رائد العبيدي
تصنيف النفط الخام Crude Oil Classification
النفط الحامضي Sour Oil والنفط الحلو Sweet Oil:
– يوجد الكبريت في النفط الخام على شكل (كبريتيد الهيدروجين H2S) غالبـا وبشكل صلب في أحيان قليلة.
– أن النفط الخام الحاوي نسبة قليلة جدا من محتوى الكبريت (أقل من 0.5%) يعتبر (نفط حلو).
– أن النفط الحاوي على نسبة عالية من الكبريت (أعلى من 0.5%) يعتبر (نفط حامضي) .
أن الكبريت غير مرغوب به في النفط الخام بسبب ما يسببه من مشاكل مثل (صعوبة تقطير النفط الحاوي على الكبريت – قابلية الكبريت على إحداث التآكل – تراكم الكبريت داخل المعدات في المصافي مما يؤدي الى زيادة كلفة ووقت صيانتها).
النفط الخفيف Light Oil والنفط الثقيل Heavy Oil:
يصنّف النفط الخام وفقـا لوزنه النوعي حسب قانون API الى التصنيفات التالية:
نفط خفيف Light Oil : وهو النفط الذي يزيد وزنه النوعي عن 31.1°.
نفط متوسط Medium Oil : وهو النفط الذي يتراوح وزنه النوعي بين 31.1° و 22.3° .
نفط ثقيل Heavy Oil : وهو النفط الذي وزنه النوعي بين 22.3° و 10° .
النفط الثقيل جدا Extra-Heavy Oil : وهو النفط الذي يقل وزنه النوعي عن 10° .
يكون النفط الخفيف مرغوبـا أكثر من النفط الثقيل بسبب سهولة معالجته ، وأحتوائه على نسب عالية من الهيدروكاربونات الخفيفة.
اما النفط الثقيل فهناك صعوبة في أنتاجه ونقله بسبب (عدم انسيابيته) ، إضافة الى أحتوائه على تراكيز عالية من المعادن مثل (النيكل والفناديوم). ويحتاج النفط الثقيل الى عمليات معالجة معقدة قبل معالجته.
ما هي عملية العزل؟
يكون التدفق من البئر بطورين سائل وغاز وتحت ضغط عال, ويكون قسم من الغاز حراً في حين يكون الجزء الآخر مذاباً في السائل , يجب تخفيض ضغط وسرعة تدفق النفط الخام للحصول على فصل مستقر.. وذلك من خلال أدخال النفط الى محطة العزل gas-Oil Separator Plant GOSP وتخفيض الضغط الى الضغط الجوي من خلال عدة مراحل من العزل.
تبعاً لمقدار تخفيض الضغط فأن بعض المركبات الهيدركاربونية الخفيفة الثمينة في النفط ستفقد الى الغاز , لذا تعتبر محطة العزل هي المرحلة الأولى في سلسلة طويلة من المراحل لمعالجة النفط الخام وذلك للسماح للقسم الأكبر من الغاز للتحرر من هذه المركبات الهيدروكاربونية الثمينة وبالتالي زيادة أستخلاص النفط.
يختلف النفط المنتج من البئر من حقل الى آخر ليس بسبب خصائصه الفيزياوية فقط ، بل بسبب كمية الغاز والماء المالح الذي يحتويه. ففي بعض الحقول لا ينتج الماء أو الأملاح مع النفط .
أن النفط عالي الضغط يحتوي على كمية كبيرة من الغاز الحر أو المصاحب والذي يرافق النفط الخام من رأس البئر الذي سيصل الى محطة العزل GOSP ، وفي العازلة ينفصل النفط عن الغاز ويستقر أسفل العازلة أما الغاز الأخف من النفط فسيكون في الجزء العلوي . أن النفط الذي يكون ذو GORعالي يجب أن يمر خلال العديد من مراحل العزل.
لغرض التعرف على عملية العزل يجب التعرف على المجموعات الرئيسية الثلاث المكونة للنفط:
1. المركبات الخفيفة: التي تتكون من الميثان C1 والأيثان C2.
2. المركبات المتوسطة: وتتكون من مجموعتين فرعيتين هي (البروبان/البيوتان) – و(البنتان/الهكسان).
3. المركبات الثقيلة وتبقى مع النفط وهي C7.
وجل ما نبتغيه من عملية العزل يتجسد في النقاط التالية:
1. عزل الغازات الخفيفة من النفط مثل C1 – C2.
2. زيادة كفاءة أستخلاص المركبات المتوسطة من النفط الخام.
