النمذجة المتقدمة لتشبع الموائع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط
بقلم: د. نبيل سامح
1. المقدمة
تحتوي المكامن الكربوناتية على نسبة كبيرة من الاحتياطيات الهيدروكربونية المتبقية عالميًا، ومع ذلك فهي تُعد من أكثر الأنظمة تعقيدًا من حيث التوصيف والنمذجة الدقيقة. ويُعد التنبؤ بتوزيع تشبع الموائع وتمثيله بدقة من أكبر التحديات في هندسة المكامن الكربوناتية، خاصة في الأنظمة ذات البلل المختلط. وعلى عكس المكامن ذات البلل المائي الكامل أو البلل النفطي الكامل، تُظهر المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط تباينًا مكانيًا في خصائص البلل على مستوى المسام وحبيبات الصخور، مما يؤدي إلى أنماط تشبع غير منتظمة وسلوك تدفق متعدد الأطوار بالغ التعقيد.
تهدف النمذجة المتقدمة للتشبع إلى تمثيل هذه التعقيدات من خلال دمج المفاهيم الجيولوجية والبترولوجية وتفاعلات الصخر مع الموائع ضمن أطر نظرية متكاملة. ففي هذه الأنظمة، لا يتحكم في التشبع شكل المسام أو قوى الشعرية فقط، بل تؤثر أيضًا التباينات المعدنية، وكيمياء الأسطح، والتغيرات الدياجينية، وتاريخ تماس الموائع مع الصخور. وتتفاعل هذه العوامل عبر مقاييس مكانية متعددة تبدأ من الأغشية السطحية على مستوى النانو وصولًا إلى شبكات الاتصال على مستوى المكمن بالكامل.
يقدم هذا المقال عرضًا نظريًا شاملًا لمفاهيم النمذجة المتقدمة لتشبع الموائع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط، مع التركيز على آليات المسام الدقيقة، وتطور البلل، واستراتيجيات تصنيف الصخور، وسلوك التشبع، وتحديات التوسيع الحجمي، والتفاعلات الديناميكية بين الموائع والأسطح الصخرية.
2. تعقيد نظام المسام في الصخور الكربوناتية
تتميز الصخور الكربوناتية بتنوع كبير في أنظمة المسام نتيجة لاختلاف البيئات الترسيبية والتأثيرات الدياجينية اللاحقة. وغالبًا ما تتعايش مسام بين الحبيبات، ومسامات قالبية، وفراغات كبيرة، ومسامات دقيقة، وشقوق، ومسامات بلورية داخل الحجم الصخري نفسه. ويؤدي هذا التنوع إلى تغاير كبير في أقطار أعناق المسام ودرجات الاتصال بينها ومساحة السطح المعرضة للموائع، وهو ما يؤثر بشكل مباشر في توزيع التشبع محليًا.
في ظروف البلل المختلط، تُظهر المسام المختلفة والأسطح المعدنية المتعددة سلوكيات بلل متباينة. فالمسام الدقيقة غالبًا ما تحتفظ بأغشية مائية بسبب القوى السطحية القوية، بينما تميل المسام الأكبر إلى استضافة الموائع الهيدروكربونية. وينتج عن ذلك توزيع غير منتظم للتشبع على مستوى المسام، حيث تشغل المياه والنفط والغاز مسارات منفصلة لكنها مترابطة.
النمذجة المتقدمة لتشبع الموائع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط
ويؤدي وجود أسطح ذات بلل نفطي وأخرى ذات بلل مائي داخل الشبكة المسامية نفسها إلى توزيع غير متجانس للموائع لا يمكن وصفه بعلاقات تشبع أحادية الاتجاه. لذلك، يجب أن تتجاوز النمذجة المتقدمة للتشبع الافتراضات الهندسية المبسطة، وأن تأخذ في الاعتبار الأنظمة المسامية متعددة المقاييس، حيث تتحكم هرمية الاتصال بين المسام في توزيع الموائع أكثر من حجم المسام وحده.
