حالات استخدام الإضافات الكيميائية في حقول النفط

في عام 2022، وفي مواجهة تأثير جائحة كوفيد-19، أكمل مركز إدارة إكمال آبار النفط في شمال غرب البلاد 24 مشروعًا، بما في ذلك معدات التحكم في آبار النفط وتنظيف أنابيب انسداد النفط الثقيل، مما وفر تكاليف الشراء بقيمة 13.683 مليون يوان.

أثناء استخدام أنابيب النفط، يضيق قطرها تدريجيًا نتيجة لتراكم الشمع والبوليمرات والأملاح، مما يقلل من تدفق النفط الخام ويؤثر على إنتاجه. لذا، تقوم شركات الحفر عادةً بتنظيف الأنابيب مرة واحدة سنويًا. بعد معالجة لحامات وصلات الأنابيب، يصبح تنظيفها ضروريًا.

في الظروف العادية، تتراكم طبقة الصدأ على السطحين الداخلي والخارجي لأنابيب الصلب المستخدمة في نقل النفط. وإذا لم تُنظف، فإن الصدأ يُلوث زيت الهيدروليك بعد الاستخدام، مما يؤثر على التشغيل السليم للأجهزة الهيدروليكية. لذا، من الضروري إزالة الصدأ من السطح الداخلي للأنابيب عن طريق الغسل الحمضي. كما يُمكن للغسل الحمضي إزالة الصدأ من السطح الخارجي للأنابيب، مما يُسهل تطبيق طلاء مقاوم للصدأ، ويوفر حماية طويلة الأمد ضد التآكل. يُجرى الغسل الحمضي عادةً باستخدام محلول حمضي بتركيز يتراوح بين 0% و15%. تُقدم شركة يوتشو منتجات مثبطات التآكل، ومنها UZ CI-180، وهو مثبط تآكل حمضي مقاوم لدرجات الحرارة العالية، مُصمم خصيصًا للاستخدام في حقول النفط. أثناء عملية المعالجة الحمضية أو التخليل، يتسبب الحمض في تآكل الفولاذ، وتزداد سرعة التآكل ونطاقه بشكل كبير عند درجات الحرارة العالية. لذا، يُعدّ منع تآكل الأنابيب ذات درجات الحرارة العالية أمرًا بالغ الأهمية في إنتاج حقول النفط، فهو لا يرتبط فقط بفوائد استغلال حقول النفط، بل يرتبط ارتباطًا وثيقًا بسلامة الإنتاج. وتعتمد درجة تآكل خطوط الأنابيب والمعدات بفعل الحمض على مدة التلامس وتركيز الحمض ودرجة الحرارة، وغيرها. يتميز منتج UZ CI-180 بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية، فعند درجات حرارة تصل إلى 180 درجة مئوية (350 درجة فهرنهايت)، يمكن تقليل تأثير تآكل الحمض على الفولاذ في درجات الحرارة العالية في قاع البئر بشكل كبير بإضافة UZ CI-180 إلى خليط الحمض. وقد حظيت شركة يوزو بتقدير كبير من مركز إدارة حقول النفط في شمال غرب البلاد لمشاريعها في تنظيف الأنابيب، وتركيب سوائل الحفر، وصيانة المعدات.

يقع بئر فينغيه 1-10HF على طريق دونغ سان في مدينة دونغينغ، وهو أول بئر أفقي للنفط الصخري يتجاوز حاجز دورة الحفر البالغة 20 يومًا، حيث تم إنجازه قبل الموعد المحدد بـ 24 يومًا. يُعد هذا البئر واحدًا من ثلاث مناطق تجريبية وطنية للنفط الصخري معتمدة من قبل إدارة الطاقة الوطنية، وأول منطقة تجريبية وطنية للنفط الصخري في أحواض الصدوع القارية في الصين. وبفضل إنجاز البئر قبل الموعد المحدد بـ 24 يومًا، تم توفير أكثر من 10 ملايين يوان من التكاليف.