3. الأبقاء على المكونات الثقيلة في النفط (الطور السائل).
ولتحقيق هذه الأمور فأن بعض الهيدروكاربونات في مجموعة المركبات المتوسطة ستفقد الى الطور الغازي. ولغرض تقليل هذا الفقدان وزيادة أستخلاص السائل هناك ميكانيكيتان يجب القيام بهما :
1. الفصل التفاضلي أو المحسّن Differential or Enhanced Separation.
2. الفصل المتوازن Flash Equilibrium Separation
ما هي محددات الضغط داخل العازلة؟
في حال أرتفاع الضغط داخل العازلة فأن هذا سيؤدي الى بقاء المكونات الخفيفة في الطور السائل ومن ثم فقدانها داخل الخزان عند خزن هذا النفط فيه. وإذا كان الضغط واطئاً نسبياً فأن هذه المكونات الخفيفة سوف تكون موجودة في الطور الغازي.
أن ميل أي عنصر الى التحول الى الطور الغازي يعتمد على ضغطه الجزئي partial Pressure والذي يعـّرف على أنه عدد جزيئات هذا المركب في الطور الغازي مقسوماً على العدد الكلي جزيئات كل المركبات مضروباً في ضغط الوعاء وكالآتي:
(عدد جزيئات المركب في الطور الغازي/ العدد الكلي لجزيئات كل المركبات)X ضغط الوعاء Vessel Pressure
لذلك إذا كان ضغط الوعاء عالياً فأن الضغط الجزئي للمركب سوف يكون عالياً نسبياً وستميل جزيئات هذا المركب الى الطور السائل .
والمشكلة أن أغلب هذه الجزيئات هي من الهيدروكاربونات الخفيفة (الميثان – الأيثان – البروبان) والتي لها ميل كبير للتحرر من الطور السائل في الخزان (الضغط الجوي) ، ووجود هذا العدد الضخم من الجزيئات يؤدي الى ضغط جزئي واطيء الهيدروكاربونات المتوسطة مثل (البيوتان – البنتان – الهبتان) والتي يكون ميلها للتحرر في الخزان حساس تجاه التغيرات الطفيفة في الضغط الجزئي. وهكذا فأن الحفاظ على الجزيئات الخفيفة في خط تغذية الخزان Tank feed يمكننا من أنتزاع كمية صغيرة منها كسوائل. ولكننا سنفقد الكثير من جزيئات المركبات المتوسطة الى الطور الغازي.
في الفصل التفاضلي يتم فصل الغازات الخفيفة بشكل تدريجي وكامل من النفط خلال عدة مراحل من العزل وتقليل الضغط. أن ما يميّز عملية الفصل هذه هي هو فصل الغازات الخفيفة مع تحررها مباشرة ً بسبب تخفيض الضغط.وبتعبير آخر فان المركبات الخفيفة لا تتلامس مع المركبات الأثقل بل تجد لها طريقاً الى الخارج.
أما الفصل المتوازن فتتحرر الغازات من النفط وتبقى في تماس مع الطور السائل. وسيحدث توازن ثرموداينميكي بين الطورين ويتم الفصل في الضغط المطلوب.
ما هي محطات العزل؟
تعتبر محطات عزل الغاز الطبيعي أول حلقات العملية الأنتاجية للنفط الخام Crude Oil عبر سلسلة طويلة من المراحل منذ لحظة خروجه من البئر ولحين خروج النفط والغاز الطبيعي عبر منافذ التصدير أو المنتجات الأخرى من المصافي Refineries أو معامل معالجة الغاز LPG Plants.
ومحطات عزل الغاز الطبيعي أول ما يصل أليه النفط المنتج من رأس البئر Well Head من خلال شجرة عيد الميلاد X-mass Tree وعند دخول أنبوب الجريان الى المحطة يدخل على صمام خانق Choke valve لتحديد معدل الجريان FlowRate وقبله صمام اللارجعة Check Valve (أو صمام الأتجاه الواحد) لمنع رجوع النفط الى بالأتجاه المعاكس مع وجود مقاييس ضغط Pressure Gauges قبل وبعد هذه الصمامات ، بعدها يدخل النفط الخام الى مجمع الصمامات Manifold والذي يقوم بتوزيع النفط على العازلات وفقاً لإنتاجية كل بئر من النفط والغاز والسعة التشغيلية لكل عازلة Separator Capacity .
