طرق عزل المياه الطبقية

1- مقدمة :

من أجل تحسين مردود الآبار المماهة وتقليل نسبة المياه في السائل المنتج ، كان لابد من إيجاد طرق لعزل المياه الطبقية في تلك الآبار ، فوجدت طريقة عزل المياه الطبقية باستخدام الإسمنت حيث لاقت هذه الطريقة انتشاراً واسعاً .

وفي السنوات الأخيرة تم استخدام طريقة عزل المياه الطبقية بواسطة السيليكات كما استخدمت طريقة العزل بالبوليميرات والتي أثبتت جودتها .

2- العزل بواسطة الإسمنت :

إن الإجراءات التي تنفذ لإعادة البئر إلى الوضعية الطبيعية ما قبل الغمر بالمياه الطبقية ، تهدف إلى وقف دخول المياه إلى البئر ، ولاختيار الطريقة الواجب اتباعها يجب أن نحدد بدقة مصدر المياه والعمق الذي تأتي منه .

هناك العديد من الطرق المتبعة لعزل المياه الطبقية التي تغزو البئر باستخدام الإسمنت نذكر منها مايلي :

1-2- السدادة الإسمنتية :

وتتم بضخ السائل الإسمنتي من خلال مواسير الإنتاج ويعقبه ضخ الماء حتى يصل الإسمنت إلى قاع البئر ويغطي المجال المراد عزله ، ثم ترفع المواسير وتجري عملية دوران عكسي لإزالة القسم الزائد من الإسمنت وتنظيف المواسير ثم نترك البئر بحالة سكون فترة يوم أو يومين حيث يختبر بعد ذلك ارتفاع الإسمنت ومقاومته وذلك بإنزال المواسير حتى أعلى السدادة والضغط عليها من ( 3-5 ) طن ، فإذا لوحظ عدم مقاومتها يطحن الإسمنت وتعاد عملية السمنتة من جديد ، وأما اختبار نفوذية السدادة الإسمنتية فعندهـا نعرض البـئر ( المواسير ) لفرق ضغط داخلي ، حيث يفرغ البئر كلياً أو جزئياً ويراقب تغير مستوى السائل في البئر ، وأما أن نعرضها لضغط داخلي ( لا يتجاوز ضغط اختبار البئر ) .

2-2- السمنتة تحت الضغط :

وتجري هذه العملية لإنشاء حاجز في الطبقة أمام تقدم المياه وغالباً ما تجري هذه العملية مترافقة مع إنشاء سدادة إسمنتية .

وهنا نميز نوعين لهذه العملية بحسب الضغط الذي يتم بتأثيره دخول الإسمنت في الطبقة ، آخذين بعين الاعتبار المقاومة الحدية لمواسير التغليف الإنتاجية .

1-2-2- السمنتة تحت ضغط بدون استعمال عازل :

تطبق هذه الطريقة عند الضغوط التي تتحملها مواسير التغليف والإنتاج والتجهيـزات السـطحية وتتم هذه العملية وفق المخطط الموجـود في الشـكل ( 1 ) كما يلي :

الشكل ( 1 ) مخطط السمنتة تحت الضغط

11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1 صمامات

12- مانومتر

14- مواسير التغليف

15- مواسير الإنتاج

17,16 خطوط الدفع من مضخات السمنتة

18- ثقوب

قبل البدء بالسمنتة نجري تجربة تقبل للطبقة ، لهذا الغرض نضخ الماء في البئـر لبعـض الوقت بواسـطة مضخـة السـمنتة مع إغـلاق الصمـامـات ( 5-6-9 ) وبعد تعيين مقدار التقبل ( ل/د ) نحضر السائل الإسمنتي ، ثم يضـخ الحجـم الـلازم في مواسـير الإنتـاج بعـد إغــلاق الصمـامـات ( 5-6-11-10 ).

