به طور ساده مخازن نامتعارف، مخازنی هستند که برای تولید از آن ها به عملیات خاصی نسبت به برداشت از منابع معمولی احتیاج است. عبارت نامتعارف (unconventional) علاوه بر روش های برداشت به نوع سنگی که از آن نفت و گاز تولید می شود هم دلالت دارد. البته مرز دقیقی بین تعریف متعارف و نامتعارف وجود ندارد و با گذشت زمان بسته به تغییرات تکنولوژی و اقتصادی ممکن است این تعاریف دست خوش تغییر شود. به طور کلی تولید نفت غیرمتعارف دشوارتر و پرهزینه تر بوده و اثرات مخرب بیشتری روی محیط زیست دارد. در مورد گاز غیرمتعارف بیشتر تخمین های گاز درجایی که گزارش می شود از مطالعات انجام شده توسط Rogner در سال 1997 شروع می شوند. تخمین های جهانی انجام شده در آن مطالعه  در حال حاضر بسیار حداقلی و کمتر از واقعیت قلمداد می شود، چراکه صنعت نفت و گاز از دهه نود میلادی تاکنون منابع عظیم گاز شیلی (shale gas) را در اقصی نقاط جهان کشف نموده است. علاوه بر شیل گاز، لایه های متان ذغالسنگی(CBM) و گاز موجود در لایه های کم تراوا و متراکم(tight gas)  نیز از جمله منابع نامتعارف هیدروکربنی محسوب می شود. انواع منابع هیدروکربن را می توان طبق یک توزیع مثلثی نمایش داد و جایگاه هر یک از انواع منابع معرف فراوانی، کیفیت مخزن و تکنولوژی مورد نیاز برای بهره برداری از آن می باشد. هرچقدر یک منبع در قسمت پایین تر مثلث قرار گیرد، کیفیت مخزنی آن کمتر است و به عبارت دیگر نفوذپذیری آن کاهش می یابد. همان طور که در شکل نیز مشخص است، حجم این مخازن کم تراوا (منابع غیرمعمولی) بزرگتر از مخازن با کیفیت بالاتر می باشد.

مثلث مخازن نامتعارف و متعارف

اغلب تولید هیدروکربن در جهان از ماسه سنگها و سنگهای آهک دارای تراوایی و تخلخل موثر بالا و یا شکاف های طبیعی که امکان عبور جریان گاز به چاه را فراهم می کنند، انجام می گیرد. اما همان طور که اشاره شد بسیاری از شیل ها حاوی حجم عظیمی نفت و گاز می باشند و تولید از این منابع تا همین اواخر به دلیل تراوایی پایین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه قلمداد نمی شد. افزایش جهانی قیمت گاز همگام با توسعه و رشد تکنولوژی های تازه بستر مناسب تولید تجاری هیدروکربن از شیل را بطور فزاینده ای مهیا می سازند. 



تکنولوژی های کلیدی توسعه مخازن غیر متعارف

1 - شکاف هیدرولیکی

به طور کلی شکاف های طبیعی می توانند به طور محسوسی تراوایی را بهبود بخشند، اما در شیلها این شکافها عمدتا توسط کانی ها مسدود می باشند و گذرگاهی مناسب برای عبور جریان هیدروکربن به چاه برای تولید اقتصادی را فراهم نمی کنند. از این رو اکثر شیل ها نیازمند شکاف زنی هیدرولیکی به منظور افزایش نرخ تولید هیدروکربن از سازند می باشند. در طی این فرایند سیالات تحت فشار زیاد به چاه پمپ می شوند و باعث ایجاد ترک و شکاف در سازند می شوند. مواد پروپانت جامد که معمولاً شامل دانه های ماسه گرد و بدون زاویه و کره ای شکل می باشند، به سیال شکاف زنی افزوده میشوند. این جامدات شکاف ها را بعد از تزریق باز نگه می دارند و باعث ایجاد نفوذپذیری نسبتاً بالایی می شوند که نهایتاً شکافهای هیدرولیکی مسیری برای هدایت سیالات سازند به چاه ایجاد می کنند.


