صخور الخزان

صخور الخزان أو صخور المكمن (بالإنجليزية: Reservoir Rock) هي صخور حاوية للنفط والغاز الطبيعي وتوجد على أعماق كبيرة تحت سطح الأرض، بحيث يتمّ تخزين كل من النفط والغاز الطبيعي في المسامات بين الحبيبات المعدنية، أو في الكسور في الصخور ذات المسامية المنخفضة.[١]


أهم الخصائص الفيزيائية للخزان

من أهم خصائص صخور الخزان، هو احتواؤها على مسامية، ونفاذية، وتراكم هيدروكربوني كافٍ، وآلية إحكام لتكوين خزان يُمكن من خلاله إنتاج التدفقات الهيدروكربونات المجدية تجاريًا.[٢]


وترتبط كل من المسامية والنفاذية ببعضهما البعض لدرجة أنّه لا يُمكن أن يكون هناك نفاذية دون مسامية، على الرغم من أنّ العكس ليس صحيحًا بالضرورة، إذ تمتلك جميع الصخور مسامية ولكن بنسب متفاوتة، إلّا أنّ المسام الأكبر والمترابطة أكثر تكون أكثر كفاءة كصخور خزان، وتوفر سعة تخزينية أكبر، كما تكون أكثر الصخور فعالية في الاحتفاظ ونقل النفط والغاز الطبيعي.[١]


المسامية (بالإنجليزية: Porosity) هي قياس النسبة المئوية لحجم المسام، أو حجم الثقوب لكل وحدة حجم من الصخور، على سبيل المثال، سيحتفظ الرمل جيد الفرز والموضوع في وعاء حجمه 300 مل بحوالي 100 مل من الماء في مسامه، أي أنّ نسبة مساميته حوالي 33%، فإذا كان البترول موجودًا في الصخور الرملية، فيُمكنه أيضًا شغل مساحة المسام هذه، ولكن أثناء دفن هذا الرمل، يقلل الضغط من هذه المسامية إلى حد كبير بحيث لا يتبقى سوى نسبة صغيرة من المسامية.[٣]


أمّا النفاذية (بالإنجليزية: Permeability) هي مقياس لترابط المسام في باطن الأرض. يحتوي الرمل الموجود في صخور الخزان (المكمن) على فتحات مسامية ضيقة بين المسام الكبيرة التي تسمح بمرور السائل فيما بينها، ويتمّ قياس النفاذية بوحدة المللي دراسي (md) أو دارسي (1000 md)، وبشكل عام، تُعدّ أفضل قيم النفاذية لصخور الخزان هي التي تتراوح بين 100-500 مللي دراسي.[٣]


ومن المحتمل أن يكون للحجر الرملي الفتاتي الغني بالسيليكا مسامية ونفاذية عمودية وجانبية على مسافة كبيرة نسبيًا، وفي كثير من الأحيان، تحتوي صخور الكربونات على أكثر أنماط المسامية تعقيدًا، وغالبًا ما تكون مساميتها في فجوات الصخور قليلة أو معدومة، ولكن يُمكن للنطاقات التي تحتوي على صخور تحولت إلى دولوميت أن يكون لها مسامية جانبية ونفاذية، ويُمكن أن تكتسب الصخور الرسوبية المتحولة وغيرها من الصخور الرسوبية مسامية ثانوية؛ بفعل التجوية أو حركة المياه الجوفية.[٣]


العوامل التي تؤثر في صخور الخزان

من العوامل التي يُمكن أن تؤثر في خصائص صخور الخزان ما يأتي:

  • شكل الحُبيبات: تميل الحُبيبات التي تمتلك كروية عالية أن تكون متراصة بعض الشيء، فتقل مسامية الصخر، أماّ الصخور ذات الزوايا فإنّها تزيد من مسامية الصخر.
  • الفرز أو حجم الحُبيبات الموحد: يؤثر حجم الحُبيبات في خصائص الخزان؛ فكلما كان حجم الحُبيبات أكثر تقاربًا، كانت مسامية الصخر أكبر، وبالتالي، يميل مزيج الحُبيبات ذات الأحجام المختلفة إلى تقليل الحجم الكلي للمساحة الفارغة.
  • الضغط: كلما زاد ضغط الحُبيبات وتراصها، قل حجم الفراغات، ومع ذلك، فإنّ ضغط الرمل أقل فعالية من طريقة الطين.


أنواع صخور الخزان

حتى يتمّ توصيف صخر على أنّه صخر خزان، يجب أن يكون له هيكل صخري مسامي، ويجب أن تكون له نفاذية عالية، وتُعدّ الصخور الرسوبية هي أفضل أنواع الصخور كمكامن، ومن أبرزها:[٢]

  • صخور خزان الحجر الرملي: والتي يُمكن أن تكون مكونة من رمل الكوارتز، أو الحجر الرملي الأركوزي (بالإنجليزية: arksosic)، بحيث تتراوح أحجام حُبيبات الرمل بين 62 ميكرومتراً-2 مم، ويتمّ اختيار الحجر الرملي على أنّه صخر مكمن من خلال الجمع بين المسامية والنفاذية اعتمادًا على الدرجة التي يسيطر فيها الرمل على الصخر، ويجب أن يكون حجم الحبيبات متقاربًا من بعضه وليس خليطًا من الحُبيبات الكبيرة والصغيرة، لذا، فإنّ أفضل خزانات الحجر الرملي هي تلك التي تتكون أساسًا من حُبيبات الكوارتز ذات الأحجام الرملية المتساوية تقريبًا أو أسمنت السيليكا، ويبلغ سُمك صخور خزان الحجر الرملي عادة حوالي 25 مترًا.
  • صخور خزان الكربونات: من أفضل ميّزات الصخور الكربونية هي محتواها أو تركيبها المعدني، فهي تتكون عادة من أحافير تتراوح أحجامها بين خلية مفردة صغيرة جدًا إلى الحيوانات ذات الأصداف الأكبر، وتترسب معظم صخور الكربونات في موقع تكوينها أو بالقرب منه.
  • صخور الدولوميت: يُعدّ صخر الدولوميت غالبًا إحدى الخزانات الجيدة كصخر خزان؛ لأنّ صخر الدولوميت يحتوي على عنصر المغنيسيوم، والذي يُعدّ أصغر حجمًا بنسبة 13% من عنصر الكالسيوم، واللذان يتكونان خلال عملية الدلمتة (بالإنجليزية: Dolomitization)، ويوفر هذا الفرق بين عنصري الكالسيوم والمغنيسيوم الحجم بين زيادة في نسبة مسامية الصخر بحوالي 13%.


المراجع

  1. ^ أ ب "The Reservoir Rock", Geo Science World , Retrieved 22/8/2021. Edited.
  2. ^ أ ب "Reservoir rock properties", SPE Connect, 29/9/2014, Retrieved 17/7/2021. Edited.
  3. ^ أ ب ت "Reservoir Rock", science direct, Retrieved 22/8/2021. Edited.