ويخرج السائل المزاح من البئر إلى السطح من خلال الصمام ( 9 ) ويضخ السائل الإزاحة المحسوب بدقة بعد ضخ السائل الإسمنتي ثم يغلق الصمام ( 9 ) وتتابع إزاحة العينة الإسمنتية في الطبقة تحت الضغط الذي يجب مراقبته على السطح بحيث لا يتجاوز ضغط الاختبار ونراقب كمية المياه التي يجري ضمنها في البئر وعندما يبقى في المواسير حوالي ( 0.5 ) م³ من السائل الإسمنتي يوقف الضخ وتزال الكمية الزائدة من الإسمنت بواسطة الدوران العكسي للسائل وإذا لم يوقف الضخ في هذه اللحظة فإن الماء قد يندفع في الطبقة ويدفع الملاط الإسمنتي بعيداً عن جدران البئر ، وفي هذه الحالة يكون الإسمنت فقد الهدف الأساسي الذي أنزل من أجله وهو عزل المياه الطبقية .

لإجـراء عمليـة الـدوران العكسـي نفتـح جميع الصمـامات ماعدا ( 3-4-9 ) عندئذٍ سوف ترتفع المياه في مواسير الإنتاج والتي يجري ضمنها بمضخات السمنتة في الفراغ الحلقي من خلال الصمامين ( 5-6 ) ويضبط هذا الصمامين بحيث يكون الضغط أثناء إجراء الدوران العكسي أقل من الضغط الأقصى في نهاية الضخ بما لايزيد عن ( 5 ضغط جوي ) إذ أنه إذا ازداد فرق الضغط عن هذا الحد فقد يندفع الملاط الإسمنتي مرة أخرى إلى البئر .

وتستمر عملية الدوران العكسي والغسل حتى انتهاء فترة الشك للملاط الإسمنتي وبعد إيقاف الغسيل يغلق الصمامان ( 5-6 ) .

ويمكن تلخيص هذه العملية كما يلي :

إجراء تجربة تقبل الطبقة .
إجراء دوران في البئر من أجل التنظيف .
ضخ كمية مناسبة من الإسمنت إلى داخل البئر وهذه الكمية تحدد بناءً على قدرة الطبقة للتقبل من خلال مواسير الإنتاج التي تكون نهايتها بالقرب من قاع البئر .
تزاح هذه الكمية من الإسمنت بواسطة سائل الإزاحة حتى تصل إلى القاع .
يغلق الفراغ الحلقي ويتابع ضخ سائل الإزاحة في البئر حيث يزداد الضغط ويجبر السائل الإسمنتي على دخول الطبقة .
يجرى دوران عكسي داخل البئر مع مراعاة عدم انخفاض الضغط داخل البئر .
بعد الانتهاء من رفع الزيادة في الإسمنت يغلق البئر وينتظر حتى يتصلب الإسمنت .

2-2-2- السمنتة تحت الضغط باستخدام عازل :

تطبق هذه العملية في الحالات التي تتطلب ضغوط كبيرة لحقن السائل الإسمنتي في الطبقة التي قد تؤثر على مواسير التغليف الإنتاجية وخصوصاً إذا كانت هذه المواسير ذات عمر خدمة كبير ضمن البئر لذلك تجهز المواسير الإنتاجية بعازل ( باكر ) عند نهايتها السفلى الذي يثبت ضمن مواسير التغليف ، ويغلق الفراغ الحلقي ، وتوضع وصلة تصريف فوق العازل لإجراء دوران للسائل ما بين مواسير الإنتاج والفراغ الحلقي فوق العازل ، وتتبع نفس المراحل الواردة في طريقة السمنتة تحت الضغط بدون استعمال عازل .

3-2- الإسمنت النفطي :

تحدد كمية الإسمنت النفطي حسب أرقام تجريبية من الآبار نفسها ، وتكون كثافة العينة الإسمنتية حوالي ( 1.5-1.8 ) غ_ث/سم³ ومن أهم الأشياء التي يجب الانتباه إليها هو خلو البئر من المياه لذلك يجرى تبديل سائل البئر بالنفط أو المازوت ، وتحضر العينة الإسمنتية أيضاً بالنفط أو المازوت .

بعد إجراء عملية الحقن والتجفيف ، ويجرى فحص عملية السمنتة بتحليل عينات من إنتاج البئر لمعرفة انخفاض نسبة المياه في الإنتاج .

