدنة تتحمل تغيرات الضغط .

8- الطريقة الجرثومية :

نلجأ إليها كمرحلة أخيرة وهي تعتمد على إطلاق بكتيريا معينة في الطبقة وتغذيتها بمواد خاصة حيث تستطيع البكتيريا القيام بكل ماسبق فالفضلات الناتجة عنها ذات لزوجة مرتفعة تنحل في المياه لتزيد لزوجتها ( أي أن البكتيريا تولّد بوليميرات ) , كما أن البكتيريا تولد غازات ناتجة عن عملية التخمر لتزيد من الضغط الطبقي كما وأنها تتغذى على المواد الهيدروكربونية لتحولها من مواد ثقيلة إلى مواد أخف , بالإضافة إلى الحرارة الناتجة عن التخمر التي تفيد في إنقاص لزوجة النفط , وبالنتيجة زيادة الإنتاجية .

ولكن بالرغم من ذلك فلهذه الطريقة مساوىء عدة منها :

  1. خطورتها على الإنسان .
  2. تأخر ظهور تأثيرها وبالتالي الزمن الضائع كبير .

9- طرق حديثة :

القذف الإلكتروني النبضي – استخدام الليزر – استخدام الميكرويف – استخدام التيار الكهربائي .

ملاحظة :

لتطبيق أي طريقة من الطرق السابقة يجب أن تكون اقتصادية ولذلك وقبل التطبيق يجب إجراء دراسة اقتصادية للعملية ( بعد أن نتأكد من إمكانية تطبيقها من الناحية الفنية ) .

رشيد الخولي

عن الكاتب

شاركها

مقالات متعلقة

التعليقات 3 تعليقات

hassan
منذ 8 سنوات

ولله افخر اذا كان هنالك م ثل هذا الموقع وهو يفيد الاممة العربية كثيراً . ونرجو من اخواننا المهندسيين العملين في شتي مجالات الهندسة ان ينشرو الكثر و المفيد .

noor alsabah
منذ 8 سنوات

أنا مهندسة كيميائية أقوم بعمل مشروع لاستخدام الحقن بالبولميرات أرجو تزويدي بمعلومات أكثر عن هل موضوع إذا كانت ههالطريقة مجدية أو لا وكمان من الناحية الإقتصادية ومشششششكوريين

alik720904
منذ 7 سنوات

صراحة انا سعيد جدا بعثوري على مثل هالموقع الذي هو بمثابة كنز ثمين بالنسبة لطالب في الهندسة البترولية مثل اخيرا احب اشكر كل القائمين على هذا الموقع والشكر متواصل للأخ رشيد لجهوده البناءة

أضف تعليقك