بقلم: د. نبيل سامح
تمثل المكامن الكسرية جزءًا حيويًا من الاحتياطيات العالمية للهيدروكربونات، خاصة في الصخور الكربوناتية والمكامن شحيحة المسامية. وعلى عكس المكامن التقليدية، فإن عدم تجانسها ولا تماثليتها (Heterogeneity & Anisotropy) يشكلان تحديات فريدة أمام الاستكشاف والتطوير والإنتاج. يمكن أن تعمل الكسور إما كقنوات تدفق أو كعوامل عزل، وذلك بحسب هندستها، وفتحتها، ومعدنيتها، ودرجة ترابطها. ويُعد التوصيف الدقيق لهذه المكامن أمرًا جوهريًا للتنبؤ بسلوك الخزان وتحسين كفاءة الاستخلاص. يقدم هذا المقال مراجعة نظرية لتوصيف المكامن الكسرية، من خلال مناقشة نشأة الكسور وأنواعها وطرق الكشف عنها وتقييمها، وأثرها على المسامية والنفاذية، إضافةً إلى استعراض منهجيات تكاملية للحصول على نمذجة دقيقة.
1. المقدمة
أدركت صناعة البترول منذ زمن طويل أهمية المكامن الكسرية كمنتجين رئيسيين للهيدروكربونات. فالكسور تعتبر مكونات ثانوية تعدل من السعة التخزينية وقدرة التدفق في المكمن. وجودها يعقّد تقييم المكمن، حيث إن النماذج البتروفيزيائية التقليدية تفترض التجانس والتماثل. بينما تضيف الكسور لا تماثلية وعدم تجانس مرتبط بالمقياس، مما يجعل دراستها أمرًا أساسيًا للمهندسين الجيولوجيين والجيوفيزيائيين والمهندسين المكمنيين.
الهدف من توصيف المكامن الكسرية هو:
تحديد هندسة الكسور وكثافتها ودرجة ترابطها.
تقدير تأثيرها على خواص المكمن.
دمج البيانات الساكنة والديناميكية في نماذج تنبؤية.
2. نشأة وأنواع الكسور
2.1 آليات التكوّن
تتشكل الكسور بفعل العمليات الميكانيكية والكيميائية، ومنها:
النشاط التكتوني (الطيات، الفوالق، القص).
تفريغ الإجهاد نتيجة الدفن والرفع.
الانكماش الحراري في الصخور النارية والمتحولة.
العمليات الدياجينية مثل الانضغاط والذوبان.
2.2 تصنيف الكسور
يمكن تصنيف الكسور إلى:
منتظمة مقابل غير منتظمة: ذات تباعد منتظم أو عشوائي.
مفتوحة مقابل مغلقة: موصلة للسيولة أو ممتلئة بالمعادن.
طبيعية مقابل مستحثة: ناتجة طبيعيًا أو نتيجة الأنشطة البشرية كالحفر أو التكسير الهيدروليكي.
3. طرق التوصيف
3.1 تحليل اللباب
يوفر دليلاً مباشراً على فتحة الكسر، وامتلائه، واتجاهه.
التحليل المجهري يكشف التمعدن والكسور الدقيقة.
القيود: مكلف ومحدود على نطاق بئر فقط.
3.2 تفسير السجلات البئرية
سجلات الصور البئرية (FMI, UBI, XRMI): تحدد ميل واتجاه وكثافة الكسور.
السجلات التقليدية: الشذوذات في المقاومية والصوتية قد تشير إلى وجود كسور.
سجلات NMR: تعطي تقديرات للمسامية الكسرية.
3.3 التقنيات السيزمية
المسح الثلاثي الأبعاد وخصائصه: يكشف ممرات الكسور والفوالق.
اللا تماثلية الزاويّة (AVO) وانقسام الموجات القصية: تدل على اتجاه وشدة الكسور.
القيود: صعوبة تمييز الكسور الصغيرة بسبب الدقة المحدودة.
