إن الكسور الهيدروليكي، المعروف عموماً بالكسر، هو طريقة تستخدم لاستخراج النفط والغاز الطبيعي من تكوينات الصخور العميقة تحت الأرض، ومن العناصر الحاسمة لعمليات الكسر الناجحة استخدام بيانات قطع الأشجار، التي توفر معلومات حيوية عن جيولوجيا سطح الأرض، وبدون بيانات دقيقة عن عمليات قطع الأشجار، يقوم المشغلون بحفر أعمى، ويخاطرون باختراق غير فعال، أو الضرر البيئي، بل وحتى الفشل الحقيقي.

فهم بيانات تحديد المواقع وجمعها

وتشير بيانات تحديد الموقع إلى مجموعة من القياسات التي تُتخذ بواسطة أدوات تُخفض إلى حفرة (أو " مدوَّنة " ) لتخصيص الصخور والسائل من التكوينات شبه السطحية، وتُسجل هذه القياسات كوظيفة مستمرة من العمق، وتُحدِّد صورة رأسية مفصلة عن الجيولوجيا، وتُجمع البيانات باستخدام أدوات قطع الأشجار بواسطة خطوط الربط اللاسلكية، وأدوات السحب أثناءها، أو نظم التسجيل المتميزة.

وتشمل البارامترات الأولية التي تم الاستيلاء عليها إشعاع غاما الطبيعي، والمقاومة الكهربائية، والسرعة الصوتية، والكثافة السائبة، والحصانة النيوترونية، والضغط التكويني، وكل بارامتر يساعد على الإجابة عن سؤال محدد بشأن الخزان: هل هناك الهيدروكربونات؟ وهل يوجد قدر من المساحة المزروعة؟ هل يكفى كسر نظام الإجهاد؟

Wireline vs. Logging-While-Drilling (LWD)

وينطوي قطع خطوط الربط اللاسلكية التقليدية على تشغيل أدوات على كابل بعد إزالة سلسلة الحفر، وهو يوفر بيانات عالية الجودة لأن الأدوات يمكن أن تُحدَّد بعناية، كما أن ظروف الحفر مستقرة، غير أنه يتطلب تعثر الأنبوب، مما يضيف الوقت والتكاليف، أما LWD فيجمع قياسات قطع الأشجار أثناء عملية الحفر، ويوفر بيانات في الوقت الحقيقي دون توقف العمليات.

وبالنسبة لتخطيط الكسور الهيدروليكية، تستخدم بيانات السلك والشبكة المحلية للوقود عادة، وتوفر سجلات الوصل أعلى حل للممتلكات الثابتة الرئيسية مثل الشرف، وتشبع المياه، والتزود بالمعادن، وتوفر بيانات LWD معلومات دينامية مثل الضغط التكويني في حين توفر قياسات للأشعة غاما في الوقت الحقيقي تساعد على ربط النموذج الأرضي السيزم.

أنواع بيانات تحديد المواقع الرئيسية ودورها في التخطيط للإطارات

وتعتمد مرحلة التخطيط للكسر الهيدروليكي على بيانات قطع الأشجار للإجابة على عدة أسئلة حاسمة: أين ينبغي وضع المثابرة؟ وما هو المقياس الجيولوجي المتوقع للكسر؟ وما هي الضغوط العلاجية المطلوبة؟ والسجلات التالية هامة بصفة خاصة:

مواقع المقاومة

وتقيس سجلات المقاومة قدرة التشكيل على إدارة الكهرباء، فالهيدروكربونات مقاومة كهربائية، بينما تُعتبر مياه التكوين السحلي وسيلة للتحليل، كما يمكن للمحللين، من خلال مقارنة قياسات مقاومة سطحية عميقة، أن يحددوا المناطق التي تولد الهيدروكربونات ويقدّرون التشبع بالماء، وفي الخزانات غير التقليدية، تساعد سجلات الانكماش المقاومة على تحديد أوجه الانكماش التي تحتوي على وجود كاف من الهيدروكربونات.

