المسامية الصخرية
لتعيين خصائص الطبقات النفطية والغازية و التي تشكل الأسس التي تعتمد عليها كافة عمليات الإستثمار للمكامن النفطية والغازية بدءاً من عمليات التنقيب و الاستكشاف و انتهاءاً بعمليات استخراج النفط و الغاز لذا بداية من الضروري معرفة:
1- مسامية الصخور.
2- درجة تشبع الصخور بالماء والنفط والغاز عند شروط مختلفة .
3- التركيب الحبيبي للصخور.
4- نفوذية الصخور.
5- الصفات الخزنية الصخور المتشققة .
6- السطح النوعي .
7- الصفات الشعرية .
وسنتعرف في هذا المقال على أحد أبرز الصفات الخزنية للصخور الخازنة للنفط والغاز المتمثلة بالمسامية الصخرية
إقرأ أيضاً التشقق في المكامن
مفهوم المسامية الصخرية :
تتألف الصخور المكمنية من حبيبات صلبة مرتبطة مع بعضها بملاط إسمنتي يتفاوت من صخر إلى آخر ، وتتوضع الفراغات المسامية بين الحبيبات المذكورة كما هو مبين في الشكل (1) حيث تحتوي هذه الفراغات على الموائع الطبقية وتسمح لها بالحركة من خلالها ، تمثل المسامية المطلقة لعينة ما النسبة بين حجم جميع الفراغات المسامية VP وحجم العينة الكلية Vt أي أن :
ويعبر عن ذلك رياضياً بالعلاقة التالية :
يعبر عادة عن المسامية إما بالنسبة المئوية أو بالقيمة الجزئية إلى جانب المسامية المطلقة المذكورة أعلاه ، هناك اصطلاح آخر لهذه المسامية يسمى بالمسامية الفعالة وتمثل النسبة بين حجم الفراغات المسامية المتصلة مع بعضها (والحاوية على السوائل الطبقية والتي تتم من خلالها عملية الارتشاح) وحجم العينة الكلي:
كما يمكن أن تتواجد في العينة المدروسة مسامات غير متصلة مشكلة ما يسمى المسامية الميتة و بالتالي المسامية المطلقة تمثل المسامية الفعالة + المسامية الميتة:
تتعلق المسامية بأبعاد الحبيبات المشكلة للصخر وبتوزعها وبالتالي فإن :
1. الترتيب المكعبي للحبيبات الكروية سيعطي مسامية عظمى بحدود 47.6 %.
2. الترتيب المعيني للحبيبات الكروية سيعطي مسامية عظمى بحدود 26%.
3. الترتيب المكعبي للحبيبات الكروية ذو بعدين مختلفين سيعطي مسامية عظمی بحدود 12.5 %.
إقرأ أيضاً المركبات غير العضوية في النفط
تقسم المسامات من حيث مبدأ تشكلها إلى قسمين :
1- المسامات الأولية .
2- المسامات الثانوية .
تتشكل المسامات الأولية بين الحبيبات المكونة للصخور أثناء عملية الترسيب وتكون الصخور المكمنية ، أما المسامات الثانوية فتتشكل نتيجة لعمليات تفتت الصخور وانحلالها وتشكل الشقوق نتيجة لتقلص الصخور (مثلا عملية الدلمتة) انظر الأشكال التالية :
العوامل المؤثرة على الأوساط المسامية للصخور الخازنة :
تؤثر على صفات الوسط المسامي بالدرجة الأولى أبعاد القنوات المسامية ، حيث تقسم اعتماداُ على ذلك إلى ثلاث مجموعات :
1-فوق شعرية وأبعادها أكبر من 0.5 مم.
2-شعرية وأبعادها من 0.5-0.0002 مم ( 0.2 ميكرون ).
3-تحت شعرية وأبعادها أقل من 0.0002 مم
تمرر القنوات والمسامات الكبيرة (فوق الشعرية النفط والماء والغاز من خلالها بحرية أكبر من القنوات الشعرية التي تؤثر عليها القوى الشعرية أثناء حركة الموائع الطبقية . أما القنوات تحت الشعرية فنتيجة لقوة الشد التي تقابل حركة مرور السوائل ضمنها من قبل جدران القنوات المسامية ذوات المقاسات الصغيرة وعلى الرغم من أن مساميتها جيدة فيمكننا اعتبارها عمليا غير نفوذة ، أو ذات نفوذية ضعيفة جدة ، مثال على ذلك الصخور الغضارية.
