الاستخلاص المعزز للنفط بحقن المياه في الطبقة

1- مقدمة عامة عن مبدأ الطريقة

يعتبر الضغط الطبقي القوة الرئيسية المحركة للنفط باتجاه الآبار ويتكون هذا الضغط نتيجة الضغط الجيوستاتيكي الذي تتعرض له الحبيبة. ويؤثر في فراغات الصخر وقيم هذا الضغط تتعلق بمسامية الصخر وسماكة ونوعية الطبقات الجيولوجية المتوضعة فوق الطبقة ويزداد عادة بازدياد العمق وخلال فترات الاستثمار تنخفض هذه الضغوط مع الزمن مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجية المكمن النفطي هذا الانخفاض يختلف من مكمن لآخر وفق القوى الموجودة في المكمن والتي تحدد نظام عمل هذا المكمن. ولابد خلال هذا العمل من التنويه إلى أنواع هذه الأنظمة لأن دراسات كثيرة أجريت في هذا المجال وأكدت على ضرورة دعم  هذه القوى (الضغوط الطبقية) عن طريق دعم خارجي من السطح حيث سميت هذه العمليات بالإنتاج المدعم (الإنتاج الثانوي) ولاختيار طريقة الدعم اللازم يتوقف ذلك على نوع الطاقة الق تحرك النفط في المكمن لذلك لابد عند وضع مشروع الآبار لأي مكمن نفطي أن ينطلق من معرفة هذه الأنظمة ومراقبة عملها وهي:

· نظام الدفع المائي :

يتميز هذا النظام بتغير قليل للضغط الطبقي والإنتاجية مع ثبات العامل الغازي.

· نظام القبعة الغازية:

يتميز هذا النظام بانخفاض الضغط الطبقي والإنتاجية مع الزمن وارتفاع العامل الغازي.

· نظام الغاز المنحل:

يتميز هذا النظام بانخفاض سريع للضغط الطبقي والإنتاجية وارتفاع كبير للعامل الغازي.

· النظام المرن:

يتميز هذا النظام بانخفاض سريع للضغط ويتحرك النفط نتيجة تمدد السوائل الموجودة والصخور الطبقية.

·  نظام الجاذبية:

وهو من مراحل الاستثمار الأخيرة حيث يتم ارتشاح السائل النفطي تحت تأثير الثقالة .

نظام الدفع المائي :

يعتبر نظام دفع الماء أكثر الأنظمة  فعالية من  الناحية الإنتاجية ويحقق أفضل عامل المردود وتكون القوى الفعالة الأساسية في هذا النظام هي المياه  الطبقية من خلال عملية استثمار المكمن النفطي في المرحلة الأولية يحصل انخفاض الضغط الطبقي الأمر الذي يؤدي إلى حركة المياه إلى الجزء المشبع بالنفط وبالتالي إلى تعويض قيمة الضغط، و في حال كون تغذية المياه الطبقية جيدة تكون كمية المياه المتحركة مساوية إلى كمية السائل المنتج .

يعتمد عامل المردود النفطي  في نظام الدفع المائي  على فعالية الإزاحة للنفط بواسطة الماء المتقدم إلى منطقة النفط في المكمن وتكون هذه الإزاحة  منتظمة تقريبا في الخزانات المتجانسة من ناحية الخصائص الخزنية أما في كون المكامن غير متجانسة في الخصائص الخزنية في المساحة والمقطع فإن ذلك يؤدي إلى سرعة تقدم المياه في المناطق ذات النفوذية العالية  حيث يصل بسرعة إلى قيعان الآبار المنتجة وتزداد نسب المياه في هذه الآبار بشكل غير طبيعي الأمر الذي يؤدي إلى بقاء قسم من النفط محتجزاً في هيكل الصخر.

2- مصادر الماء

2-1- مقدمة :

يعتبر مصدر المياه ونوعيتها من الأمور الهامة التي يجب أخذها بعين الاعتبار للتخطيط من أجل مشروع حقن المياه في الطبقات حيث أن المتطلبات الأساسية لحقن المياه في الطبقات بعد تحقيق شروط تطبيق هذه الطريقة والأخذ بالاعتبار عدة عوامل هي:

1- توفر المياه بكميات كافية خلال فترة عمر المشروع، إن كمية المياه اللازمة لمشروع الحقن تختلف تبعاً لنوعية المشروع المطلوب تنفيذه وبشكل عام فان الاحتياجات الكلية من الماء تتراوح بين (150-170)% من حجم المسامات في الطبقة المراد الحقن فيها وبما انه يتم إعادة حقن الماء المنتج والراجع فإن كمية الماء اللازمة للحقن تكون بحدود (50)% من الحجم المسامي للمكمن النفطي.

2- خلوها من المواد الصلبة الغير منحلة أو المواد العالقة.

