القائمة الرئيسية

الصفحات

خاصية التشبع في الصخور | Saturation

خاصية التشبع في الصخور | Saturation


التشبع | Saturation

تعريف التشبع

تشبع الماء هو النسبة المئوية لحجم الماء إلى حجم المسامات ويرمز لها (S).
\[\begin{array}{l}{S_w} = \frac{{{V_w}}}{{{V_p}}} \times 100\% \\{S_o} = \frac{{{V_o}}}{{{V_p}}} \times 100\% \\{S_g} = \frac{{{V_g}}}{{{V_p}}} \times 100\% \end{array}\]

حيث
Sw = نسبة تشبع الماء
So = نسبة تشبع النفط
Sg = نسبة تشبع الغاز
Vw = حجم الماء
Vo = حجم النفط
Vg = حجم الغاز
\({S_w} + {S_o} + {S_g} = 1\,\,{\rm{or}}\,\,100\% \)

تشبع أي سائل معين في مساحة المسام هو نسبة حجم ذلك السائل إلى حجم مساحة المسام. على سبيل المثال ، يعني تشبع الماء بنسبة 10 ٪ أن 1/10 من مساحة المسام مملوءة بالماء ؛ التوازن مليء بشيء آخر (النفط والغاز والهواء ، وما إلى ذلك - لا يمكن أن تكون المسام "فارغة").
بالنسبة للمسامية ، غالبًا ما يتم الإبلاغ عن بيانات التشبع بوحدات النسبة المئوية ولكنها دائمًا ما تكون جزءًا من المعادلات.

مثال اخر اذا كان (30%) من حجم المسامات داخل الطبقة مملوء بالنفط فأن (70%) يكون مملوء بالماء.
\(\)\(\begin{array}{l}{S_o} = 0.3\,\,{\rm{or }}\,\,30\% \\{S_w} = 0.7\,\,{\rm{or}}\,\,70\% \\{S_o} + {S_w} = 1\,\,{\rm{or}}\,\,100\% \end{array}\)

المكمن لا يمكن أن يحتوي على نسبة %100 نفط. وذلك لوجود الماء الذي يكون طبقة رقيقة (Film) على سطح الحبيبات بسبب قوة الضغط الشعري لا يمكن إزاحة هذا
الفلم من الماء ولذلك يعتبر ماء متبقي (متخلف) يطلق عليه (Irreducible Water Saturation) (SWir).

يعتبر التشبع المائي مهم جدا بالنسبة لقياس المقاومة وذلك لقابلية الماء الملحي ( Salt Water) للتوصيل الكهربائي.

نسب الموائع بالنسبة للطبقة الرملية الحاملة للنفط (Oil bearing Sand)
\[\begin{array}{l}{S_w}\, > \,{\rm{ }}{\bf{60}}\% {\rm{ }}({\bf{Produce}}{\rm{ }}\,{\bf{Water}})\\{S_w}{\rm{ }} < {\rm{ }}{\bf{60}}\% {\rm{ }}({\bf{Produce}}{\rm{ }}\,{\bf{Water}}{\rm{ }} + {\rm{ }}{\bf{Oil}})\,\, > \,\,{\bf{45}}\% {\rm{ }}\\{S_{w{\rm{ }}}} < {\rm{ }}\,{\bf{45}}\% {\rm{ }}({\bf{Produce}}{\rm{ }}\,{\bf{Oil}})\end{array}\]


المسامية هي سعة الصخور على حمل السوائل. التشبع هو جزء من هذه السعة تحتوي بالفعل على أي سائل معين.

المسامية وتشبع الهيدروكربونات وسمك صخور المكمن والمدى الحقيقي للمكمن تحدد إجمالي حجم الهيدروكربونات في المكان ، وحجم الهيدروكربون ومعامل الاسترداد (recovery factor) ومعدل الإنتاج الاقتصادي للمكمن.

الماء المتبقي(متخلف) (SWir) هو الحد الأدنى من تشبع الماء الذي يمكن الحصول عليه في الصخور، عادة ما يكون الماء هو سائل التبلل في مكامن النفط أو الغاز ، لذا فإن طبقة من الماء تغطي كل سطح المسام. وهكذا تحدد المساحة السطحية للماء المتبقي. لا يمكن للتكوينات التي فيها ماء متبقي إنتاج الماء حتى يتوغل الماء في المكمن بعد سحب بعض النفط أو الغاز.
المسام الصغيرة لها مساحة سطح أكبر بالنسبة لحجمها وبالتالي فإن الماء المتبقي أعلى. إذا كانت المسام صغيرة بما يكفي، فقد يكون الماء المتبقي يساوي 1.0، ولا يترك مجالًا لتراكم النفط أو الغاز.

تشبع الماء الاولي (SWi) هو تشبع مكمن غير مضطرب اي قبل عملية الانتاج من البئر. عادة SWir = SWi، على الأقل فوق المنطقة الانتقالية ماء/نفط. في المنطقة الانتقالية، تكون SW أعلى من SWir وسيتم إنتاج بعض المياه إذا تم اكمال البئر في هذه الفترة.

