انضغاطية صخور مكامن البترول
إن مفهوم انضغاطية الصخور مشابه لمفهوم الضغط على الإسفنج. الإسفنج عبارة عن وسائط عالية المسامية تستخدم في العديد من التطبيقات، بما في ذلك غسل الأطباق نظرًا لقدرتها العالية على تخزين المياه. يتم الضغط على الإسفنجة المبللة لتقليل حجم المسام ودفع الماء للخارج. كلما زاد الضغط المطبق على الاسفنجة، زاد انخفاض حجم المسام، مما أدى إلى خروج المزيد من الماء. وبالمثل، تتعرض الصخور لضغط زائد مما يقلل من حجم مسامها.
إن قابلية انضغاط صخور مكمن النفط هي مقياس لمدى تغير حجم الصخر استجابة لتغير الضغط المؤثر علية. وهي خاصية مهمة للصخر لأنها تؤثر على كمية النفط والغاز التي يمكن إنتاجها من المكمن.
المسامية هي دالة على درجة ضغط الصخر وعمق نواجد الصخر (أقصى عمق لدفن الصخر). تظهر جميع المواد بعض التغيرفي المسامية الذي لا رجعة فيه تحت تاثير ضغوط الدمك الشديدة.
ويرجع ذلك إلى تشويه وسحق العناصر الحبيبية أو النسيج للمواد، وفي بعض الحالات، إعادة التبلور. يمكن تمثيل التغير في المسامية مع الضغط من خلال:
حيث
∅_2 و ∅_1- هي المسامية عند الضغوط P2 وP1 على التوالي، وC_f- هي قابلية انضغاط التكوين.
يتم تعريف انضغاطية التكوين على أنها مجموع انضغاطية الحبيبات والمسام. بالنسبة لمعظم خزانات النفط، تعتبر انضغاطية الحبيبات ضئيلة.
يظهر تأثير الضغط الطبيعي على المسامية في الشكل 3.1. الضغط يقلل بشكل كبير من مسامية الطفل.
 |
| شكل. 3.1 تأثير الضغط الطبيعي على المسامية (من كرومبين وسلوس) |
يؤدي تخفيف ضغط المجال إلى تغيرات في سلالات الصخور الداخلية. يؤدي هذا التغيير إلى تغييرات في حجم الحبوب، وحجم المواد الصلبة، وحجم المسام. تؤدي هذه التغيرات في الحجم إلى انخفاض مسامية الصخور بنسبة 0.5% بتغير الضغط بمقدار 70 بار في ضغط السائل الداخلي، أي أن المسامية تنخفض من 20% إلى 19.9%.
المصدر الرئيسي للضغط (الصخر) هو ما يلي:
• الضغوط الخارجية:
يؤدي عمق الدفن إلى الضغط عن طريق التحميل الرأسي من وزن المادة الصلبة أعلاه.
• الضغط الداخلي:
تمارس السوائل الموجودة داخل مساحة مسام الصخر قوة هيدروستاتيكية معاكسة بسبب الرأس الهيدروستاتيكي وأي ضغط زائد.
• الإجهاد الناجم أفقياً نتيجة التشوه الجيولوجي والحصر الجانبي.
يؤدي استنفاد السوائل من الفضاء المسامي للصخور المكمنة إلى تغير في الإجهاد الداخلي في الصخر، مما يتسبب في تعرض الصخر لضغوط ناتجة مختلفة.
يؤدي هذا التغيير في الإجهاد إلى تغيرات في حبيبات الصخور ومسامها وحجمها. من الأمور التي تهم مهندس المكمن التغير في حجم مسام الصخر. تعتبر قابليات الانضغاط الصخرية صغيرة مقارنة بانضغاطات المسام Cp.
انضغاطية التكوين Cf
هو المصطلح الشائع الاستخدام لوصف الانضغاطية الكلية عند التكوين ويمكن التعبير عنها على النحو التالي:
إن انضغاطية التكوين هي داله معقدة لما يلي:
1. نوع الصخر (موحد، غير مجمع).
2. ضغط المسام.
3. الضغط الزائد.
4. الضغط في اتجاهات مختلفة في التشكيل.
5. أقصى عمق.
أنواع الانضغاطية
ثلاثة أنواع من الانضغاط
1-انضغاطية النسيج الصخري:
هو التغير الجزئي في حجم المادة الصخرية الصلبة (الحبيبات) مع تغير وحدة الضغط.
حيث Vg - حجم المواد الصلبة، وCgr - قابلية انضغاط مصفوفة الصخور، psi-1
2- انضغاطية الصخور:
التغير الجزئي في الحجم الكلي للصخر مع تغير وحدة الضغط،
حيث Cb - قابلية الانضغاط الصخري psi-1
3- انضغاط المسام:
التغير الجزئي في حجم مسام الصخر مع تغير وحدة الضغط.