3- استقرارها كيميائياً وكونها غير فعالة نسبياً مع المركبات والعناصر الموجودة في منظومة الحقن حيث أن المواد المسببة للتآكل والمحتوى العالي من المواد الصلبة ووجود الغضاريات الصغيرة جداً والمواد الغريبة في المياه تؤخذ بعين الاعتبار أثناء تصميم وتنفيذ عمليات الحقن.

2-2- مصادر المياه المستخدمة في عملية الحقن:

وهي تقسم إلى :

· مصادر المياه العذبة.

· مصادر المياه المالحة.

2 -2- 1- مصادر المياه العذبة :

ويتوفر لدينا في هذا النوع المصادر التالية :

أ‌- المصادر السطحية :

وتتجلى بمياه الجداول والانهار والبحيرات وتستخدم على نطاق واسع في عمليات الحقن إلا أن سلبياتها تتجلى بما يلي :

أ-1- شح المياه إضافة إلى أن هذه المياه غير مؤمنة صيفاً .

أ-2- غناها بـ (O2) وتحمل العديد من المواد العالقة بالإضافة إلى أنواع مختلفة من العضويات.

أ-3- اختلاف تركيبها على مدار السنة وبالتالي تحتاج لتكاليف باهظة عند المعالجة .

ب- المياه السطحية (الآبار التجميعية):

حيث تمتاز هذه المياه بتكاليف معتدلة للضخ وبتصفية طبيعية للمياه وبالتالي تكاليف أقل للمعالجة .

ج- الطبقات تحت سطحية :

يتوفر بعض الماء في المقاطع الجيولوجية وبكميات كافية لكنها بحاجة إلى حفر أبار.

2-2-2- مصادر المياه المالحة :

يتوفر لدينا في هذا النوع المصادر التالية :

أ‌- المصادر الجوفية:

عند توفر طبقات الماء المالح بجوار مشروع الحقن فأنه يجب تجهيز آبارها بنفس طريقة إنهاء آبار المياه العذبة وهنا يوجد فائدة من استخدام الماء المالح لأغراض الحقن في المناطق التي تكون الطبقة حساسة للماء العذب (الطبقات الغضارية)، حيث يكون ذو مردود عالي وتكاليف معتدلة للضخ ولكن المصاريف تظهر في حفر الآبار التي تكون ذات أعماق كبيرة أحياناً بالاضافة إلى احتواء هذه المياه على كميات ملحوظة من (H2S) و(SO2 )حيث يتطلب ذلك نفقات من أجل المعالجة.

ب‌-مصادر البحار والمحيطات:

توجد بكميات متوفرة بشكل كبير وتمتاز بتكاليف منخفضة لاعمال التطوير والضخ وينصح بأن يتم حفر ابار قليلة العمق بدلا من سحبها مباشرة حيث تتم تصفية المياه طبيعيا وكون معدلات التآكل عالية يفضل استخدام موانع التآكل.

ت‌- المياه الطبقية :

حيث أن هذه المواد تكون مرافقة للنفط المنتج فيتم فصلها بواسطة محطات المعالجة ومن ثم يتم إعادة حقنها في آبار الحقن إلا أن احتواء هذه المياه على مواد أكالة بالإضافة إلى الترسبات التي تترافق مع هذه المياه أدى إلى وجود مصاريف إضافية من أجل المعالجة لهذه المياه.

3- طرق حقن المياه

ينقسم حقن المياه بغية دعم الضغط الطبقي إلى الأشكال التالية:

1- الحقن خلف منطقة  الكونتور:

عندما يكون الاتصال الهيدروديناميكي جيد بين المنطقة المشبعة بالنفط ومنطقة توزيع آبار الحقن والمكمن صغير نسبياً وعندما تكون الطبقة متجانسة وخصائصها الخزنية جيدة على امتداد المكمن وعلى سماكته فإن التأثير على الطبقة في هذه الحالة يتحقق من خلال نظام لآبار الحقن متوضعة خلف الكونتورالخارجي

إلا أن هذا النظام يؤدي إلى الاستهلاك المرتفع للطاقة وذلك لإنتاج النفط إذ إنه على الماء المحقون أن يتغلب على المقاومات الارتشاحية لمنطقة الطبقة بين الكونتور النفطي وخط آبار الحقن كما أنه يتم التأثير البطيء على المكمن وسببه بعد آبار الحقن ويؤدي إلى الاستهلاك المرتفع للماء نتيجة خروج جزء من ماء الحقن إلى الجزء الخارجي من الطبقة خلف  أبار الحقن.

2- الإزاحة في منطقة الكونتور النفطي :

تتوضع آبار الحقن بين الكونتور الداخلي والخارجي للنفط وذلك لتسريع التأثير على المكمن ويستخدم هذا النظام للإزاحة عندما يكون الاتصال الهيدروديناميكي للطبقة مع المنطقة الخارجية سيئاً تكون مقاييس المكمن صغيرة نسبياً كما في النظام السابق لتقوية عملية الاستثمار إذ أن هذه المقاومات الارتشاحية بين خط الحقن وخط السحب تتناقص بسبب تقاربهما.

