كاتب التقرير :Schlumberger

منسق الموضوع : م.رشيد الخولي

طريقة الأتصال بالكاتب : www.slb.com

القياسات السيزمية المتوضعة في الآبار

1. مقدمة :

المعلومات التي تصل متأخرة كثيراً تكون ذات قيمة قليلة ، هذه الحقيقة موجودة في معظم الصناعات من تنظيم حركة المرور إلى العناية الطبية الطارئة ، شركات الإنتاج و الاستكشاف تعتمد على المعطيات عالية الدقة اللازمة لتطابق المؤشرات الاستكشافية لتحديد الموقع الأمثل للبئر ، و تجنب الحفر جزافاً و تعيين المكمن المستهدف.

اليوم ، العديد من هذه المكامن وجدت في ظروف جيولوجية معقدة و في بعض أكثر الأوساط وعورة ، و لمواجهة التحديات المقابلة في الصناعة ،فإن شركات الخدمة يجب أن تعمل بدقة مع العمال لتوفير الحلول في الوقت المناسب على نحو فعال و بكفاءة.

لمدة عقود كانت الصور الاهتزازية السطحية مفيدة للغاية و أداة الاستكشاف الأكثر استعمالاً في الصناعة .

الصور الاهتزازية السطحية بنيت على زمن الترحيل الاهتزازي .

زمن الوصول يجب أن يحول إلى مقياس العمق و ذلك لجعل الصورة مفيدة للحفارين و الذي يتخيل و يقابل المكمن بطريقة الأعماق .

إذا كان الترابط بين الزمن و العمق بسيطاً أو إذا كان نموذج الزمن و العمق مفصلاً بما فيه الكفاية و هذا التحويل يمكن أن يكون دقيقاً و في كثير من مواقع الحفر ،على أية حال التحويل إلى العمق ذو ارتياب كبير ، تبحث هذه الفقرة في وصف طريقة إنشاء الصور الاهتزازية المفيدة للمسؤولين عن حفر الآبار.

و سوف نستعرض بإيجاز التقنيات الاهتزازية أثناء الحفر و تطبيقاتها و إدخال تقنيه جديدة واعدة.

دراسة الحالة تؤكد أن التطبيقات ناجحة في جميع أنحاء العالم خلال الاختبارات الحقلية ، أخيراً نناقش تتابع العمليات الضرورية للحصول على أفضل مزايا الوقت الحقيقي لهذه التقنية .

2. تحديات الوقت (Challenging Times ) :

إذا لم يكن لدينا معطيات متوفرة عن الآبار المحفورة ، الزمن المحول إلى عمق يستخدم نموذج السرعة المستنتج من معاملات معالجة المعطيات الاهتزازية .

على أية حال في المناطق التي تكون فيها السرعات الاهتزازية غير مفهومة بسبب الانحدارات الشديدة أو المناطق ذات التركيب المعقد ، يمكن أن تؤدي إلى أخطاء كبيرة .

بالإضافة إلى ذلك فإن خصائص متوسطات نماذج السرعة على طول المسافات الشاسعة تقودنا إلى أخطاء في تحويل الزمن إلى عمق .

الخطأ في تحويل الزمن إلى العمق يقودنا إلى تنبؤ خاطئ بالأعماق التي سوف تقابل مع الملامح الجيولوجية لأعلى الطبقات و الفوالق و المناطق ذات الضغط العالي .

القرارات الأساسية تبنى اعتماداً على القرارات الجيولوجية المأخوذة من عدة آبار ، و بالتالي فإن مفتاح معاملات تخطيط البئر مثل العمق الكلي ،نقاط التغليف ، مسارات الانحراف أو الآبار الأفقية ممكن أن تكون خاطئة من البداية . هذه الأخطاء يمكن أن تكون أكثر من مجرد عائق ، السلامة الشخصية و البيئة يمكن أن تكون في خطر ، و الآبار يمكن أن تفقد .

