مخاطر الحفر في تكوينات الكربونات بقلم د. / نبيل سامح

 مخاطر الحفر في تكوينات الكربونات

بقلم الدكتور نبيل سامح

مقدمة

تمثل تكوينات الكربونات، التي تشمل الحجر الجيري والدولوميت، جزءاً كبيراً من خزانات الهيدروكربون في جميع أنحاء العالم. على الرغم من إمكاناتها في إنتاجية عالية، إلا أن هذه التشكيلات تشكل تحديات فريدة خلال عمليات الحفر. ينشأ التعقيد من طبيعتها غير المتجانسة، وتغير مساميتها ونفاذتها، والكسور الطبيعية، وحساسيتها لسوائل الحفر. يعد فهم مخاطر الحفر المرتبطة بتشكيلات الكربونات أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للمهندسين لضمان عمليات آمنة وفعالة من حيث التكلفة.

يقدم هذا المقال لمحة نظرية شاملة عن المخاطر الرئيسية التي تواجه عند حفر تكوينات الكربونات، وفحص العوامل الميكانيكية والتشغيلية والتكوين التي يمكن أن تؤثر على كفاءة الحفر وسلامة الآبار.

1. التباين في التكوين وعدم الاستقرار الميكانيكي

إحدى الخصائص الرئيسية لتكوينات الكربونات هي عدم تجانسها. على عكس الصخور الكلاستيكية، غالباً ما تظهر الكربونات:

المسامية المتغيرة: تتراوح من السخاء الدقيقة في الحجر الجيري الكثيف إلى الهياكل المبهمة والكهفية.

النفاذية المتغيرة: الكسور وقنوات الانحلال قد تخلق مسارات عالية النفاذية.

تغييرات الفراش والوجه: اختلافات في التركيب المعدني والأسمنت خلال فترات قصيرة.

آثار مخاطر الحفر:

قد تنهار المناطق الرديئة المدمجة في الآبار.

يمكن أن تتسبب التحولات المفاجئة من الصخور الكثيفة إلى الصخور الضعيفة في انزلاق العصا أو ارتداد قليل أو معدلات اختراق ضعيفة.

يمكن أن تؤدي كثافة الكسر العالية إلى فقدان الدورة الدموية.

2. كسور وتجاويف وملامح كارست

غالبا ما تحتوي خزانات الكربونات على كسور طبيعية وتجاويف وأنظمة كارست، غالبًا ما توزع بشكل غير منتظم.

المخاطر المرتبطة بالكسور والتجاويف:

الدورة الدموية المفقودة: هروب سوائل الحفر إلى تجاويف كبيرة أو كسور مترابطة.

عدم استقرار ويلبور: قد تنهار التجاويف أو تتسبب في توسعات جيدة.

حساسية الوزن الطيني: الطين الزائد الوزن قد يكسر التشكيل أكثر؛ وقد يسبب نقص الوزن الانهيار.

الطبيعة التي لا يمكن التنبؤ بها للكسور والفراغات تجعل من الصعب الحفاظ على سلامة الآبار وتتطلب تخطيطاً ورصدًا بعناية لخصائص سوائل الحفر.

3. توافق سوائل الحفر والمخاطر الكيميائية

الكربونات هي تشكيلات تفاعلية يمكنها التفاعل كيميائيًا مع سوائل الحفر.

الاعتبارات الرئيسية:

المعادن القابلة للذوبان بالحمض: يمكن أن تذوب الكربونات إذا تعرضت لسوائل عدوانية، مما يؤدي إلى تضخم الآبار أو غسيل الآبار.

المعادن والإضافات الطينية: بعض السوائل قد تزعزع استقرار الصلصال أو الغرامات داخل الأسواق، مما يزيد من خطر الالتصاق أو سد الجسور.

تلف الترشيح والتشكيل: اختيار السائل غير الصحيح يمكن أن يقلل من قوة التشكيل حول الآبار.

يمكن أن يؤدي عدم التطابق بين كيمياء السوائل الحفر وتفاعلية الكربونات إلى تفاقم عدم الاستقرار الميكانيكي وزيادة المخاطر التشغيلية.

4. تحديات استقرار ويلبور

يعد الحفاظ على استقرار ويلبور في الكربونات تحديا بسبب:

علم الليثولوجيا المتغيرة: تتفاعل الطبقات الكثيفة والضعيفة بشكل مختلف مع الإجهاد.

اتجاه الكسر: قد تنهار التشكيلات المكسورة بشكل طبيعي على طول طائرات الضعف.

حساسية الإجهاد: بعض الكربونات هشة للغاية وقد تفشل تحت الإجهاد الناجم عن الحفر.