3. تباين البلل وحالات البلل المختلط
نادرًا ما يكون البلل في المكامن الكربوناتية متجانسًا. وتنشأ أنظمة البلل المختلط عندما تتغير خصائص بعض الأسطح الصخرية نتيجة لتعرضها للنفط أو الأحماض العضوية أو عمليات الذوبان والترسيب المعدني، بينما تحتفظ أسطح أخرى بخصائص بلل مائي بسبب استقرارها المعدني أو استمرار وجود الأغشية المائية.
تُميز التفسيرات النظرية للبلل المختلط بين البلل البنيوي والبلل المستحث. فالبلل البنيوي يتحكم فيه التركيب المعدني وخصائص الأسطح البلورية، بينما يتطور البلل المستحث نتيجة امتصاص المركبات العضوية القطبية من النفط الخام على الأسطح الصخرية. وتُعد الكربونات أكثر عرضة لتغير البلل بسبب التفاعل القوي بين أسطح الكالسيت والدولوميت والمركبات العضوية.
وينتج عن ذلك أنماط بلل حيث تسود الأسطح ذات البلل النفطي في المسام الأكبر وعلى الوجوه البلورية المكشوفة، بينما يستمر البلل المائي في المسام الدقيقة وأعناق المسام الضيقة. ونتيجة لذلك، تصبح القوى الشعرية متغيرة مكانيًا، وقد يختلف اتجاه التشرب التلقائي أو التصريف محليًا داخل نفس الحجم الصخري.
لذا، يجب أن تتعامل النمذجة المتقدمة للتشبع مع البلل كخاصية موزعة مكانيًا وليست تصنيفًا واحدًا على مستوى المكمن بالكامل، مع الاعتماد على أطياف بلل أو توزيعات احتمالية لحالات البلل المختلفة التي تتعايش وتتطور أثناء حركة الموائع.
4. السلوك الشعري في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط
يختلف سلوك الضغط الشعري في المكامن ذات البلل المختلط جذريًا عن الأنظمة ذات البلل المنتظم. فبدلًا من وجود علاقة واحدة بين التشبع والقوى الشعرية، قد تظهر عدة حالات توازن اعتمادًا على تاريخ التشبع والبلل المحلي.
في هذه الأنظمة، قد تحتل المياه المسام الدقيقة كأغشية مستقرة، بينما يشغل النفط المسارات الأكبر المتصلة، حتى في الحالات التي تُفضل فيها القوى الشعرية عادةً تقدم الماء. ويؤدي ذلك إلى استمرار اتصال الهيدروكربونات عند نسب تشبع مائي مرتفعة نسبيًا، مما يزيد من القدرة على التدفق لكنه يعقد عملية التنبؤ بالتشبع.
كما تختلف آليات الاحتجاز الشعري بين أنواع المسام، حيث قد يُحتجز النفط داخل الفراغات المعزولة بينما تبقى المياه محتجزة داخل المسام الدقيقة. ويُشكل هذا الفصل المكاني بين الأطوار المحتجزة تحديًا لمفهوم التشبع المتبقي التقليدي، ويتطلب توصيفًا نظريًا أكثر تعقيدًا.
وبالتالي، يجب أن تدرك النمذجة المتقدمة أن التأثيرات الشعرية في الكربونات تحكمها العلاقة المشتركة بين بنية المسام وكيمياء الأسطح، وليس توزيع أحجام المسام فقط، مع التركيز على الاتصال الشبكي وتباين البلل كمحركات رئيسية لتوزيع التشبع.
5. تصنيف الصخور ومجالات التشبع
يُعد تصنيف الصخور عنصرًا أساسيًا في نمذجة التشبع في المكامن الكربوناتية. فالتصنيف التقليدي القائم على النسيج الترسيبي وحده لا يكفي للتنبؤ بسلوك التشبع، لأن العمليات الدياجينية غالبًا ما تعيد تشكيل الشبكة المسامية وتغير خصائص البلل.
