جيوميكانيكا المكامن Reservoir Geomechanics

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

هذه أولى مشاركاتي في هذا المنتدى, فحياكم الله جميعاً

سأحاول هذه الأيام -إن شاء الله- نشر ملخصات كورس مكثف MOOC مقدم من جامعة ستانفورد, وهذا الكورس يقدم عبر الإنترنت بشكل مجاني كل سنة من سنة 2014 عبر منصة Edx وكذلك عن طريق موقع الجامعة نفسه.

الكورس يقدمه البروفيسور الكبير Mark Zoback كأحد متطلبات الدراسات العليا بقسم الجيوفيزياء بجامعة ستانفورد, وهذا رابط الكورس:

Reservoir Geomechanics

يمكن لمن يجتاز الكورس بمعدل أعلى من 70% أن يمنح شهادة معتمدة من الجامعة, وأنا شخصيا تحصلت عليها مرتين سنة 2016 و 2017

طريقة التقييم كانت عن طريق اجتياز 8 اختبارات موزعة على الـ 20 محاضرة والتي يتكون منها الكورس.

صورة للشهادة التي تقدمها الجامعة:



هذا الكورس يغطي عدة مقررات في جامعتكم الرائعة, والتي منها (حسب اطلاعي السريع على مقرراتكم):

• PETE424: Rock Mechanics
• PETE 670: Reservoir Rock Mechanics

وكذلك يغطي مواضيع متعلقة بـ :

• Hydraulic Fracturing
• Drilling Engineering

ملاحظة:
كنت قد نشرت -سابقاً- جزء من ملخصات المحاضرة الأولى عبر الفيس في الصفحة التي أنشأتها, ونظراً لقلة التفاعل اكتفيت بنشر حلول الواجبات, لمن يريد الإطلاع على الصفحة, ما عليه إلا أن يضغط على الرابط:

علم ميكانيكا الأرض Geomechanics

تعليقاتكم ونقدكم يهمنا ويفيدنا, فكونوا معنا

 

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

بما أن المنتجات الهيدروكربونية (النفط والغاز) موجودة في باطن الأرض, وبما أن أغلب العمليات النفطية الأولية تجرى في باطن الأرض, فمن المهم بمكان أن نعرف كيف نتعامل مع هذه الأرض, وكيف تتصرف, وما هو سلوكها, وكيف نتعامل معها لنحصل على مبتغانا بأقل الخسائر والتكاليف.

العلم الذي يختص بسلوك الأرض يسمى علم الجيوميكانيكا.

ما هو علم الجيوميكانيكا ؟

علم الجيوميكانيكا أو ميكانيكا المواد الأرضية (Geomechanics) هو العلم المختص بدراسة سلوك التربة والصخور تحت تأثير الإجهادات المختلفة.

ويتمثل الفرعان الأساسيان لعلم ميكانيكا الأرض في: ميكانيكا التربة Soil Mechanics وميكانيكا الصخور Rock Mechanics.

ويتناول أولاهما سلوك التربة بدءًا من الانزلاقات الأرضية صغيرة النطاق حتى الانزلاقات واسعة النطاق.

أما ثانيهما فيتناول قضايا في علوم الأرض لها علاقة بوصف الكتل الصخرية وميكانيكا الكتل الصخرية مثل تلك الميكانيكيات المطبقة في صناعة النفط, أو العمليات التعدينية التي تجرى في الأعماق السحيقة في الأرض, وتصميم الأنفاق وكسر الصخور وحفرها.

وهناك جوانب من علم ميكانيكا الأرض تتداخل مع أجزاء من الهندسية الجيوتقنية والجيولوجيا الهندسية والهندسة الجيولوجية.

والتطورات الحديثة من هذا العلم تتصل بـعلم الزلازل وميكانيكا الجسيمات الاستمرارية وميكانيكا الجسيمات الغير استمرارية.


صورة توضح تأثير الإجهادات المختلفة على كتلة أرضية لها خصائص معينة. حيث أننا في هذا الكورس سنتعلم كيفية حساب قيمة هذه الإجهادات واتجاهات تأثيرها, وسنتعلم أيضاً كيفية قياس خصائص هذه الكتلة الأرضية ومدى تأثر هذه الكتلة بالإجهادات المختلفة المسلطة عليها, وبناءاً عليه سنعرف كيف نتعامل مع هذه الصخور أثناء عمليات الحفر حتى عمليات الإنتاج.