أخطاء التنبؤ بالأعماق تظهر بشكل واضح كاختلافات بين الأعماق المتنبأ بها والأعماق الحقيقية للهدف المعطى. النتيجة غير المؤكدة تؤدي إلى خطر إضافي في عمليات حفر و إنشاء البئر . و الارتياب في السرع الاهتزازية بأقل من 5 % يمكن أن تؤدي إلى أخطاء كبيرة ، و أحياناً مئات الأمتار بين الأعماق الحقيقية و المتنبأ بها .

تتسبب الأخطاء الكبيرة في تعقيد تفصيلات تخطيط البئر و تقلل من الخيارات الممكنة لتصحيح انحراف مسار البئر .

معرفة متى يتوقع وجود منطقة ضغط عالي و تنظيم خواص سائل الحفر يمكن أن تمنع الاندفاعات و تحفظ البئر .

يحتاج عمال النفط و الغاز لتعيين و تفصيل أخطاء عملية إحكام البئر لأنهم سوف يجهزون الأنابيب لتنظيم ضغط البئر و تدفق الموائع ، أخطار تلوث الطبقات المحيطة و سلامة البئر .

العديد من الأخطار لا يمكن تجنبها لذا يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار أثناء بناء و تخطيط البئر .

التحكم بظروف أخطار الحفر في أعماق الآبار يمكن أن يسمح للحفارين ببناء البئر بأقل عدد ممكن من مواسير التغليف ، إضافة إلى التقليل من عدد مراحل التغليف و الكلفة ، و التعقيدات المتوقعة أثناء عملية إنهاء الآبار و تقليل فشل الوصول إلى الهدف .

يمكن للقياسات الاهتزازية المنفذة في قاع البئر أن تساعدنا في تعيين مشاكل الحفر عن طريق تحسين القياسات الاهتزازية السطحية و إنشاء نماذج سرع أفضل و التي تبعاً لذلك تساعدنا في تحديد الأخطار السطحية .

3. تحسين النماذج باستخدام تقنية المسح الاختباري (Improving Models Using Check Shots )

أصبحت القياسات السيزمية البئرية أساسية من أجل الحاجة إلى التفسير و مخطط البئر لربط زمن وصول الأمواج السيزمية مع أعماق البئر المقاس بواسطة وحدة القياس عن بعد أو وحدة الحفر ، في بعض الحالات ، القياس السيزمي البئري يدعى المسح الاختباري(check shot) حيث تزودنا بتحويل دقيق من الزمن إلــى العمق .

أصبحت مخططات المسح الاختباري شائعة منذ 1940 ، في هذه التقنية ، ينتشر المستقبل السيزمي عند أعماق معروفة في داخل البئر ، يسجل زمن الوصول للوصول المباشر الأول ، في بعض الأحيان يدعى الانطلاق الأول ، المتولد من المصدر على السطح نزولاً إلى المستقبل .

إن العلاقة المتبادلة بين الزمن و العمق تنتج نموذج سرعة محلي لتحويل الزمن الأساسي السيزمي السطحي إلى بيانات العمق ، العديد من المسوحات الاختبارية عند أعلى طبقات محددة في البئر قد تكون ضرورية لبناء نموذج سرعة ملائم .

إذا كانت الجيولوجيا بسيطة فإن نموذج السرعة يمكن أن يكون منطقياً فوق المناطق الكبيرة .

على أية حال و بسبب تغير السرعة السيزمية بتغير الليتولوجيا و الضغط و حجم السائل و التعقيدات في الطبقة التحت سطحية تنقص من صلاحية النموذج المحلي بعيداً عن البئر .

عندما تحتاج الصورة السيزمية المفصلة لتقدير حجم الطبقة التحت سطحية حول حفرة البئر ، عندها تنفذ البروفيلات الاهتزازية العمودية ( Wireline VSP) ، تمنحنا طريقة ( Wireline VSP) معطيات ذات ثبوتية عالية مع أقل قدر من الضجيج و تزودنا بمعلومات مفيدة من أجل حفر البئر و تمييله .

