ما هو فاصل اختبار حقول النفط: اختبار البئر، والحجم والأدوات

ما هو فاصل الاختبار في حقول النفط: اختبار الآبار، تحديد الحجم والأجهزة

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو فاصل الاختبار في حقول النفط؟فاصل الاختبار في حقول النفط هو وعاء ضغط محمول مثبت على زلاجة يستخدم لقياس معدلات إنتاج النفط والغاز والمياه الفردية لبئر واحد أثناء اختبار الإنتاج. إنه وظيفيًا فاصل إنتاج صغير، يبلغ قطره عادةً من 0.3 إلى 2 متر، ولكنه مصمم للتنقل والقياس بدلاً من الخدمة المستمرة: يتم تركيب الوعاء على زلاجة أو مقطورة مع أنابيبها وصماماتها وعداداتها ولوحة التحكم الخاصة بها وغالبًا ما يكون موقدًا أو خزانًا، بحيث يمكن نقله بين الآبار وتوصيله برأس البئر أو مشعب الاختبار. يستمر الاختبار لمدة 4-24 ساعة وينتج نسبة الغاز إلى النفط، ونسبة المياه، والجاذبية النوعية API، والمعدلات المطلقة، بدقة تبلغ زائد أو ناقص 2-5٪ عند تشغيله بشكل صحيح. تدفع هذه البيانات قرارات التخصيص وإدارة المكامن وأعمال الصيانة.

1. ما الذي يقيسه اختبار البئر فعليًا ولماذا

الغرض ليس مجرد فصل السائل ولكن لإنتاج أرقام قابلة للدفاع عنها، ويتم الحصول على أربع كميات:

• معدلات النفط والغاز والمياه:معدلات الأطوار الثلاثة هي المخرجات الأساسية. يتم قياس الغاز عند مخرج البخار، عادةً باستخدام مقياس فتحة لسهولته وقبوله الواسع، أو باستخدام مقياس توربيني أو كوريوليس أو فوق صوتي حيث يلزم نطاق أوسع أو قياس مباشر للكتلة؛ يلزم نطاق من 10:1 إلى 100:1 لأن زلاجة واحدة قد تختبر بئرًا عالي المعدل وبئرًا هامشيًا. يتم قياس النفط والماء عند مخارجها الخاصة باستخدام مقاييس الإزاحة الإيجابية أو التوربينية أو الكوريوليس، مع تفضيل مقياس كوريوليس بشكل متزايد لأنه يقيس الكتلة والكثافة مباشرة وبالتالي يعطي نسبة المياه والجاذبية النوعية API من نفس الجهاز. يتم الإبلاغ عن المعدلات عادةً في الظروف القياسية، لذلك يتم تسجيل ضغط ودرجة حرارة الفاصل باستمرار ويتم تطبيق عامل انكماش لتصحيح حجم النفط من ظروف الفاصل إلى ظروف خزان التخزين.
• نسبة الغاز إلى النفط ونسبة المياه:نسبة الغاز إلى النفط، معبر عنها بالقدم المكعب القياسي لكل برميل، ونسبة المياه، كنسبة مئوية من إجمالي السائل، هي الأرقام المشتقة الأكثر أهمية لإدارة المكامن. تتراوح نسبة الغاز إلى النفط عادةً من 50 إلى 5000 قدم مكعب قياسي/برميل، وتشير نسبة الغاز إلى النفط المتزايدة عبر الاختبارات المتتالية إلى تكوين مخروط الغاز أو اختراقه، وهو أحد المحفزات الكلاسيكية لأعمال الصيانة أو تخفيض المعدل. تتراوح نسبة المياه من 0 إلى 95٪، ويشير الاتجاه المتزايد إلى تسرب المياه أو القنوات أو فشل في سد الأسمنت. كلاهما أكثر فائدة كاتجاه منه كقيمة واحدة، وهذا هو سبب تكرار الاختبارات على جدول زمني، عادةً شهريًا أو ربع سنويًا للآبار المنتجة، ولماذا يجب تسجيل ظروف الاختبار، بما في ذلك حجم الخانق وضغط التدفق، بحيث تكون الاختبارات المتتالية قابلة للمقارنة.
• أخذ عينات السوائل وتحليل PVT:عادةً ما يكون اختبار البئر هو الفرصة العملية الوحيدة للحصول على عينة سائل تمثيلية، والفاصل هو المكان الذي يتم فيه أخذها. يتم جمع عينات النفط والغاز من الفاصل تحت الضغط في أسطوانات أخذ عينات خاصة، ويتم إعادة تجميعها في المختبر بنسبة الغاز إلى النفط المنتجة المقاسة لإعادة بناء سائل المكمن. من ذلك، يعطي تحليل الضغط والحجم ودرجة الحرارة نقطة الفقاعة، وعامل حجم التكوين، ونسبة الغاز المذاب، واللزوجة، وكلها مطلوبة لمحاكاة المكمن وحسابات توازن المواد. يتطلب الحصول على عينة صالحة تدفق البئر بثبات بمعدل أقل من المعدل الحرج لفترة كافية لتحقيق الاستقرار، وهذا هو سبب غالبًا ما يسبق الاختبار فترة تنظيف تتراوح من عدة ساعات إلى يوم.
• أداء البئر وقدرته على الإنتاج:بالإضافة إلى المعدلات البسيطة، يحدد الاختبار الذي يتم إجراؤه بشكل صحيح العلاقة بين ضغط التدفق ومعدل الإنتاج، ومنها يتم اشتقاق مؤشر الإنتاجية، وبالنسبة لآبار الغاز، إمكانية التدفق المفتوح المطلقة. يتدفق البئر في اختبار متعدد النقاط بثلاثة أو أربعة أحجام خانق متزايدة، مع الاحتفاظ بكل منها حتى تستقر الضغوط والمعدلات، ويرسم المعدل مقابل انخفاض الضغط. يخبر النتيجة المهندس عن مقدار المعدل المتاح لانخفاض ضغط معين، وما إذا كان هناك تلف في التكوين يشير إليه مؤشر إنتاجية منخفض بشكل غير متوقع، وما إذا كان البئر ينتج فوق معدله الحرج، مما يسبب تكوين المخروط وإنتاج الرمال. هذه هي المعلومات التي تبرر أو تستبعد التحفيز أو أعمال الصيانة أو تغيير المعدل.

