The distribution of movable fluid and its coupling influencing factors in ultra-low permeability sandstone reservoirs: a case study of Chang 6 member, Wuqi area, Ordos Basin

تخيل القشرة الأرضية كأنها إسفنجة عملاقة وقديمة مصنوعة من الصخر. لعقود من الزمن، حاول العلماء عصر هذه الإسفنجة لاستخراج النفط منها. لكن ليست كل الإسفنجات متساوية؛ فبعضها يشبه إسفنجة المطبخ ذات الثقوب الكبيرة والمفتوحة حيث يتدفق الماء (أو النفط) بحرية، بينما البعض الآخر يشبه الطوبة الكثيفة أو إسفنجة ضيقة للغاية حيث تكون الثقوب مجهرية، ويكون السائل عالقاً فيها بفعل قوى تعمل مثل الغراء غير المرئي. هذا هو عالم "الخزانات ذات النفاذية شديدة الانخفاض". في هذه الصخور الضيقة، لا يستقر النفط هناك فحسب، بل يكون في حالة "شد وجذب" بين مسام الصخر الدقيقة والسائل الذي يحاول الحركة. السؤال الكبير لشركات الطاقة هو: ما هي كمية النفط "القابلة للحركة" فعلياً؟ إذا كان النفط عالقاً في مسام صغيرة جداً أو ضيقة للغاية، فهو بلا فائدة. أما إذا كان في ثقوب بالحجم المناسب، فيمكن ضخه لتشغيل سياراتنا وتدفئة منازلنا. إن فهم حجم وشكل هذه الثقوب المجهرية هو المفتاح لإطلاق الطاقة المحبوسة في أعماق الأرض.

تتعمق هذه الورقة البحثية في جزء محدد من هذا العالم الموجود تحت الأرض: عضو "تشانغ 6" (Chang 6) في منطقة "ووكي" (Wuqi) في حوض أوردوس بالصين. فكر في هذه المنطقة كأنها طبقة صخرية ضيقة جداً تحتفظ بالنفط ولكن من الصعب تصريفها بشكل ملحوظ. أراد الباحثون، بقيادة هونغلي زونغ، معرفة أين يختبئ النفط "القابل للحركة" بالضبط في هذه المساحات الصغيرة، وما الذي يجعل بعض الصخور أفضل من غيرها في السماح للنفط بالتدفق. لم يعتمدوا على التخمين؛ بل أخذوا عينات صخرية حقيقية، وسحقوها، وفحصوها تحت مجاهر قوية، وحتى استخدموا آلة تعمل مثل مسدس مائي عالي الضغط لمعرفة كيفية اتصال المسام ببعضها البعض.

إليكم ما وجدوه، والأمر يشبه إلى حد كبير فرز غرفة فوضوية إلى مجموعتين مختلفتين تماماً.

أولاً، اكتشفوا أن هذه الصخور هي مزيج نوعاً ما. فهي تتكون في الغالب من الكوارتز والفلسبار (اللذين يشبهان وحدات البناء الأساسية للرمل)، مع بعض الشظايا الصخرية المضافة. لكن القصة الحقيقية تكمن في الثقوب. وجد الباحثون أن النفط لا يطفو في بركة واحدة كبيرة؛ بل هو محبوس في شبكة من المسام التي يتراوح حجمها من حجم حبة الرمل وصولاً إلى حجم الفيروس. لقد قاموا بقياس "تشبع السوائل القابلة للحركة" — أي النسبة المئوية للنفط الذي يمكنه التحرك فعلياً — عبر عيناتهم. تراوحت الأرقام بين 31.38% و 62.67%. هذا فرق هائل! فبعض الصخور كانت تحتوي على أكثر من نصف نفطها جاهزاً للتدفق، بينما لم تملك الأخرى سوى الثلث بالكاد.

أدرك الفريق أنه يمكنهم تقسيم جميع عينات الصخور إلى فريقين متميزين: النوع الأول (Type I) و النوع الثاني (Type II).