مكونات محطة العزل : تتكون أغلب محطات العزل من المكونات التالية:
1. حوض التقاسيم Harb: وهو مجموعة من الأنابيب مختلفة الأقطار، لكل منها أنتاجية محددة يتم تحديدها بعملية أختبار الابار ، وقد استعيض عنه الآن بالصمام الخانق Choke Valve .
2. مجمع الصمامات Manifold: وهو عبارة عن مجموعة الأنابيب والصمامات، الغرض منها تحديد كمية النفط الداخلة الى كل عازلة. أو توجيه النفط المنتج من البئر الى عازلة الأختبار أو الخزان.
3. العازلات Separators: وهي عبارة عن أوعية مختلفة الأشكال (عمودية، أفقية، كروية، الخ) الغرض منها عزل الغاز الطبيعي عن النفط.
4. أنابيب التجميع Outlet headers: وهي أنابيب التجميع الرئيسية للغاز والنفط والتي تقوم بتجميع النفط والغاز من جميع العازلات بأنبوب واحد للنفط وأنبوب آخر للغاز.
5. الخزانات Tanks: وهي أوعية اسطوانية أو كروية الشكل الغاية منها تجميع النفط المنتج من المحطة ومن ثم ضخه الى محطات المعالجة بواسطة المضخات Pumps.
6. منظومة المشاعل Flare System: وتتكون من المشاعل flares وملحقاتها مثل صناديق الحصى Gravel Box أو كوابح اللهب Flame Arrestor، بالإضافة الى وعاء Knock Out Drum لأصطياد السوائل الموجودة في الغاز والحيلولة دون أحتراقها.
7. منظومة هواء السيطرة Instrument Air system: تتكون من كابسة هواء Air Compressor وأنابيب هواء لصمامات السيطرة Control Valves.
8. منظومة مكافحة الحرائق Fire Fighting System: وتتكون من خزان ماء الحريق ومضخات الحريق وشبكة أنابيب الماء وأنابيب الرغوة المتصلة بالخزانات.
والمخطط التالي يبين مجمع صمامات مثالي:
يلاحظ من المخطط أعلاه ما يلي:
– هذا التصميم نموذجي لمحطات العزل ، والعازلات الموجودة فيه ثلاثية الطور 3-phase separators .
– يمكن توجيه النفط الى العازلات الإنتاجية عبر خط الإنتاج Production header أو الى منظومة الأختبار عبر خط الأختبارTest Header .
– وجود صمامي توقف أضطراري Emergency Shut Down valves المسماة أختصاراً ESDV تقوم بأيقاف المحطة أضطرارياً عند ورود اشارات معينة مثل LAHH وهي مختصر Level Alarm High High بالنسبة للنفط أو الماء التي تحدث عند صعود مستواهما الى أرتفاع عال ، بالأضافة الى أشارة LALL وهي مختصر Level Alarm Low Low
– يجب الحفاظ على ضغط العازلة بين (50-60) psi وهو الضغط المثالي الذي يضمن عدم خسارة الغازات الخفيفة التي نخسرها في الضغوط العالية أو خسارة المكونات الثقيلة في النفط.
– تتم السيطرة على ضغط العازلة من خلال التحكم بكمية الغاز الخارج منها ، ويتحقق ذلك من خلال صمام سيطرة على الضغط Pressure Control Valve المسمى أختصاراً PCV ويقوم بتنظيم الضغط من خلال تصريف الغاز الى محطة معالجة الغاز.
– لزيادة الأمان يتم وضع صمام أمان Pressure Safety Valve المسمى أختصاراً PSV تتم معايرته على ضغط معين وفقاً للنفط المعالج وللحقل الذي يتم الأنتاج منه من حيث كونه مكمن ضغط عال أو ضغط واطيء.
– أن الماء الخارج من العازلة لا يكون نقياً 100% بل يحتوي على قطرات من النفط على شكل مستحلب لذا يرسل الى وحدة معالجة الماء ليتم عزل هذه القطيرات ، ويمكن بعدها حقنه في الآبار التي توقفت عن الأنتاج.
س: الى أين يذهب النفط المنتج من محطات العزل؟
إذا كان النفط المنتج نفط رطب يتم نقله الى محطة معالجة النفط الرطب
إذا كان حاوياً على غاز H2S ينقل النفط الى وحدات معالجة النفط Processing Unit والتي تحتوي على برج نزع Stripping Column يحتوي على صواني Trays على كل منها تراكيب أشبه بالفنجان المقلوب Bubble Caps لتضمن حدوث تلامس بين النفط وغاز الوقود ليتم تخليصه من غاز H2S والذي يسبب مشاكل تشغيلية مختلفة منها مشكلة التآكل بسبب تفاعله مع قطرات الماء الموجود في النفط مكوناً حامض الكبريتيك H2SO4.