نظراً لقرب بئر Fengye 1-10HF من بئر مجاورة تخضع لعملية تكسير على بُعد 400 متر فقط، وقربها من حدود الصخور الحصوية، فقد واجهت البئر مخاطر تسرب المياه، والفيضان، وفقدان السوائل. إضافةً إلى ذلك، شكّلت درجات الحرارة المرتفعة في قاع البئر تحدياتٍ أمام مختلف الأجهزة. ركّز فريق المشروع على الدعم الهندسي التقني ومعالجة المشكلات التقنية الرئيسية، ونجح في حلّ معوقاتٍ مثل صعوبة التنبؤ بمناطق التباين العالي، ومحدودية عمل الأجهزة في ظل درجات الحرارة والضغوط العالية، وتزامن فقدان وتدفق سائل الحفر.

قاموا بتطوير وتطبيق نظام طين صناعي لتحسين السيولة. ومن بين هذه الأنظمة، مادة TF FL WH-1 المضافة لسائل الحفر، والتي طورتها شركة Youzhu، والتي يمكنها تكوين طبقة عالية الجودة على سطح جدار البئر الصخري، مما يمنع تسرب سائل الحفر إلى التكوين. صُممت مادة TF FL WH-1 للاستخدام في الآبار ذات درجات حرارة دوران قاع البئر (BHCTs) التي تتراوح بين 15.6 درجة مئوية (60 درجة فهرنهايت) و204 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت).

يُوفر مُثبِّط السوائل TF FL WH-1 تحكمًا فعالًا في فقدان السوائل وفقًا لمعيار API، بحيث لا يتجاوز 36 سم مكعب/30 دقيقة، مع التحكم في هجرة الغاز من التكوين. يتطلب استخدام مُثبِّط السوائل عادةً نسبة تتراوح بين 0.6% و2.0% من وزن الماء الأساسي (BWOC) في معظم أنواع مُثبِّطات السوائل. ويُستخدم عادةً بجرعة أقل من 0.8% من وزن الماء الأساسي (BWOC)، مما يحمي المكمن ويُثبِّت جدار البئر. يُؤدي ذلك إلى سدّ مسامّات الصخر الزيتي والشقوق الدقيقة بفعالية، مانعًا تسرب سائل الحفر ومُقلِّلًا من انتقال ضغط المسام، مما يُحسِّن بشكل كبير من فعالية تثبيط سائل الحفر.

تُظهر نتائج التطبيق الميداني أن سائل الحفر عالي الأداء القائم على الماء يتميز بقدرة عالية على التثبيط، ويزيد من سرعة الحفر الميكانيكية، وهو مستقر في درجات الحرارة العالية، ويحمي الخزان، كما أنه صديق للبيئة.

في فبراير 2022، اقترحت شركة سينوبك، في بئر بازهونغ 1HF الواقعة في خزان النفط والغاز المصنوع من الحجر الرملي لقناة نهرية من العصر الجوراسي، مفهومًا مبتكرًا لتصميم التكسير الهيدروليكي، وهو مفهوم "التكامل بين التكسير والتشرب وإغلاق البئر". وقد طُوّر هذا النهج لمعالجة خصائص خزانات الحجر الرملي الكثيفة لقناة النهر ومعاملات ضغط التكوين العالية. وقد حسّنت تقنية التكسير المُحسّنة، التي تشمل "القطع المُحكم + السد والتحويل المؤقت + إضافة رمال عالية الكثافة + تعزيز التشرب بالنفط"، بشكل كبير من قدرة تدفق النفط والغاز الجوفي، وأرست نموذجًا جديدًا للتكسير الهيدروليكي، مما يوفر مرجعًا للتكسير الهيدروليكي واسع النطاق للآبار الأفقية.

تتغلب إضافات يوزو المقاومة لفقدان السوائل عند درجات الحرارة العالية، وعامل سد الشقوق المقاوم للانهيار عند درجات الحرارة العالية، ومنظم التدفق عالي الحرارة في سائل التكسير، على تحديات الضغط وفقدان السوائل الناجمة عن ضغط مسام التكوين، وإجهاد جدار البئر، وقوة الصخور. وتتيح تقنية سد الشقوق بالهلام الخاصة، المستمدة من جامعة جنوب غرب البترول، للهلام الخاص التوقف عن التدفق تلقائيًا بعد دخوله طبقة الفقد، ليملأ الشقوق والفراغات، مكونًا "سدادة هلامية" تعزل سائل التكوين الداخلي عن سائل البئر. وتُعد هذه التقنية فعالة للغاية في حالات التسرب الشديد في التكوينات المتشققة والمسامية والمتكسرة، والتي تعاني من فقدان كبير للسوائل وأحجام عودة ضئيلة.