 

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

المنهج الدراسي للكورس:
- هذا الكورس يعتبر من النوع المكثف MOOC = Massive Open Online Course
- يقدم هذا الكورس سنوياً للمرة الرابعة عالتوالي مذ 2014
- كل أسبوع يتم عرض محاضرتين, وكل محاضرة تم تقسيمها إلى أجزاء كل جزء بطول حوالي 15 دقيقة للتبسيط
- كل من يتجاوز ما نسبته 70% من الواجبات الـ 8 يمكنه الحصول على شهادة إتمام الكورس
- التوزع الزمني للمحاضرات سيكون حسب الجدول الآتي:

 

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

المحاضرة الأولى: نظرة عامة إلى كورس جيوميكانيكا المكامن Reservoir Geomechanics

مح1:ج1:



تعريف الـ Reservoir Geomechanics: هو علم يربط بين عدة مجالات تشمل: الإجهادات والقوى في باطن الأرض + أساسيات علم ميكانيكا الصخور + الجيولوجيا التركيبية + الهندسة النفطية + علم زلزالية الهزات الأرضية Earthquake Seismoloyg بغرض إيجاد حلول للمشاكل الهندسية في المكامن النفطية والغازية والحرارية Geothermal wells.

من أهم المشاكل الهندسية التي يلعب فيها علم ميكانيكا الأرض دور مهم في حلها هي تلك المشاكل المرتبطة بعمليات حفر الآبار أو المتعلقة بهندسة المكامن مثل:
- المشاكل المتعلقة بعدم ثباتية الآبار Wellbore Instability
- المشاكل المتعلقة بالتكسير الهيدروليكي Hydraulic Fracturing
- المشاكل المتعلقة باندماك المكمن Reservoir Compaction
وغيرها
.
كمثال للمشاكل المهمة المتعلقة بعدم ثباتية الآبار هي وجود ضغط مسام عالي Overpressure حيث عنده تصبح عملية المحافظة على معدّل مريح لـ mud window لوزن سائل الحفر (الطفلة) بين ضغط المسام Pore pressure و ضغط تكسير الصخور Formation Fracture Pressure عملية صعبة جداً, فإذا ما قل وزن سائل الحفر تحت ضغط المسام فإنه سيحدث تدفق لسائل الحفر داخل البئر kick وإذا ما زاد وزن سائل الحفر أعلى من ضغط تكسير الصخور فإنه سيحدث تكسير هيدروليكي hydrofrac. وسنرى الدور المهم الذي يلعبه علم ميكانيكا الأرض في مواجهة هذه الظروف.

كذلك يسهم علم ميكانيكا الأرض في حل المشاكل المتعلقة بجيولوجية وجيوفيزيائية المكامن, وأحد أهم هذه المشاكل هي Compartmentalization أو مدى انقسامية المكمن بواسطة الصدوع. حيث أننا يجب أن نعرف بشكل واضح إلى أي مدى قامت الصدوع الموجودة بتقسيم المكمن, وتكمن أهمية هذه المعرفة في الإجابة عن السؤال التالي:
.
- هل قامت الصدوع المنتشرة في المكمن بتقسيمه إلى حجرات معزولة أم لا ؟

فإذا كانت الإجابة بنعم, فإن هذا يعني أن الهيدروكربون الموجود في المكمن (نفط أو غاز) قد تم عزله في عدة مناطق من المكمن, وهذا يقودنا إلى حفر عدد أكبر من الآبار في كل قسم على الأقل حتى نستغل كامل الهيدروكربون الموجود في جميع أجزاء المكن.
وإذا كانت الإجابة بلا, فهذا يعني أن الهيدروكربون يتحرك بحرية في كامل المكمن, وهذا يقودنا إلى حفر عدد أقل من الآبار.

وسنرى كيف يلعب علم ميكانيكا الأرض دوره في المساعدة على تفسير هذه الحالات.

كذلك من التحديات الهندسية التي يساهم علم ميكانيكا الأرض في حلها هي مشاكل استغلال النفط الصخري والغاز الصخري Oil shale and shale gas, حيث حدثت ثورة في هذه الصناعة في السنوات الأخيرة والتي ارتفع فيها سعر البترول وتجاوز المائة دولار (قبل أن ينخفض السعر مؤخراً), وتعتمد هذه الصناعة أساساً على حفر آبار أفقية في صخور المصدر shale ثم القيام بعدة دوارت تكسير هيدروليكي hydrofracs ليتم الإنتاج من صخور المصدر مباشرة حيث يتم الحصول على ما يعرف بالكيروجين Kerogen وتتم معالجته لاستخلاص الزيت منه.