إذا كان النفط الخام المنتج لا يحتوي على الماء أو غاز H2S ينقل مباشرة ً الى منافذ التصدير.
س: الى أين يذهب الغاز المنتج من محطات العزل؟
إذا كانت محطات معالجة الغاز بعيدة عن محطات عزل الغاز الطبيعي يتم نقل الغاز الى محطات كبس الغاز الطبيعي Gas Compressor Stations. يتم إزالة قطرات الماء من الغاز الطبيعي عبر أدخاله الى وحدات تجفيف الغاز الطبيعي Dehydration Units حيث تتم معالجته من خلال تلامسه مع الكلايكول في برج تلامس Contactor.
تذهب نسبة معينة (قليلة) الى المشعل Flare لغرض الحرق ، وللأمان في حالات توقف نقل الغاز الى وحدات معالجة الغاز أو محطات الكبس لأي سبب كان.
ملحقات عازلة الغاز:
توجد في العازلات مجموعة ملحقات اضافة الى الأجزاء الداخلية الرئيسية المكونة للعازلة وهي:
– فتحة دخول النفط Oil inlet : انبوب دخول موائع البئر الى العازلة .
– فتحة خروج النفط Oil outlet: انبوب خروج النفط من العازلة.
– فتحة خروج الغاز Gas outlet: انبوب لخروج الغاز من العازلة .
– فتحة خروج الماء Water Outlet: انبوب لخروج الماء من العازلة.
– منظومة السيطرة على المستوى Level Control وتقوم بالسيطرة على مستويات النفط والماء داخل العازلة وارسال اشارة تحذير Alarm الى غرفة السيطرة عند صعود المستوى.
– منظومة السيطرة على الضغط Pressure Control: تستخدم للسيطرة على ضغط العازلة كما ترسل اشارة الى غرفة السيطرة لبيان ضغط العازلة بشكل مستمر إضافة الى إشارة تحذير Alarm عند صعود الضغط الى حد معين.
– انبوب التصريف Drain pipe: انبوب في أسفل العازلة يستعمل لتفريغ العازلة عند الحاجة أو عند إجراء أعمال الصيانة.
– زجاج الرؤية Sight Glass : مقياس زجاجي للتعرف على مستوى النفط ويقع في جانب العازلة ويمكن بواسطته ملاحظة مستوى النفط داخل العازلة .
– صمام الأمان Safety valve يركب فوق عازلة الغاز لتصريف الضغط الزائد من العازلة.
– البوابات (فتحات الصيانة) Manhole: عبارة عن فلنجة (شفة) كبيرة توجد على احد جهتي العازلة تفتح اثناء الصيانة فقط.
صمام يستخدم لتنظيم معدل الجريان وللسيطرة على الضغط المعاكس للبئر وبالتالي الحفاظ على الضغط المكمني ، يكون هذا الصمام على أنواع مختلفة ولكن النوع الأكثر شيوعا هو النوع الذي يعتمد على تدريجات بأساس 64 مثل 32/64 للدلالة على فتحة نصف عقدة و 64/64 للدلالة على فتحة عقدة واحدة وهكذا.
ويعتمد حجم هذا الصمام على الضغط المكمني وحجم مجال الأنتاج Tubing Size وكمية وكثافة الموائع. أن عبور أي مواد صلبة من خلاله تؤدي الى تضرر الصمام وتعرضه الى التآكل وعدم قيامه بتنظيم الجريان بالشكل الصحيح.
س: ما هي العوامل المؤثرة على عملية العزل؟
معدل تدفق النفط والغاز الطبيعي (الحد الأدنى Minimum Flowrate – الحد الأعلى Peak Flowrate – المعدل Average Flowrate ).
الضغط التشغيلي Operating Pressure والحرارة التشغيلية Operating Temperature.
الخواص الفيزياوية للموائع Fluids’ Physical Properties مثل الكثافة Density والأنضغاطية Compressibility.
الكفاءة التصميمية للعزل (على سبيل المثال: إزالة 100% من الجزيئات التي يزيد حجمها عن 10 Micron).
وجود الشوائب مثل البارافين Paraffin والرمل Sand .. ألخ.
ميل النفط الخام الى تكوين الرغوة Foam.
ميل السائل الى أحداث التآكل.