تعتمد المقاربات النظرية المتقدمة على دمج الاستجابة البترولوجية، وبنية المسام، وميول البلل ضمن فئات صخرية مركبة. ويُنظر إلى كل فئة صخرية باعتبارها مجال تشبع يتميز بأنماط توزيع موائع وسلوك شعري واتصال خاص به.
وفي أنظمة البلل المختلط، قد تختلف قابلية الصخور لتغير البلل من نوع إلى آخر. فالأقمشة البلورية قد تُظهر ميولًا أقوى للبلل النفطي مقارنة بالصخور الطينية ذات المسامية الدقيقة العالية. لذلك، يجب أن تُخصص نماذج التشبع لكل نوع صخري ليس فقط خصائص المسامية والنفاذية، بل أيضًا خصائص البلل وسلوك توزيع الموائع.
وتعتمد النماذج النظرية الحديثة على أطر تصنيف هرمية، حيث تُقسم الفئات الترسيبية الأساسية إلى فئات فرعية بناءً على التعديل الدياجيني وهيمنة نوع المسام، مما يسمح بتمثيل أدق لسلوك التشبع عبر المقاييس المختلفة.
6. التطور الديناميكي للتشبع أثناء الجريان
لا يُعد التشبع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط خاصية ثابتة، بل يتغير ديناميكيًا مع حركة الموائع وتفاعلها مع الأسطح الصخرية وإعادة توزيعها بين أنظمة المسام المختلفة. وقد يستمر تغير البلل أثناء الإنتاج نتيجة تغير تركيب الموائع والضغط.
أثناء عمليات الإزاحة، قد يتقدم الماء بشكل تفضيلي عبر المسام الدقيقة، بينما تحافظ الهيدروكربونات على اتصالها عبر المسارات الأكبر، مما يؤدي إلى مناطق نفط متجاوزة تستمر حتى في ظل قوى إزاحة قوية. ومع مرور الوقت، قد تحدث إعادة توزيع نتيجة التوازن الشعري والانفصال بالجاذبية.
لذلك، يجب أن تأخذ النمذجة المتقدمة في الاعتبار الاعتماد على الزمن والمسار التاريخي للتشبع. فتوزيع الموائع لا يعتمد فقط على الظروف الحالية، بل أيضًا على تسلسل التلامس السابق بين الموائع والصخور، مما يؤدي إلى ظواهر هستيرية أكثر وضوحًا في أنظمة البلل المختلط.
وتتعامل النماذج المفاهيمية الحديثة مع التشبع كمتغير حالة يتأثر بالماضي والحاضر معًا، مما يستلزم تحديثًا ديناميكيًا أثناء المحاكاة بدلًا من الاعتماد على تهيئة ثابتة قائمة على افتراضات توازن أولي فقط.
7. التوسيع الحجمي للتشبع من مستوى المسام إلى مستوى المكمن
يُعد التوسيع الحجمي من مستوى المسام إلى مستوى المكمن من أعقد التحديات النظرية في نمذجة التشبع. فالمكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط تُظهر تغايرًا شديدًا عند مقاييس أصغر بكثير من حجم خلايا النماذج العددية، ومع ذلك فإن هذه الخصائص الدقيقة تتحكم بقوة في السلوك الكلي للجريان.
يتطلب التوسيع الحجمي ترجمة توزيعات التشبع المعقدة على مستوى المسام إلى علاقات فعالة تمثل السلوك المتوسط داخل كل خلية نموذجية. غير أن عمليات المتوسط البسيط قد تخفي مسارات الاتصال المهمة وتباينات البلل التي تتحكم في كفاءة الجريان واحتجاز الأطوار.
لذلك، تركز المقاربات النظرية المتقدمة على تحديد أحجام تمثيلية تلتقط أنظمة المسام السائدة وأنماط البلل الرئيسية. وبدلًا من الاعتماد على المتوسطات الهندسية فقط، يتم التركيز على الحفاظ على بنية الاتصال ومسارات الجريان المسيطرة داخل كل وحدة نمذجة.
