مقدمة: التحدي المتنامي في مراقبة الرمال في الخزانات غير التقليدية

وقد حولت الخزانات غير التقليدية - بما في ذلك الزيت الشاحب والغاز الشاحب والزيوت الضيق وتكوينات الغاز الضيقة - المشهد العالمي للطاقة على مدى العقدين الماضيين، غير أن هذه الخزانات تُحدث تحديات أكثر حدة بكثير من تلك التي تواجه تكوينات الحجر الرملي التقليدية، وتركيب عوامل الارتفاع المفرط في الات، وارتفاع الضغوط التي تُعالج أثناء هدرات، وظايا التدفق الطبيعي

إن الرقابة الفعالة على الرمال في الآبار غير التقليدية لا تتعلق فقط بمنع الرمال من دخول البئر؛ بل تتعلق بالإبقاء على سلوك الكسور الطويل الأجل، والتقليل إلى أدنى حد من الوقت غير المنتج من عمليات التنظيف، وتجنب التدخلات المكلّفة، وقد علم المشغلون أن التقنيات التقليدية لمراقبة الرمال التي توضع للمستودعات التقليدية كثيرا ما تكون قصيرة في هذه البيئات، ونتيجة لذلك، ظهرت موجة من تقنيات التصميم المبتكرة، وتحققت تقدما في مجالا

الأساليب التقليدية لمراقبة الرمال والحدود التي تفرضها

وقبل التخلّص من التقنيات الجديدة، من الضروري فهم سبب كفاح أساليب مراقبة الرمال التقليدية في الخزانات غير التقليدية، والنُهج الرئيسية الثلاثة التي استخدمت تاريخيا هي التعبئة الحصى، والشاشات الميكانيكية، والتوطيد الكيميائي.

غرامفل باكينغ

وينطوي حزمة الخراف على وضع رمل مجهز أو قبر خزفي حول وعاء مجهز بالبراعة إلى الرمل المرشَّح، وفي الرمال التقليدية الشديدة الوطأة، تكون هذه الطريقة فعالة، ولكن في التكوينات الصارمة (التي غالبا ما تكون في نطاق النادر) يمكن أن تصبح عبوة القبور نفسها قيدا للتدفق، كما أن الكسر الضئيل والض المرتفع في الكسور الوب الوبية يجعل من الصعب

Mechanical Screens

إن شاشات المسحوق أو السارق الملوّثات الملوّثة هي حواجز ميكانيكية مشتركة، وفي الآبار غير التقليدية، يجب أن تتحمل هذه الشاشات ضغوطاً شديدة التفضيل أثناء الكسور والإنتاج، ويمكن تدحرجها بالتدفقات العالية السرعة للرمل، كما أن الشاشات تواجه تذبذباً من الطينات وغرامات التكوين التي تكثر في التمزقات الشظيقة والضيق.

التوحيد الكيميائي

إن أساليب التوطيد الكيميائي تحقن راتنجات أو عوامل التوطيد في التكوين بالقرب من الحبار إلى ربط الحبوب الرملية معاً، ويمكن أن تكون هذه التقنية فعالة في بعض خزانات الحجر الرملي، ولكن في التكوينات غير التقليدية، تجعل من الصعب توزيع المواد الكيميائية الموحدة، ولا يمكن للراتنج أن تخترق في كثير من الأحيان بشكل عميق في شبكة الكسور المعدنية المحفزة، كما أن المناطق غير المدمجة لا تزال ضعيفة.

ونظرا لهذه القيود، تحولت الصناعة إلى نهج مبتكرة تعالج الميكانيكيات والفيزياء الفيروسية المحددة للمستودعات غير التقليدية.

Advanced Proppant Technologies for Sand Control

ويخدم البروتين غرضا مزدوجا في كسر الهيدروليكي غير التقليدي: فهي تبقي الكسور مفتوحا وتعمل كقناة سلوكية للهيدروكربونات، غير أن التدفق الداعم وتوليد الغرامات من سحق البروبات يمكن أن يصبحا مشكلة رئيسية في مكافحة الرمال، وترمي تكنولوجيات الدفع المتقدمة إلى التقليل إلى أدنى حد من هذه القضايا.

Resin-Coated Proppants

وقد اكتسبت الرمال المكسورة أو المزخرفة المثبتة بالبراميل، أو المحركات الرملية ذات الازدحام، قبولا واسعا في اللعب غير التقليدية، وقد يؤدي التستر الاصطناعي إلى انخفاض في الثقب تحت درجة الحرارة والضغط، وربط أحبوب متعددة الدفع مع مجموعة موحدة ذات قدرة عالية على التكدس، ويقاوم هذا التقلب الدافعي أثناء الإنتاج، حتى عندما تُطبق عليه ضغوطات العالية الخفض.