تتكون المكامن النفطية الجيدة من الصخور ذات القنوات الشعرية وفوق الشعرية . اعتمادا على ما ذكر أعلاه يمكن القول إنه ليس في كل الظروف الطبيعية ولدى فارق ضغط معين تستطيع السوائل والغازات الطبقية المرور من خلال جميع الفراغات المسامية الموجودة في الصخر. نورد فيما يلي المجالات التي تتراوح ضمنها مسامية الأنواع المختلفة من الصخور :
1- الرملية وتتراوح مساميتها من 10 – 40% وتتوقف على طبيعة الملاط الإسمنتي وحالة تماسكه.
2- الكلسية والدولوميتية من 5- 25%.
3-الغضارية من 20 -45% وتعتمد على المنشأ والعمق
عموما يمكننا القول أن المسامية يمكن أن نصنفها كما يلي :
1-سيئة ϴ> 5%
2-ضعيفة>5 ϴ> 10
3-جيدة >10 ϴ> 20
4-جيدة جداً ϴ< 20%
الطرق المخبرية لقياس مسامية الصخور:
الطرق المباشرة لقياس المسامية مختلفة وتعتمد على طبيعة العينة وأبعادها هناك نوعان من العينات:
1- العينات المستخرجة حديثة والمصانة (طريقة جمع الموائع) .
2- العينات المكشوفة والمغسولة .
تحتوي العينات المستخرجة حديثة على الغاز والماء والنفط ، ويحدد مقدار احتواء العينة على الماء والنفط بواسطة التقطير عند الضغط الجوي (Retort method) .
قياس المسامية للعينات المغسولة :
تحدد المسامية من العلاقة التالية :
Vp/Vt =Vt -Vs / Vt =1-Vs/Vt=Ø
وبما أن كتلة العينة MT وكتلة حبيبات هذه العينة Ms متساوية لذا يمكننا كتابة العلاقة السابقة بالشكل التالي:
= 1- ρt – ρs ) Ø)
حيث :
ρt : كثافة العينة .
ρs : كثافة حبيبات هذه العينة .
من العلاقتين السابقتين نستنتج أنه لتعيين المسامية يمكننا الاكتفاء بمعرفة حجم الفراغات المسامية وحجم العينة الكلي ، أو كثافة العينة وكثافة الحبيبات .
تحضير العينات:
يمكن أن يكون للعينات المحضرة شكل هندسي (مكعب أو اسطوانة) أو أي شكل آخر ،الأجهزة والطرق المستخدمة لغسل العينات هي:
1- ساکس لیت
Soxhlet -2
3-دين وستارك ( Dean- Starte ) .
4- الطاردة المركزية (Centrifuging) .
5- الإعادة بالتفريغ (Vacuum retorting) .
الطرق التي تتضمن الاستخلاص والطرد المركزي سريعة جدا وفعالة للعينات الصخرية العادية ، أما الإعادة بالتفريغ فهي بدون شك الحل الأفضل للعينات الكبيرة باستثناء العينات الغضارية ، يستعمل أثناء الاستخلاص مذيبات كالتولوين ، الكلوروفورم ، الاسيتون ، الهكسان وغيرها. تعتبر عملية التجفيف بعد الاستخلاص مهمة جدا وفي بعض الحالات تعتبر طريقة التجفيف بالتفريغ عند درجات حرارة منخفضة ممكنة أيضا ًتعتبر عمليات الاستخلاص والغسل والتجفيف للعينات ضرورية جدا قبل القيام بالقياسات المطلوبة .
المراجع :
– فيزياء الطبقة النفطية والغازية ، د . عبد الأحد ،جورج ، منشورات جامعة البعث في الجمهورية العربية السورية.
– دراسة خصائص المكامن النفطية ، دراسة لنيل درجة البكالوريوس في الهندسة النفطية