غاما راي لوغز

وتقيس سجلات أشعة غاما النشاط الإشعاعي الطبيعي الذي ينبعث منه اليورانيوم والثوريوم والبخار في الصخرة، عادة ما تكون لـ(شالز) قيم أشعة غاما أعلى من قيم الحجر الرملي أو الكربونات، وهذا السجل ضروري لتمييز أنواع الصخور وتحديد التكوين المستهدف، وفي سلسلة مطبقة، تسمح سجلات أشعة غاما للجيولوجيا بتلازمة السور مع الآبار القريبة والإطار الإقليمي للعلاج المتداخل.

القروض

وتُستخدم سجلات التكاثر - بما في ذلك الكثافة والنيوترونات والسجلات الصوتية - مقياس الفراغ داخل مصفوفة الصخور - وتستعمل سجلات الكثافة مصدراً للأشعة الماكنة وأجهزة كشف لقياس الكثافة السائبة، وهو ما يتصل باللوجستية واللوج المعدني، وتقيس الميكانيكي النيوترونات مؤشر الهيدروجين، الذي يعكس وجود سوائل (المياه أو الزيت) في الفضاء القطبي(ج).

فالقدرة على تخزين المستودعات بدون مسامرة كافية، حتى أفضل عمل كسر لن يؤدي إلى الإنتاج الاقتصادي، وعلاوة على ذلك، تستخدم سجلات السخرية في معايرة نموذج الخزان المستخدم في برامج محاكاة الكسور، كما أن توزيع المواهب المحسنة النوعية يحسن التنبؤات بحجم الصخور المحفز والانتعاش النهائي.

الاختبارات الميكانيكية وأجهزة الضغط

ولعل أهم مدخلات تصميمات الكسور الهيدروليكية هي الخصائص الميكانيكية للروك والإجهاد في الموقع، إذ أن قياسات الأشعة الصوتية تضغط على البطء (الموجات P) والبطء في الرف، الذي يمكن تحويله إلى أسلوب ديناميكي: أسلوب الشباب، ونسبة بويسسون، والنماذج الدوائية المأخوذة من النجم، ثم يتم معايرة نماذج البيانات الأساسية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن سجلات الإجهاد المستمدة من سجلات الصومود باستخدام العلاقات العملية أو من القياسات المباشرة مع اختبارات التجهيزات الدقيقة - تُعفي من الحد الأدنى من الإجهاد الأفقي (المسمى أيضاً ضغط الإغلاق) وهذا الشكل يحدد الضغط اللازم لبدء وبث الكسور، وكذلك ارتفاع الكسور وطولها.

بيانات الضغط

وقد تتطلب قياسات الضغط الاستنباطية، التي يتم الحصول عليها من أجهزة اختبار التكوين السلكي أو أدوات السحب، ضغط الخزان وتدرج الضغط، وقد تتطلب المناطق التي يزيد الضغط فيها الضغط على المعالجة، ويمكن أن تؤدي إلى نمو الكسور غير المتحكم فيه إذا لم تكن مسببة لذلك، وقد تحتاج المناطق المكتظة إلى تركيزات دفعية أعلى للحفاظ على سلوك الكسور، كما تساعد بيانات الضغط على تحديد سوائل شبكات الكسور الطبيعية.

إدماج بيانات تحديد المواقع في تدفقات عمل التصميم المختلط

وتدمج تدفقات العمل الحديثة لتصميم الكسور بيانات قطع الأشجار مع نماذج جيولوجية من 3D، ونماذج جيولوجية ميكانيكية، وبرامجيات محاكاة الكسور، وتأتي هذه العملية عادة في أعقاب هذه الخطوات:

  1. Petrophysical evaluation:] Logs are processed to generate continuous curves of porosity, water saturation, mineralogy, and total organic carbon (for shales).
  2. ] Geomechanical characterization:] Sonic logs are used to compute elsy moduli and stress profiles.
  3. Reservoir and completion zone selection:] Based on the petrophysical and stress logs, the wellbore is divided into zones with similar properties. The most prospective intervals are selected for perforation clusters.
  4. Fracture simulation:] Using software such as FracCADE, StimPlan, or GOHFER, engineers input the log-derived properties to simulate fracture propagation, altitude growth, conductivity, and production forecast. Multiple scenarios are run to optimize stage length, cluster spacing, liquid volume, and proppant.
  5. Economic optimization:] The fracture design is iterated to maximize net present value, considering the cost of treatment vs. expected incremental production.