س: ما هي العازلة الأنتاجية Production Separator وما هي عازلة الأختبار Test Separator؟
عازلة الاختبار : تستخدم لعزل وقياس الموائع الخارجة من البئر ، ويمكن ان تكون عمودية او افقية او كروية ، يمكن ان تكون بطورين أو ثلاثة أطوار ، كما يمكن أن تكون ثابتة أو محمولة وتستعمل لأحتساب كميات النفط والغاز المنتج من البئر.
العازلة الانتاجية : تستعمل لعزل المائع المنتج الى أطواره ، ويتراوح قطرها بين (12-30) قدم ، وارتفاع يتراوح بين (6-70) قدم.
س: ما هي العوامل المؤثرة على أختيار سعة العازلة؟
– الحجم (القطر – الأرتفاع) للعازلة.
– تصميم وترتيب الأجزاء الداخلية للعازلة.
– عدد مراحل العزل.
– الضغط التشغيلي والحرارة التشغيلية.
– الخواص الكيمائية والفيزيائية للموائع الخارجة من النفط (الوزن النوعي – اللزوجة – توازن الأطوار..ألخ).
– نسبة الغاز الى النفط GOR.
– ميل النفط الى إحداث الرغوة.
أن فرق الكثافة بين السائل والغاز يحقق فصل قطرات السائل والغاز في حين تكون تبدأ سرعة الجريان قليلة بما فيه الكفاية للحصول على زمن كاف لحصول العزل. حيث تنزل القطرات الكبيرة أولاً . في حين تتأخر القطرات الأكبر حجماً. أن قطرات السوائل الهيدروكاربونية في الضغط القياسي والحرارة القياسية تكون كثافتها أكبر (400-1600) مرة من كثافة الغاز. وبزيادة الضغط ودرجة الحرارة يقل فرق الكثافة، ففي ضغط تشغيلي يبلغ 800 PSIG فأن كثافة السوائل الهيدروكاربونية تكون (6-10) مرات أكبر من كثافة الغاز. لذا فأن الضغط التشغيلي يؤثر على حجم العازلة وحجم مستخلص الرذاذ المطلوب.
أنواع العازلات Separators’ Types
تصنيف العازلات حسب الشكل: عازلات عمودية Vertical Separators وعازلات أفقية Horizontal Separators.
أنظر الصور للعازلات العمودية والأفقية:
الفرق بين العازلات الأفقية والعمودية:
|
العازلات الأفقية |
العازلات العمودية |
|
|
الضغط Pressure |
محطات الضغط العالي |
محطات الضغط الواطيء |
|
معدل الجريان Flowrate |
معدلات الجريان العالية |
معدلات الجريان العالية |
|
GOR |
أعلى |
أقل |
|
الحد الفاصل interface |
بسبب توفيرها مساحة فصل أعلى فأنها تسرّع عملية الفصل لذا يكون تحرر الغازات أسهل |
مساحة فصل قليلة لذا فهي غير مناسبة للتعامل مع الحد الفاصل |
|
الحجم (هذا العامل مهم جداً بالنسبة للمنصات البحرية off-shore) |
أكبر |
أقل |
|
الكلفة |
أقل |
أكبر |
|
السعة |
أكبر |
أقل |
|
التعامل مع المواد الصلبة |
أقل كفاءة |
أكثر كفاءة |
|
التعامل مع معدل تدفق متغير |
أقل كفاءة |
أكثر كفاءة |
|
التعامل مع مستوى السائل |
أقل كفاءة بسبب قلة أرتفاعها ، كما أن تذبذب معدل التدفق سيؤدي الى أرباك مسيطر المستوى Level Control |
أكثر كفاءة بسبب أرتفاعها |
|
أعمال الصيانة |
أسهل |
أصعب |
|
التعامل مع المستحلبات والرغوة |
أكثر كفاءة |
أقل كفاءة |
تصنيف العازلات من حيث عدد الأطوار: حيث تقسم الى عازلات ثنائية الطورtwo -phase separator وثلاثية الطور three – phase separator ويكن استعمال العازلات العمودية والأفقية لكلا الغرضين.
