ما هو فاصل إنتاج النفط: المراحل والتصميم ومعالجة الخام

ما هو فاصل إنتاج النفط: المراحل والتصميم ومعالجة النفط الخام

الإجابة على السؤال الجوهري:ما هو فاصل إنتاج النفط؟فاصل إنتاج النفط هو وعاء ضغط يقوم بتقسيم تيار البئر القادم من بئر أو نظام تجميع إلى غاز ونفط خام ومياه منتجة، وهو العنصر الأول والأكثر أهمية في معدات الإنتاج السطحي. تستخدم معظم المرافق نظام ضغط مرحلي بدلاً من وعاء واحد: فاصل الضغط العالي عند 50-150 بار، ومرحلة الضغط المتوسط ​​عند 15-50 بار، ومرحلة الضغط المنخفض عند 2-15 بار، لأن الوميض على مراحل يستعيد المزيد من السائل، ويعطي زيتًا أكثر استقرارًا مع ضغط بخار أقل من ريد، ويسمح لكل مرحلة بتحديد الحجم وفقًا لمعدلات الغاز والسائل الخاصة بها. الفصل وحده لا يجعل النفط قابلاً للبيع، لذلك يتبع الفاصل عادةً خروج مياه مجاني ومعالج سخان ومزيل إلكتروستاتيكي للوصول إلى مواصفات البيع المعتادة للرواسب الأساسية والمياه أقل من 0.5٪ والملح أقل من 10 رطل لكل ألف برميل.

1. قطار فصل الإنتاج

ويتم الفصل على ثلاث مراحل ضغط ثم يتم استكماله بالمعالجة، ولكل خطوة وظيفة محددة:

• الفصل الأولي عالي الضغط:تستقبل السفينة الأولى تيار البئر عند أعلى ضغط عملي، عادة 50-150 بار، وتقوم بفصل الجزء الأكبر من الغاز. إن التشغيل تحت ضغط مرتفع أمر متعمد: فالغاز المفصول عند ضغط مرتفع يتطلب ضغطًا أقل بكثير للوصول إلى ضغط التصدير أو رفع الغاز، ويحتفظ النفط بمزيد من نهاياته الخفيفة حتى مرحلة لاحقة، مما يؤدي إلى تحسين استخلاص السائل بشكل عام. يتم تحديد حجم الوعاء وفقًا لسعة غاز Souders-Brown واحتجاز السائل اللازم لخروج الغاز من السائل، عادةً من 3 إلى 10 دقائق. نظرًا لأن هذه السفينة ترى مجرى البئر بالكامل بما في ذلك أي بزاقات ورمال، فهي أقوى بناء وأكثرها تجهيزًا، مع رحلة عالية المستوى، وجهاز تنفيس بحجم علبة المخرج المسدودة ونظام نفث الرمل.
• مراحل الضغط المتوسط ​​والمنخفض:لا يزال الزيت الخارج من فاصل الضغط العالي يحتوي على غاز مذاب، والذي يومض مع انخفاض الضغط. ومن خلال توجيهه خلال مرحلة أو مرحلتين إضافيتين عند 15-50 بار ثم 2-15 بار، يستعيد هذا الغاز، الذي يتم ضغطه للتصدير أو استخدامه لرفع الغاز أو الوقود، وتثبيت الزيت. يتم قياس الفائدة العملية من خلال ضغط بخار ريد لنفط البيع الخام، والذي يجب أن يكون عادةً أقل من 8-12 رطل لكل بوصة مربعة للتخزين والنقل الآمن؛ إن الوميض إلى مرحلة الضغط المنخفض، أو إلى عمود التثبيت المخصص، هو كيفية تحقيق هذا الحد. وتنتج كل مرحلة حجم غاز أصغر تدريجيًا وسائلًا أكثر استقرارًا تدريجيًا، والغاز من مرحلة الضغط المنخفض، الغني بمكونات أثقل، يتم أحيانًا إعادة ضغطه وإعادة تدويره بدلاً من إرساله للتصدير.
• قطع المياه وإزالة المياه بكميات كبيرة مجانًا:عندما يكون انقطاع المياه مرتفعًا، كما هو الحال في الحقل الناضج، فإن إزالة المياه المجانية قبل معدات المعالجة تكون أرخص بكثير من معالجة المجرى بأكمله. إن مخرج المياه الحر عبارة عن وعاء أفقي كبير، وهو في الأساس فاصل ثلاثي الطور مُحسّن لإزالة الماء، مع فترة بقاء طويلة تتراوح من 10 إلى 30 دقيقة ووحدة تحكم في مستوى الواجهة تعمل على سحب المياه التي تم فصلها بواسطة الجاذبية. فهو يزيل الماء السائب الذي قد يستهلك الحرارة في جهاز المعالجة ويخفف ماء الغسيل في جهاز إزالة الملوحة. وهو أيضًا المكان الذي تستقر فيه معظم الرمال، لذا فهو مزود بنظام نفث الرمل أو، في حالة الخدمة الشديدة، مع نظام إزالة الرمال باستخدام الأعاصير أو ترتيب الطبقة المميعة.
• المعالجة: معالج بالسخان وجهاز إزالة الملوحة الكهروستاتيكية:الجاذبية وحدها لن تكسر مستحلبات الماء في الزيت الضيقة التي تتشكل عبر الاختناقات والصمامات، وبالتالي فإن عملية الإزالة النهائية للمياه والملح تحتاج إلى حرارة ومواد كيميائية ومجال كهربائي. يقوم معالج السخان بتسخين المستحلب إلى 60-90 درجة مئوية باستخدام أنبوب نار أو ملف متوسط ​​الحرارة، مما يقلل من لزوجة الزيت ويضعف الطبقة البينية ويزيد فرق الكثافة، مع حقن مزيل الاستحلاب بمعدل 5-50 جزء في المليون لإكمال عملية الكسر. يقوم جهاز إزالة الملوحة الكهروستاتيكي بعد ذلك بخلط 3-10% من مياه الغسيل العذبة في الزيت ويطبق مجالًا عالي الجهد يتراوح من 15 إلى 25 كيلو فولت عند درجة حرارة 120-150 درجة مئوية، مما يؤدي إلى استقطاب قطرات الماء وتمديد وتمزيق الغشاء البيني، مما يؤدي إلى اندماجها في قطرات كبيرة بما يكفي للاستقرار. تعتبر عملية تحلية المياه على مرحلتين أمرًا قياسيًا حيث تتطلب المواصفات ملحًا أقل من 10 PTB.

