حالات تطبيق الإضافات الكيميائية في حقول النفط

في عام 2022، وفي مواجهة تأثير جائحة كوفيد-19، أكمل مركز إدارة استكمال آبار النفط في الشمال الغربي 24 مشروعًا، بما في ذلك معدات التحكم في آبار النفط وتنظيف أنابيب انسداد النفط الثقيل، مما أدى إلى توفير تكاليف الشراء بقيمة 13.683 مليون يوان.

أثناء استخدام أنابيب النفط، يضيق قطرها بشكل متزايد بسبب تأثيرات الشمع والبوليمرات والأملاح، مما يقلل من تدفق النفط الخام ويؤثر على إنتاجه. لذلك، عادةً ما تُنظف شركات الحفر الأنابيب مرة واحدة سنويًا. بعد معالجة وصلات اللحام في مفاصل الأنابيب، من الضروري تنظيفها.

بشكل عام، تحتوي الأنابيب الفولاذية المستخدمة كأنابيب نفط على صدأ على السطحين الداخلي والخارجي. إذا لم تُنظف، سيؤدي ذلك إلى تلويث الزيت الهيدروليكي بعد الاستخدام، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي للأجهزة الهيدروليكية. لذلك، من الضروري إزالة الصدأ من السطح الداخلي للأنابيب بالغسيل الحمضي. يمكن للغسيل الحمضي أيضًا إزالة الصدأ من السطح الخارجي للأنابيب، مما يُفيد في وضع طلاء مضاد للصدأ على السطح الخارجي للأنابيب، مما يوفر حماية طويلة الأمد من التآكل. يُجرى الغسيل الحمضي عادةً باستخدام محلول حمضي بتركيز يتراوح بين 0% و15%. شركة يوزو، من خلال توفير منتجات مثبطة للتآكل: UZ CI-180، مثبط تآكل حمضي مقاوم لدرجات الحرارة العالية للاستخدام في حقول النفط. في عملية التحميض أو التخليل، يُسبب الحمض تآكل الفولاذ، وعند درجات الحرارة العالية، يزداد معدل ونطاق التآكل بشكل كبير، لذا، يُعد منع تآكل الأنابيب عالية الحرارة أمرًا بالغ الأهمية في إنتاج حقول النفط، وهو أمر لا يقتصر على فوائد استغلال حقول النفط فحسب، بل يرتبط ارتباطًا وثيقًا بسلامة الإنتاج. تعتمد درجة التآكل الحمضي على خطوط الأنابيب والمعدات على وقت التلامس وتركيز الحمض وظروف درجة الحرارة، وما إلى ذلك. يتميز UZ CI-180 بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية، وعند درجات حرارة تصل إلى 350 درجة فهرنهايت (180 درجة مئوية)، يمكن تقليل تأثير تآكل الحمض على الفولاذ عند درجات الحرارة العالية في قاع البئر بشكل كبير عن طريق إضافة UZ CI-180 إلى خليط الحمض. وقد حظيت شركة Youzhu بتقدير كبير من مركز إدارة حقول النفط الشمالية الغربية لمشاريعها في تنظيف الأنابيب وتركيب سوائل الحفر وصيانة المعدات.

تقع بئر فينجي 1-10HF على طريق دونغ سان بمدينة دونغ ينغ، وهي أول بئر أفقي للنفط الصخري يتجاوز حاجز دورة الحفر التي تبلغ 20 يومًا، حيث أُنجزت قبل الموعد المحدد بـ 24 يومًا. وهي إحدى ثلاث مناطق تجريبية وطنية للنفط الصخري معتمدة من قِبل الإدارة الوطنية للطاقة، وأول منطقة تجريبية وطنية للنفط الصخري في حوض الصدع القاري في الصين. وقد وفّر إكمال البئر قبل الموعد المحدد بـ 24 يومًا أكثر من 10 ملايين يوان من التكاليف.

