Field Comparative Evaluation of Distributed Fiber-Optic Sensing and MAPS PLT for Segregated Fracturing Horizontal Wells

في أعماق الأرض، حيث يُحبس النفط والغاز في طبقات صخرية، يواجه المهندسون تحدياً مستمراً: معرفة مكان خروج الوقود من البئر بدقة. في عمليات الحفر الحديثة، غالباً ما يتلوى بئر واحد أفقياً لمئات الأمتار، مخترقاً امتداداً طويلاً من الصخور التي فُتحت بفعل السوائل عالية الضغط لإطلاق الموارد المحتبسة. ولضمان نجاح هذه الاستثمارات الضخمة، يجب على الشركات قياس "ملف الإنتاج"، وهو خريطة تفصيلية توضح كمية النفط والماء التي يساهم بها كل قسم محدد من البئر. وبدون هذه الخريطة، يعمل المشغلون وكأنهم يطيرون بلا رؤية، غير قادرين على معرفة ما إذا كان صدع معين في الصخر منتجاً أم أن السائل يأتي من المكان الخطأ. لعقود من الزمن، كانت الطريقة القياسية للحصول على هذه الخريطة هي إنزال أداة مادية عبر كابل إلى داخل البئر، تماماً مثل الطبيب الذي يستخدم السماعة الطبية للاستماع وقياس التدفق مباشرة. ومع ذلك، فإن لهذه الأدوات حدوداً؛ فهي طويلة وصلبة، مما يجعل من الصعب المناورة بها عبر المسارات الضيقة والمنحنية للبئر الأفقي، وغالباً ما تتعثر أو تفشل في الوصول إلى نهاية الخط تماماً.

وقد ظهر نهج جديد لحل هذه المشكلات، باستخدام خيط رفيع من الألياف الزجاجية يعمل كمستشعر مستمر يمتد على طول البئر بأكمله. فبدلاً من نقطة قياس واحدة، تستمع هذه الألياف إلى التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة والصوت الناتجة عن حركة السوائل عبر الصخور. وقد وضعت دراسة حديثة أجراها باحثون من الشركة الوطنية الصينية للنفط (CNPC) هذه الطريقة الجديدة جنباً إلى جنب مع الطرق التقليدية في العالم الحقيقي للمقارنة بينهما. أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت تقنية الألياف الضوئية الجديدة يمكن أن تضاهي دقة الأدوات التقليدية مع توفير موثوقية أفضل، وما إذا كان المنهجان يتفقان على الأجزاء المنتجة فعلياً من البئر.

أجرى الباحثون هذا الاختبار في حقل ليوهي النفطي في الصين، مع التركيز على أربعة آبار أفقية تم تكسيرها لإطلاق النفط والغاز. واختاروا بئراً محدداً، وهو BH303، لإجراء مقارنة تفصيلية ومباشرة لأنه قدم رؤية واضحة لعملية الإنتاج. في هذا البئر، الذي يمتد أفقياً لمسافة 641 متراً، استخدم الفريق أولاً نظام الألياف الضوئية الجديد. تضمن هذا النظام كبلاً متخصصاً يحتوي على ألياف زجاجية وخطوط طاقة، يتم سحبه إلى البئر بواسطة أنبوب ملفوف. استشعرت الألياف درجة حرارة السائل أثناء تدفقه خارج الصخر، ثم مرة أخرى عند إغلاق البئر. ومن خلال مقارنة تغيرات درجات الحرارة، استطاع النظام حساب مكان دخول السائل إلى البئر بدقة. استغرقت هذه العملية حوالي 29 ساعة وتطلبت استقرار البئر، مما وفر صورة مستمرة وغير منقطعة للبئر بأكمله، رغم أن البيانات من أول مجموعة (cluster) عند طرف البئر (toe) لم يتم الحصول عليها.

بعد ذلك، أنزل الفريق أداة تصوير المصفوفة التقليدية في نفس البئر. هذا الجهاز عبارة عن أداة طويلة وثقيلة محملة بمستشعرات تقيس سرعة السائل وكمية الماء المختلط بالنفط. وهي مصممة ليتم سحبها للأعلى والأسفل في البئر بسرعات مختلفة لالتقاط لقطة للتدفق. ومع ذلك، ثبت أن الطبيعة الفيزيائية لهذه الأداة كانت إشكالية؛ فخلال الاختبار، تعثرت الأداة الطويلة والصلبة عدة مرات في مجرى البئر. ورغم الجهود المبذولة لتنظيف البئر وسحب الأداة، لم تتمكن من الوصول إلى نهاية القسم الأفقي، مما أدى إلى فقدان البيانات من مجموعات التصدع الموجودة في الطرف البعيد. وفي المقابل، تحرك كابل الألياف الضوئية، لكونه رفيعاً ومرناً، عبر البئر دون مشاكل التعثر الميكانيكي التي عانت منها الأداة التقليدية، ملتقطاً البيانات من جميع مجموعات التصدع تقريباً، رغم أن مدة الاختبار لبئر مختلف (BH313) قد امتدت بسبب خلل في البيانات.

وعندما قارن الباحثون النتائج بين الطريقتين، كانت الصورة العامة متسقة بشكل ملحوظ. فقد اتفق كلا التقنيتين على الصورة الكبيرة: الجزء الأوسط والبداية ("العقب" أو heel) كانا ينتجان معظم النفط، بينما كان الطرف ("الأصبع" أو toe) ينتج القليل جداً. كما اتفقا على الأقسام المحددة الأكثر إنتاجية. ومع ذلك، عند النظر في التفاصيل الدقيقة لمجموعات التصدع الفردية، كانت هناك اختلافات طفيفة في الأرقام الدقيقة. فعلى سبيل المثال، قد تشير إحدى الطريقتين إلى أن قسماً معيناً ينتج كمية من الماء أكثر قليلاً من الطريقة الأخرى، لكن الاتجاه العام ظل كما هو. ووجدت الدراسة أن طريقة الألياف الضوئية كانت جيدة بشكل خاص في مطابقة الأداة التقليدية عند النظر إلى البئر في أقسام كبيرة، أو "مراحل"، بدلاً من مستوى كل صدع صغير على حدة.

كما بحث الباحثون في الأسباب التي جعلت بعض أجزاء البئر تنتج أكثر من غيرها، ووجدوا أن جودة الصخر نفسه كانت المحرك الرئيسي. فالأجزاء ذات الصخور الأكثر مسامية والنفاذية الطبيعية الأعلى أنتجت المزيد من النفط، بغض النظر عن أداة القياس المستخدمة. وقد أكد هذا أن كلا الطريقتين موثوقتان بما يكفي للوثوق بالبيانات الجيولوجية التي تجمعانها. وخلصت الدراسة إلى أنه بينما لا تزال الأدوات التقليدية مفيدة، إلا أن نظام الألياف الضوئية يوفر ميزة واضحة في الآبار الصعبة حيث يشكل خطر التعثر خطراً حقيقياً. فهو يوفر رؤية كاملة ومستمرة للبئر دون الإخفاقات الميكانيكية التي تعاني منها الأدوات الأقدم والأكثر ضخامة. وتشير النتائج إلى أنه في المستقبل، يمكن للمشغلين الاعتماد على طريقة الاستشعار المستمر هذه للحصول على فهم أوضح وأكثر أماناً واكتمالاً لكيفية أداء آبارهم، مما يضمن أن الهندسة المعقدة لتكسير الآبار الأفقية تسترشد بمعلومات دقيقة وفورية.