2. التحجيم والتشغيل والمشاكل الشائعة

هناك ثلاثة عوامل تحدد ما إذا كان الفاصل يعمل طوال عمر المجال:

• التحجيم لملف الإنتاج:يجب أن يعمل فاصل الزيت عند بدء التشغيل وعند الهضبة وفي الانخفاض، وتتغير القيود تمامًا على مدار تلك الحياة. في وقت مبكر، كان معدل الغاز هو الأعلى، وبالتالي فإن سعة الغاز سودرس-براون تتحكم في قطر الوعاء. في حالة الانخفاض، ينخفض ​​معدل الغاز ولكن انقطاع المياه يرتفع بشكل حاد، أحيانًا من 5% إلى 90%، وبالتالي تصبح السفينة محدودة في معالجة المياه ويصبح وقت بقاء النفط، وهو ما يحكم كمية المياه المنفصلة عن النفط، هو القيد. إذا كان مكان إقامة الماء قصيرًا جدًا، فإن الماء ينتقل مع الزيت ويثقل كاهل معدات المعالجة. وهذا هو السبب وراء قيام المصممين بفحص ثلاث حالات، وهي الحالة الأولية، وحالة الهضبة، وحالة الحياة المتأخرة، ولماذا تؤثر حالة المياه المتأخرة في كثير من الأحيان على حجم الوعاء بدلاً من حالة الغاز المبكرة.
• المستحلب والرغوة والتحكم الكيميائي:يتم تثبيت مستحلبات النفط الخام بواسطة الأسفلتين والراتنجات والأحماض العضوية والمواد الصلبة الدقيقة التي تتجمع عند السطح البيني بين الماء والزيت، وتشكل طبقة مقاومة للالتحام. ويصبح المستحلب أكثر إحكاما مع انخفاض جاذبية API ومع تقدم عمر الحقل، ويمكن للخامات الثقيلة التي تقل عن 20 API أن تشكل مستحلبات لن تنكسر مهما كانت مدة المكوث. الأدوات هي الحرارة، التي تقلل اللزوجة وتزعزع استقرار الفيلم، ومدة البقاء، ومزيل الاستحلاب الكيميائي الذي يتم اختياره عن طريق اختبار الزجاجة على الخام الفعلي، والمجال الكهربائي في جهاز إزالة الملوحة. تعتبر الرغوة مشكلة مختلفة، وعادةً ما تنتج عن خروج الغاز من الزيت اللزج؛ تتم إدارتها عن طريق الحقن المضاد للرغوة، وعن طريق جهاز مدخل يفصل الغاز على الفور، وعن طريق تجنب المستوى الذي يجعل طبقة الرغوة قريبة جدًا من مخرج الغاز.
• المستوى والواجهة وإدارة الرمال:يعد التحكم على مستوى الواجهة مشكلة التحكم الأكثر صعوبة في فصل الإنتاج. غالبًا ما تكون الواجهة بين الزيت والماء عبارة عن شريط سميك من المستحلب والمواد الصلبة بدلاً من خط حاد، ويجب على جهاز التحكم أن يمسكه بين سد الزيت ومخرج الماء بحيث لا يخرج أي من الطورين من خلال الفوهة الخاطئة. يتم استخدام مجسات السعة أو التوصيل، أو كاشف