تتطلب هذه العوامل تصميمًا دقيقًا للوزن الطيني، ورصدًا في الوقت الفعلي، ومعايير الحفر المتحكم بها لمنع عمليات الغسيل، أو الانزلاق، أو حوادث الأنابيب العالقة.

5. أداء الحفر ومعدل الاختراق

اختيار بت المثقاب والأداء أمران بالغ الأهمية في الكربونات:

الطبقات الصلبة: الحجر الجيري الكثيف قد يتسبب في ارتداء قليل وانخفاض معدلات الاختراق.

طبقات ناعمة أو مبتكرة: قد تؤدي إلى الاهتزاز المفرط، اختراق غير منتظم، وضعف التحكم في الاتجاه.

علم الليثولوجيا المختلطة: يتطلب الاختلاف المستمر معلمات الحفر التكييفية لتحسين الأداء ومنع الأعطال الميكانيكية.

عدم مطابقة نوع البت وسرعة الدوران مع خصائص التكوين يزيد من احتمالية عدم إنتاج الوقت (NPT).

6. الدورة المفقودة وإدارة السوائل

يعد فقدان الدورة الدموية خطرًا كبيرًا في الكربونات بسبب الكسور والفيج وقنوات التفكك:

يمكن أن يتسبب في فقدان الطين، مما يؤدي إلى عدم كفاية الضغط الهيدروستاتيكي ومشاكل في التحكم الآبار.

قد يؤدي إلى انهيار التشكيل أو أنبوب عالق أو انفجارات إذا لم يتم إدارته.

تتطلب إدارة سوائل بعناية، غالباً باستخدام مواد الدورة الدموية المفقودة (LCMs) أو ضبط خصائص السوائل.

حتى من الناحية النظرية، فهم آليات التداول المفقود أمر ضروري لتصميم استراتيجية الحفر الاستباقية.

7. الضغط الزائد وتغير تدرج الكسر

غالبًا ما تظهر الكربونات أنظمة ضغط لا يمكن التنبؤ بها:

يمكن أن تتطور الضغوط المحلية في المقصورات المعزولة.

تختلف تدرجات الكسر بشكل كبير بسبب عدم التجانس والكسور الطبيعية.

ضمناً: اختيار وزن الطين أمر صعب، لأن الطين الثقيل جدًا قد يكسر التشكيل بينما الخفيف جدًا قد يسبب انهيارًا.

الفهم النظري لهذه الاختلافات أمر حاسم لتوقع المخاطر وتخطيط الحفر.

8. مخاطر حفر الآبار الاتجاهية والمعقدة

حفر الآبار المنحرفة أو الأفقية في الكربونات يضاعف المخاطر:

مشاكل تنظيف الثقوب: قد تتراكم القطع في المناطق المنخفضة الكثافة أو التجاويف.

زيادة عزم الدوران والسحب: صلابة التكوين غير المتساوية تؤثر على كفاءة الحفر.

التحكم في مسار ويلبور: قد تحرف الكسور والطبقات غير المتجانسة البت عن المسار المخطط له.

هذه العوامل تبرز أهمية وضع النمذجة قبل الحفر والرصد المستمر أثناء عمليات الحفر.

خاتمة

يمثل الحفر في تكوينات الكربونات مخاطر نظرية فريدة بسبب الطبيعة غير المتجانسة للصخر، والكسور الطبيعية، والتجاويف، والتفاعل الكيميائي. وتشمل المخاطر الكبرى عدم استقرار جيد، وفقدان الدورة الدموية، وتآكل الحفر، واستجابات الضغط غير المتوقعة، والتحديات في الحفر الاتجاهي.

الفهم الشامل لهذه المخاطر - دون الحاجة إلى دراسات حالات ميدانية - يؤكد على أهمية التخطيط قبل الحفر، واختيار سوائل الحفر، والرصد في الوقت الفعلي، وممارسات الحفر التكيفية. معالجة هذه المخاطر نظريًا تزود مهندسي الحفر بالمعرفة اللازمة لتوقع المشاكل، وتقليل الوقت غير المنتج، والحفاظ على السلامة في خزانات الكربونات المعقدة.

من خلال التركيز على التفاعلات الميكانيكية والتشغيلية والكيميائية الكامنة في الكربونات، يمكن للمهندسين إدارة عمليات الحفر بشكل أفضل وتحقيق بناء آبار أكثر أمانًا وكفاءة.

بقلم الدكتور نبيل سامح

-مدير تطوير الأعمال (BDM) في شركة نيلكو

-مدرب بترول دولي معتمد

-أستاذ في شركات وأكاديميات استشارات تدريبية متعددة، بما في ذلك Enviro Oil، أكاديمية زاد، وديب هورايزون، إلخ.

-محاضر بالجامعات داخل مصر وخارجها

- مساهم في مقالات قطاع البترول لمجلات بتروكرافت و بتروتوداي وغيرها.