وتوفر بيانات قطع الأشجار، في جميع مراحل سير العمل، الأساس الذي ستكون دونه المحاكاة مجرد تخمينات، ويحقق العاملون الذين يستثمرون في برامج شاملة لقطع الأشجار نتائج أفضل في مجال المحاكاة ونتائج إنتاجية يمكن التنبؤ بها بشكل مطرد.

دور بيانات تحديد المواقع في تنفيذ التكتلات الهيدروليكية

وخلال المعالجة الفعلية للكسر، تستخدم بيانات قطع الأشجار وتقنيات الرصد في الوقت الحقيقي للتحقق من أن الخطة تنفذ تنفيذا صحيحا، ولتمكين من إجراء تعديلات على الذبابة، وتشمل أهم أدوات رصد التنفيذ رصد الكائنات الدقيقة، وضغط الثقوب، وقياس درجات الحرارة، وتكنولوجيات الاستشعار الموزعة.

رصد الكائنات الدقيقة

إن رصد الكائنات الدقيقة ينطوي على نشر الهواتف الأرضية في آبار المراقبة القريبة (أو على السطح في بعض التشكيلات) لكشف الزلازل الصغيرة التي تولد كسور الصخرة، وتكشف المواقع، وحجم، وتوقيتات هذه الأحداث الميكروسية عن نمو شبكة الكسور الهيدروليكية في الوقت الحقيقي، ومن خلال الربط بين الغيوم الميكروبي وبين الإجهاد وسجلات الملكية الميكانيكية من البئرين.

وتتيح البيانات الدقيقة في الوقت الحقيقي للمهندسين تعديل معدل المضخات، وتركيز البروبات، والنسيج السائلي لنمو الكسور، مثلا، إذا تبين الأحداث التي تصيب الكائنات المجهرية أن الكسور يزداد بسرعة فائقة، يمكن للمشغل أن يزيد من حدة الارتداد السوائلي أو أن يخفض معدل احتواء الطول، وهذا الارتداد في الوقت الحقيقي، الذي يمكن أن يحدث عن طريق بيانات كسر الجسيمات، ويقلصعيدة إلى حد كبير.

الضغط على الثقوب السفلية واللوجات

وأثناء الكسور، كانت مقاييس الضغط في الثقوب (التي كانت توضع في كثير من الأحيان على خط أو سلك) قياسي للضغط في قاع الثقوب التي تعالج الضغط ودرجة الحرارة، والجهاز الهضمي هو أهم مؤشر لسلوك الكسور في الوقت الحقيقي، والزيادة التدريجية في الضغط تشير إلى امتداد الكسور والاختناق المحتمل؛ وقد يشير الانقطاع المفاجئ إلى حدوث خرق في نظام للخطأ أو الكسور الطبيعي الذي يحول أيضاً من الهدف.

وتوفر القياسات الإلكترونية الحديثة بيانات عالية التردد يمكن نقلها إلى السطح في الوقت الحقيقي عبر أجهزة التنصت أو القياس عن بعد اللاسلكي، وتُدرج هذه البيانات في نماذج للكسر في الوقت الحقيقي تستكمل قياسات الكسور المتوقعة وتساعد المهندس على تحديد متى سيزيد تركيز الدفع أو ينتقل إلى المرحلة التالية.

الاستشعار الموزعة فيبر - أوبتيك

(د) يستخدم الاستشعار الصوتي الموزع والاستشعار عن درجة الحرارة الموزعة الكابلات الليفية البصرية التي تُرسَخ خلف التموين أو تُغلق داخل البئر لرصد إشارات الصوت ودرجة الحرارة على طول طول البئر بأكمله، ويمكن للدائرة، أثناء كسرها، أن تكتشف أي مجموعات من التفاخرات التي تُتسم وما إذا كانت تسهم على قدم المساواة في نمو مرحلة الكسور.

