نجح فريق دولي من العلماء مؤخرًا في إنشاء نظير صخري مسامي باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يفتح آفاقًا جديدة لإجراء اختبارات مختبرية موثوقة وفعالة من حيث التكلفة في مجالات النفط والغاز والفيزياء الصخرية. نُشرت الدراسة في مجلة Results in Engineering.

في أبحاث كفاءة استخراج النفط، يُعد تطوير نظائر صخرية مسامية - تُعرف بـ core - موضوعًا رئيسيًا. استخراج الصخور الطبيعية إلى السطح مكلف للغاية، كما أن التجارب التي تُجرى عليها تفتقر إلى التكرار. بينما تتميز النظائر الصناعية بتكلفة تصنيع منخفضة وبنية متجانسة ومتطابقة، مما يجعل التجارب المعتمدة عليها أكثر استقرارًا. يُعتبر إعداد عينات صخرية نمطية أمرًا بالغ الأهمية لأبحاث صناعة النفط والغاز والهندسة الجيوتقنية، حيث تُستخدم بشكل أساسي لمراقبة جودة القياسات المختبرية.

في هذه الدراسة، استخدم الفيزيائيون تقنية الطباعة الضوئية ثلاثية الأبعاد (stereolithography) لطباعة نظائر صخرية باستخدام راتنجات بوليمرية. بعد ذلك، أُجريت اختبارات على المنتج تحت ظروف محاكاة للبيئة تحت السطحية لتقييم قابلية التبلل، النفاذية، وكفاءة الإزاحة مقارنة بالصخور الطبيعية.

أظهرت النتائج أن النظائر الصخرية المطبوعة ثلاثية الأبعاد تُظهر قابلية تبلل محايدة للماء، بينما تُظهر قابلية تبلل قوية للزيت المتكثف (condensate oil). تُعرف قابلية التبلل بقدرة السطح على جذب السوائل أو طردها، حيث تشير القابلية المحايدة إلى ضعف مقاومة السطح للماء، بينما يعني التبلل القوي للزيت المتكثف (وهو سائل هيدروكربوني) أن السطح يُغطى بالكامل بالزيت.

من الخصائص المهمة الأخرى للنظائر الصخرية النفاذية، وهي قدرة الصخر على السماح بمرور السوائل والغازات. خلال الدراسة، لوحظت عيوب في العينات أثرت على مرور السوائل، ولكن بعد المعالجة، أصبحت النفاذية مستقرة عند 40 darcy، وهي قيمة مرتفعة مقارنة بالصخور الطبيعية. استقرار خصائص العينات يُعد خاصية حاسمة للأبحاث المختبرية.

في عمليات استخراج النفط الثلاثية (tertiary oil recovery)، يُستخدم النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون لإزاحة النفط من الطبقات الصخرية. أجرى العلماء تجربة لإزاحة الزيت المتكثف باستخدام النيتروجين، وتمكنوا من استخراج 88% من السائل من النظير الصخري الصناعي. تؤكد هذه النتائج أن تأثير الإزاحة في النظير الصناعي يقترب من ذلك في الصخور الطبيعية.

أظهرت الأبحاث الإضافية أن المنتج يتمتع بالاستقرار الميكانيكي والحراري تحت ظروف مشابهة لتلك الموجودة في الخزانات تحت الأرض. هذا يثبت أن النظائر الصخرية المطورة تُعد بديلاً فعالًا للصخور الطبيعية، وقد تُسهم في تقليل تكاليف اختيار طرق تحسين الإنتاج بشكل كبير.

تُعد النظائر الصخرية المطبوعة ثلاثية الأبعاد بديلاً واعدًا للعينات الطبيعية في أبحاث استخراج النفط. تتميز بالتكرارية وقابلية التخصيص، ويأمل العلماء في تحقيق دقة أعلى في المستقبل. يمكن تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع، مما يتيح اختبار طرق استخراج النفط بكفاءة اقتصادية.