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

पृथ्वी की पपड़ी (क्रस्ट) की कल्पना एक विशाल, प्राचीन स्पंज के रूप में करें जो चट्टान से बना है। दशकों से, वैज्ञानिक इस स्पंज से तेल निकालने की कोशिश कर रहे हैं। लेकिन सभी स्पंज एक जैसे नहीं होते। कुछ रसोई वाले स्पंज की तरह होते हैं जिनमें बड़े, खुले छेद होते हैं जहाँ पानी (या तेल) स्वतंत्र रूप से बहता है। अन्य एक घने ईंट या बहुत कसकर बंधे स्पंज की तरह होते हैं जहाँ छेद सूक्ष्म होते हैं, और तरल पदार्थ उन सूक्ष्म बलों द्वारा फंसा होता है जो अदृश्य गोंद की तरह काम करते हैं। यह "अल्ट्रा-लो परमीबिलिटी" (अति-निम्न पारगम्यता) वाले जलाशयों की दुनिया है। इन सख्त चट्टानों में, तेल केवल वहां बैठा नहीं रहता; यह चट्टान के सूक्ष्म छिद्रों और गति करने की कोशिश करने वाले तरल के बीच एक खींचतान (tug-of-war) है। ऊर्जा कंपनियों के लिए बड़ा सवाल यह है कि: उस तेल में से वास्तव में कितना "हिलने योग्य" (movable) है? यदि तेल उन छिद्रों में फंसा है जो बहुत छोटे या बहुत संकीले हैं, तो वह बेकार है। यदि यह सही आकार के छेदों में है, तो इसे हमारी कारों को चलाने और हमारे घरों को गर्म करने के लिए पंप किया जा सकता है। इन सूक्ष्म छिद्रों के आकार और आकृति को समझना ही जमीन के नीचे फंसे ऊर्जा को अनलॉक करने की कुंजी है।

यह शोध पत्र इस भूमिगत दुनिया के एक विशिष्ट हिस्से का गहरा अध्ययन करता है: चीन के ओरडोस बेसिन के वुकी क्षेत्र का चांग 6 सदस्य (Chang 6 member)। इस क्षेत्र को एक विशिष्ट, बहुत ही सख्त चट्टान की परत के रूप में समझें जिसमें तेल तो है लेकिन जिससे तेल निकालना बेहद कठिन है। शोधकर्ताओं ने, जिसका नेतृत्व होंली झोंग (Hongli Zhong) ने किया, यह पता लगाने की कोशिश की कि इन सूक्ष्म स्थानों में "हिलने योग्य" तेल वास्तव में कहाँ छिपा है और कौन सी चट्टानें तेल को बेहतर तरीके से बहने देती हैं। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने वास्तविक चट्टान के नमूने लिए, उन्हें कुचला, शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (microscopes) के नीचे देखा, और यहाँ तक कि एक विशेष मशीन का भी उपयोग किया जो उच्च-दबाव वाली वाटर गन की तरह काम करती है ताकि यह देखा जा सके कि छिद्र आपस में कैसे जुड़े हुए हैं।

यहाँ उन्हें क्या मिला, और यह एक बिखरे हुए कमरे को दो बहुत अलग ढेरों में छाँटने जैसा है।

सबसे पहले, उन्होंने पाया कि ये चट्टानें एक मिश्रण हैं। ये मुख्य रूप से क्वार्ट्ज और फेल्डस्पार (जो रेत के मुख्य निर्माण खंडों की तरह हैं) से बनी हैं, जिसमें कुछ चट्टानी टुकड़े भी शामिल हैं। लेकिन असली कहानी छिद्रों में है। शोधकर्ताओं ने पाया कि तेल केवल एक बड़े पूल में नहीं तैर रहा है; यह रेत के दाने से लेकर वायरस के आकार तक के छिद्रों के एक नेटवर्क में फंसा हुआ है। उन्होंने अपने नमूनों में "मूवेबल फ्लूइड सैचुरेशन" (हिलने योग्य तरल की संतृप्ति)—यानी, तेल का वह प्रतिशत जो वास्तव में हिल सकता है—को मापा। संख्याएँ 31.38% से 62.67% के बीच थीं। यह एक बहुत बड़ा अंतर है! कुछ चट्टानों में उनका आधा से अधिक तेल जाने के लिए तैयार था, जबकि कुछ में मुश्किल से एक तिहाई था।

टीम ने अपने सभी चट्टान के नमूनों को दो स्पष्ट टीमों में विभाजित किया: टाइप I और टाइप II।