و من أجل الحصول على المسح الاختباري (check-shot) أو معطيات الـVSP ، فإنه يجب أن توقف الحفارة عن الحفر لتنفيذ القياسات ، يضاف إلى ذلك عدم الكفاءة و تكلفة العملية . في عدة حالات ، الأجوبة من الطرق السيزمية البئرية تأتي متأخرة جداً لمساعدة الحفارين .

4. مساعدة الزمن الحقيقي للحفارين (Real-Time Help for Drillers ) :

تقنية استعمال التسجيل أثناء الحفر ( LWD ) بالأدوات الصوتية ، تعتبر مفيدة جداً من أجل اكتساب معطيات صوتية قرب حفرة البئر في الزمن الحقيقي ، إضافة إلى تزويدنا بمعلومات قيمة عن المسامية ، هذه التقنية تنقل المعطيات الصوتية التي يمكن معالجتها من أجل توليد سيسموغرامات صنعية و تتبع تغيرات الضغط المسامي عند قعر البئر ، على أية حال هي لا تعتبر قياسات سيزمية منعكسة و هي تصف فقط الطبقات قرب حفرة البئر ، و التي يمكن أن تكون مشابه أو غير مشابه للسعة السيزمية تحت الدراسة .

الحل المثالي سيكون بالحصول على نموذج سرعة على الأقل بدقة المسح الاختباري ( Check Shots) لحفرة البئر قبل أن تحفر البئر ، و هي حتى يومنا هذا غير ممكنة ، لكن الحلول السيزمية أثناء الحفر (seismic-while-drilling) تزودنا بمعلومات ممتازة عن السرعة في الزمن الحقيقي ، للمساعدة بشكل مباشر في قرارات الحفر .

هذه الطرق تستفيد من حفرة البئر و ذلك بالحصول على المعطيات بينما تكون البئر في حال البناء و بدون تعديل أو تغيير عمليات الحفر .

تزودنا الطرق السيزمية أثناء الحفر بمعلومات عن الزمن و العمق خلال الزمن الحقيقي ، الشركات العاملة تحدث نماذج السُّرَع ، لتسهيل الرجوع الدائم لعمق الهدف و مواقع الحفر الخطيرة بينما تقل الدقة عند اقتراب الدقاق من الهدف .

تستطيع الشركات تحديد موقع رأس الحفر على المقاطع السيزمية السطحية من جهة مراقبة الآفاق الجيولوجية ، حيث تمكننا من زيادة دقة عمليات التغليف و اختيار نقاط التلبيب .

أصبحت هذه التقنيات السيزمية أثناء الحفر مع الوقت أكثر إلفة للحفار ، تماماً كما في التطور الذي حصل بشكل مشابه في القياسات عن بعد ، نوعية المعطيات استمرت بالتحسن و أصبحت تطبيقاتها أكثر توفراً من خلال المجال الواسع للتأثيرات المحيطة .

5. الطريقة السيزمية بواسطة رأس الحفر (The Drill-Bit Seismic Method ) :

القياسات السيزمية المبكرة التي حصل عليها أثناء الحفر حصل عليها باستخدام التقنية و التي يكون فيها رأس الحفر نفسه مصدراً للطاقة الاهتزازية ، الانعكاس على شاكلة البروفيلات الاهتزازية العمودية (wireline VSP) .

طورت شركة شلمبرجير الطريقة السيزمية بواسطة رأس الحفر اعتماداً على هذه التقنية .

أثناء اختراق رأس الحفر المخروطي للطبقات الصخرية ، فإنه يعمل كمصدر ثنائي الأقطاب و يرسل طاقة اهتزازية في الطبقات ، بالإضافة إلى الاهتزازات المحورية التي تتجه لأعلى مجموعة مواسير الحفر و التي تحدد بواسطة مقياس تسارع مركب على الرأس الهيدروليكي العادي أو الـقائد على منصة الحفر ، و عادة يتم إنشاء صورة لمجموعة مواسير الحفر ( صورة اهتزازية لأجزاء مجموعة المواسير ) .