تعتمد عمليات الإسمنت النفطي على عدم تصلب الإسمنت بوجود النفط أو المواد الهيدروكربونية ، فإذا ما حقنت العينة الإسمنتية النفطية في البئر فإنها ستتصلب فقط في المناطق التي يكون فيها مياه في الطبقة بينما يمكن غسلها في المناطق التي لا تكون فيها تماس بين الإسمنت والماء وعند ملامسة الإسمنت للمياه يمتص الإسمنت المياه بخاصية التبلل ( الإسمنت محب للمياه ) ويدخل معه في تفاعل كيميائي .

3- طريقة العزل الانتقائي باستخدام سيليكات الصوديوم Na₂SiO₃ القلوية :

1-3- مكان وشروط استخدام السيليكات :

استخدمت هذه الطريقة في روسيا وأمريكا ، حيث تم اقتراح هذه الطريقة للعزل الانتقائي حيث تقوم السيليكات بإغلاق النطاقات المماهة وخاصة الشقوق وتعطي بذلك دوراً أكبر للمسامات التي لازالت ذات إشباع كبير بالنفط والتي يمكن تحسينها بالتحميض اللاحق ، ومجمل هذه العمليات يؤدي إلى استنزاف واستنضاب الاحتياطي المتواجد في مناطق الآبار على امتداد المساحة والمقطع وبالتالي كافة أجزاء المكمن مما يؤدي للوصول إلى العمل وفق عامل المردود النهائي .

وجد أن هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها في الآبار المماهة لعزل المجال المماه بالكامل على أن يتبع ذلك بالإسمنت مما يحسن من ظروف أداء العينة الإسمنتية ويقلل من كميات الإسمنت اللازم استخدامها فيما لو تم العزل لمجالات ذات شقوق عالية وتقبل كبير ونسبة إماهتها عالية ، فاستخدام الإسمنت لوحده في هذه الحالة سيكون أكبر كلفة اقتصادية ، ونحتاج لزمن إصلاح كبير وقد يحصل انسداد لكامل المجال المماه والمنتج ، مما يضطرنا لعمليات حفر وتحميض لاحق لفتح المجال المنتج وزمن أكبر من التوقف عن الإنتاج .

ويعتبر استخدام السيليكات أحد الوسائل لحل هذه المشكلة بسبب قدرتها الانتقائية على التعامل مع النطاق المماه .

تستخدم عملية العزل بالسيليكات في الآبار التي وصلت فيها نسبة المياه إلى نسب عالية لإغلاق الشقوق الناقلة للماء ، حيث خصصت هذه الطريقة للآبار التي تكون فيها الصخور مشققة أو مسامية ودرجة حرارتها الطبقية أكبر أو تساوي 120 م° وذات تقبل عالي . يمكن استخدام هذه الطريقة لعزل المياه سواء كانت طبقية أو غريبة مع ملاحظة توفر شروط التصلب .

ومن مميزات هذه الطريقة أنها تستخدم على الآبار الذاتية دون الحاجة إلى حفارة إصلاح كما يمكن تنفيذها على الآبار الميكانيكية أو التي تعمل بواسطة الرفع الغازي وذلك بعد رفع المعدات الجوفية .

وشروط استخدام هذه الطريقة هي :

أن تكون مواسير الإنتاج سليمة وخالية من الشقوق ولا يحصل فيها أي تهريب للسيليكات للفراغ الحلقي .
أن تكون مواسير التغليف الإنتاجية سليمة ولا تحتوي على كسور لمنع ارتفاع السيليلكات في الفراغ الحلقي أثناء الحقن في الطبقة واختلاطها بمحلول كلوريد الكالسيوم وبالتالي تصلب السيليكات في الفراغ الحلقي .
وجود اتصال هيدروليكي بين مواسير الإنتاج ومواسير التغليف الإنتاجية وحصول الدوران العكسي .

إضافة لما سبق من استخدامات لطريقة العزل بالسيليكات يمكن استخدامها :

من أجل المجالات المنتجة ذات التقبل العالي لتغيير اتجاه الحمض في الطبقة .
معالجة أماكن التهريب العالي أثناء الحفر .
عند وضع الجسور الإسمنتية في أماكن ذات النفوذية العالية .