وهذه التكنولوجيا، إلى جانب بيانات قطع الأشجار التقليدية، توفر مستوى غير مسبوق من التفاصيل بشأن الديناميات التي تتسم بها عملية كسر الثقب، ويمكن للمشغلين استخدام بيانات الـ دي إس/ دي تي لتحديد النمو خارج المنطقة، والتدفق الحرفي (التواصل بين المراحل)، وعدم فعالية المجموعات، ويمكن عندئذ إجراء تعديلات في مراحل لاحقة لتحسين التوحيد في مجال التحفيز.

إدماج بيانات تحديد المواقع في الوقت الحقيقي مع مراقبة العمليات

ويخضع وظائف كسر متحركة لرقابة مقطورة رصد مركزية تعرض مجاري بيانات متعددة: معالجة الضغط، ومعدل الرش، وتركيز البروبات، ومواقع الأحداث الميكروسية، وتتبعات الدايات/الدي تي، وملامح الإجهاد المستخرجة من الأخشاب، ويمكن للمهندس أن يقارن رد الضغط الملاحظ مع المحاكاة السابقة للعمل، وإذا تجاوز الضغط الفعلي المعالجة " ضغط الدفع المفاجئ " .

ولا يمكن تحقيق هذا المستوى المرتفع من التكامل في الوقت الحقيقي إلا بسبب البيانات القوية التي جمعت أثناء مرحلة التخطيط، حيث أن موجزات الإجهاد والممتلكات الميكانيكية من السجلات تشكل مرجعا لنموذج التوقيت الحقيقي، وبدون هذا الأساس، سيكون تفسير البيانات في الوقت الحقيقي غامضا ومعرضا للخطأ.

تقييم ما بعد العمليات باستخدام بيانات تحديد المواقع

وبعد معالجة الكسور، يمكن تشغيل أدوات قطع الأشجار مرة أخرى لتقييم فعالية المحاكاة، وتساعد هذه السجلات بعد الصدع في تحديد مقدار منطقة الأجور التي جرى تنشيطها بفعالية، وما إذا كانت الكسور قد صُنفت، وإذا حدث أي ضرر.

درجة الحرارة بعد انتهاء الخدمة وأجهزة التضليل

وتمتد سجلات التمهيد بعد بضعة أيام من عرض العلاج الذي تم تهدئته على فترات زمنية أكثر بسوائل الحقن، وتقابل أروع فترات المناطق التي أخذت أكثر السوائل، ويمكن لسجلات النواة، التي تستمع إلى صوت السائل المتحرك خلف الغلاف، أن تحدد الحواجز المحتملة أو التدفق وراء الأنابيب التي تشير إلى الاتصالات بين المراحل أو السندات السيئة للأسمنت.

تسجيل الإنتاج

وبعد أن يتم وضع البئر على الإنتاج، تُجرى أدوات قطع الأشجار الإنتاجية لقياس معدلات التدفق والضغط ودرجات الحرارة على طول البئر، وتوفر بيانات PLT قياسا مباشرا للإسهام من كل مرحلة أو مجموعة مكسورة، ومن خلال مقارنة نتائج سجل الإنتاج بممتلكات ما قبل الشحن واستراتيجية التكاثر المخطط لها، يمكن للمهندسين أن يصقلوا نماذج الكسور التي لا تُعالج في الآبار المقبلة.

إعادة التطوير والتفاعل

ويمكن أن تكشف سجلات المقاومة التي تجري مرة أخرى بعد كسرها أحيانا وجود كسور هيدروليكية تتداخل بين البئر، لأن غزو السوائل المكسورة المسيّرة يغير قراءة المقاومة قرب البئر، وبالمثل، يمكن لسجلات الامتصاص الصوتية أن تكشف عن كسور قد تكون مفتوحة، مع أن الاختلالات الاصطناعية لا توفر دائما أدلة إضافية.

دراسة حالة: تصنيف البيانات على النحو الأمثل

(أ) النظر في بئر أفقي في حوض الفارميين يستهدف شالي وولفكامب، وخلال مرحلة التخطيط، استخدمت أشعة غاما وسجلات مقاومة لتحديد المناطق الغنية العضوية التي يوجد فيها أعلى كربون عضوي، وكشفت سجلات الصوت عن وجود فترات متدنية مع رطوبة حرارة في المناطق المتجمدة، وهي مثالية لشبكات الكسور المعقدة، وقد أشارت ملامح الإجهاد الناجمة عن قطع الأشجار إلى حاجز قوي من الإجهاد الذي يحول دون حدوثه.