إلا إن احتمال تشكل السنة مائية واختراقها لبعض الآبار الإنتاجية يتزايد ونتيجة لذلك يتبقى قسم من النفط في المناطق التي تقع بين آبار الحقن.

عند ذلك يمكن استخراج النفط الطبقي بحفر آبار جديدة للحقن فقط وهذا النظام من الإزاحة هو أكثر  اقتصادية بالرغم من وجود ناقلية هيدروديناميكية جيدة في المنطقة الخارجية يؤدي إلى ضياعات في مياه الحقن.                                                             

3- الحقن داخل منطقة الكونتور :

هذه الحالة من أكثر الحالات تأثيراً على المكمن وهي تمكن من اختصار مدة الاستثمار حيث تزيد من سرعة سحب النفط حيث يتم تقسيم المكمن بصفوف آبار الحقن على شكل نطاقات أو دوائر أو تشكيل صف مركزي يقطع المكمن طولانياً ويتقاطع معه صفوف عرضانية كما انه يتقاطع مع صف آبار الحقن في منطقة الكونتور ويحدد توزع آبار الحقن الشروط الجيولوجية والحالة الاقتصادية بحيث تضمن زمن مثالي لاستثمار المكمن.

إن هذه الطريقة تعتبر أكثر فاعلية من الطريقتين السابقتين لان الماء المحقون يزيح النفط في كلا الاتجاهين من صف الحقن.

وللحقن داخل منطقة الكونتور الأنواع التالية :

1- نظام المقاطعات في الإزاحة (الحقن).

2- الإزاحة المحرقية (الحقن المحرقي).

3- النظام الاختياري للإزاحة.

4- الإزاحة على مساحة المكمن.

1- نظام المقاطعات في الإزاحة:

يستخدم هذا النظام في المكامن الكبيرة ويتم تقطيع المكمن بآبار حقن إلى مقاطعات لها آبار استثمار خاصة بها حيث يتم حفر آبار إنتاج داخل هذه المقاطعات على شكل صفوف والشكل التالي يبين هذا النوع

2- الإزاحة المحرقية:

يتم استخدامه مع نوع أخر للإزاحة لتحسين عملية الإحاطة بالمياه. وكذلك لاستخراج النفط من العدسات المنفصلة وفي الأجزاء التي لا يتحرك فيها النفط بسبب عدم تأثرها بآبار الحقن القريبة.

وفي هذا النوع تستخدم آبار مستنزفة ( خرجت من الإنتاج بسبب الإماهة الكلية ) لحقن الماء حيث يتم توزيعها بشكل ملائم وفي مناطق النفوذية المرتفعة ويتم حفر آبار خاصة بالمناطق ذات النفوذية الضعيفة والشكل يبين هذا النوع.

3- النظام الاختياري للإزاحة:

وهذا النظام يستخدم عند استخراج الاحتياطات النفطية من المكامن الغير متجانسة أفقياً وعمودياً وهنا يتم تحديد مواقع آبار الحقن اعتماداً على الدراسات الجيولوجية الدقيقة لامتداد الطبقة المنتجة واتصالاتها مع قيعان الآبار القريبة، وذلك  وذلك لضمان حد أعظمي ممكن للإزاحة كالتقليل من تأثير عدم تجانس الطبقة وتقطعها على المردود، ونتيجة لذلك تبدو آبار الحقن متوزعة على مساحة المكمن بشكل عشوائي وهي تعكس عدم التجانس الطبيعي للخزان وهذا يصعب نظام الإمداد بالماء لآبار الحقن وفي المراحل الأولى للاستثمار لا يجوز استخدام هذا النظام حيث تكون المعطيات الجيولوجية محدودة أو غر كافية وفي المراحل اللاحقة يصبح هذا النظام فعال عندما تتضح جميع جزئيات تركيب الطبقة.

4- الإزاحة على مساحة المكمن:

في هذا النظام فإن آبار الإنتاج والحقن تتوضع بأشكال هندسية منظمة على هيئة شبكات رباعية النقاط أو خماسية، سباعية، تساعية أو خطية (محورية)

4- خصائص عمليات حقن المياه:

نقوم بحقن المياه وذلك للوصول إلى الأهداف التالية :

1- رفع الضغط الطبقي عن الحالي والمحافظة عليه.

2- رفع مستويات السوائل السكونية / الستاتيكية / والديناميكية.

3- رفع عامل الإزاحة من جراء تغيير اتجاه التيارات الارتشاحية.

4- تحسين ظروف عمل الآبار الميكانيكية وانتقال المكمن إلى نظام عمل أكثر فاعلية.

5- التخلص من المياه المنتجة مع النفط والتي تؤثر على البيئة وذلك بحقنها ثانية.