مرحباً بكم في عمود العلوم الشعبية في هذا العدد.
عندما تفكر في النفط، ربما يتبادر إلى ذهنك محطات الوقود والسيارات وتقلبات أسعاره العالمية. ولكن هل تساءلت يومًا عن طبيعة هذا النفط والغاز، اللذين يُطلق عليهما غالبًا اسم "دم الصناعة"، في أعماق الأرض؟ وكيف يُستخرجان علميًا؟
قد يبدو هذا الموضوع معقدًا بعض الشيء، لكنه في الواقع زاخر بالمعلومات العلمية الشيقة. فيزياء مكامن النفط هي الدراسة المجهرية للخصائص الفيزيائية للصخور والسوائل (النفط والغاز والماء) داخل مكامن النفط والغاز، بالإضافة إلى تفاعلاتها وأنماط حركتها. اليوم، سنلخص هذا الموضوع المعقد في 30 حقيقة سهلة الفهم. سواء كنت جديدًا في هذا المجال أو مهتمًا بقطاع الطاقة، ستساعدك هذه المقالة على فهم صناعة النفط والغاز تحت الأرض.
1. ما هو الخزان؟
الخزان هو طبقة صخرية تخزن النفط والغاز وتسمح بتدفقهما عبرها. أكثر أنواع صخور الخزان شيوعًا هي الحجر الرملي والصخور الكربونية (مثل الحجر الجيري والدولوميت).
2. ما هي المسامية؟
تشير المسامية إلى نسبة حجم المسام في الصخر إلى الحجم الكلي للصخر. وهي تُحدد مباشرةً كمية النفط والغاز التي يمكن أن يستوعبها المكمن. كلما زادت المسامية، زادت إمكانية الاحتياطي.
3. ما هي النفاذية؟
النفاذية هي كمية فيزيائية تقيس قدرة الصخر على السماح للسوائل بالمرور عبره. فقط بنفاذية معينة يمكن للنفط والغاز في المسام أن يتدفقا وينتجا تحت ضغط التكوين. وهي معيار أساسي يحدد إنتاجية بئر النفط.
4. النفاذية المطلقة مقابل النفاذية الفعالة مقابل النفاذية النسبية
النفاذية المطلقة: هي النفاذية التي يتم قياسها عندما يوجد سائل واحد فقط في الصخر.
النفاذية الفعالة: نفاذية سائل واحد عند وجود سائلين أو أكثر (مثل الزيت والماء) في الصخر.
النفاذية النسبية: نسبة النفاذية الفعالة إلى النفاذية المطلقة، والتي تعكس درجة التداخل بين السوائل متعددة المراحل.
5. ما هو التشبع؟
يشير التشبع إلى النسبة المئوية لحجم مسام الخزان التي يشغلها سائل معين (النفط أو الغاز أو الماء). على سبيل المثال، يشير تشبع النفط إلى نسبة مساحة المسام التي يشغلها النفط. وعادةً ما يكون مجموع تشبع النفط والغاز والماء 100٪. 6. انضغاط الصخور مع إنتاج النفط والغاز، ينخفض ضغط التكوين، وسيضغط ضغط الطبقة الصخرية العلوية على هيكل الصخور المكمنية والمسام. ستؤثر هذه الخاصية على حسابات الاحتياطي وديناميكيات الإنتاج. 7. ما هي قابلية البلل؟ تشير قابلية البلل إلى ميل السائل إلى الانتشار على سطح الصخر في نظام يتعايش فيه النفط والماء والصخور. [1][10] معظم الخزانات محبة للماء أو رطبة بشكل محايد، مما يعني أن الماء يمتص بسهولة أكبر على سطح الصخر، بينما يشغل النفط مركز المسام، مما يساعد على حقن الماء لإزاحة النفط (فيضان الماء). 8. ما هو الضغط الشعري؟ في حلق المسام الصغير، وبسبب وجود توتر سطحي بين الزيت والماء، ينشأ فرق ضغط إضافي، وهو الضغط الشعري. يُعد الضغط الشعري السبب الرئيسي لعدم انفصال الزيت عن الماء تمامًا في الخزانات، مما يُشكل منطقة انتقالية.
الجزء الثاني: السوائل تحت السطحية
9. النفط الخام:
يحتوي النفط الخام الجوفي على كمية كبيرة من الغاز الطبيعي المذاب، وهو تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعين. عند استخراجه إلى السطح، ينخفض الضغط ودرجة الحرارة، وينفصل الغاز المذاب، تمامًا كما ينفصل الغاز عند فتح زجاجة كوكاكولا.
10. الخصائص الفيزيائية للنفط الخام - أنواع مختلفة
تشمل الخصائص الفيزيائية الرئيسية للنفط الخام الكثافة، واللزوجة، وضغط التشبع (ضغط نقطة الفقاعة)، وكسر الحجم.
الكثافة: تحدد وزن النفط وهي عامل مهم في تصنيف النفط الخام.
اللزوجة: مقاومة النفط الخام للتدفق. كلما زادت اللزوجة، زادت صعوبة استخراجه.
ضغط التشبع: نقطة الضغط التي يبدأ عندها النفط الخام في إطلاق الغاز المذاب عند درجة حرارة معينة.
11. ما هو الغاز الطبيعي؟
يتكون الغاز الطبيعي في المقام الأول من الميثان، ولكنه يحتوي أيضًا على هيدروكربونات أثقل مثل الإيثان والبروبان، بالإضافة إلى الغازات غير الهيدروكربونية مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون.
12. الغاز الطبيعي "عامل الانضغاط (Z)دي دي اتش
في ظل ظروف تحت الأرض ذات درجات الحرارة والضغط العاليين، يختلف سلوك الغاز الطبيعي اختلافًا كبيرًا عن سلوك الغاز المثالي. قدّم العلماء عامل الانضغاط دددددددددد (ويُسمى أيضًا عامل الانحراف Z) لتعديل معادلة حالة الغاز المثالي، مما يسمح بحساب كثافته وحجمه بدقة.
13. مياه التكوين
ترتبط جميع خزانات النفط والغاز تقريبًا بمياه التكوين. وهي عادةً محلول ملحي عالي المعادن، وتُعدّ خصائصه (مثل الملوحة والكثافة واللزوجة) أساسية لتقييم الخزان وتطويره.
14. هيدرات الغاز - "مثلج قابل للاشتعال
في ظل ظروف معينة من الضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة (مثل تلك الموجودة في أعماق البحار أو التربة الصقيعية)، تصبح جزيئات الغاز الطبيعي مغلفة بجزيئات الماء، لتشكل مادة صلبة بيضاء تسمى هيدرات الغاز، والمعروفة باسم الجليد القابل للاحتراق.
15. سلوك المرحلة
تُعدّ دراسة حالات النفط والغاز عند ضغوط ودرجات حرارة مختلفة (غاز، سائل، أو خليط من الغاز والسائل) مجالاً أساسياً في فيزياء المكامن. وهذا يُحدد نوع المكمن (مثل: النفط الأسود، النفط المتطاير، غاز المكثفات) واستراتيجية التطوير.
ستُقدّم لكم المقالة القادمة النقاط الخمس عشرة المتبقية من المنطق السليم. تابعونا!