تصنيف العازلات من حيث الضغط التشغيلي : حيث أن العازلات تعمل بضغط تشغيلي يتراوح بين 20-1500 psi ، ويمكن تصنيفها على أنها :
عازلات ضغط عالي (750-1500 psi) – عازلات ضغط متوسط (230-700 psi) – عازلات ضغط واطيء (10-225 psi) ،
عازلات الغاز من الناحية التصميمية:
لقد شهد تصميم عازلات الغاز تطوراً كبيراً في العقدين الأخيرين ولكن تبقى هناك بعض الأمور التصميمية التي لا يمكن الحياد عنها لأنها تعتبر من الأمور البديهية في أغلب التصاميم وهذه الأمور هي:
الاستفادة من زخم الدخول Inlet Momentum:
تستخدم أغلب العازلات تراكيب ميكانيكية Inlet Diverter لتغيير المسار وتقليل السرعة العالية للمائع الداخل تساعد في تحقيق عزل كبير بين السائل والغاز حيث أنها تشتت النفط بشكل يساعد على هروب الغاز من النفط. أما في العازلات الأفقية فهناك مجال واسع لأستخدام العديد من التراكيب مثل:
الصفائح Splash Plates – الرؤوس المقعرة Dished Heads ، حيث أن أغلب هذه التراكيب تقوم بالسيطرة على العزم الداخل من خلال تغيير مسار السائل وتشتيت طاقة المائع الداخل Energy of the inlet fluid.
أن فائدة تراكيب الدخول في العازلة diverter هي إحداث تغير مفاجيء في العزم (السرعة والأتجاه) مما يؤدي (بالأضافة الى أختلاف الكثافة) الى عزل السائل.
مستخلص الرذاذ Vapor Demisting:
ويصدف أحياناً وجود بعض قطرات السوائل في الغاز، لأن بعض الأبخرة القابلة للتكثف لا يمكن استخلاصها بواسطة مستخلص الرذاذ ويحصل هذا التكثف بسبب تقليل درجة الحرارة ، أن وجود هذه الأبخرة المتكثفة لا يدل على عدم كفاءة العازلة لأنها تمتلك خصائص الغاز الطبيعي ، وقد يحصل هذا التكثُف حال خروج الغاز من العازلة بسبب التغير في الضغط والحرارة.
ولكن ما الذي يحصل في مستخلص الرذاذ؟
1. الأرتطام: أن أرتطام الغاز المحتوي على قطرات بسطح مستخلص الرذاذ ، سيؤدي الى تماسك قطرات السائل وتجمعها على السطح وعند اندماجها ستكون على شكل قطرات كبيرة لتنزل الى مقطع تجميع السوائل.
2. التغير في أتجاه التدفق: في حالة تغير أتجاه جريان الغاز الحاوي على قطرات بشكل مفاجيء فأن القطرات سوف تستمر بالجريان بنفس الأتجاه بسبب الأستمرارية في حين يكون جريان الغاز بعيداً عن جريان هذه القطرات ، حيث أن هذه القطرات ستتجمع على السطح ومن ثم تسقط في قسم تجميع السوائل.
3. التغير في سرعة الجريان: أن التغيير في سرعة الغاز سيُسبب تجمع قطرات السائل على سطح مستخلص الرذاذ بسبب القصور الذاتي مما الى سقوط القطراتالى مقطع تجميع السوائل.
4. القوة الطاردة المركزية : عند جريان الغاز الحاوي على قطرات النفط بشكل دوراني وبسرعة عالية فأن القوة الطاردة المركزية centrifugal force سترمي قطرات السائل بعيداً بأتجاه جدران العازلة. مما يؤدي الى تصادم هذه القطرات وتجمعها في قطرات كبيرة ونزولها الى مقطع تصريف السوائل. أن القوة الطاردة المركزية هي من أكثر الطرق فاعلية ً في عزل قطرات السوائل من الغاز ، وتزداد كفاءتها بزيادة سرعة الغاز الداخل.
مانعات التموج Vortex Breaker
ويتم أستعمالها بالذات في العازلات الأفقية حيث هناك أحتمال لحصول تموجات في الحد الفاصل بين النفط والغاز gas-oil interface مما يؤدي الى تقلبات في مستوى السائل وبالتالي التأثير على أداء مسيطر المستوى level controller ولتجنب هذه الحالة يتم تركيب مانعات التموج الذي يكون عبارة عن تراكيب ميكانيكية على شكل موانع عمودية على اتجاه الجريان.
صفائح منع الرغوة Defoaming Plates
وهي مجموعة من الصفائح المائلة والمتوازية القريبة من بعضها حيث أن مرور الرغوة من خلال هذه الصفائح سيؤدي الى تجمّع قطرات النفط بعد فصلها عن الغاز المصاحب.