صورة مجموعة المواسير تستعمل لربط الإشارة بهدف معالجتها في وقت لاحق .

الطاقة المرسلة خلال الطبقات تنشئ الأمواج الاهتزازية و التي إما أن ترحل مباشرة أو تنعكس إلى المستقبلات على السطح ، حيث تكون المستقبلات على السطح إما جيوفونات أو هيدرفونات .

ينشر رأس الحفر أمواج اهتزازية باستمرار إلى المستقبلات السطحية ، لكن لاستخراج معلومات عن العمق و الزمن فإنه يجب على خبراء المعالجة معرفة صفة و توقيت إشارة المصدر المتولدة عند الدقاق .

التقنية المسجلة للترددات الصغيرة جداً عام 1985 و التي أظهرت كيفية تسجيل إشارات اهتزازات مجموعة المواسير و ربطها مع إشارات المستقبلات السطحية من أجل تحديد توقيتها النسبي ، أو الاختلاف بين زمن وصول الأمواج من الدقاق-مستقبلات (Δt_f) و مجموعة المواسير ((Δt_ds .

تحدد الإشارات المعالجة بشكل منفصل ((Δt_ds و تستخدم هذه المعلومات لحساب الزمن من الدقاق- مستقبلات (Δt_f) ، أو صورة التحقق ، أزمان الوصول كما يظهر في الشكل (2) .

ينشئ الجيوفيزيائي الصورة السيزمية أوVSP) ) من معطيات الانعكاس في الآثار الاهتزازية أثناء الحفر ، و تظهر الاحتمالات المستقبلية . بينما يؤدي اتحاد كل من الصور للبروفيلات السيزمية العمودية عن بعد و التي حصل عليها سابقاً مع البروفيلات الاهتزازية العمودية بواسطة رأس الحفر إلى توسيع مجال التطبيقات المستقبلية لتشمل اكتشاف مناطق الضغط العالي و مخاطر الحفر الأخرى .

تعتبر الطريقة السيزمية بواسطة رأس الحفر غير شائعة حيث تكون فعالة فقط عند استخدام رؤوس الحفر المخروطية و التي تولد اهتزازات محورية في الطبقة و في مواسير الحفر ، أما رؤوس الحفر الألماسية (PDC - Polycrystalline diamond compact ) فإنها لا تعطي طاقة كافية لتخترق الطبقات حيث أنها تقوم بقص الصخر .

إضافة إلى ذلك فإن ضعف الإشارة في مجموعة مواسير الحفر بسبب الاحتكاك المباشر مع جدران البئر يحول دون موثوقية استخدام التقنية السيزمية بواسطة رأس الحفر في الآبار المائلة أكثر من ( 65ْ ) .

6. القياسات السيزمية بجهاز LWD ( Seismic Measurements from an LWD Tool ) :

التقنية الجديدة وظفت جهاز LWD الذي يحتوي على حساسات سيزمية ، المصدر السيزمي السطحي و القياسات أثناء الحفر MWD (measurements-while-drilling ) و هو نظام قياس عن بعد صممت لترسل المعلومات إلى السطح .

تنتج الطاقة السيزمية على السطح عن طريق المصادر السيزمية التقليدية مثل مدفع الهواء (air gun ) الموضوع على السفينة أو الحفارة .

جهاز القياس السيزمي أثناء الحفر (SeismicMWD tool ) يوضع في قاع البئر على تشكيلة الأجهزة البئرية القاعية (BHA ) ليستقبل كلاً من الطاقة السيزمية المباشرة و المنعكسة المنتشرة من المصدر ، و الشكل (3) يوضح هذا الجهاز .

7. استخدام القياسات السيزمية البئرية لتجنب مخاطر الحفر :

في جنوب بحر قزوين ، يوجد بعض التراكيب المعقدة التي أبدت تحديات صعبة لفريق الحفر في شركة (BP) ، في إحدى الحالات كان الهدف حفر بئر استكشافي آمن لتقييم طبقة الفاسيلا العائدة للباليوسين .

