Surface Facilities in Oil & Natural Gas Production Part.2
مثال لمنشآة نفطية Oil Facility
في المخطط التالي رسم تخطيطي لمنشأة نفطية بسيطة. وسنقوم بوصفها كاملة، ما عدا وحدة تجفيف الغاز Gas Dehydration والتي تم التطرق اليها في المقالات الخاصة بالغاز الطبيعي .
عملية العزل Separation :
الخطوة الأولى في هذه المنشآة هي فصل الغاز عن النفط والماء . وعادة ما يتم هذا في عازلة واحدة وهي أوعية ضغط تتدفق اليها الموائع القادمة من البئر للسماح للغاز والنفط والماء بسبب الجاذبية. وتحتوي العازلات على تركيب الدخول Inlet Diverter والذي يساعد على تقليل عزم الدخول كما تحتوي على مانع التموج ، بعض الفواصل Bucket والسدود Weirs ومستخلص الرذاذ Mist extractors التي تعزز عملية العزل.
قد تكون العازلة ثنائية الطور two -phase separator لفصل الغاز من السوائل، أو ثلاثية الطور three-phase separator لفصل الغاز عن النفط والماء ، والتي يتم تصريفها من خلال ثلاثة منافذ outlets. أن العازلة الأولى في المنشأة النفطية تسمى عازلة الأنتاج والتي تستلم الموائع من الآبار أو عازلة الضغط العالي (HP) إذا كان الإنتاج في ضغط عال يتراوح بين 500 إلى 1200 رطل لكل بوصة مربعة ، وإذا تم أدخال النفط الخارج من عازلة الضغط العالي مباشرة في خط الانابيب فأن هذا يؤدي الى تحرر الغاز عند أنخفاض الضغط بسبب خسائر الاحتكاك Friction Losses في خط الأنابيب. أو حدوث مشكلة الجيوب الغازية Gas Blowby .
أن الغاز يأخذ حجماً أكبر بكثير لنفس الوزن من النفط ولذلك فأن خط الأنابيب مصمم للتعامل مع كمية معينة من النفط ، وتقل هذه الكمية في حالة تحرر الغاز من النفط مما يؤدي زيادة سرعة السائل وفرق الضغط Pressure Drop ، ولهذا السبب، فأن مصممي خط أنابيب النفط يضعون الحد الأعلى للضغط البخاريMaximum Vapor Pressure للحيلولة دون تحرر المركبات الخفيفة في مجال النفط الى غاز. أن عملية تخفيض ضغط البخار للنفط يكون لتلبية متطلبات التصميم.
أن أبسط شكل من أشكال الاستقرار يتم بوضع النفط في خزان تحت الضغط الجوي Atmospheric Srorage Tank الذي يسمح للغاز بالتحرر من النفط في الخزان عند خفض الضغط إلى الضغط الجوي. ومن شأن هذه العملية الحصول على ضغط البخار الحقيقي للنفط مساوياً للضغط الجوي ، أو أقل في حالة التسخين وتقليل الضغط لتلبية متطلبات التصميم لخط الأنابيب. أن الغاز الذي يتحرر في الخزان يجب أن يتم ضغطها مرة أخرى إلى ضغط مساوي لضغط العازلة ليندمج مع الغاز الخارج من العازلة.
أما النفط الداخل إلى عازلة الضغط المتوسط (IP) بدلاً من الذهاب مباشرةً الى الخزان تحت الضغط الجوي Atmospheric Srorage Tank فإن الغاز الذي يتحرر في العازلة يكون في ضغط عال لذا فهو بحاجة الى كبس أقل. بالإضافة إلى أن الكمية الكلية للنفط المنتجة من هذه العازلة أكبر من عازلة الضغط العالي وهذا بسبب توازن السائل الغاز Gas / Liquid Equilibrium لتحرر الغازات في الضغط العالي وتغيير تركيب النفط في الخزان.
أما بالنسبة للغاز المتحرر من عازلة الضغط المتوسط (IP) فيكون أقل بالتأكيد من عازلة الضغط العالي (HP) لذلك فأن إضافة عازلة ثانية له فائدتان: الأولى عدم الحاجة الى كابسة غاز إضافية لأن الغاز المتحرر من عازلة الضط العالي (HP) ليس بحاجة الى كبس والفائدة الثانية هي أن النفط المنتج من عازلة الضغط المتوسط يكون أكثر أستقراراً ، وإذا أضفنا عازلة ثالثة (أو مرحلة عزل ثالثة) وهي عازلة الضغط المنخفض(LP) فأن كمية السائل المنفصل ستكن أكبر من المرحلتين السابقتين ، مع كمية معقولة من الغاز المتحرر والشكل التالي يبين محطة عزل للغاز الطبيعي Degassing Station مع محطة كبس Compressor Station ملحقة بها .