الواجهة النووية في الخدمة الشديدة، بدلاً من الضغط التفاضلي البسيط، لأن فرق الكثافة بين السائلين صغير ويعطي جهاز الضغط التفاضلي إشارة ضعيفة. يتراكم الرمل تحت الماء ويجب إزالته بالنفث قبل أن يملأ الوعاء ويقلل وقت المكوث فيه؛ يعد إنتاج الرمال أيضًا السبب الرئيسي للتآكل عند صمام التفريغ وعند الاختناق في اتجاه مجرى النهر.
• المواد والقواعد والنزاهة:يتم تصنيع فواصل الإنتاج وفقًا لمعايير ASME VIII Division 1 بختم U، أو PED 2014/68/EU مع علامة CE للخدمة الأوروبية، من الفولاذ الكربوني مثل SA-516 Grade 70 مع نسبة تآكل قدرها 3-6 مم. في حالة وجود كبريتيد الهيدروجين، كما هو الحال في الحقول الحامضة، يحكم NACE MR0175 / ISO 15156 صلابة المواد ويتطلب معالجة حرارية بعد اللحام، ويتم تحديد الفولاذ المقاوم لـ HIC في الخدمة الحامضة الرطبة. في حالة وجود ثاني أكسيد الكربون مع الماء، يتم حقن مثبطات التآكل عند المنبع ويتم مراقبة الوعاء بواسطة قسائم التآكل، ومسبارات المقاومة الكهربائية، ومسوحات دورية للسمك بالموجات فوق الصوتية. تم تصميم الأجزاء الداخلية بحيث تكون قابلة للإزالة من خلال ممر، ويعتمد برنامج الفحص على المخاطر بموجب API 580، مع تقصير الفاصل الزمني عندما تؤدي الرمال أو الخدمة الحمضية أو قطع المياه العالية إلى تسريع التدهور.

مصفوفة مقارنة مراحل فصل إنتاج النفط

الأسئلة المتداولة (الأسئلة الشائعة)

س: ما هو الفرق بين فاصل الإنتاج ذو المرحلتين وثلاث الطور؟

ج: يقوم الفاصل ثنائي الطور بتقسيم مجرى البئر إلى غاز وسائل فقط، ويستخدم عندما يكون قطع المياه ضئيلًا، حيث يتم إنتاج الماء كتيار منفصل، أو عندما يذهب السائل إلى مجرى مائي حر في اتجاه مجرى النهر يؤدي إلى فصل الزيت عن الماء. يقوم فاصل ثلاثي الطور بفصل الغاز والنفط والماء في وعاء واحد، باستخدام حاجز لتثبيت طبقة النفط ووحدة تحكم في مستوى الواجهة لسحب المياه، وهو الاختيار القياسي حيث يحتوي مجرى البئر على كمية كبيرة من المياه الحرة. الفرق العملي هو أن الوعاء ثلاثي الطور يجب أن يفي بمعيارين مستقلين للحجم: سعة الغاز حسب معادلة سودرس-براون، ووقت بقاء السائل المطلوب لقطرات الماء لتستقر خارج الزيت، عادة من 5 إلى 30 دقيقة اعتمادًا على جاذبية API وضيق المستحلب. غالبًا ما يجعل هذا المعيار الثاني الوعاء ثلاثي الطور أكبر بكثير.