2. تصميم المعدات وإجراء الاختبار

ثلاث ميزات تصميم وانضباط واحد يفصل اختبارًا جيدًا عن اختبار عديم القيمة:

• تحديد حجم الوعاء لوحدة محمولة:يتم تحديد حجم فاصل الاختبار بنفس سعة غاز Souders-Brown مثل وعاء الإنتاج، ولكن مع قيدين إضافيين. يجب أن يتعامل مع النطاق الكامل للمعدلات المتوقعة عبر جميع الآبار التي سيخدمها، حيث يتم نقل زلاجة واحدة من بئر إلى آخر، مما يدفع التصميم نحو نطاق أوسع وأحيانًا نحو أجزاء داخلية قابلة للتبديل أو زلاجة ثانية أصغر للآبار الهامشية. ويجب أن يكون قابلاً للنقل، مما يحد من القطر والطول إلى الأبعاد القانونية للطرق وبالتالي يحد من سعة الغاز؛ حيث يتجاوز بئر عالي المعدل السعة، يتم إجراء الاختبار بمعدل مخفض من خلال خانق أصغر، أو يتم تشغيل زلاجتين بالتوازي. يكون احتجاز السائل أقصر مما هو عليه في فاصل الإنتاج، عادةً من 1 إلى 5 دقائق، لأن الهدف هو القياس بدلاً من كفاءة الفصل القصوى.
• الأجهزة وحزمة القياس:حزمة القياس هي ما يجعل الزلاجة فاصل اختبار بدلاً من مجرد فاصل صغير. وهي تشمل مقياس الغاز مع أجهزة إرسال الضغط ودرجة الحرارة الخاصة به، وبالنسبة لوحة الفتحة، جهاز إرسال الضغط التفاضلي بنطاق يتناسب مع التدفق المتوقع؛ مقاييس السائل مع قياس درجة الحرارة والكثافة الخاصة بها؛ وحدة تحكم في المستوى عند كل مخرج سائل يجب أن تظل ثابتة، لأن وحدة تحكم المستوى المتأرجحة تنتج معدلات متذبذبة وتفسد الاختبار؛ وحدة تحكم في الضغط عند مخرج الغاز التي تحافظ على ضغط الفاصل ثابتًا، عادةً 2-5 بار فوق خط التدفق؛ ونظام اكتساب بيانات يسجل كل شيء على فترات دقيقة واحدة أو أقل حتى يمكن إثبات الاستقرار بدلاً من افتراضه. يتم معايرة جميع المقاييس على جدول زمني محدد وتعد شهادات المعايرة جزءًا من سجل الاختبار.
• إجراء الاختبار والاستقرار:الانضباط هو ما ينتج رقمًا صالحًا. يتم تدفق البئر للتنظيف وإزالة سائل الحفر أو أعمال الصيانة، والذي قد يستغرق عدة ساعات إلى يوم. ثم يتم تدفقه بمعدل الاختبار من خلال خانق ثابت، ويتم مراقبة المعدلات والضغوط ودرجات الحرارة حتى تستقر، وعادةً ما يتم تعريفها على أنها أقل من 2-5٪ تباين على مدى فترة من ساعة إلى أربع ساعات اعتمادًا على المعيار المطبق. عندها فقط تبدأ فترة الاختبار الرسمية، وتستمر لمدة 4-24 ساعة اعتمادًا على البئر والغرض. يتم تسجيل حجم الخانق، وضغط ودرجة حرارة رأس البئر، وضغط ودرجة حرارة الفاصل، وقراءات الخزان أو العداد. الاختبار الذي يتوقف مبكرًا، أو يبدأ قبل الاستقرار، ينتج أرقامًا تبدو معقولة ولكنها خاطئة، وبما أن هذه الأرقام تدفع قرارات التخصيص والاستثمار، فإن هذا الخطأ مكلف.