2-3- المواصفات الفيزيوكيميائية وأسس استخدام السيليكات القلوية :

سيليكات الصوديوم بمحلولها المائي ( سيليكات الصوديوم التجارية ) :

هي مادة قلوية ( PH = 12.55 ) وكثافتها ( 1.36-1.5 ) غ_ث/سم³ ويتراوح تركيزها ما بين ( 38-44 ) %

تستخدم سيليكات الصوديوم مع محلول كلوريد الكالسيوم بشكل خاص لسد المناطق ذات النفوذية العالية وعزل أماكن تدفق المياه في الآبار باستخدام سيليكات الصوديوم ومن أجل التحكم بعمق واتجاه السيليكات في الطبقة استخدمت بعض المواد المساعدة نذكر منها :

كربونات الصوديوم من أجل توجيه العينة في الطبقة عند وجود مياه ذات ملوحة عالية ، بحيث تعمل كربونات الصوديوم ( وهو مسحوق بلوري حبيبي أبيض اللون وناعم ) ضمن محاليلها المائية على تشكيل مركبات ( CaCo₃ , MgCo₃ ) مع شوارد ( Ca⁺⁺ , Mg⁺⁺ ) الموجودة في المياه الطبقية ، وهذه المركبات غير منحلة في المياه الطبقية ، أي بتلامس الشوارد مع كربونات الصوديوم تنخفض كميتها في المياه بسبب استبدال الشوارد مما يعطي فرصة أكبر أمام السيليكات للتغلغل لعمق أكبر قبل تصلبها مما يرفع كفاءة العزل ، لذلك نلجأ لضخ كربونات الصوديوم قبل المعالجة في الطبقات ذات المياه عالية الملوحة لتأمين تغلغل أعمق للسيليكات في الطبقة .
البيتوم الصلب لإعطاء مرونة للمادة السادة والابتعاد عن تشكيل صخر سيليكاتي ذو بنية زجاجية على الرغم من مقاومتها للضغط وقساوتها إلا أن تحطيم جزء منها سوف يؤدي لتفكيك روابطها وتحطمها كالبلور العادي واستخدام البيتوم الذي يتكون من مركبات معقدة من السلاسل الهيدروكربونية والذي أحد مكوناته الإسفلت والزيوت وهو يشكل حلاً لذلك.

<BLOCKQUOTE>

وللبيتوم قدرة على التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ضمن مجال حراري واسع ( 140-160 ) م° وكذلك قدرته العالية أيضاً على الإنحلال في النفط</BLOCKQUOTE>
<BLOCKQUOTE>

ضمن الطبقة وخاصة النفط العطري ويتمتع بمقاومته للحمض والمياه الطبقية ما ينعكس بشكل إيجابي على خصائص السيليكات ويجعلها أكثر مقاومة للحموض وأكثر عازلية للمياه .
</BLOCKQUOTE>
<BLOCKQUOTE>

- عندما يحصل تلامس سيليكات الصوديوم مع المياه الطبقية الحاوية على شوارد الكالسيوم والمغنيزيوم يتشـكل غلاف قاسـي جـداً وبـعد ( 10-15 ) دقيقة يتشكل راسب أبيض اللون يتحول بعدها إلى صخر قاسي .</BLOCKQUOTE>

- عندما يحصل تلامس بين سيليكات الصوديوم و المياه الطبقية الحاوية على شـوارد الكـالسـيوم والمغنيزيـوم يحـدث ارتفاع درجة الحـرارة بحـدود ( 20-80 ) م° ويتناسب الارتفاع الحراري الناجم طرداً مع زيادة تركيز سيليكات الصوديوم والذي بدوره يؤثر طرداً على سرعة التصلب .

- أثناء انتظار تصلب سيليكات الصوديوم في الطبقة ذات المياه عالية الملوحة يتشكل هلام في المنطقة المماهة ونتيجة لانتشار شوارد المغنيزيوم والكالسيوم في المياه الطبقية يغطي المنطقة المماهة ويغلقها .

