Table of Contents
وتشكل مرافق إنتاج النفط مواقع صناعية معقدة تتطلب مجموعة واسعة من المعدات المتخصصة لاستخراج النفط الخام والغاز الطبيعي وتجهيزه ونقله من خزانات تحت الأرض إلى مستعملين نهائيين، ويعطي فهم المعدات الرئيسية المستخدمة في هذه المرافق نظرة متعمقة للتحديات الهندسية والابتكارات التكنولوجية التي تدفع صناعة النفط والغاز، وتتيح هذه المادة استكشافا مفصلا لمعدات الإنتاج الأولي وتجهيز ونقل وسلامة المكتشفة في مرافق الإنتاج النفطي الحديثة، إلى جانب استعراض عام للتقدم المحرز مؤخرا.
معدات الاستخراج الأولية
رحلة النفط تبدأ في أعماق سطح الأرض وصول هذه الإحتياطات يتطلب حفراً وجهازاً مُتشدّداً قادر على تحمل ضغوط عالية و بيئات مُتآكلة ومواقع نائية
ريغز
(ج) أجهزة الحفر (GFLling) هي نقطة البداية لأي عملية إنتاج نفطية، وهي تستخدم في حفر الآبار في قشرة الأرض للوصول إلى خزانات النفط والغاز، وتأتي أجهزة الحفر ذات الوجهة المتقدمة في أحجام وتشكيلات متعددة، تتراوح بين وحدات صغيرة على الشاطئ ومنصات عائمة ضخمة تستخدم في بيئات المياه العميقة، وتشمل المكونات الرئيسية لأجهزة الحفر أجهزة السطوانة الدوارة أو المحركات.
نظم ويهيد
وبعد حفر بئر، يتم تركيب البئر على السطح لتوفير ختم ضد الضغط وإتاحة الوصول إلى عمليات الإنتاج والتدخل، وكثيرا ما تسمى " شجرة كريسماس " بسبب تشكيلها شبه الشقيق، وتشمل الصمامات والملابس والتجهيزات التي تتحكم في تدفق الهيدروكربونات.() وتنظم صمامات الشوك معدلات الإنتاج، بينما توفر صمامات رئيسية وسلاسل أمان للأجنحة.
مضخات (وحدات التعبئة في بيام)
وعندما لا يكون ضغط الخزان الطبيعي كافياً لرفع النفط إلى السطح، فإن نظم الرفع المصطنع هي أحد أكثر المعدات إدراكاً في إنتاج النفط على الشاطئ، وهي تتألف من شعاع مشي متصل بسلسلة مثقوبة وقضبان مجهزة بمواد متغيرة تمتد إلى مضخة للثقوب، ويخلق الانتقال المتصاعد إلى التواتر من الشعاع المتحرك مركباً مركباً متجدداً.
قيم السلامة السطحية
إن صمامات الأمان السطحية هي أجهزة التحكم في التدفق الحرج، التي يتم تركيبها في حفرة، والتي تتراوح عادة بين 100 و 500 قدم تحت سطح البحر أو في قاع البحر، والغرض منها هو إغلاق البئر بصورة تلقائية في حالة الطوارئ، مثل الحريق السطحي أو فقدان السيطرة الهيدروليكية، وهي تعمل عن طريق نظام الهيدروليكي الذي تسيطر عليه السطح ويمكن تصميمه على أنه إما نكهة أو صمامات مكتملة.
معدات الانفصال والتجهيز
ولا يكون النفط الخام والغاز الطبيعي الذي يُجلب إلى السطح جاهزين للبيع، بل يحتوي على المياه، والصلب، والغاز، وغيرها من الشوائب التي يجب إزالتها من خلال سلسلة من خطوات التجهيز.
ثلاثة مفرقعين
أما أول سفينة تجهيز رئيسية بعد الرؤوس فهي مقسمة على ثلاث مراحل، تفصل مسارات البئر إلى مكوناتها الرئيسية الثلاثة: النفط والغاز والماء، وتعتمد هذه المفرقعات على تجهيزات الجاذبية، ولوحات الغاز المشبع، والمستخرجات الخاطئة لتحقيق الفصل التدريجي، وتستخدم المقسمات العمودية عادة في الآبار ذات النسب العالية من الغاز إلى السائل أو حيث تكون الضغوط العالية.