والوحدة أعلاه هي وحدة نموذجية يكون فيها ضغط عازلة الضغط العالي مساوي ل1100 رطل لكل بوصة مربعة psi أما ضغط لعازلة الضغط المتوسط IP فيكون 450 رطل لكل بوصة مربعة psi أما عازلة الضغط الواطيء LP فيكون ضغطها عند 150 رطل لكل بوصة مربعة psi أما وحدة المعالجة التالية فقد تكون في ضغط 50 رطل لكل بوصة مربعة psi قبل تخزين النفط في خزان في الضغط الجوي. يتم أختيار ضغط العازلة بالشكل الذي يضمن خروج الغاز من كل عازلة الى مرحلة كبس تتوافق مع هذا الضغط مع نسبة ضغط معقولة Compression Ratio لكل مرحلة من مراحل الكبس.
معالجة النفط Oil Treating :
لا توجد عملية عزل مثالية ، فهناك دائماً كمية متبقية من الماء في النفط ويمكن أن تتراوح نسبة الماء بين محتوى أقل من 1٪ إلى أكثر من 20٪ في النفط نسبةً حجميةً. وفي حالة أنخفاض API (أي زيادة الوزن الجزيئي ولزوجة النفط) فأن هذا يؤدي الى أنخفاض كفاءة العزل.
للحصول على أفضل فصل للماء من النفط يتم معالجة النفط من خلال وحدات النفط الرطب والتي تشبه الى حد كبير عازلة النفط ولكن مع ميزات خاصة لتسهيل فصل الماء من النفط.أن أنظمة المعالجة هذه تعمل عادةً على خفض لزوجة النفط من خلال زيادة حرارته مع توفر اجزاء كبير لحدوث الأستقرار وبالتالي إتاحة الوقت الكافي لفصل الماء من النفط مع وجود شبكة ألكترو ستاتيكية Electrostatic لتعزيز عملية الفصل وأندماج القطرات.
ويتم تحديد كمية الماء المسموح Allowable Water Content بها في الأنبوب من خلال عقد بين الجهة البائعة للنفط الذي عادة ما يكون للشركة المنتجة والمشتري الذي قد يكون شركة خط الأنابيب الناقل كما يتم تحديد الحد الأقصى لمحتوى الملح maximum Salt Content في النفط الخام. حيث يمكن للنسب العالية من الماء أن تسبب مشاكل التآكل في خطوط الأنابيب وأنظمة النقل الأخرى وفي الوحدات التالية . أما النسبة العالية من الأملاح والذي تسببه ملوحة الماء المنتج المتبقي في النفط قد يسبب مشاكل في التكرير لأن الماء سيغلي في وحدات التقطير.
أن النفط الخام المعالج (الجاف) عادة ما يتم إرساله الى خزانات النفط الخام ، ومن ثم يتم ضخه من خلال مقياس التدفق flowmeter الى أنابيب النقل.
معالجة الماء المنتج Produced Water Treatment :
كما ذكرنا سابقا فأن عملية الفصل ليست مثالية ، وأن كمية النفط التي تتبقى في الماء المنتج من العازلة عادة ما تتراوح بين 100 و 2000 جزء في المليون وزناً. ويجب إزالة هذا النفط إلى مستويات مقبولة قبل أن يتم التخلص من الماء المنتج أو تصريفه. وتختلف المحددات البيئية للماء المنتج من مكان لآخر حيث أن بعض المواقع لا تسمح بتصريف الماء المنتج.
وعلى سبيل المثال، في خليج المكسيك (ضمن المياه الأقليمية للولايات المتحدة) تكون أقصى نسبة نفط في الماء المنتج 42 جزء في المليون عن أي عينة واحدة ولا تزيد عن 29 جزء في المليون في المتوسط خلال شهر. وبخلافه لا يمكن تصريف اي كمية من الماء المنتج و يجوز تصريف الماء المنتج الى آبار الحقن.
هناك أنواع مختلفة من معدات معالجة الماء المنتج وتشمل قاشطات الماء coalescers، أجهزة التعويم بالغاز Gas Floatation Units IGF، والدواميات Hydrocyclones .وبعض المعدات الإضافية ، بما في ذلك مزيلة الرمل desander والمرشحات filters لإزالة المواد الصلبة قبل الحقن.
أن الدوامية Hydrocyclones تتطلب فرق الضغط يزيد عن 100 رطل / عقدة مربعة للعمل بشكل جيد، وتوضع عادة بين العازلة وصمام التحكم في مستوى الماء Water Level Control Valve . بالإضافة إلى إزالة النفط من الماء ، فأن الدوامية يمكنها أن تؤدي إلى تجمع قطرات النفط المتبقي بواسطة القاشطة ،وقد تبين من التجربة نجاح استخدام نوعين من معدات معالجة الماء المنتج لمنشأة الغاز وثلاثة أنواع للمنشأة النفطية في حالة صعوبة فصل النفط عن الماء.
المصادر :
Petroleum Engineering Handbook – Part 3 – Kenneth E. Arnold
Surface Production Operations – Ken Arnold/ Maurice Stewart