टाइप I नमूने "भाग्यशाली" चट्टानें हैं। ये आमतौर पर मोटे रेत के स्तरों के बीच या ऊपर पाए जाते हैं, जैसे कि उस प्राचीन नदी का मुख्य राजमार्ग जिसने रेत जमा की थी। इन चट्टानों में फेल्डस्पार की मात्रा अधिक होती है और महत्वपूर्ण रूप से, इनमें अधिक "डिसॉल्व्ड पोर्स" (घुलित छिद्र) होते हैं। एक स्विस चीज़ (Swiss cheese) के ब्लॉक की कल्पना करें जहाँ एसिड द्वारा छेद खा लिए गए हैं, जिससे वे बड़े और अधिक जुड़े हुए हो गए हैं। इन चट्टानों में, छेद बड़े होते हैं, जो अक्सर "माइक्रोन" रेंज (एक-मिलियनवां मीटर) में होते हैं। क्योंकि छेद बड़े और बेहतर ढंग से जुड़े हुए हैं, इसलिए तेल अधिक आसानी से बह सकता है। इन नमूनों में हिलने योग्य तरल संतृप्ति सबसे अधिक थी, जिसका औसत लगभग 54.86% था।

टाइप II नमूने "सख्त" चट्टानें हैं। ये पतली परतों में या रेत के पिंडों के नीचे पाए जाते हैं, जिनमें अक्सर कीचड़ अधिक मिला होता है। इन चट्टानों में अधिक नैनो-आकार के छिद्र और बहुत संकीकर जुड़ाव होते हैं। यह एक घने स्पंज के बजाय एक जाली (mesh net) के माध्यम से पानी को धकेलने जैसा है। यहाँ तेल छोटे कोनों और दरारों में फंसा हुआ है। इन नमूनों में हिलने योग्य तरल संतृप्ति बहुत कम थी, जिसका औसत लगभग 41.59% था।

सबसे दिलचस्प खोजों में से एक छिद्रों का आकार था। शोधकर्ताओं ने पाया कि हिलने योग्य तेल की मात्रा "माइक्रोन-आकार" के छिद्रों (0.3μm और 3μm के बीच के छेद) की उपस्थिति से मजबूती से जुड़ी हुई है। यदि किसी चट्टान में इन मध्यम आकार के छेदों का एक अच्छा नेटवर्क है, तो तेल बहता है। यदि इसमें केवल नैनो-छिद्र हैं, तो तेल फंसा रहता है। यह इन "अल्ट्रा-लो परमीबिलिटी" वाली चट्टानों और यहाँ तक कि और भी सख्त "टाइट सैंडस्टोन" चट्टानों के बीच एक प्रमुख अंतर है। सबसे सख्त चट्टानों में, तेल को सबसे छोटे नैनो-छिद्रों में धकेला जाता है, जिससे इसे बाहर निकालना बहुत कठिन हो जाता है। लेकिन यहाँ अध्ययन किए गए चांग 6 की चट्टानों में, उन थोड़े बड़े माइक्रोन-छिद्रों की उपस्थिति एक बड़ा अंतर पैदा करती है।

शोध पत्र ने यह भी देखा कि चट्टान कैसे बनी और समय के साथ कैसे बदली। उन्होंने पाया कि चट्टानें "कंपैक्शन" (संपीडन) की प्रक्रिया से गुजरीं, जहाँ ऊपर की पृथ्वी के वजन ने छिद्रों को दबाकर बंद कर दिया, जिससे मूल स्थान में 65% से 85% की कमी आई। फिर, "सिमेंटेशन" (खनिजों द्वारा दानों को आपस में चिपकाना) ने स्थान को और 15% से 35% तक कम कर दिया। इस दबाव के बावजूद, टाइप I चट्टानों ने अपने बड़े छिद्रों को खुला रखने में सफलता प्राप्त की, संभवतः इसलिए क्योंकि उनमें मौजूद फेल्डस्पार समय के साथ घुल गया, जिससे तेल के छिपने के लिए नए, बड़े स्थान बन गए।

तो, निष्कर्ष क्या है? शोधकर्ताओं का सुझाव है कि इन सख्त चट्टानों में से उन "स्वीट स्पॉट्स" को खोजने के लिए, जहाँ तेल को वास्तव में पंप किया जा सकता है, आपको उन चट्टानों को खोजना होगा जिनमें सबसे अच्छी तरह विकसित माइक्रोन-आकार के छिद्र हों। यह केवल इस बारे में नहीं है कि वहाँ कितना तेल है; यह इस बारे में है कि क्या तेल के पास यात्रा करने के लिए एक सड़क है। यदि सड़क बहुत संकरी है (नैनो-स्केल), तो तेल फंसा हुआ है। यदि सड़क पर्याप्त चौड़ी है (माइक्रोन-स्केल), तो तेल चल सकता है। यह अध्ययन दिखाता है कि बहुत सख्त चट्टानों में भी, एक ऐसी चट्टान जो तेल उत्पादन करती है और एक जो नहीं करती, के बीच का अंतर अक्सर सूक्ष्म छिद्रों के आकार और उनके जुड़ाव पर निर्भर करता है।