وخلال التنفيذ، أظهر رصد الكائنات الدقيقة أن الكسور تنمو في الغالب ضمن الفترة المستهدفة، ولكن مرحلة واحدة أظهرت نمواً تصاعدياً في الحاجز، مما يعرض للخطر الاتصال بمنطقة المياه، وفي الوقت الحقيقي، قلل المهندس معدل الضخ وزاد تركيز الرافعات لزيادة الضغط الصافي والحد من نمو الطول، وأكد نظام إدارة الدعم الميداني أن كفاءة المجموعات بلغت 85 في المائة في المراحل المثلى مقارنة بنسبة 60 في المائة في المرحلة الأولية قبل التعديل.

وقد أظهر قطع الأشجار بعد العمليات التجارية أن المراحل التي أجريت فيها تعديلات في الوقت الحقيقي ساهمت بنسبة ٤٠ في المائة في النفط أكثر من المراحل غير المعدلة، وأن الإنتاج التراكمي للبئر يتجاوز منحنى النوع بنسبة ٢٠ في المائة، ويعود النجاح مباشرة إلى البيانات العالية الجودة التي جمعت في مرحلة التخطيط، مما أتاح إجراء محاكاة واقعية قبل العمل واتخاذ قرارات مستنيرة في الوقت الحقيقي.

The Future of Logging Data in Hydraulic Fracturing

ومع استمرار الصناعة في الدفع نحو عمليات أكثر كفاءة ومسؤولية بيئيا، تتقدم تكنولوجيا قطع الأشجار بسرعة، وتوفر أدوات قطع الأشجار ذات العُمق المتعددة للتحقيقات حلا أدق لممتلكات الصخور، وتستخدم خوارزميات التعلم الآكلة لتجهيز بيانات قطع الأشجار المزعجة وتولد تفسيرات دقيقة موثوقة في وقت قريب من الوقت الحقيقي، ويصبح الاستشعار عن الألياف الضوئية الموزعة في نهاية المطاف معيارا في العديد من الأحواض.

وعلاوة على ذلك، فإن إدماج بيانات قطع الأشجار مع النماذج السيزمية والإقليمية التي تستخدم 3D يتيح للمشغلين تصميم برامج متعددة الأنهار لكسر الرصف، التي تمثل تدخلا في ظل الإجهاد والكسر بين الآبار، وتعتمد هذه التصميمات المعقدة على إجهاد دقيق مستمد من الأخشاب ونماذج ميكانيكية للممتلكات لكل بئر.

الموارد الخارجية

وفيما يتعلق بالقراء الذين يسعون إلى فهم تقني أعمق، توفر المراجع الخارجية التالية معلومات موثوقة عن بيانات قطع الأشجار والكسر الهيدروليكي:

  • Schlumberger Oilfield Glossary:] An extensive dictionary of logging and fracturing terms. ] Schlumberger Oilfield Glossary
  • SPE Paper 179148:] “The Role of Petrophysical Logs in Hydraulic Fracture Design – A Case Study.” Society of Petroleum Engineers. Read on OnePetro]
  • USGS Hydraulic Fracturing Fact Sheet:] Overview of the process and environmental considerations. ]USGS Fact Sheet]
  • Distributed Fiber-Optic Sensing for Fracture Monitoring:] A technical review from the Journal of Petroleum Technology. JPT Article]

خاتمة

وتؤدي بيانات تحديد الموقع دوراً حاسماً في تخطيط وتنفيذ عمليات الكسور الهيدروليكية، وتوفر البصيرة الجيولوجية المفصلة اللازمة لاستخراج الموارد بكفاءة، وتضمن السلامة التشغيلية، ومن التقييم الأولي لجودة الخزانات وظروف الإجهاد إلى الرصد الفعلي لنمو الكسور وتقييم ما بعد العمل، فإن بيانات قطع الأشجار تشكل أساس كل قرار، مع استمرار التقدم التكنولوجي، استخدام أدوات الضبط المتطورة التي ترتكز على الاستشعار الميكروبات.