مانع الدوامات Vortex Breaker:
وهي صفيحة توضع فوق خطوط الخروج للنفط والماء والغاية منها منع حصول دوامة عند خروج السائل مما يؤدي الى خروج غاز مع السائل وتولد جيوب غازية.
زمن بقاء السائل (زمن المكوث) Liquid Retention Time:
يتم أخذ هذا الأمر في العازلات ثلاثية الطور كي يتسنى للماء والنفط أن ينفصلا عن بعضهما بطريقة فرق الكثافة . وتستخدم العديد من التراكيب على زمن بقاء هذه السوائل في العازلة ويتأثر زمن البقاء بالعديد من العوامل مثل: الكثافة النسبية للنفط Specific Gravity – درجة الحرارة التشغيلية Operating Temperature. وفي حال الرغبة في زيادة زمن المكوث فهذا يتطلب زيادة حجم العازلة أو زيادة منطقة السائل.
الحرارة Heat
أن الحرارة تؤدي الى تقليل الشد السطحي ولزوجة النفط مما يساعد على تحرر الغاز ، واكثر الطرق فاعلية هي تسخين النفط من خلال امراره خلال حمام مائي water bath ، كما تساعد الحرارة على إزالة فقاعات الرغوة ، وتستخدم المسخنات غير المباشرة indirect heaters أو المبادلات الحرارية.
أهم المشاكل التشغيلية في محطات العزل:
مع تطور التصاميم الحديثة لعازلات الغاز تم أخذ المشاكل التشغيلية بنظر الأعتبار فوجود مسيطرات مستوى Level Controls ذات كفاءة ودقة عاليتين في العازلات بالأضافة الى وجود مسيطرات Press. Control على درجة عالية من الحساسية ساعد على تقليل المشاكل التشغيلية الى أقصى حد ممكن. لذا فأن أغلب المشاكل التشغيلية الآن يكون سببها عطل هذه المسيطرات أو سوء التشغيل Bad Operation. وأهم هذه المشاكل هي:
الحمل الإضافي CarryOver:
وهي من أبرز المشاكل التشغيلية التي تحصل في محطات العزل وتتلخص بخروج نفط مع الغاز بكمية كبيرة مما يؤدي الى عبوره الى محطات معالجة الغاز (والتي يفترض أن تحتوي على عازلة أولية لعزل ما تبقى من من قطرات النفط في الغاز) أو في بعض الأحيان عبوره الى المشعل Flare والذي يكون على شكل دخان أسود وإذا لم ينتبه المشغل الى ذلك فأن ذلك قد يؤدي الى خروج كمية كبيرة من النفط المحترق عبر المشعل وتؤدي الى الحريق.
الأسباب
1. تحميل العازلة أكثر من طاقتها التشغيلية وذلك من خلال سوء تنظيم مجمع الصمامات Manifold.
2. غلق صمام خروج النفط Oil Outlet Valve أو عطله. أو عدم وجود تصريف في وحدة أستلام النفط Oil Storage.
3. عطل المسيطر على المستوى Level Control مما يؤدي الى أرتفاع مستوى النفط في العازلة.
4. خلل في تنظيم صمام الضغط Pressure Control Valve بالشكل الذي يؤدي الى أنخفاض ضغط العازلة وبالتالي أرتفاع مستوى النفط في العازلة.
المعالجة
1. في الحالة الأولى تنظيم مجمع الصمامات وتنظيم كميات النفط الداخلة الى كل عازلة.
2. في الحالة الثانية يجب تصليح صمام النفط أو أستبداله.
3. في الحالتين 3 و4 يجب أيقاف العازلة عن العمل لحين تصليح أو معايرة صمامات السيطرة.
الجيوب الغازية Gas Pockets:
وهي تولد فراغات في الأنابيب الناقلة للنفط (يملئها الغاز) وخاصة ً إذا كانت هذه الخطوط طويلة نسبياً ، أو عند عدم مراعاة سعة الخطوط الناقلة بتحميلها بكميات أقل بكثير من طاقتها التصميمية ، وهذا الأمر يؤدي الى إحداث ضغط معاكس على محطات العزل وبالذات على العازلات وصعود ضغط العازلة وأرتفاع مستوى النفط في نفس الوقت .
الأسباب:
1. إنخفاض مستوى النفط داخل العازلة بسبب عطل مسيطر المستوى Level Control أو تغيير Setpoint الخاص به بشكل غير مقصود.
2. ارتفاع الضغط داخل العازلة بسبب عدم أنتظام عمل PCV أو تغيير Setpoint الخاص به بشكل غير مقصود.
