خواص صخور المكمن

مقدمة:

قبل اكتشاف النفط، استخدم الإنسان الفحم كمصدر رئيسي للطاقة لتشغيل آلاته. ومنذ حفر أول بئر تجاري في الولايات المتحدة عام 1859، زاد الاعتماد على النفط كمصدر للطاقة بشكل هائل. ومنذ ذلك الحين فصاعداً، كان النفط وسيظل المصدر الرئيسي للطاقة لعقود قادمة بسبب توفره وكفاءته وانخفاض سعره. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم البترول أيضًا كمواد تشحيم ومواد خام للعديد من المنتجات الصناعية الحديثة مثل البلاستيك والدهانات والمطاط.

ما هو البترول:

البترول عبارة عن هيدروكربون موجود بشكل طبيعي (يتكون من ذرات الهيدروجين والكربون) ويمكن أن يوجد في حالة صلبة أو سائلة أو غازية. الحالة الفيزيائية للهيدروكربون هي دالة للضغط ودرجة الحرارة التي يتعرض لها بالإضافة إلى بنيته (طول السلسلة / الوزن الجزيئي). ومع ذلك، فإن معظم الهيدروكربونات الموجودة داخل الأرض هي إما سائلة أو غازية، ويشار إليها بالنفط الخام والغاز الطبيعي، على التوالي.

اصل النفط:

هناك نظريتان لأصل البترول. وهي النظريات العضوية وغير العضوية.

النظرية العضوية:

تنص على ان المادة الحية، وخاصة ذرات الكربون، هي مصدر النفط. وإنه يأتي من تحلل الحيوانات والنباتات التي عاشت خلال العصور الجيولوجية السابقة.

النظرية غير عضوي:

تنص على أن النفط يتكون من خلال التفاعلات الكيميائية بين الماء وثاني أكسيد الكربون وعدة مواد غير عضوية مثل الكربونات الموجودة في الأرض.
النظرية العضوية هي النظرية المقبولة عموما.

النظام البترولي:

يتكون النظام النفطي من مكونات جيولوجية مختلفة ضرورية لتوليد وتخزين الهيدروكربونات. هذه المكونات هي صخور المصدر، ومسار الهجرة، وصخور الخزان، والمصيدة، والغطاء.

الصخور المصدرية:

هي الصخور التي تحتوي على مادة عضوية بكمية كافية، وتوجد في ظروف مناسبة لتكوين الهيدروكربونات.

مسار الهجرة:

هو المسار الذي تسلكه الهيدروكربونات للابتعاد عن صخور المصدر إلى النقطة التي يمكن أن تجد فيها مصيدة مناسبة.

الخزان الصخري:

هي الصخرة القادرة على تخزين الهيدروكربونات في مسامها. ستستمر الهيدروكربونات في التحرك لأعلى حتى تصل إلى المصيدة (الغطاء).

المصيدة:

وهي طبقة غير منفذة من الصخور التي تمنع الهيدروكربونات من الاستمرار في الهجرة. وأخيرًا، المصيدة عبارة عن تكوين من الصخور، مما يضمن تخزين الهيدروكربونات فيها. يمكن أن تكون مصائد هيكلية، أو طبقية، أو مزيجًا من الاثنين معًا. يوضح الشكل 1.1 المكونات والعمليات في النظام البترولي.

الشكل 1.1: رسم تخطيطي يوضح (أ) عملية تكوين الهيدروكربون و (ب) هجرة الهيدروكربون الناضج حتى يصل إلى غطاء (مصيدة) غير منفذ ويصل إلى توازن ثابت.

كما هو مبين في الشكل 1.2. الغاز الطبيعي، إذا كان موجوداً في المكمن، يكون دائماً في الأعلى لأنه يتمتع بأقل كثافة، بينما يكون الماء دائماً في الأسفل لأنه يتمتع بأعلى كثافة بين سوائل المكمن الثلاثة (الغاز والنفط والماء).

الشكل 1.2: رسم تخطيطي يوضح توزيعات الهيدروكربون النموذجية في (أ) خزان النفط، (ب) خزان الغاز، و (ج) خزان الغاز والنفط.

الصخور الخزانية مسامية ونفاذية، ويحد التكوين حواجز غير منفذة تحبس الهيدروكربونات.

ويتطلب التخطيط للإنتاج من الحقل الهيدروكربوني معرفة كمية الهيدروكربونات الموجودة في المكامن، وخصائصها في أجزائها المختلفة.

ليثوغرافيا خزانات البترول

علم الصخور هو دراسة الخصائص الفيزيائية العامة للصخور. يمكن تقسيم الصخور المكمنية إلى نوعين هما الحجر الرملي والكربونات. تتشكل الحجارة الرملية من الحبوب التي خضعت للترسيب والضغط والتثبيت. تتشكل الكربونات بشكل أساسي على منصات الكربونات من خلال مجموعة من العمليات الحيوية وغير الحيوية.

يتم عرض الخصائص الرئيسية لكل من الحجر الرملي والصخور الكربونية في الجدول 1.1.

الجدول 1.1: المقارنة الجيولوجية بين الحجر الرملي والصخور الكربونية.

الحجر الرملي

كربونات

• تتكون عادة من حبيبات السيليكا (بشكل رئيسي الكوارتز وبعض الفلسبار).

• موحدة (يتم دمج الصخور كوحدة واحدة) أو موحدة بشكل فضفاض.

• ي على طين منتفخ (الطين له تأثير سلبي على جودة المكمن).

• اك نوعان رئيسيان هما الحجر الجيري (CaCO3) والدولوميت (CaMg(CO3)2).

• تكون الحيز المسامي من المسامية الداخلية أو المسامية بالإضافة إلى مناطق الذوبان (الفجوات) والكسور.

وتشمل الخصائص التي سندرسها: المسامية، انضغاطية الصخور، النفاذية أحادية الطور، تشبع السوائل، الخواص الكهربائية للصخور المكمنة، قابلية البلل، الضغط الشعري، والنفاذية النسبية.

يتم استخراج عينات الصخور من المكمن عن طريق القطع أو الحفر، ويمكن إخضاعها لفئتين من التحليل المختبري: التحليل الأساسي الروتيني والتحليل الأساسي الخاص.