س: لماذا يتم تشغيل فواصل الإنتاج على مراحل؟

ج: لثلاثة أسباب. ضغط الغاز: يتطلب فصل الغاز عند 100 بار ضغطًا أقل بكثير للوصول إلى ضغط التصدير مقارنة بالغاز المفصول عند 10 بار، وبالتالي فإن الفصل عند أعلى ضغط عملي يوفر قدرًا كبيرًا من قوة الضغط ورأس المال. استخلاص السائل: يتيح غلي الزيت على مراحل، وليس في خطوة واحدة، استخلاص المزيد من الهيدروكربونات الوسيطة في صورة سائلة بدلاً من فقدانها مع الغاز، مما يزيد بشكل مباشر من حجم النفط القابل للبيع. والتثبيت: يعمل الوميض المرحلي على تقليل ضغط بخار ريد لخام المبيعات إلى أقل من الحد 8-12 رطل لكل بوصة مربعة المطلوب للتخزين والنقل الآمن. ومن شأن فاصل واحد يعمل عند ضغط منخفض أن ينتج المزيد من الغاز، والمزيد منه عند الضغط المنخفض، وسيولة أقل، ونفطًا خامًا بضغط بخار مرتفع جدًا بحيث لا يمكن شحنه بأمان.

س: لماذا يشكل النفط الخام مستحلباً لا ينفصل؟

ج: لأن المكونات النشطة سطحيًا في النفط الخام تتجمع عند السطح البيني بين الماء والزيت وتشكل طبقة ميكانيكية قوية تمنع القطرات من الاندماج. يتم امتصاص الأسفلتين والراتنجات والأحماض النفثينيكية وبلورات الشمع والمواد الصلبة الدقيقة مثل الطين والقشور ومنتجات التآكل عند السطح البيني، ويمكن أن يكون الغشاء الناتج قويًا بدرجة كافية بحيث تظل قطرات قليلة من الميكروميترات معلقة بشكل أساسي إلى أجل غير مسمى. وتتفاقم المشكلة مع انخفاض جاذبية API، نظرًا لأن الخامات الثقيلة تحتوي على المزيد من الأسفلتين والراتنجات ولها فرق كثافة أصغر لدفع الترسيب، وتتفاقم المشكلة مع تقدم العمر حيث ينتج الحقل المزيد من الماء والمزيد من المواد الصلبة. ويتطلب كسر المستحلب مهاجمة ذلك الغشاء: الحرارة لتقليل اللزوجة وزعزعة استقرارها، ومزيل الاستحلاب لإزاحة المادة النشطة على السطح، وزمن المكوث، وحيثما تكون الجاذبية غير كافية، يتم استخدام مجال كهربائي عالي الجهد لتمزيقها.

س: كيف يتم قياس أداء فاصل إنتاج الزيت؟

ج: أربعة قياسات. الرواسب الأساسية والماء، أو BS&W، في الزيت الخارج من الفاصل، يتم تحديدها عن طريق الطرد المركزي لعينة مخففة، مع مواصفات المبيعات عادة أقل من 0.5% ومخرج الفاصل عادة ما يكون أقل من 1-2% بحيث يكون لمعدات المعالجة هامش. محتوى الملح في الزيت، معبرًا عنه بالجنيه لكل ألف برميل، بمواصفات أقل من 10 PTB ويتم قياسه عن طريق الاستخلاص والمعايرة؛ فهو يحكمه جهاز إزالة الملوحة وليس الفاصل. نوعية المياه عند مخرج المياه، والتي يتم الإبلاغ عنها عادة على أنها زيت في الماء بالملليجرام لكل لتر، مما يؤثر على ما إذا كان من الممكن تصريف المياه المنتجة أو إعادة حقنها أو وجوب معالجتها بشكل أكبر. ويتم الإبلاغ عن الغاز المحمل، وهو النفط الموجود في الغاز الخارج من السفينة، على أنه مرحل، مما يشير إلى ما إذا تم تجاوز سعة الغاز أو فشل مزيل الضباب.