في 30 مايو 2023، الساعة 11:46 صباحًا، بدأت شركة النفط الوطنية الصينية (CNPC) في حقل تاريم النفطي عمليات الحفر في بئر شندي تيكي 1، إيذانًا ببدء رحلة استكشافية في مجالات العلوم الجيولوجية والهندسية فائقة العمق، تصل إلى 10,000 متر. يمثل هذا الحدث لحظة تاريخية في هندسة باطن الأرض في الصين، إذ يُشير إلى طفرة نوعية في تكنولوجيا استكشاف باطن الأرض في البلاد، وبداية "عصر العشرة آلاف متر" في قدرات الحفر.

تقع بئر شندي تيكي 1 في مقاطعة شايا، محافظة أكسو، شينجيانغ، في قلب صحراء تاكلامكان. وهي مشروعٌ هامٌّ للحفر في أعماق الأرض، تنفذه شركة النفط الوطنية الصينية (CNPC) في حقل تاريم النفطي، المجاور لمنطقة فومان فائقة العمق للنفط والغاز، والتي يبلغ عمقها 8000 متر واحتياطياتها مليار طن. صُممت البئر بعمق 11100 متر، وكان من المقرر حفرها وإكمالها خلال 457 يومًا. في 4 مارس 2024، تجاوز عمق حفر بئر شندي تيكي 1 عشرة آلاف متر، لتصبح بذلك ثاني بئر عمودية في العالم وأول بئر عمودية في آسيا تتجاوز هذا العمق. يُشير هذا الإنجاز إلى أن الصين قد تغلبت بشكلٍ مستقل على التحديات التقنية المرتبطة بحفر آبار فائقة العمق بهذا الحجم.

يُعدّ الحفر على أعماق تصل إلى 10,000 متر من أكثر المجالات تحديًا في هندسة النفط والغاز، لما ينطوي عليه من العديد من المعوقات التقنية. كما يُعتبر مؤشرًا رئيسيًا على قدرات الدولة في مجال التكنولوجيا الهندسية والمعدات. في ظلّ ظروف درجات الحرارة والضغط القصوى في قاع البئر، تحققت إنجازات كبيرة في سوائل الحفر عالية الحرارة، والمحركات المقاومة للحرارة العالية، وتقنيات الحفر الموجه. كما تحققت إنجازات رائدة في معدات أخذ عينات اللب ومعدات تسجيل البيانات بالكابلات، وشاحنات التكسير الهيدروليكي فائقة الضغط بسعة 175 ميجا باسكال، ومعدات سوائل التكسير الهيدروليكي، والتي تم اختبارها بنجاح في الموقع. وقد أدت هذه التطورات إلى ابتكار العديد من التقنيات الحيوية لحفر واستكمال الآبار فائقة العمق بأمان وكفاءة.

في نظام سائل الحفر المستخدم في هذا المشروع، تمّت معالجة بيئات الضغط والحرارة العالية المحددة من خلال تطوير مواد فائقة الجودة لتقليل فقدان السوائل ومثبطات للتآكل، تحافظ على خصائص انسيابية ممتازة في درجات الحرارة العالية، كما أنها سهلة التعديل والصيانة. وقد عززت إضافات التحكم في الطين أيضًا قدرة نزح الماء من جزيئات الطين في ظروف درجات الحرارة العالية جدًا، مما حسّن من قابلية سائل الحفر للتكيف واستقراره.