وفي كلتا الحالتين يجب أيقاف المحطة عن العمل لحين تصريف الجيوب الغازية من الخط الناقل للنفط ، ومن ثم معالجة أو تعيير أو أستبدال الصمامات العاطلة.
الرغوة Foaming
قد تحصل طبقة من الرغوة foam في الحد الفاصل بين النفط والغاز gas-liquid interface بسبب نزول الضغط (في أنواع معينة من النفط) أو بسبب الشد السطحي واللزوجة ووجود بعض الشوائب حيث تتولد قطيرات صغيرة مغطاة بغشاء خفيف من النفط عند خروج الغاز من حالة الذوبان مما يؤدي الى حدوث التالي:
• تؤدي الرغوة الى تقليل المساحة السطحية للعازلة حيث أنها تحتل حجماً كبيراً من العازلة ، وبالتالي فهي تؤثر على كفاءة العازلة من خلال تقليل زمن المكوث Retention Time ، ما لم تكن العازلة مصممة أصلاً على حجم يتناسب مع حدوث هذه الظاهرة.
• أن كثافة الرغوة تكون بين كثافة السائل والغاز مما يؤدي الى أضطراب في عمل مسيطر المستوى level controller.
• عند زيادة حجم الرغوة فأن هذا سيؤدي الى خروجها مع النفط أو الغاز الخارج من العازلة ، مما سيؤدي الى تقليل فاعلية العزل أو حدوث ظاهرة الحمل الأضافي carryover أو خروج النفط مع الغاز الخارج من العازلة أو العكس خروج غاز مع النفط الخارج من العازلة الذي يحصل عند أنخفاض مستوى السائل وهذا قد يحصل بسبب عدم تناسب حجم العازلة مع كمية الغاز أو حدوث التموج في مخرج السائل liquid outlet. وبالتالي سيؤدي الى تقليل كفاءة العزل.
أن الرغوة النفطية لا تكون مستقرة ، ولا يدوم وجودها ، إلا بوجود عوامل الرغوة.
أن العوامل التي تؤدي الى تولد الرغوة:
1. عندما يكون الوزن النوعي أقل من 40 درجة.
2. عندما تكون درجة الحرارة التشغيلية أقل من 160 °F .
3. عندما يكون النفط لزجاً حيث تكون لزوجته أكثر من 53 cp .
كيفية التغلب على هذه الظاهرة:
يمكن التغلب على هذه الظاهرة بنصب صفائح منع الرغوة Defoaming Plates وهي مجموعة من الصفائح المائلة والمتوازية القريبة من بعضها حيث أن مرور الرغوة من خلال هذه الصفائح سيؤدي الى تجمّع قطرات النفط بعد فصلها عن الغاز المصاحب.وفي بعض الحالات يتم معالجة هذه الظاهرة بأضافة بعض المواد الخافضة للرغوة Foam depressants علماً أن هذه المواد تكون اسعارها غالية نسبياً بالأضافة الى وجود بعض العوامل الأخرى التي تؤدي الى تقليل أو كسر الرغوة مثل الحرارة ، أو الطرد المركزي.
البارافين Paraffin :
أن تفكك البارافين في عازلات الغاز يؤدي الى تقليل كفاءتها ، وقد تؤدي الى جعلها فير فعالة الى حد ما ، بسبب تراكم قسم منها على أجزاء من العازلة ، أو حصول أنسداد مستخلص الرذاذ ومدخل النفط. ويتم إزالته بواسطة المذيبات أو البخار. والطريقة الأفضل لمنع هذه الظاهرة هو المعالجة الكيمياوية مع الحرارة ، كما أن هناك طريقة أخرى وهي تغليف السطوح الداخلية للعازلة بالبلاستك بسبب عدم التآلف الكيمياوي بينهما ، حيث أن وزن البارافين سيؤدي الى أنزلاقه وعدم تراكمه على جدران العازلة أو أي من أجزاءها.
خبرة طويلة من العمل في منشآت إنتاج ومعالجة النفط والغاز الطبيعي.له العديد من المقالات والدراسات حول الصناعة النفطية وخاصة ما يتعلق بالمنشآت السطحية.
متابع لشؤون اقتصاديات البترول.
عضو في جمعية مهندسي البترول SPE .
لديه العديد من المحاضرات المسموعة والمرئية على اليوتيوب.
له كتابان في مجال الأختصاص وهي (انتاج النفط والغاز الطبيعي/2021) و (المنشآت السطحية في الحقول النفطية/2024)