الـ "أولاترا لايت"

إن أفضل أنواع السوائل التي تُنتج من مواد مثل خرز الزجاج المهبل، أو البوليمرات العالية القوة، أو حتى قذائف النحل المعالجة، توفر بديلاً يقلل من الترسبات في سوائل منخفضة النسيج، وهذه العوامل أقل عرضة للتشهير وسحق التكوينات الأكثر مرونة، مما يؤدي إلى انخفاض عدد الغرامات.

Multifunctional Proppants with Nanoparticle Coatings

وقد أدخلت البحوث الناشئة معطفات من الجسيمات النانوية على المطهرات التي لا تعزز التوحيد فحسب بل توفر أيضاً خصائص التلقيح الذاتي، فعلى سبيل المثال، يمكن للمعاطف التي تحتوي على جسيمات الحريرية أن تغلق البنادق الدقيقة داخل عبوة الوقود عندما تتعرض للرشوة، وتعيد توليد السلوك، وفي حين أن هذه المواهب لا تزال في المرحلة التجريبية في بعض مناطق كسر وصيغة النسر، فإن هذه النماذج المتقدمة من الممكنات.

Mechanical Sand Control Innovations: Expandable Screens and Liner Systems

وقد أعيد تصميم أجهزة التحكم بالرمل الميكانيكية لمواجهة هيكل الإنجاز الفريد للأبار الأفقية ذات المراحل المتعددة، وتمثل شاشات الرمل الموسعة ونظم خطوط خطوط الأنابيب القابلة للتوسع تقدما كبيرا على الخطوط التقليدية الملوَّثة.

Expandable Sand Screens

وتستخدم تكنولوجيا الفضاء شاشات مضغطة يمكن أن تتحول إلى شاشات البئر وتوضع عبر فترات الإنتاج، وتتوسع آليا أو هيدراليا في الاتصال بطبقات التنظيف أو الجدار الفتحي، ويزيل هذا التوسع الشاشة بحيث تتوافق بشدة مع الثقوب، ويقلل من النسيج حيث يمكن أن تجمع الرمال وتضمن تصفية موحدة.

أجهزة إطفاء موسعة

ومن النهج المكمل استخدام أجهزة الإنجاز القابلة للتوسع التي تغلق أبواب المناطق البئرية، وتعزلها، وتمنع هجرة الرمل من فترات ضعف، كما يمكن لعملية التوسع أن تعزز العزلة الحيوانية في فترات الفتح، وتخفض مخاطر الاتصالات بين المراحل التي يمكن أن تجلب الرمال من مناطق شديدة الإجهاد، وتخلق نظم الخيوط هذه، بالاقتران مع الحزمات المتضخمة، حاجزاً أكثر قوة، وهو ما يشكل خطراً على السلامة الأفقية في الآبار.

أجهزة الاستكمال الانتقائي ومراقبة التدفق المستقل

وثمة ابتكار ميكانيكي آخر يتمثل في إدماج أجهزة التحكم المستقلة في التدفقات بشاشات الرمل، إذ أن هذه النظم، إذا ما اقترن بشاشات عالية الأداء، يمكنها أن تنظم عملية السحب وتمنع إنتاج الرمل غير المدعم بمفهوم سلبي، وتتجنب الفوارق المفرطة في الضغط عبر فترات ضعف، وتسمح في الوقت نفسه بالتدفق الحر للنفط والغاز، وعندما تكون هذه النظم مقترنة بشاشات عالية الأداء.

الحلول الكيميائيـة والبوليمرية - المبنيـة على الرمال

وتوفر المعالجة الكيميائية المرونة لمعالجة مشاكل مراقبة الرمال التي تكون محلية أو يصعب الوصول إليها بوسائل آلية، وقد ركزت الابتكارات الأخيرة على تركيبات الكيمياء المتعددة الزمرات ومركبات المواد النانوية التي يمكن أن تلحق أضراراً حدية بالتشكيل.

In-Situ Consolidation with Polymer Gels

وقد تم إدخال مجموعة من الرؤوس المصممة لمكافحة الرمال في شكل سندات رملية مع الحفاظ على القدرة على تحملها، وهي تتألف عادة من بوليمر أساسي (مثل البوليكريلامايد) وموصل للشبكة التي تتفاعل مع الثور لتشكل مجموعة من الصندل، وعندما يتم جرفها بعناية، يوحد الجيل مصفوفة الرمل دون إعاقة الحلق.