نظرًا لقرب بئرٍ مجاورةٍ متصدعةٍ على بُعد 400 متر فقط، وقربها من حدود الصخور الحصوية، واجهت بئر فينجي 1-10HF مخاطر تسرب المياه، والفيضانات، وفقدان السوائل. إضافةً إلى ذلك، شكّلت درجات الحرارة المرتفعة في قاع البئر تحدياتٍ لمختلف الأجهزة. ركّز فريق المشروع على دعم التكنولوجيا الهندسية ومعالجة القضايا التكنولوجية الرئيسية. ونجحوا في حلِّ بعض المعوقات، مثل صعوبة التنبؤ بالمناطق المثالية ذات التباين العالي، ومحدودية الأجهزة في ظل درجات الحرارة والضغوط العالية، وتزامن فقدان سوائل الحفر مع تدفقها.

قاموا بتطوير وتطبيق نظام طين اصطناعي لتحسين السيولة. من بين هذه الأنظمة، يُمكن لمُضاف سائل الحفر الحالي TF FL WH-1 Cement Fluid-loss Additives، الذي طورته شركة Youzhu، أن يُشكل طبقة رقيقة عالية الجودة على سطح بئر الصخر الزيتي، مما يمنع تسرب سائل الحفر إلى التكوين. صُمم TF FL WH-1 للاستخدام في الآبار التي تتراوح درجات حرارة دوران قاع البئر فيها بين 60 درجة فهرنهايت (15.6 درجة مئوية) و400 درجة فهرنهايت (204 درجات مئوية).

يوفر TF FL WH-1 تحكمًا في فقدان سوائل API بمعدل أقل من 36 سم مكعب/30 دقيقة، مع التحكم في هجرة الغاز من التكوين. عادةً ما يتطلب معظم أنواع الملاط نسبة تتراوح بين 0.6% و2.0% من BWOC. ويُستخدم عادةً بجرعة أقل من 0.8% من BWOC، مما يحمي المكمن ويثبت بئر البئر. يُغلق هذا بفعالية مسام الصخر الزيتي والشقوق الدقيقة، مما يمنع تسرب سائل الحفر، ويقلل من انتقال ضغط المسام، مما يُعزز بشكل كبير تثبيط سائل الحفر.

وتظهر نتائج التطبيقات الميدانية أن سائل الحفر عالي الأداء القائم على الماء يتميز بقدرة عالية على التثبيط، ويزيد من سرعة الحفر الميكانيكية، ومستقر في درجات الحرارة العالية، ويحمي الخزان، وهو صديق للبيئة.

في فبراير 2022، اقترحت بئر بازونغ 1HF التابعة لشركة سينوبك، والواقعة في مكمن النفط والغاز الرملي في قناة النهر الجوراسي، مفهومًا مبتكرًا لتصميم التكسير "التكسير، والتشرب، ودمج إغلاق البئر". طُوّر هذا النهج لمعالجة خصائص مكامن الحجر الرملي الكثيفة في قنوات النهر وارتفاع معاملات ضغط التكوين. وقد عززت تقنية التكسير المُحسّنة، التي تشمل "القطع المحكم + السد المؤقت والتحويل + إضافة رمل عالي الكثافة + تعزيز زيت التشرب"، بشكل كبير سعة تدفق النفط والغاز تحت الأرض، وأرست نموذجًا جديدًا للتكسير، مما يوفر مرجعًا للتكسير واسع النطاق للآبار الأفقية.

تتغلب مادة يوزوو المضافة لفقدان السوائل عالية الحرارة، وعامل سد الانهيار عالي الحرارة، ومنظم التدفق عالي الحرارة في سائل التكسير، على تحديات الضغط وفقدان السوائل الناتجة عن ضغط مسام التكوين، وإجهاد البئر، وقوة الصخور. تسمح تقنية سد الجل الخاصة، المستمدة من جامعة ساوث ويست للبترول، للهلام الخاص بإيقاف التدفق تلقائيًا بعد دخول طبقة الفقد، وملء الكسور والفراغات، وتشكيل "سدادة جل" تعزل سائل التكوين الداخلي عن سائل البئر. تُعد هذه التقنية فعالة للغاية في حالات التسرب الشديد في التكوينات المتشققة والمسامية والمكسورة، مع فقدان كبير للسوائل وحجم عودة ضئيل.

