يكتب د/نبيل سامح

1.المقدمة

ظهرت مكامن السجيل كأحد أهم الموارد غير التقليدية في صناعة البترول الحديثة. وعلى عكس المكامن التقليدية من الحجر الرملي أو الكربونات، يتميز السجيل بمساميته المنخفضة جدًا، ونفاذيته فائقة الانخفاض، وتعقيداته المعدنية، وتغايره الكبير. وتُعد هذه الخصائص الفريدة تحديات جوهرية أمام التقييم البترفيزيائي، مما يصعّب تقدير حجم الهيدروكربونات وقابليتها للإنتاج واستراتيجيات الاسترداد.

تركز البترفيزياء في مكامن السجيل على دمج فيزياء الصخور مع السجلات البئرية والبيانات المعملية للوصول إلى توصيف أدق للمكمن. لكن الأساليب التقليدية المطوّرة للمكامن التقليدية غالبًا ما تكون غير كافية عند تطبيقها على السجيل. يستعرض هذا المقال أهم التحديات البترفيزيائية المرتبطة بمكامن السجيل ويقترح حلولًا نظرية للتغلب عليها.

2. تعقيد مكامن السجيل

2.1 التغايرية

يُظهر السجيل تغايرية عالية على عدة مستويات، من المسامات النانومترية إلى الاختلافات على نطاق الأحواض. هذا التغاير يؤثر على المسامية والنفاذية وتخزين الهيدروكربونات، مما يجعل الاعتماد على أداة قياس واحدة غير كافٍ.

2.2 أنظمة المسام متعددة المقاييس

يحتوي السجيل على مسام عضوية، ومسامات بين الحبيبات، وأخرى داخل الحبيبات، بأحجام تتراوح من النانومتر إلى الميكرون. تؤثر هذه التوزيعات والتوصيلية بين المسام بشكل مباشر على التخزين والسريان، لكن الأدوات التقليدية تفشل في تصوير هذه التفاصيل الدقيقة.

2.3 التعقيد المعدني

يتكون السجيل عادة من مزيج من المعادن الطينية، والكوارتز، والفلسبار، والكربونات، والمادة العضوية. هذا الخليط يغير من الاستجابات الكهربائية والصوتية والميكانيكية للصخر، مما يصعّب تفسير السجلات.

2.4 الدور المزدوج كمصدر ومكمن

على عكس الأنظمة التقليدية، يعمل السجيل كمصدر للهيدروكربونات ومكمن لها في الوقت ذاته. إذ تحدث عملية التوليد والتخزين في آنٍ واحد، مما يتطلب طرق تقييم خاصة لتمييز الهيدروكربونات المحتجزة عن القابلة للإنتاج.

3. التحديات البترفيزيائية الرئيسية في السجيل

3.1 تحديد المسامية

في السجيل، تتوزع المسامية بين المعادن الطينية والمادة العضوية والحبيبات المعدنية. غالبًا ما تعطي السجلات التقليدية (الكثافة، النيوترون، الصوتية) نتائج متضاربة بسبب تأثير المصفوفة والماء المرتبط في الطين، مما يؤدي إلى تقديرات خاطئة للمسامية الفعالة.

3.2 تقدير النفاذية

تكون النفاذية في السجيل منخفضة جدًا (من النانو إلى الميكردارسي)، ولا تستطيع طرق الاختبارات البئرية التقليدية قياسها بدقة. كما أن نماذج النفاذية المعتمدة على السجلات غير موثوقة لغياب مسارات جريان واضحة.

3.3 تشبع الموائع

تفشل النماذج المبنية على معادلة آرتشي في السجيل بسبب التوصيلية الكهربائية للطين، والماء المرتبط، وتعقيد البلل. ويُعد التمييز بين الهيدروكربونات الحرة، والممتزة، والماء غير القابل للإنتاج من أصعب التحديات.

3.4 المحتوى العضوي والنضج الحراري

يُعد الكربون العضوي الكلي (TOC) والنضج الحراري عاملين حاسمين في تقدير إمكانيات المكمن. السجلات التقليدية تعطي مؤشرات غير مباشرة، بينما الطرق المعملية مثل التحليل الحراري (Rock-Eval) مكلفة وبطيئة. وبالتالي يواجه البتروفيزيائيون صعوبة في قياس TOC بدقة من سجلات الآبار وحدها.

3.5 الخصائص الميكانيكية

يجب أن يتضمن التقييم البترفيزيائي خواصًا ميكانيكية مثل معامل يونغ ونسبة بواسون لتصميم عمليات التكسير الهيدروليكي. لكن التنبؤ بهذه الخواص من السجلات صعب بسبب التغاير المعدني وعدم التجانس.