2 - حفاری افقی

اغلب مخازن غیرمتعارف فقط 10ها متر ضخامت عمودی دارند، درحالی که گسترش جانبی آنها به چندین کیلومتر می رسد. در خیلی موارد این مخازن در ابتدا با استفاده از چاه های عمودی توسعه داده شده اند که در این موارد نرخ تولید پایینی حاصل می شود. برای استخراج هیدروکربن در نرخ های بالاتر، استفاده از چاه های افقی به طور گسترده رواج یافته که سطح تماس بیشتری را با بخشهای تولیدی سازند مهیا می سازند. در برخی مخازن شیلی استفاده از چاه های افقی تا حدود سه برابر  تولید نهایی چاه های عمودی را حاصل می کند و این درحالی است که هزینه های چاه افقی دو برابر چاه چاه عمودی تخمین زده شده است.

به طور کلی از تکنیک مورد استفاده در این نوع حفاری، تحت عنوان Pad Drilling یاد می شود. در این روش حفاری، چندین چاه افقی از یک محل تاسیسات روی سطح زمین که به آن ‘Pad’ می گویند، حفر می شوند. این روش راندمان عملیاتی تولید گاز را بهبود می بخشد و هزینه زیربنایی و استفاده از زمین را کاهش می دهد. چاه ها در این حالت با چند مرحله مشبک کاری و شکاف زنی تکمیل می شوند. این چنین تکمیل چند مرحله ایی  مستلزم نصب مجموعه طویلی تجهیزات از سطح به سرتاسر بخش تولیدی جانبی می باشد.

حفر چاه های افقی به صورت Stacked و Multilateral نیز در سازندهای شیلی کاربرد دارد. در حالتی که ضخامت شیل زیاد باشد و یا چندین لایه شیل روی هم قرار گرفته باشند می توان از الگوی stacked استفاده کرد. در این حالت با بکاربردن یک چاه عمودی می توان هیدروکربن را از چاه های افقی در اعماق مختلف تولید نمود. حفاری Multilateral نیز شامل حفر دو یا چند چاه افقی از یک چاه عمودی می باشد. در این حالت چاه های افقی به نواحی مختلف شیل در عمق یکسان اما در جهات مختلف دسترسی دارند. 



3 - چاه نگاری و ارزیابی سنگ مخزن شیلی

کیفیت سنگ مخزن شیلی می تواند در بخش های افقی و عمودی با ضخامت کم بسیار متغیر باشد و همچنین  نواحی شیلی موج دار می باشند. دریافت و تفسیر همزمان اطلاعات و یکپارچه سازی اندازه گیری های انجام شده حین حفاری می تواند از وقوع حوادث ناخواسته حفاری جلوگیری کرده و دهانه چاه را در نواحی با بیشترین بهره دهی نگه دارد.

اکثر نواحی شیلی فعالیت اشعه گامای بالایی دارند و بنابراین برای توصیف مخازن در ارزیابی عمودی چاههای حفر شده در ابتدای توصیف میدان، از لاگ اشعه گاما استفاده می شود. داده های حاصل عموما" برای تصحیحات و همبستگی با "اندازه گیری-حین-حفاری اشعه گاما"(MWD) زمانی که در چاه تولیدی افقی قرار داده می شود، بکاربرده می شوند. اندازه گیری های مقاومت ویژه داده های اشعه گاما را کامل کرده و اطلاعات تکمیلی برای همبستگی فراهم می کند. اطلاعات بیشتر جهت دقت ساختار مدل شده با تخمین شیب در راستای مسیر چاه بر اساس تصاویر جهتی از چاه نگاری-حین حفاری(LWD) همزمان اندازه گیری های دانسیته حاصل می شود. همچنین به تازگی امکان استفاده از LWD صوتی(sonic) نیز فراهم شده است که امکان اندازه گیری های چندقطبی برای داده های برشی و تراکمی را با دقت بالا مهیا ساخته است.

علاوه بر موارد ذکر شده در اینجا نوآوری ها و تکنولوژی های پیشرفته دیگری نیز در توسعه و تولید اقتصادی از گاز شیلی مطرح می باشند. به عنوان مثال پیشرفت های انجام شده در تکنیکهای آنالیز ژئومکانیکی ارزیابی محتوای ماده آلی، بلوغ حرارتی و پتانسیل تولید نمونه های مغزه را امکان پذیر ساخته است. دانش و مطالعه شکاف های طبیعی، ناهمگنی مخزن و الگوهای تنش پیوسته در حال ارتقا می باشد. این عوامل در پیش بینی موثر بودن شکاف هیدرولیکی و هندسه شکاف اهمیت دارد.