في 30 مايو 2023، الساعة 11:46 صباحًا، بدأ حقل تاريم النفطي التابع لشركة البترول الوطنية الصينية (CNPC) أعمال الحفر في بئر شندي تيكي 1، إيذانًا ببدء رحلة استكشاف العلوم الجيولوجية والهندسية فائقة العمق على أعماق تصل إلى 10,000 متر. يمثل هذا إنجازًا تاريخيًا في هندسة أعماق الأرض في الصين، ويمثل نقلة نوعية في تكنولوجيا استكشاف أعماق الأرض في البلاد، وبداية "عصر الـ 10,000 متر" في قدرات الحفر.

يقع بئر شندي تيكي 1 في مقاطعة شايا، محافظة أكسو، شينجيانغ، في قلب صحراء تاكلامكان. وهو مشروعٌ هامٌّ من مشاريع الحفر العميق لشركة البترول الوطنية الصينية (CNPC) في حقل تاريم النفطي، المجاور لمنطقة فومان النفطية والغازية فائقة العمق، والتي يبلغ عمقها 8000 متر واحتياطياتها مليار طن. يبلغ عمق البئر المصمم 11100 متر، وتستغرق فترة الحفر والإكمال المخطط لها 457 يومًا. في 4 مارس 2024، تجاوز عمق حفر بئر شندي تيكي 1 10000 متر، مما يجعله ثاني بئر عمودي في العالم وأول بئر عمودي في آسيا يتجاوز هذا العمق. يشير هذا الإنجاز إلى أن الصين قد تغلبت بشكل مستقل على التحديات التقنية المرتبطة بحفر آبار عميقة للغاية بهذا الحجم.

يُعد الحفر على أعماق تصل إلى 10,000 متر من أكثر المجالات تحديًا في تكنولوجيا هندسة النفط والغاز، نظرًا لما يصاحبه من عوائق فنية عديدة. كما يُعد مؤشرًا رئيسيًا على قدرات التكنولوجيا الهندسية والمعدات في أي بلد. في ظل ظروف درجات الحرارة والضغط القاسية في قاع الآبار، تم تحقيق تقدم كبير في سوائل الحفر عالية الحرارة، والمحركات المقاومة للحرارة العالية، وتقنيات الحفر الاتجاهي. كما تم تحقيق إنجازات كبيرة في معدات أخذ العينات الأساسية وتسجيل الكابلات، وشاحنات التكسير فائقة الضغط بسعة 175 ميجا باسكال، ومعدات سوائل التكسير، والتي تم اختبارها بنجاح في الموقع. أدت هذه التطورات إلى ابتكار العديد من التقنيات المهمة لحفر وإكمال الآبار فائقة العمق بأمان وكفاءة.

في نظام سوائل الحفر المستخدم في هذا المشروع، عولجت بيئات محددة ذات درجات حرارة وضغط مرتفعين، من خلال تطوير مُخفِّفات فائقة لفقدان السوائل ومثبطات تآكل تحافظ على خصائص ريولوجية ممتازة في درجات الحرارة العالية، ويسهل تعديلها وصيانتها. كما عززت إضافات التحكم في الطين قدرة جزيئات الطين على تجفيف الماء في ظروف درجات الحرارة العالية جدًا، مما حسّن من قدرة سائل الحفر على التكيف واستقراره.

يُعدّ حقل جيموسار الوطني لزيت الصخر الزيتي أول منطقة تجريبية وطنية لزيت الصخر الزيتي البري في الصين، ويقع في الجزء الشرقي من حوض جونغار. ويغطي مساحة 1278 كيلومترًا مربعًا، ويُقدّر احتياطي موارده بـ 1.112 مليار طن. في عام 2018، بدأ تطوير حقل جيموسار على نطاق واسع. وفي الربع الأول، أنتجت منطقة شينجيانغ جيموسار الوطنية لزيت الصخر الزيتي البري 315 ألف طن من زيت الصخر الزيتي، محققةً رقمًا قياسيًا تاريخيًا جديدًا. وتُسرّع المنطقة التجريبية جهودها لزيادة احتياطيات وإنتاج زيت الصخر الزيتي، مع خطط لإكمال 100 بئر حفر و110 آبار تكسير بحلول عام 2024.