ويرتبط التوسيع الحجمي للتشبع ارتباطًا وثيقًا باستراتيجيات تصنيف الصخور، حيث تعمل الفئات الصخرية المعرفة جيدًا كحامل لفيزياء المسام الدقيقة إلى مستوى المكمن من خلال تجميع سلوكيات تشبع متشابهة ضمن وحدات نمذجة متجانسة.
8. التكامل مع النماذج الجيولوجية والدياجينية
لا يمكن فصل نمذجة التشبع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط عن الفهم الجيولوجي والدياجيني. فعمليات الذوبان، والتلاحم، وإعادة التبلور تؤثر مباشرة في بنية المسام وكيمياء الأسطح، وبالتالي في خصائص البلل وتوزيع الموائع.
تؤكد الأطر النظرية المتقدمة على ضرورة دمج العمارة الترسيبية مع التأثيرات الدياجينية للتنبؤ بالاتجاهات المكانية لسلوك التشبع. فعلى سبيل المثال، قد تحتفظ مناطق التلاحم المبكر بمسامية بين حبيبية وبلل مائي، بينما تطور مناطق الذوبان أنظمة فجوية ذات ميول بلل نفطي.
ومن خلال ربط التطور الجيولوجي بالسلوك البترولوجي، يمكن لنماذج التشبع أن تعكس التاريخ التطوري للمكمن بدلًا من الاعتماد فقط على القياسات الحالية، مما يعزز الاتساق الجيولوجي ويقلل من عدم اليقين في التنبؤات.
الخاتمة
تمثل النمذجة المتقدمة لتشبع الموائع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط أحد أكثر التحديات تعقيدًا في توصيف المكامن والمحاكاة العددية. فالتعايش بين أنظمة مسام متعددة، وتباين البلل، والتفاعلات الديناميكية بين الموائع والصخور يؤدي إلى أنماط تشبع شديدة عدم التجانس لا يمكن تمثيلها باستخدام النماذج المبسطة المصممة للأنظمة المتجانسة أو ذات البلل المنتظم.
ويتطلب الفهم النظري لسلوك التشبع في هذه المكامن دمج فيزياء المسام الدقيقة، وتطور البلل، والاتصال الشعري، وأطر تصنيف الصخور، وسلوك الجريان الديناميكي، والتاريخ الجيولوجي ضمن نماذج مفاهيمية موحدة. ويجب التعامل مع التشبع كخاصية موزعة ومتغيرة تحكمها عوامل بنيوية وكيميائية معًا، وليس كدالة ثابتة لحجم المسام فقط.
وسوف تعتمد التطورات المستقبلية في نمذجة التشبع بشكل متزايد على التكامل متعدد المقاييس، حيث تُستخدم النماذج الجيولوجية لتوجيه السلوك البترولوجي، ويتم تحويل آليات المسام الدقيقة إلى تمثيلات على مستوى المكمن عبر مفاهيم توسعة فيزيائية قائمة على الاتصال الشبكي. وفي المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط، لا يمكن إلا لمثل هذه الأطر المتكاملة أن توفر نماذج تشبع واقعية وقابلة للتنبؤ تدعم قرارات تطوير المكامن بثقة عالية.
النمذجة المتقدمة لتشبع الموائع في المكامن الكربوناتية ذات البلل المختلط
بقلم : د. نبيل سامح
-مدير تطوير الأعمال (BDM) في شركة نيلكو
-مدرب دولي معتمد في مجال البترول
-أستاذ ومحاضر في عدة شركات تدريب واستشارات وأكاديميات، منها: Enviro Oil وZAD Academy وDeep Horizon وغيرها
-محاضر بالجامعات داخل وخارج مصر
-كاتب ومساهم بمقالات في قطاع البترول بمجلتي Petrocraft وPetrotoday وغيرهما