في المكمن الذي يتم الإنتاج منه، قد يكون SW أعلى من SWir (وأعلى من SWi) لذلك قد يتم إنتاج بعض الماء مع النفط.

من إجمالي كمية النفط أو الغاز الموجودة في المكمن، لا يمكن إنتاج سوى جزء منه، اعتمادًا على كفاءة الاسترداد. عادة ما يكون عامل الاسترداد، الذي تحدده الخبرة عادةً، في نطاق 20% إلى 50% للنفط، وقد يصل إلى 95% لمناطق الغاز، أو منخفضًا بنسبة 5٪ في النفط الثقيل. يمكن في بعض الأحيان تقدير عامل الاسترداد من بيانات جس الآبار من خلال ملاحظة حجم الهيدروكربونات المنقولة.

أساسيات التشبع

لا يتم تضمين الماء المرتبط بالحجر السجيلي (الطفل)، لذا يجب إجراء عمليات تصحيح الحجر السجيلي إذا كان الحجر السجيلي موجودًا. يمكن حساب تشبع الماء من المسامية الفعالة ومجس المقاومة.

معظم مكامن النفط والغاز تكون رطبة بالماء او مبللة بالماء (Water wet)؛ الماء يكسو سطح كل حبة صخرية والمسام تكون مملوءة بالنفط.
أيضاً هناك بعض المكامن تكون مبللة بالنفط او رطبة بالنفط (Oil wet)، حيث يوجد النفط على سطح الصخور، والمياه الموجودة في المسام محاطة بالنفط. بعض المكامن مبللة جزئياً بالنفط. تعتبر المكامن المبللة بالنفط فقيرة الانتاج جداً حيث يصعب حمل النفط على فصل نفسه من سطح الصخور.
من السهل إلى حد ما أخذ عينة أساسية، وتنظيفها وتجفيفها، ثم جعل الصخرة مبللة بالنفط. ومع ذلك نادراً ما تكون صخور المكمن نظيفة وجافة، بحيث تكون الصخور نفسها في الموقع مبللة بالماء في كثير من الأحيان.
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(1) مكمن الماء الرطب
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(2) مكمن النفط الرطب

في المكمن المبلل بالماء، يتم الاحتفاظ بالمياه في مكانها بسبب التوتر السطحي. لا تتحرك المياه السطحية أثناء إنتاج النفط أو الغاز. يظهر هذا الموقف أدناه.
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(3) تكوين الماء الرطب بالهيدروكربونات قبل الغزو
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(4) تكوين الماء الرطب بالهيدروكربونات بعد الغزو

يتم استخدام نفس الرسوم التوضيحية لوصف المكمن في الظروف الأولية (شكل 3) وبعد الإنتاج خلال ارتفاع مستوى المياة الجوفية نتيجة القوة الدافعة بلمياه الجوفية (aquifer drive) حيث يتحرك الماء لاستبدال النفط المسحوب (شكل 4).

عندما يتم حفر المكمن، يتم دفع بعض السوائل بالقرب من حفرة البئر بعيدًا ويتم غزو المنطقة بواسطة سائل الحفر. إذا كانت الهيدروكربونات موجودة، فإن تشبع الماء بعد الغزو سيكون أعلى من ظروف المكمن الأصلي. سيظهر مجس المقاومة الضحلة تشبع مياه المنطقة الغازية. يجب أن يظهر مجس المقاومة العميقة تشبع ماء التكوين الأصلي طالما لم يكن الغزو عميقًا جدًا.

غالبًا ما يؤدي إنتاج النفط أو الغاز إلى تغيير تشبع الماء، ولكن مقدار التغيير يختلف باختلاف آلية الدفع.
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(5) Aquifer drive
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(6) Gas cap drive

تدفع القوة الدافعة بلمياه الجوفية (aquifer drive) (شكل 5) النفط إلى أعلى، ويزيد من تشبع الماء أثناء إنتاج النفط.
القوة الدافعة بقبة الغاز (Gas cap drive) (شكل 6) تدفع النفط للأسفل، ولكن تشبع الماء لا يتغير حتى يتم إنتاج الغاز الذي حل محل النفط أيضًا. إذا لم يكن هناك طبقة مياه جوفية، فإن كلا الحالتين لا ينتجان الا عن طريق قوة الدفع بالغازات الذائبة(solution drive) - في هذه الحالة لا يتغير تشبع الماء ما لم يحصل فيضان للمياه عن طريق عامل الحقل.
خاصية التشبع في الصخور | Saturation
شكل(7) solution drive

القوة الدافعة بالغازات الذائبة (solution drive) الموجودة في النفط تدفع النفط الى خارج المكمن. لا يتغير تشبع الماء ويكون انتعاش النفط صغيرًا جدًا (5 إلى 10٪ اعتمادًا على نسبة الغاز إلى النفط ولزوجة النفط) ما لم يتم حدوث فيضان مياه. يمكن أن تنتج مكامن الغاز مع انتعاش عالي بشكل معقول من قوة الدفع بالغازات الذائبة (SW ثابت تقريبًا)، ولكن قد يكون هناك أيضًا مكون قوة الدفع بالمياه الجوفية (عندها سوف يزداد SW بمرور الوقت).