3.6 اللاخطية (الأنيسوتروبية)

يُظهر السجيل سلوكًا لاخطّيًا كهربائيًا وصوتيًا نتيجة تراص المعادن الطينية والطبقات، مما يولد أخطاء في السجلات (مثل المقاومة الكهربائية والصوتية)، ويصعّب تفسيرها.ه

4. الحلول النظرية لتحديات بترفيزياء السجيل

4.1 تقنيات تسجيل متقدمة

التسجيل بالرنين النووي المغناطيسي (NMR): يوفر بيانات عن توزيع المسام، والفصل بين الموائع الحرة والمقيدة.

أشعة غاما الطيفية: تساعد في تمييز أنواع الطين وتقدير TOC.

التسجيل العازل الكهربائي: يُحسن من تقدير التشبع بالمياه عبر قياسه مباشرة بدل الاعتماد على المقاومة.

4.2 النماذج البترفيزيائية متعددة المعادن

النماذج التقليدية أحادية المعدن غير كافية. النماذج المتعددة التي تدمج الطين والمادة العضوية والمعادن غير الطينية تقدم نتائج أدق في تقدير المسامية والتشبع.

4.3 دمج بيانات اللب والسجلات

التحاليل المعملية مثل ضغط الزئبق (MICP)، والمجهر الإلكتروني (SEM)، والحيود بالأشعة السينية (XRD) يمكن دمجها مع السجلات لمعايرة النماذج وتقليل عدم اليقين.

4.4 التفسير باستخدام الذكاء الاصطناعي

يمكن للذكاء الاصطناعي دمج البيانات المتعددة (السجلات، اللباب، القياسات الجيوكيميائية) للتنبؤ بالمسامية والنفاذية وTOC بدقة أعلى من الطرق التقليدية.

4.5 تقييم المادة العضوية

طرق خاصة مثل ΔlogR تتيح تقدير TOC بشكل غير مباشر من السجلات التقليدية، ومع دمجها مع NMR وغاما الطيفية تتحسن دقة النتائج.

4.6 النمذجة الجيو-ميكانيكية

تحسين اشتقاق الخواص الميكانيكية من سجلات الكثافة والصوتية عبر معايرتها بالتحاليل المعملية، مع إدخال تصحيحات للاخطية.

4.7 معالجة اللاخطية

استخدام أدوات متقدمة للمقاومة الكهربائية والصوتية تسجل البيانات في اتجاهات متعددة يقلل من خطأ التفسير ويُحسن من التقديرات.

5. التكامل وأسلوب العمل

للتغلب على تحديات بترفيزياء السجيل، لا بد من اتباع نهج تكاملي يشمل:

1. جمع شامل للبيانات: مزيج من السجلات السلكية وسجلات أثناء الحفر والبيانات المعملية.

2. المعايرة والتحقق: باستخدام بيانات اللب والقياسات الجيوكيميائية.

3. التعاون متعدد التخصصات: بين البتروفيزيائيين والجيوفيزيائيين ومهندسي المكامن.

4. النمذجة التكرارية: تعديل النماذج باستمرار مع توفر بيانات جديدة.

5. الرقمنة والذكاء الاصطناعي: لاستخدام التوائم الرقمية والتحليلات الفورية.

6. الاتجاهات المستقبلية في بترفيزياء السجيل

فيزياء الصخور الرقمية: لمحاكاة سريان الموائع في المسام النانومترية.

التقييم اللحظي: عبر دمج التحليلات الذكية مع بيانات الحفر.

التوصيف النانوي: باستخدام تقنيات تصوير عالية الدقة.

الاستدامة: تطوير طرق تقييم لتقليل استهلاك المياه وانبعاثات الغاز وتخزين الكربون.

7. الخاتمة

إن بترفيزياء السجيل أكثر تعقيدًا من تقييم المكامن التقليدية بسبب التغاير، وأنظمة المسام الدقيقة، والمادة العضوية، والأنيسوتروبية. وغالبًا ما تفشل النماذج التقليدية في التقاط هذه التعقيدات، مما يؤدي إلى عدم اليقين في تقدير المسامية والنفاذية والتشبع.

الحلول النظرية تكمن في تبني تقنيات تسجيل متقدمة، ونماذج متعددة المعادن، وتفسيرات تعتمد على الذكاء الاصطناعي، ونهج تكاملي. ومن خلال هذه الأساليب يمكن تحسين دقة تقييم مكامن السجيل بشكل كبير، مما يتيح تطويرًا أكثر كفاءة وإدارة أفضل للموارد.

ستظل مكامن السجيل حجر الأساس في التطوير غير التقليدي مستقبلاً، والبترفيزياء مطالبة بالتطور باستمرار. والدمج بين التكنولوجيا المتقدمة والتعاون متعدد التخصصات هو السبيل لفهم واستغلال هذه الموارد الحيوية.