3.4 الدراسات السطحية والأنالوجيات
توفر الدراسات الحقلية عند السطح فهماً لشبكات الكسور الكبيرة يمكن إسقاطها على النماذج تحت السطحية.
3.5 طرق النمذجة
النماذج ثنائية المسامية/ثنائية النفاذية: تمثل مساهمة كل من المصفوفة والكسور بشكل منفصل.
نماذج الشبكات الكسرية المنفصلة (DFN): تمثل هندسة الكسور بشكل صريح.
النماذج الجيو-ميكانيكية: تقيّم تأثير الإجهادات على انتشار الكسور أو إغلاقها.
4. تأثير الكسور على خواص المكمن
4.1 المسامية
عادة ما تكون المسامية الكسرية منخفضة (<2%).
لكنها عند اتصالها بالمسامية المصفوفية تعزز من القدرة التخزينية للهيدروكربونات.
4.2 النفاذية
تهيمن الكسور غالبًا على مسارات تدفق السوائل، وتزيد النفاذية بأضعاف كبيرة.
بينما الكسور غير المتصلة قد تعمل كمناطق مغلقة.
4.3 اللا تماثلية (Anisotropy)
يصبح سلوك التدفق في المكمن معتمدًا على الاتجاه، حيث تكون النفاذية الأعلى على طول اتجاه الكسور.
4.4 ديناميكية تدفق السوائل
الكسور المفتوحة تسهّل هجرة وإنتاج الهيدروكربونات.
الكسور المعدنية المغلقة تعمل كحواجز مسببة تقسيم المكمن.
الكسور عالية النفاذية قد تسبب اختراقًا مبكرًا للماء أو الغاز.
5. المنهجية التكاملية للتوصيف
يتطلب التوصيف الفعّال اتباع خطوات تكاملية تشمل:
1. الوصف الجيولوجي لنشأة الكسور وتوزيعها.
2. التقييم البتروفيزيائي باستخدام بيانات اللباب والسجلات.
3. رسم خرائط كسورية اعتمادًا على البيانات السيزمية.
4. النمذجة باستخدام DFN أو النماذج ثنائية المسامية.
5. المعايرة الديناميكية عبر اختبارات الآبار.
6. التحديات في توصيف المكامن الكسرية
اعتمادية المقياس: يتم رصد الكسور على مقاييس مختلفة (لباب، سجل، سيزمي) مما يعقّد الربط بينها.
عدم اليقين في الترابط: يصعب التنبؤ به من بيانات محدودة.
السلوك الديناميكي: نفاذية الكسور قد تتغير مع تغير الإجهادات أثناء الإنتاج.
تعقيد النمذجة: نماذج DFN تتطلب بيانات متعددة المقاييس وعالية الجودة.
7. الخاتمة
يُعد توصيف المكامن الكسرية تحديًا متعدد التخصصات يجمع بين الجيولوجيا والجيوفيزياء والبتروفيزياء وهندسة المكامن. فالكسور تغير من السعة التخزينية والقدرة على التدفق من خلال إضافة عدم تجانس ولا تماثل. الفهم الصحيح لنشأتها وهندستها وترابطها يُعد أساسياً للحصول على نماذج دقيقة للمكامن.
الأدوات الحديثة مثل سجلات الصور البئرية، وتحليل اللا تماثلية السيزمية، والمحاكاة الجيو-ميكانيكية توفر رؤى قيمة، إلا أن القيود المتعلقة بالدقة والمقياس لا تزال قائمة. وتُعتبر المنهجيات التكاملية التي تجمع بين البيانات الساكنة والديناميكية هي الأفضل لتقليل عدم اليقين. وفي النهاية، فإن نجاح إدارة المكمن يعتمد على التوصيف النظري والتطبيقي الدقيق للأنظمة الكسرية، بما يؤدي إلى تحسين استخلاص الهيدروكربونات.