العديد من الفوالق المحيطة بهذه الطبقة العميقة ذات الضغط المسامي العالي في تركيب كريست حثَّت شركة (BP) لدراسة الطريقة الجديدة .

قررت الشركة حفر بئر بعيداً عن موقع الطبقة و ذلك عن طريق حفر بئر موجهة إلى مكمن الفاسيلا لتجنب مناطق الضغط العالي الخطرة و الابتعاد عن ناطق الفوالق المعقدة ، كما في الشكل (4) .

إن إستراتيجية الحفر هذه تطلبت فهم شامل لجيولوجية المنطقة ، إن أخطار الحفر المتوقعة في الصورة السيزمية السطحية كانت غامضة بشكل كبير بسبب تعقيد الطبقات ، و في الحقيقة كان هناك عدة عواكس متداخلة في المقطع المدروس ، و الذي جعل المسألة أسوأ هو أن العمق العمودي للبيك (pick )السيزمي غير محدد لأعلى المكمن حيث كان عمقه 700 متر .

أيضاً كانت الطبقات طرية جداً لاستخدام الطريقة السيزمية برأس الحفر ، إن تجنب مخاطر الحفر بدون تعديل مسار البئر الأساسي يعتمد على تحديد الزمن الحقيقي بدقة لموقع رأس الحفر في المقطع السيزمي ( seismic section ) ، وتم تطبيق المسح بطريقة (walk-above & SeismicMWD ) .

كانت معلومات الزمن الحقيقي للمسح الاختباري ( Check Shots) ترسل للأعلى بواسطة نبضات سائل الحفر (Mud-pulse telemetry ) .

إن معطيات شكل الموجة الكاملة و الوقت و العمق تؤخذ من جهاز (SeismicMWD) خلال آخر عملية رفع لرأس الحفر ، و التي استخدمت لمعالجة صورة (walk-above VSP) و لتأكيد نتائج الزمن الحقيقي .

إن تحويل الزمن إلى عمق من معطيات المسح الاختباري للزمن الحقيقي قارنت بين البئر الحالي و البئر الذي كان متوقعاً في علاقة الزمن و العمق السيزمية الأخيرة ، و العلاقة بقيت جيدة حتى عمق (3500 م ) على محور العمق الشاقولي الحقيقي TVD، و تحت هذه النقطة كان هناك تغير واضح بين العمق المتوقع و موقع رأس الحفر المراقب .

كانت دقة تحديد العمق عالية جداً عند عمق الهدف كما أن تقنية (SeismicMWD) سمحت للشركة بتحديد موقع رأس الحفر في الصورة السيزمية بينما لا يزال الحفر مستمراً ، و قللت بشكل كبير من الخطأ خلال حفر هذا التركيب المعقد ، إن انحراف أزمان الانتشار عن الزمن الحقيقي بواسطة المسح لاختباري كان 1 ميلي ثانية فقط ، بالإضافة إلى أن معلومات الزمن الحقيقي بواسطة المسح الاختباري قللت من الخطأ في تحديد العمق من 700 م إلى أقل من 10 م ، و الذي جعل من مخطط الحفر المعقد سهلاً و سمح بتقدم الحفر .

المسح بواسطة wireline VSP استخدام نفس المصدر و الذي نفذ عن طريق استخدام المصور السيزمي ASI (Array Seismic Imager ) عند تغليف البئر .

الدقة العالية و المكونات الثلاثة لـVSP زودتنا بقياسات دقيقة للتثبت من دقة معطيات (SeismicMWD) ، حيث أن نتائج المسح الاختباري للزمن الحقيقي بجهاز LWD تطابقت بشكل جيد مع نتائج جهاز ASI كما في الشكل (5) .