 

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

سنتابع في هذا الكورس كتاب Reservoir Geomechanics الذي نشره مؤلفه Mark Zoback عام 2007 حيث ينقسم الكتاب إلى ثلاثة أجزاء:
- الجزء الأول: من الباب الأول إلى الخامس, و يتحدث عن مبادئ أساسية مهمة في الجيوميكانيكا
- الجزء الثاني: من الباب السادس إلى التاسع, ويتحدث عن طرق قياس الإجهادات في باطن الأرض
- الجزء الثالث: من الباب العاشر إلى الثاني عشر, عبارة عن تطبيقات لعلم ميكانيكا الأرض في مجال المكامن الهيدروكربونية



يمكن تحميل الكتاب من الرابط:

http://dlx.b-ok.org/genesis/466000/e084124124bd267eec9c22bc46552a45/_as/[Mark_D._Zoback]_Reservoir_Geomechanics(b-ok.org).pdf

 

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

يتبع: م1 ج1:

إنشاء النموذج الجيوميكانيكي Building the Geomechanical Model :

نقوم بإنشاء هذا النموذج من البدايات الأولى في مرحلة الإستكشاف ونقوم بمعايرته وتصحيحه إلى أن نصل للمراحل الأخيرة من نضوب المكمن.
أهمية بناء النموذج الجيوميكانيكي تكمن في قدرته على توقع العديد من المشاكل الجيوميكانية قبل أن نقوم بأي عملية سواء كانت عملية حفر, أو انتاج أو تطوير أو غيرها.
.
مكونات النموذج الجيوميكانيكي:
- الإجهاد العمودي Sv وهو وزن الغطاء الصخري Overburden pressure
- الإجهاد الأفقي الأعلى Shmax
- الإجهاد الأفقي الأدنى Shmin
- الزاوية التي تميل بها هذه الإجهادات الأفقية
- ضغط المسام Pp
- مقاومة الصخور للضغط Uniaxial Compressive Strength, UCS
- معامل الإحتكاك Coefficient of friction, u
- معامل يونغ للصخور Young's modulus, E
- نسبة بواسون Poisson's ratio, v
- خارطة توزيع الصدوع والتكسرات في المكمن

 

بسم الله والحمد لله والصلاة والسلام على رسول الله

يتبع: م1 ج1:

مدى مشاركة علم ميكانيكا الأرض من خلال تقدم العمليات في المكمن الهيدروكربوني:

هذا الرسم التوضيحي يبين تطبيقات ميكانيكا الأرض في المراحل المتعابقة للحقل النفطي كالآتي:



- في مرحلة الإستكشاف Exploration يسهم علم ميكانيكا الأرض في حل نوع واحد من المشاكل وهو ما يتعلق بتوقع قيمة ضغط المسام وقليل من مشاكل ثباتية الآبار
- في مرحلة التقديرات الهيدروكربونية للحقل Appraisal يسهم علم جيوميكانيكا الأرض في حل ثلاث مشاكل أساسية وتتمثل في ثباتية الآبار وتوقع ضغط المسام ومدى إنفاذية التكسرات الصخرية وتقدير مدى انغلاق الصدوع Fault Seal/Fracture Permeability, ويسهم بشكل متوسط في حل مشكلة إنتاج الرمال sand production وبشكل قليل في حل مشاكل تعرض غلاف البئر casing إلى إجهادات القص
- في مرحلة تطوير الحقل Development يسهم علم الجيوميكانيكا في حل ثمانية مشاكل رئيسية تشمل جميع ما ذكر سابقاً وبالإضافة إلى مشاكل اندماك المكمن Compaction وتداخل المكامن وعمليات تنشيط الآبار Stimulation ويسهم كذلك بشكل بسيط في حل مشاكل هبوط سطح الأرض الناتج من انخفاض ضغط المكمن Subsidence
- في مرحلة الحصاد Harvest يسهم علم جيوميكانيكا الأرض في حل خمس مشاكل رئيسية أبرزها مشاكل هبوط سطح الأرض الناتج من انخفاض ضغط المكمن Subsidence
- في مرحلة نضوب المكمن Abandonment يسهم علم ميكانيكا الأرض في حل المشاكل المتعلقة بالإنخفاض في ضغط المكن ونضوبه وما قد يتخلله من تداخل لموائع مكمن مجاور كنتيجة لهذا الإنخفاض في الضغط.

 

تشكر حبيبنا, وللعلم قريبا سيفتح الكورس مجددا لهذا العام أيضاً.

 

سيبدأ كورس Reservoir Geomechanics لهذا العام يوم 1 أبريل. هذا الكورس يقدم بشكل مجاني عبر الإنترنت عن طريق جامعة ستانفورد العريقة كل عام منذ 2014، يقدمه البروفيسور الكبير Mark Zoback، علي هيئة كورس مكثف MOOC. سنقوم في هذه الصفحة بمتابعة الكورس وحل الواجبات الثمانية التي سيتم تقييم المسجلين من خلالها، وسيمنح الحاصلين على معدل أعلى من 70% على شهادة ٱنجاز الكورس.

سارعوا بالتسجيل قبل انتهاء الموعد عبر هذا الرابط:
Reservoir Geomechanics