عينات النوع الأول هي الصخور "المحظوظة". توجد عادة في منتصف أو أعلى طبقات الرمل السميكة، مثل الطريق السريع الرئيسي للنهر القديم الذي رسب الرمال. هذه الصخور تحتوي على نسبة أعلى من الفلسبار، والأهم من ذلك، تحتوي على المزيد من "المسام المذابة". تخيل كتلة من الجبن السويسري حيث تم أكل الثقوب فيها بواسطة الحمض، مما جعلها أكبر وأكثر اتصالاً. في هذه الصخور، تكون الثقوب أكبر، وغالباً ما تكون في نطاق "الميكرون" (واحد من مليون من المتر). ولأن الثقوب أكبر وأكثر اتصالاً، يمكن للنفط أن يتحرك بسهولة أكبر. وكانت هذه العينات تمتلك أعلى تشبع للسوائل القابلة للحركة، بمتوسط قدره حوالي 54.86%.

أما عينات النوع الثاني فهي الصخور "الضيقة". توجد في الطبقات الرقيقة أو في أسفل أجسام الرمال، وغالباً ما تكون مختلطة بمزيد من الطين. هذه الصخور تحتوي على المزيد من المسام النانوية الصغيرة والروابط الضيقة جداً. الأمر يشبه محاولة دفع الماء عبر إسفنجة كثيفة مقابل شبكة من المنخل. النفط هنا عالق في الزوايا والشقوق الصغيرة. هذه العينات كانت تمتلك تشبعاً أقل بكثير للسوائل القابلة للحركة، بمتوسط قدره حوالي 41.59%.

كان أحد الاكتشافات الأكثر إثارة للاهتمام هو حجم الثقوب. وجد الباحثون أن كمية النفط التي يمكنها التحرك مرتبطة بقوة بوجود مسام "بمقياس الميكرون" (ثقوب بين 0.3 ميكرومتر و 3 ميكرومتر). إذا كان الصخر يمتلك شبكة جيدة من هذه الثقوب متوسطة الحجم، فإن النفط يتدفق. أما إذا كان يمتلك فقط ثقوباً نانوية صغيرة، فإن النفط يبقى عالقاً. هذا فرق جوهري بين هذه الصخور "شديدة انخفاض النفاذية" وصخور "الحجر الرملي الضيق" الأخرى. في أكثر الصخور ضيقاً، يُجبر النفط على الدخول في أصغر الثقوب النانوية، مما يجعل استخراجه صعباً للغاية. ولكن في صخور "تشانغ 6" المدروسة هنا، فإن وجود تلك الثقوب الميكرونية الأكبر قليلاً يحدث فرقاً هائلاً.

كما نظرت الورقة البحثية في كيفية تشكل الصخور وتغيرها بمرور الوقت. ووجدوا أن الصخور مرت بعملية تسمى "التراص" (compaction)، حيث أدى وزن الأرض فوقها إلى سحق المسام وإغلاقها، مما قلل المساحة الأصلية بنسبة 65% إلى 85%. ثم جاءت عملية "السمنتة" (cementation) (حيث تقوم المعادن بلصق الحبيبات معاً) لتقلل المساحة بنسبة أخرى تتراوح بين 15% إلى 35%. ورغم كل هذا الضغط، نجحت صخور النوع الأول في الحفاظ على مسامها الكبيرة مفتوحة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن الفلسبار فيها ذاب بمرور الوقت، مما خلق مساحات جديدة وأكبر لاختباء النفط فيها.

إذاً، ما هي الخلاصة؟ يقترح الباحثون أنه للعثور على "النقاط المثالية" حيث يمكن ضخ النفط فعلياً من هذه الصخور الضيقة، يجب البحث عن الصخور ذات المسام الميكرونية الأكثر تطوراً. الأمر لا يتعلق فقط بكمية النفط الموجودة؛ بل يتعلق بما إذا كان للنفط طريق ليسلكه. إذا كان الطريق ضيقاً جداً (على مقياس النانو)، فسيبقى النفط عالقاً. أما إذا كان الطريق واسعاً بما يكفي (على مقياس الميكرون)، فيمكن للنفط أن يتحرك. تظهر هذه الدراسة أنه حتى في الصخور الضيقة جداً، فإن الفرق بين صخرة تنتج النفط وأخرى لا تنتجه غالباً ما يعود إلى حجم الثقوب المجهرية ومدى ترابطها.