حيث P -ضغط المسام، C_p - معامل انضغاط المسام، وV_p - حجم المسام
بسبب الرواسب الموجودة فوقها، فإن الصخور المدفونة عميقًا تكون عرضة للأحمال الزائدة. بشكل عام، يكون الضغط الهيدروستاتيكي الداخلي لسوائل التكوين أصغر من الضغط الهيدروستاتيكي الخارجي الناتج عن هذا الحمل الزائد.
تحديد الانضغاط
2- طريقة الارتباط
قياس ضغط حجم المسام
يوضح الشكل 3.2 المعدات المستعمله لقياس ضغط حجم المسام.
1- يتم تغليف العينة الأساسية بغلاف نحاسي، ثم يتم وضعها في وعاء ضغط وتوصيلها بمقياس رؤية جيرجسون.
2- تم ترتيب نظام الضغط الهيدروليكي بحيث يمكن إخضاع القلب المشبع لضغوط داخلية متغيرة وثقل (ضغوط خارجية).
3- تتم الإشارة إلى التغيرات في الحجم الداخلي الناتج من خلال موضع سبيكة الزئبق في مقياس البصر.
المعدات التجريبية لقياس حجم المسام، والضغط، والانضغاط
 |
| الشكل 3.2 المعدات التجريبية لقياس ضغط حجم المسام وقابلية الانضغاط |
الارتباطات
حاول العديد من المؤلفين ربط انضغاطية المسام بمعلمات مختلفة، بما في ذلك مسامية التكوين.
- ربط هول (1953) انضغاطية المسام بالمسامية (الشكل 3.3) كما هو موضح في العلاقة التالية:
حيث Cf هو قابلية انضغاط التكوين، psi-1، و∅ - المسامية، الكسر
- استخدم نيومان (1973) 79 عينة من الحجر الرملي والحجر الجيري المدمج لتطوير العلاقة بين انضغاطية التكوين والمسامية. الصيغة الزائدية المعممة المقترحة للمعادلة هي:
حيث
للحجار الرملية المتحدة
a =97.32 106
b = 0.699993
c = 79.8181
For limestones
a = 0.8535
b = 1.075
c=2.202 106
 |
| الشكل 3.3 مكون ضغط التكوين للانضغاط الكلي للصخور (من القاعة) |
العوامل المؤثرة على انضغاط صخور مكامن البترول
تتأثر انضغاطية الصخور المكمنية للنفط بعدد من العوامل، بما في ذلك:
1. نوع الصخور:
الأنواع المختلفة من الصخور لها قابلية انضغاط مختلفة. تتأثر انضغاطية الصخر بتركيبته المعدنية، وحجم حبيباته، وتماسكه. على سبيل المثال، الحجر الرملي بشكل عام أكثر قابلية للانضغاط من الحجر الجيري لأن الحجر الرملي يحتوي على مسام أكثر ترابطًا.
2. مسامية الصخر:
مسامية الصخر هي النسبة المئوية لحجم الصخر الذي يمثل مساحة المسام. كلما كانت الصخور أكثر مسامية، كلما كانت أكثر قابلية للانضغاط لأن هناك مساحة أكبر للصخور للتوسع أو الانكماش.
3. السائل المسامي:
تؤثر انضغاطية السائل المسامي أيضًا على انضغاطية الصخر. النفط أقل انضغاطًا من الماء، لذا فإن الصخرة التي تحتوي على النفط ستكون أقل انضغاطًا من الصخرة التي تحتوي على الماء. وذلك لأن جزيئات النفط أقرب إلى بعضها البعض من جزيئات الماء، كما أنها أقل سهولة في الضغط.
4. درجة حرارة الصخر:
تؤثر درجة حرارة الصخر على قابليته للانضغاط. ومع ارتفاع درجة الحرارة، تصبح الصخور أكثر قابلية للانضغاط. تتحرك الجزيئات الموجودة في الصخر بشكل أسرع مع زيادة درجة الحرارة. وهذا يتسبب في توسيع الصخور قليلاً.
5. ضغط الصخر:
يؤثر ضغط الصخر أيضًا على قابليته للانضغاط. ومع زيادة الضغط، تصبح الصخور أقل قابلية للانضغاط. لأن وزن الصخر الذي يعلوها يضغط على الصخر، مما يجبر الجزيئات على التقارب مع بعضها البعض. وهذا يجعل الصخور أقل انضغاطًا.
للمزيد من المعلومات المفيدة يمكنكم الانتقال الى قناة حقول المعرفة على اليوتيوب لتجدون العديد من المحاضرات في هندسة النفط والمرفوعة الى القناة بصيغة MP4 من ملف باور بوينت وصيغة pdf و PPTK وتجدون فيديو عن انضاطية صخور المكمن في القناة على هذا الرابط
الكلمات الدلالية:
الانضغاطية، الاجهاد الخارجي، الاجهاد الداخلي، انضغاطية المسام، انضغاطية النفط.