مقسمات الحرارة وأجهزة تبادل الحرارة
فالنفايات ضرورية في تجهيز النفط للحد من شدة النفط الخام، والمعونة في فصل الاندفاع، ومنع تكوين الهدرات في الغاز الطبيعي، فالسخانات غير المباشرة (مثل المدفأة) تستخدم أنبوبا للحريق لتسخين سائل حراري، ثم تنقل الطاقة إلى سوائل العملية، وتشغل أجهزة التدفئة المباشرة سوائل العمليات أو الغازات التي تطفو مباشرة على أجهزة الصيانة.
المنافسون
فالغاز الطبيعي الذي ينتج في البئر عادة ما يكون منخفضا، ويجب الضغط عليه لتلبية مواصفات خط الأنابيب أو لإعادة الحقن في خزانات تحسين استرداد النفط، وتشمل أنواع الضغط المعالجات الضغط المتبادل، التي تكون قوية ومعالجة معدلات التدفق المتغيرة، وأجهزة الضغط بالطرد المركزي، التي تناسب أفضل تطبيقات التخصيب ذات التدفق العالي، والتدفق المطهول.
نظم التحلل والتصحاح
ويحتوي الغاز الطبيعي الخام في كثير من الأحيان على بخار مياه يجب إزالتها لمنع تكوين الهدرات وتآكلها في الأنابيب، كما أن التحلل من خلال امتصاص الغدد الصماء (مثل نظم الترايثيلين الجليدية) أو من امتصاص خزائن صلبة، بالإضافة إلى إزالة المياه، فإن عمليات تحلية الغاز تزيل سلفيد الهيدروجين (H2S) وثاني أكسيد الكربون (CO2)
معدات التخزين والنقل
وبعد التجهيز، يجب تخزين منتجات النفط ونقلها بأمان إلى المصافي أو محطات التوزيع أو مرافق التصدير، وتنظم المعدات المعنية تنظيماً شديداً لمنع التسربات والانسكابات.
خزانات التخزين
وتستخدم خزانات التخزين لحمل النفط الخام والمنتجات الوسيطة والسيولة المنتهي منها، وتتراوح حجمها بين خزانات صغيرة ومستودعات ضخمة من الصهاريج العائمة التي تُحمل أكثر من مليون برميل، وتُعد صهاريج الصهاريج الثابتة ذات سائل ذي قدرة منخفضة، بينما تُخفض صهاريج الحماية من الصهاريج العائمة (بسطح الداخلي أو الخارجي) من خسائر البخار عن طريق تغطية درجة الحرارة السائلة.
Pipelines
(ب) الأنابيب هي أكثر الطرق كفاءة لنقل كميات كبيرة من النفط الخام والغاز الطبيعي على الأراضي، وهناك نوعان رئيسيان: جمع خطوط الإنتاج من آبار متعددة، وخطوط الجذع التي تنقل المنتج الإجمالي إلى المصافي أو المحطات الطرفية، وتُبنى الأنابيب من الفولاذ الكربوني وتُحمى بواسطة المعاطف الخارجية وحماية التآكل.
Oil Tankers and Export Terminals
وبالنسبة للنقل فيما وراء البحار، يُحمَّل النفط الخام على ناقلات في محطات بحرية متخصصة، وتتراوح ناقلات النفط بين ناقلات المنتجات الصغيرة وناقلات النفط الخام الكبيرة جدا التي يمكن أن تحمل مليوني برميل من الخامات، وتُعد محطات الشحن التي تُعدّ أنواعاً مفصّلة، ونظماً للتبريد، ووحدات لاسترداد البوابات لتقليل الانبعاثات إلى أدنى حد، وتنظم عمليات الناقلات الدولية مثل نظام مراقبة النفط ونظام السلامة الدولي.