و اقترحت شركتي BP & SLB استخدام معطيات الـVSP لتقييم معطيات جهاز LWD و تقرير إمكانية تمديد تطبيق (SeismicMWD) من مجرد مسح اختباري إلى تصوير الطبقة أمام وحول رأس الحفر .

في هذه الحالة في الاختبار الحقلي ، فإن الأدوات الاختبارية تحتوي على مرشحات تمرير تحتي ، لكن وجد أن صور(SeismicMWD) كانت ذات دقة عالية أكبر من الصور المأخوذة بجهاز ASI المتعدد المكونات ، بالإضافة إلى أن المجموعة طابقت إمكانية التسجيل المتعدد المكونات مع جهاز (SeismicMWD) لتحسين دقة الصورة .

إن التقنيات السيزمية البئرية متضمنة ( walkaway VSP & walk-above VSP ) استخدمت كثيراً لوصف هذه المكامن المعقدة و لتحسين تصميم نقطة بداية تمييل البئر ، كما في المسوحات النموذجية المنجزة خلال تنفيذ التسجيلات الوسطية أو عند نهاية عمليات الحفر ، و بالتالي نحصل على معلومات عن الزمن الحقيقي لاستخدامها أثناء توجيه البئر .

و في إحدى الحالات أثناء الحفر البحري كانت تكلفة إنجاز البئر في المياه العميقة قد تجاوزت 20 مليون دولار لكل بئر وكان المستوى الأدنى المطلوب للإنتاج لجعل الآبار اقتصادية هو عشرة آلاف برميل في اليوم ( 10,000 B/D ) و قد اكتشفت شركة توتال طرق بديلة لتخفيض التكاليف و لتقليل المخاطر و تحسين الإنتاج عن طريق الوصول إلى عدد أكبر من النطاقات المنتجة ، في هذه المنطقة كانت من الممكن للتغيرات الجانبية لسرعة الأمواج ضمن الحقل أن تتسبب بحفر البئر فوق أو تحت الطبقة المنتجة الهدف ، إضافة إلى الأخطار الكبيرة لحفر الآبار الإنتاجية الأفقية .

و من خلال مطابقة هذه التغيرات عن طريق معرفة الزمن الحقيقي لعلاقة العمق و الزمن نستطيع أن نقلل من المخاطر .

كما أن الشركة قررت أن تختبر إمكانية استخدام جهاز SeismicMWD لتحسين توجيه الآبار الإنتاجية الأفقية في مناطق تعاقب القنوات الرملية المعقدة .

في عام 2001 صممت شركة توتال نقطة تمييل البئر من بئر جيولوجي استكشافي ، حيث أنه تم تنفيذ مسح VSP في البئر الاستكشافي للمساعدة في تحديد الهدف بدقة لتستخدم في تصميم نقطة تمييل البئر .

و تم القياس عن طريق تشكيلة قاعية بئرية BHA مكونة من:

· جهاز SeismicMWD .

· و جهاز ADN Azimuthal Density Neutron .

· جهاز ARC Array Resistivity Compensated .

· جهاز MWD .

و لتقييم نوعية البيانات قورنت معطيات SeismicMWD الناتجة من نقطة تمييل البئر مع معطيات VSP المأخوذة من سابقاً من البئر الاستكشافي ، إن ازدياد مستوى كثافة الصخور تحسن نوعية صورة SeismicMWD و مقدرة التمييز لها .

إن مسوحات كل من SeismicMWD و VSP أخذت بعين الاعتبار المقارنة التالية :

نقطة تمييل البئر كانت قرب المسار الأساسي للبئر ، و كلا المسحين حققا نفس الهدف ، و كلا المعطيات جمعت بنفس الطريقة كما في الشكل (8) .

أزمان الانتشار السيزمية بجهاز SeismicMWD قورنت مع معطيات VSP حيث كان الانحراف المهم متعلقاً باختلاف موقعي مسار البئر ( حيث أن موقع نقطة تمييل البئر كان أعلى من موقع البئر الأصلية ) كما يظهر في الشكل (9) .