- لا تستخدم السيليكات في النطاقات النفطية التي لا توجد فيها شوارد الكالسيوم والمغنيزيوم Ca⁺⁺ , Mg⁺⁺ حيث لا يحدث تجمد للسيليكات .

- لا تتأثر سيليكات الصوديوم بالحموض والنفط مما يجعلها حاجز جيد أمام الحمض في الشقوق الواسعة وتوجيهه إلى المسامات الضيقة مما يزيد من فعالية عملية التحميض .

- نستخدم مع السيليكات كلوريد الكالسيوم الذي يذوب بشكل جيد في الماء ليعطي محلول غني بشوارد Ca⁺⁺ والذي يتم ضخه بشكل متناوب مع سيليكات الصوديوم أثناء الحقن مع فواصل من المياه العذبة من ( 0.15-2 ) م³ وذلك لمنع تصلبهما خلال المواسير حيث يعمل محلول الكلوريد بدور مجمد للسيليكات في الآبار المماهة بمياه ذات ملوحة منخفضة .

مواصفات محاليل CaCl₂ ( كلور الكالسيوم ) :

علاقة تبدل الكثافة وحرارة التجمد للمحاليل بالنسبة لتركيز CaCl₂:

الانحلالية بالماء		نقطة التجمد م°	الكثافة كغ/م³ عند 20 م°	التركيز الوزني كتلة %
قابلية الانحلال كغ/م³	درجة الحرارة م°	نقطة التجمد م°	الكثافة كغ/م³ عند 20 م°	التركيز الوزني كتلة %
435	- 50	- 0.2	1002	0.5
458	- 40	- 0.4	1007	1.5
484	- 30	- 0.9	1015	2.0
515	- 20	- 1.3	1023	3.0
550	- 10	- 1.8	1032	4.0
594	0	- 2.3	1040	5.0
649	10	- 2.9	1049	6.0
744	20	- 4.3	1066	8.0
819	25	- 5.9	1084	10.0
1015	30	- 7.7	1101	12.0
1276	40	- 9.8	1120	14.0
1365	60	- 12.3	1139	16.0
1465	80	- 15.1	1158	18.0
1576	100	- 18.3	1178	20.0
1709	120	- 25.3	1218	24.0
1909	140	- 34.7	1260	28.0
2220	160	- 49.7	1304	32.0

4- طريقة العزل باستخدام البوليميرات :

1-4- مقدمة :

لم يقتصر استخدام البوليميرات فقط على النواحي الكيميائية إنما دخل المجال النفطي أيضاً وتم اللجوء إليه كطريقة من طرق الاستثمار المدعم للنفط .

حيث أن عمليات حقن المياه لزيادة استخراج النفط أعطت كسحاً غير كامل للنفط في الخزان . لذلك ولزيادة فعالية الكسح يتم استخدام المحاليل البوليميريـة ( البوليميرات القابلة للانحلال بالماء ) وذلك من أجل رفع لزوجة المياه المحقونة وزيادة عامل الإحاطة .

كما استخدمت البوليميرات أيضاً في مجال حفر الآبار النفطية كمضافات إلى سائل الحفر وذلك لتخفيض فاقد الرشح وزيادة اللزوجة وخاصة أثناء حفر الآبار العميقة .

ونشير هنا إلى إمكانية استخدام البوليميرات لعزل المجالات المنتجة للمياه الأمر الذي ينطوي على كثير من المحاسن التي تنعكس بالنتيجة على تحسين إنتاج النفط والمحافظة على ضغط الطبقة المنتجة .

2-4- أنواع ونماذج البوليميرات :

1-2-4- البولي أكريل أميد Polyacril Amide :

عبارة عن مسحوق أبيض ينحل بالماء ولا ينحل بالأسيتون والكحول كما أنه جيد الاختلاط مع البوليميرات الطبيعية والاصطناعية , وعند معالجته بالفورم ألدهيد يفقد خاصية الانحلال بالماء .

يتمـتع البولي أكريـل أميد كمحـلول بثبـاتية حراريـة تصـل حتى ( 200 C° ) .

تؤدي معالجة البولي أكريل أميد بالحموض القوية إلى تشكيل الإيـميدات ( imides ) وفي المحاليل الحمضية المركزة يؤدي تشكيل الإيميدات بين الجزئيات إلى الربط المتصالب بين السلاسل البوليميرية .