يُعدّ حقل جيموسار للنفط الصخري أول منطقة تجريبية وطنية للنفط الصخري في الصين، ويقع في الجزء الشرقي من حوض جونغار. يمتدّ الحقل على مساحة 1278 كيلومترًا مربعًا، ويُقدّر احتياطيه بنحو 1.112 مليار طن. في عام 2018، بدأ تطوير حقل جيموسار للنفط الصخري على نطاق واسع. وفي الربع الأول من العام نفسه، أنتجت منطقة شينجيانغ جيموسار الوطنية التجريبية للنفط الصخري 315 ألف طن من النفط الصخري، مسجلةً بذلك رقمًا قياسيًا تاريخيًا جديدًا. وتُسرّع المنطقة التجريبية جهودها لزيادة احتياطيات النفط الصخري وإنتاجه، مع خطط لإكمال 100 بئر حفر و110 آبار تكسير هيدروليكي بحلول عام 2024.

يُعدّ النفط الصخري، وهو النفط الملتصق بالصخور الطينية أو الموجود داخل شقوقها، من أصعب أنواع النفط استخراجًا. وتزخر منطقة شينجيانغ بموارد نفط صخري وفيرة ذات آفاق واسعة للاستكشاف والتطوير. وقد صنّفت الصين موارد النفط الصخري كمجال رئيسي لاستبدال النفط في المستقبل. وتوضح وو تشنغ مي، وهي مهندسة مساعدة في مركز البحوث الجيولوجية بمنطقة عمليات حقل جي تشينغ النفطي في شينجيانغ، أن نفط جيموسار الصخري يُدفن عادةً على عمق يزيد عن 3800 متر تحت سطح الأرض. ويجعل هذا الدفن العميق وانخفاض النفاذية بشكل خاص عملية الاستخراج بالغة الصعوبة، تمامًا كاستخراج النفط من حجر الشحذ.

يواجه تطوير النفط الصخري الأرضي في الصين أربعة تحديات رئيسية: أولاً، ثقل النفط نسبياً، مما يُصعّب تدفقه؛ ثانياً، صغر حجم المناطق الواعدة وصعوبة التنبؤ بها؛ ثالثاً، ارتفاع نسبة الطين، مما يُصعّب عملية التكسير؛ رابعاً، عدم انتظام توزيعه، مما يُعقّد العمليات. لطالما قيّدت هذه العوامل التطوير الفعال واسع النطاق للنفط الصخري الأرضي في الصين. في هذا المشروع، ولعلاج سائل التكسير العكسي، استُخدمت مادة مضافة جديدة للحد من التلوث وإعادة تدوير السائل، وتحويله إلى سائل تكسير لإعادة استخدامه. جُرّبت هذه الطريقة على تسعة آبار في عام 2023 وحققت نتائج ممتازة. اعتباراً من يونيو 2024، يخطط المشروع لاستخدام سائل التكسير المُعاد تكوينه في عملية تكسير واسعة النطاق.

يتكون التكوين الرئيسي للمشروع من طبقات الفحم، وأجزاء من الحجر الطيني الرمادي والبني، وهي تكوينات حساسة للماء. في حقل جيموسار للنفط الصخري، يتميز الجزء المكشوف من البئر الثانية بطوله، مما يؤدي إلى إطالة فترة تشبع التكوين. في حال استخدام طين حفر مائي، يزداد احتمال الانهيار وعدم الاستقرار، بينما لا تُسبب سوائل الحفر الزيتية تأثيرات التميؤ. كما أن سوائل الحفر الزيتية المستحلبة في الماء، عند استقرارها، لا تُسبب تأثيرات التميؤ، وبالتالي لا تُؤدي سوائل الحفر الزيتية إلى ضغوط انتفاخ ناتجة عن التميؤ. وقد أدت الأبحاث إلى اعتماد نظام طين حفر زيتي، مع مبادئ وتدابير مضادة للانهيار، وهي كالتالي: 1. التثبيط الكيميائي: التحكم في نسبة الزيت إلى الماء بحيث لا تتجاوز 80:20 للحد من تسرب الماء إلى التكوين، مما يمنع بشكل فعال انتفاخ 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. 3. الدعم الميكانيكي: التحكم في الكثافة بحيث تتجاوز 1.52 غ/سم³، وزيادة الكثافة تدريجيًا إلى الحد التصميمي البالغ 1.58 غ/سم³ في قسم التراكم. يمكن لعوامل الترجيح التي تنتجها شركة يوزو تحقيق التأثير المطلوب، مما يضمن إتمام مشاريع الحفر وإكمال الآبار بسلاسة ونجاح.