يُعدّ النفط الصخري، وهو نفط ملتصق بالصخور الصخرية أو داخل شقوقها، من أصعب أنواع النفط استخراجًا. تزخر شينجيانغ بموارد غنية من النفط الصخري، مع آفاق واعدة للاستكشاف والتطوير. وقد حددت الصين موارد النفط الصخري كمنطقة رئيسية لاستبدال النفط مستقبلًا. يوضح وو تشنغمي، المهندس المساعد في مركز الأبحاث الجيولوجية بمنطقة عمليات حقول جي تشينغ النفطية في حقل شينجيانغ النفطي، أن نفط صخر جيموسار الصخري يُدفن عادةً على عمق يزيد عن 3800 متر تحت الأرض. ويؤدي هذا الدفن العميق وانخفاض نفاذيته بشكل خاص إلى جعل عملية الاستخراج صعبةً كاستخراج النفط من حجر الشحذ.

يواجه تطوير النفط الصخري الأرضي في الصين أربعة تحديات رئيسية: أولاً، النفط ثقيل نسبيًا، مما يجعل تدفقه صعبًا؛ ثانيًا، البقع الحلوة صغيرة ويصعب التنبؤ بها؛ ثالثًا، المحتوى العالي من الطين يجعل التكسير صعبًا؛ رابعًا، التوزيع غير متسق، مما يعقد العمليات. لطالما قيدت هذه العوامل التطوير واسع النطاق والفعال للنفط الصخري الأرضي في الصين. في المشروع، لمعالجة سائل ارتداد التكسير، يتم استخدام مادة مضافة جديدة لتقليل التلوث وإعادة تدوير السائل، وتحويله مرة أخرى إلى سائل تكسير لإعادة استخدامه. تم اختبار هذه الطريقة على تسع آبار في عام 2023 بنتائج ممتازة. اعتبارًا من يونيو 2024، يخطط المشروع لاستخدام سائل التكسير المعاد تكوينه في عملية تكسير واسعة النطاق.

يتكون التكوين الرئيسي للمشروع من طبقات الفحم، ومقاطع من الحجر الطيني الرمادي والبني، وهي تكوينات حساسة للماء. في كتلة جيموسار النفطية الصخرية، يكون الجزء المفتوح من البئر الثاني طويلًا، ومدة نقع التكوين أطول. في حال استخدام طين مائي، من المرجح حدوث انهيار وعدم استقرار، لكن سوائل الحفر النفطية لا تُسبب آثار ترطيب. كما أن سوائل الحفر المستحلبة "النفط في الماء"، عند استقرارها، لا تُسبب آثار ترطيب، وبالتالي لا تُسبب سوائل الحفر النفطية ضغوط تورم ترطيب. وقد أدت الأبحاث إلى اعتماد نظام طين نفطي، بمبادئ وإجراءات لمنع الانهيار كما يلي: 1. التثبيط الكيميائي: التحكم في نسبة الزيت إلى الماء فوق 80:20 للحد من تسلل الماء إلى التكوين، مما يمنع بفعالية تورم وانهيار طبقات الفحم والتكوينات شديدة الحساسية للماء. 2. السد الفيزيائي: إضافة عوامل ترجيح، مثل مواد الكالسيوم، مسبقًا في التكوينات الضعيفة لتعزيز قدرة التكوين على تحمل الضغط ومنع تسرب البئر. ٣. الدعم الميكانيكي: التحكم في الكثافة فوق ١.٥٢ غ/سم³، وزيادة الكثافة تدريجيًا إلى الحد التصميمي البالغ ١.٥٨ غ/سم³ في قسم التراكم. تُحقق عوامل الترجيح التي تنتجها شركة يوزو التأثير المطلوب، مما يضمن إتمامًا سلسًا وناجحًا لمشاريع الحفر وإكمال الآبار.