تخضع كل أنواع البولي أكريل أميد لتفاعلات نموذجية خاصة بالإميدات الأليفاتية البسيطة , وهذه التفاعلات تجري في وسط مائي وأهم هذه التفاعلات هي الحلمهة التي تقود إلى منتجات كربوكسيلية مفيدة في العديد من التطبيقات ، كما يستخدم البولي أكريل أميد غالباً كمحاليل مائية إلا أن استخدامه بالنسبة لصناعة الألياف والأفلام والمنتجات المقبولة لم تلق أهمية تجارية .

إن لزوجة محاليل البوليميرات ذات الأوزان الجزيئية العالية ومنها البولي أكريل أميد تميل إلى الانخفاض لدى هزها ولقد قدمت عدة تفسيرات لذلك منها القص الفيزيائي والانحلال الكيميائي .

يعتبر التعويم من أهم التطبيقات لهذا البوليمير حيث تزاح المادة المعلقة أو يكون مطلوباً تركيزها في محلول مائي كما هي الحال عند استخدامها في الخزانات النفطية السطحية ، كذلك يستخدم في صناعة الورق وفي معالجة مياه الصرف الصحي حيث يستخدم كمعومات أولية . كما استخدم أيضاً في عمليات حفر الآبار النفطية على شكل إضافات لسائل الحفر وذلك من أجل تخفيض فاقد الرشح وزيادة اللزوجة .

يصنع بشكل محاليل ذات تركيز 10% وبلزوجة مرتفعة تتمتع بثباتية جيدة عند درجات الحرارة المرتفعة .

يتم الحصول على البولي أكريل أميد من بلمرة الأكريل أميد والذي بدوره يتم الحصول عليه من هدرجة الأكريلو نتريل وذلك بوجود حمض الكبريت والماء .

2-2-4- أكريل أميد Acryl Amide :

عبارة عن جسم بلوري أبيض اللون ينصهر بالدرجة 84.5C° يمكن أن يقطر أو يصعد ولكن يجب اتخاذ عناية قصوى للتأكد من عدم وجود شوائب لأن البلمرة ( وخصوصاً عندما يتم بدء البلمرة بواسطة جذور حرة ) يمكن أن تتم بسرعة وبعنف في حالة وجود الشوائب . يتم الحصول على الأكريل أميد من هدرجة الأكريلو نتريل ، وذلك بتفاعل إماهة مستخدمين الوساطة الحامضية أو القلوية ، أما صناعياً فيستخدم في تحضيره حمض الكبريت ثم يتم عزل ملح كبريتات الأكريل أميد التي تتشكل أولاً .

يتم تعديل المحلول المائي لهذا الملح بالقلويات NH₃ , NaOH وأكسيد الكالسيوم ( الكلس الحي ) فينتج الأكريل أميد.

يمكن عزل الأكريل أميد من محلولة المائي بالتركيز والبلورة .

ومن أجل تلافي البلمرة عند الحصول على الأكريل أميد يضاف مخمدات ( أملاح النحاس – الحديد ) ثم تجري عملية البلمرة في محلول مائي تركيزه 8 - 10% وبوجود بيرسلفونات الأمونيا وميتاهيدروسلفات البوتاسيوم , تجري البلمرة بحرارة ( 20 - 35C° ) ولمدة تتراوح بين ( 5 – 7 ) ساعات .

مشكور محمد
الموضوع أكثر من مفيد
الشرح مفصل ومدعوم بالصور
أفادك الله وعظم أجرك فى هذا الشهر
و ......
رمضان كريم
طرق عزل المياه الطبقية Ramadan

السلام عليكم ومشكور صديقي ع المعلومات القيمة والنادرة وانها تشتمل علي الشرح بالصور وانشالله المزيد

موضوع جميل جدا وطريقة الشرح فيه ممتعه وفقك الله

» ممكن كتاب بالعربي عن كيمياء المياه الجوفية وتلوث المياه الجوفية
» تابع ج المياه
» حفر آبار المياه
» دورة المياه
» دورة المياه