مراقبة المكمن تستعمل لتقييم التغيرات في تشبع الماء بمرور الوقت. يتم الرصد عن طريق تشغيل المجسات المناسبة بشكل دوري من خلال casing وتحليل بيانات المجسات من أجل المسامية وتشبع المياه. يمكن أن تؤدي التغييرات في موضع التلامس بين النفط والماء أو الغاز إلى اجراء عملية إصلاح الآبار لتقييد الفاصل الزمني المثقب لتقليل إنتاج الماء أو الغاز. قد تجد في التكنولوجيا الحديثة المطبقة على الآبار القديمة مناطق دفع متجاوزة لإيجاد طرق لتحسين الأداء الاقتصادي للبئر.

نموذج التشبع الأساسي - طريقة ARCHIE

تعتمد جميع طرق حساب التشبع تقريبًا على العمل الذي قام به العالم Gus Archie في 1940-1941. وجد من الدراسات المختبرية أنه في الصخر الخالي من الماء و الصخر المملوء بالماء ، كان في كلاهما معامل التكوين (F) ثابتًا محددًا من خلال:
\(\)\(F = \frac{{{R_o}}}{{{R_w}}}\)

Ro = المقاومة النوعية للطبقة المشبعة 100% بالماء
Rw = المقاومة النوعية للماء


وجد أيضًا أن F اختلفت مع المسامية:
\(F = \frac{A}{{{\phi ^m}}}\)


A = ثابت معامل الطبقة يمكن الحصول علية من جداول خاصة
ϕ = المسامية
m = ثابت يعتمد على قوة تماسك الصخرة (معامل التسميت)

تعتمد كل من (a, m) على شكل المسام وطبيعتها ومدى تماسك المادة الصخرية

لمكمن الماء، Ro = Rw، لذلك F = 1، نظرًا لأن ϕ = 1، يجب أن يكون A أيضًا 1.0 و M يمكن أن يكون لها أي قيمة. إذا كانت المسامية صفرًا، تكون F بلا حدود ويمكن أن يكون لكل من A و M أي قيمة.

ومع ذلك، بالنسبة للصخور الحقيقية، يختلف كل من A و M مع حجم الحبوب والفرز والملمس الصخري.

النطاق الطبيعي لـ A هو (0.5 إلى 1.5) و M هو (1.7 إلى حوالي 3.2).

استخدم ارجي A = 1 و M = 2. في الصخور الصخرية الدقيقة، يمكن أن يصل ارتفاع M إلى 7.0 مع قيمة منخفضة مقابلة لـ A.

في الكسور، يمكن أن يكون M منخفضًا حتى 1.1، في بعض الصخور، يختلف M باختلاف المسامية.


بالنسبة لصخور السجيل الخالية من الهيدروكربون والماء في المسام، قام أيضًا بتعريف مصطلح مؤشر مقاومة التكوين (I) على النحو التالي:
\(\)\(\)\[\begin{array}{l}I = \frac{{{R_t}}}{{{R_o}}}\\{S_w} = {\left( {\frac{1}{I}} \right)^{\frac{1}{N}}}\end{array}\]

استخدم ارجي N=2 والنطاق المعتاد هو من 1.3 إلى 2.6، اعتمادًا على الملمس الصخري. غالبًا ما يؤخذ مساوياً لـ M، ولكن هذا لا يدعم بيانات core data في جميع الحالات. تسمى A و M و N بالخصائص الكهربائية للصخور. يم العثور عليها عادة من القياسات المختبرية توضع ضمن جداول خاصة.

إعادة ترتيب هذه المعادلات الأربعة يعطي معادلة تشبع ماء أرجي الأكثر شيوعًا:
\(\)\(S_w^n = \frac{{A\,\,{R_w}}}{{{\phi ^m}\,{R_t}}}\)


يتم تقدير المقاومة الحقيقية (Rt) من مجسات المقاومة العميقة (RESD) أو RESD المصححة لتأثيرات البئر والغزو (RESDc).
يمكن أن يأتي RESD من العديد من اجهزة قياس المقاومة عن طريق الحث الكهربائي(induction device)، وجميع انواعة الحديثة. يجب تحديد اسم المنحنى والاختصار الفعلي من عنوان المجس.


إقرأ أيضا

المصادر

  1. Crain, E. R. (1986). Log analysis handbook. Retrieved (2020/5/24). https://www.spec2000.net/14-swbasics.htm
اعجبك الموضوع؟

تعليقات

التنقل السريع