نظم السلامة والرصد
ونظراً للطبيعة العالية السمية والمنتشرة للهيدروكربونات، فإن معدات الأمان ليست بعد التفكير بل جزءاً لا يتجزأ من كل مرفق لإنتاج النفط.
مُنعوا المتفجرات
إن أجهزة منع الانفجار هي صمامات أمان ضخمة تقع في الرؤوس الصالحة للاختراق والمراقبة والقتل في حالة الركل أو فقدان السيطرة الجيدة، وتشمل مجموعات المواد المحتوية على البلازما لمنع التفريغ (الغطاء المكشوف، وأجهزة التنقيب عن الأنابيب) وأجهزة الوقاية من الأنابيب، وهي تعمل بشكل مكثف عن طريق نظم التحكم التي توفر سلاسل المراقبة عن بعد.
أجهزة إطفاء تعمل بالضغط
ويمنع المعتقلون من النيران من التكاثر إلى الدبابات أو المنفصلين أو الأنابيب التي قد تكون فيها البخارات المشتعلة موجودة، ويعملون عن طريق نقل اللهب عبر ممر ضيق يبرد الغاز دون نقطة الإشعال، وترمي صمامات الإغاثة المضللة والمقاطعات الالتفافية إلى فتحها تلقائيا عندما يتجاوز ضغط النظام الحدود المقررة، وحماية المعدات من الظواهر الجاهزة.
نظم كشف الحرائق والغاز
وتُنشر نظم الكشف الآلي في جميع مرافق الإنتاج لتحديد تسرب الغازات القابلة للاحتراق أو السامة، وكذلك الحريق، وتشمل أجهزة الاستشعار أجهزة كاشفة حفازة للغازات القابلة للاشتعال، والخلايا الكهروكيميائية لكشف ثاني أكسيد الكربون، وأجهزة الكشف عن اللهب بالأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية، وترسل إشارات التنبيه إلى لوحة مركزية تعمل على تفعيل نظم الصيانة الجافية بصورة تلقائية.
نظم إغلاق الطوارئ
ونظم وقف العمل في حالات الطوارئ هي نظم رقابة ذات قدرات صعبة تعزل المرفق من مصادر الطاقة الخطرة أثناء حالة غير عادية، وهي تعمل بشكل مستقل عن نظام مراقبة العمليات، وترمي إلى الفشل، وتغلق نظم إدارة الطاقة الكهربائية المعدات الحيوية مثل المكثفات، والمسخن، والصمامات، ويمكن أن تفجر قائمة السفن المزروعة إلى موقع مزدهر أو آمن، ويُحدَّد مستوى السلامة في كل حلقة من نظم إدارة البيئة.
أحدث التطورات في معدات الإنتاج
وبالإضافة إلى ذلك، تواصل التكنولوجيا تحويل معدات إنتاج النفط، مدفوعة بالحاجة إلى زيادة الكفاءة، وانخفاض الانبعاثات، والتشغيل عن بعد، ويجري استخدام التوأم الرقمي لتحفيز أداء المعدات والتنبؤ بالفشل قبل حدوثها، كما أن إدماج أجهزة الاستشعار التي تستخدم في استخدام شبكة الإنترنت في إطار آلية للتفتيش على السواحل، يتيح الرصد المستمر لشبكة المركبات المتطاولة، كما أن المضخات المتعددة المراحل في المناطق الفرعية ومحطات تعزيز القدرة على إطالة الحياة في المناطق البحرية عن طريق زيادة معدلات التعافي.
خاتمة
وتمثل المعدات الرئيسية المستخدمة في مرافق إنتاج النفط مزيجاً ملحوظاً من الهندسة الميكانيكية، ومراقبة العمليات، وعلوم السلامة، ومن أجهزة الحفر الثقيلة التي تخترق الخزان أولاً إلى أجهزة الفصل المتطورة، والمضغطين، ونظم الأمان التي تعمل على معالجة ونقل الهيدروكربونات، تؤدي كل قطعة من المعدات دوراً حيوياً في توفير الطاقة بصورة موثوقة وآمنة، ويكفل استمرار الابتكار أن تكون الصناعة قادرة على تلبية الطلب العالمي المتزايد.