Fluidation Fluids

ويمكن استخدام الجسيمات النانوية ذات التعديلات السطحية لخلق " خياطة " كيميائية بين الحبوب الرملية.() وتفرقت مادة سيليكا وأكسيد الألمنيوم في سوائل ناقلة يمكن أن تلتئم إلى أسطح الرمل، وتخلق سندات الهيدروجين تربط الجسيمات معاً، وهذا التوحيد قابل للتراجع تحت مستوى عال من الهيدروجين أو درجة الحرارة، مما يتيح آلية محتملة للتسخين الذاتي.

Chemical Squeezes for Fines Migration Control

إن هجرة الغرامات هي السبب الرئيسي في فقدان إنتاج الرمال وسلوكها في الخزانات غير التقليدية، ويمكن تطبيق البعوضات الكيميائية التي تستخدم أجهزة الصنع أو أجهزة التكتل الفلورية على غرامات تكوين المعاطف ومنعها من الخروج من سطح الصخر أو حزمة البروبات، وهذه المعالجة هي أقل من غير مكتملة ويمكن تطبيقها من خلال الإكمال أثناء كسرها أو كعامل علاجي.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وتقع حدود مراقبة الرمال في إدماج المواد الذكية، والرصد في الوقت الحقيقي، والتشغيل الآلي، وتعود هذه التكنولوجيات بتحويل إدارة الرمال من مشكلة رد الفعل إلى عملية متفاوتة وتنبؤية.

مواد العلاج الذاتي ومراقبة الرمال

وتستكشف البحوث في مؤسسات مثل جامعة تكساس وعدد من شركات الخدمات الرئيسية مواد يمكن أن تصلع بشكل مستقل الأضرار التي لحقت بحزمة الرمل، كما أن عوامل التطعيم الذاتي التي تنطوي على بوليمر أو أجهزة راتنج مجهزة يمكن أن تنجم عن الإجهاد أو الحرارة أو تغيرات في الهيدروجين لإطلاق عامل شفاء يعيد التوحيد والتمثيل، كما يجري اختبار المساحات المكوِّنة لإعادة المكونات التي يمكن أن تُعَد أو تُوسِّل في الاستجابة.

رصد إنتاج الرمال في الوقت الحقيقي

يمكن لأجهزة الكشف عن الرمال التي تستخدم أجهزة الاستشعار الصوتية، والاستشعار الصوتي الموزع بالفييض، أو حتى الطرق الكهرومغناطيسية، أن تسمح للمشغلين الآن برصد إنتاج الرمال في الوقت الحقيقي، ويمكن لأجهزة الكشف الصوتي التي تُقام في البئر أو في المجرى السفلي أن تحدد بداية إنتاج الرمال وتميز بين انفجار الرمل ونقل الغرامات الثابتة، عندما يقترن ذلك بنموذج يدوي يتم تدريبه على خصائص التكوين المحلية وبيانات الإنجاز

نظام مراقبة الرمال الآلي

فالتألق ينتقل إلى أبعد من الرصد إلى المراقبة النشطة، إذ أن الصمامات التي يمكن تعديلها عن بعد على أساس إشارات الكشف عن الرمل توفر القدرة على خنق المناطق الشديدة الخطورة دون إغلاق البئر، وهذا أمر ذو قيمة خاصة في الآبار المتعددة الأطراف التي قد يقتصر إنتاج الرمال على جانب آخر، ولا يزال إدماج الضغط على الثقوب، ودرجة الحرارة، والبيانات الرملية في نظام مراقبة القاع المغلقة، آخذا في الظهور.

إدارة الرمال في إطار برنامج " ديريفن "

ويمكن أن تحدد تحليلات البيانات الضخمة المطبقة على بارامترات الإنجاز، وتاريخ الإنتاج، وسجلات الأحداث الرملية العوامل الرئيسية لفشل الرمال، وببناء نموذج تنبؤي، يمكن للمشغلين أن يحسنوا تصميم المرحلة، ونوع الازدحام، واستراتيجية الترويع للتقليل إلى أدنى حد من إنتاج الرمال منذ البداية، وعلى سبيل المثال، وجدت دراسة حديثة عن وجود بيانات من أكثر من 500 بئر غير متجانس في حوض ميدلاند وجود قوي بين إنتاج الرمال وكم.

خاتمة

أما التحدي المتمثل في مراقبة الرمال في الخزانات غير التقليدية، فيتطلب حلولاً مصممة خصيصاً تتجاوز التصميمات التقليدية، بينما تظل التقنيات الابتكارية التي نوقشت هنا - وهي احتمالات متطورة، وشاشات قابلة للتوسع، والتوحيد القائم على تعددية البيانات، ومجموعة الأدوات الناشئة من المواد الذكية والرصد الرقمي - مجموعة من الخيارات التي يمكن الجمع بينها وبين ظروف معينة من حيث الحفظ والقيود التشغيلية.

شركة " NewFT: T23, T. " SPE-207140-MS, 2020.