• السلامة والتخطيط والضوابط البيئية:يعد اختبار الآبار أحد العمليات الروتينية عالية المخاطر في الإنتاج، ويجب تصميم الزلاجة لذلك. تم بناء الوعاء وفقًا لمعيار ASME VIII Division 1 مع جهاز تخفيف الضغط بحجم مناسب لحالات الانسداد والحريق ويتم توجيهه إلى شعلة أو ذراع حرق، حيث أن فاصل الاختبار هو تركيب مؤقت غالبًا ما لا يحتوي على شعلة دائمة. يتم تأريض الزلاجة وربطها، وترتيبها مع رأس البئر في اتجاه الريح ومع مسار هروب، وتشغيلها مع اكتشاف الغاز حيث يكون كبريتيد الهيدروجين ممكنًا. يتم توجيه السائل إلى خزان اختبار يتم قياس حجمه بشكل مستقل كفحص إضافي لمقاييس السائل، أو إلى مشعب الإنتاج إذا كان الاختبار اختبار تخصيص. يتم احتواء المياه المنتجة وأي هيدروكربون بدلاً من تصريفها، وتتم تغطية العملية برمتها بإجراء مكتوب وتصريح.

مقارنة مصفوفة تكوينات فواصل اختبار حقول النفط

أسئلة متكررة (FAQ)

س: ما الفرق بين فاصل الاختبار وفاصل الإنتاج؟

ج: يعمل فاصل الإنتاج بشكل مستمر، ويتم تحديد حجمه لمعدل الحقل الكامل ولعمر الإنتاج بأكمله، ويتم تحسينه لكفاءة الفصل ولأوقات إقامة طويلة تتراوح من 3 إلى 30 دقيقة. يعمل فاصل الاختبار بشكل متقطع، ويتم تحديد حجمه لبئر واحد، ويتم تحسينه لدقة القياس والتنقل، ويقبل وقت إقامة أقصر يتراوح من 1 إلى 5 دقائق لأن وظيفته هي القياس بدلاً من المعالجة. في الممارسة العملية، يتم تركيب فاصل الاختبار على زلاجة أو مقطورة مع مقاييسه ولوحة التحكم الخاصة به واكتساب البيانات وغالبًا ما يكون خزانًا أو موقدًا، بحيث يمكن نقله بين الآبار، بينما فاصل الإنتاج هو تركيب دائم. تمتلك العديد من المنشآت كلاهما: فاصل إنتاج يتعامل مع التيار المدمج وفاصل اختبار على مشعب اختبار يمكنه عزل وقياس أي بئر فردي.

س: كم من الوقت يجب أن يستمر اختبار البئر؟

ج: بما يكفي لإثبات الاستقرار، وهذا هو المعيار بدلاً من وقت ثابت. الممارسة النموذجية هي فترة تنظيف تتراوح من عدة ساعات إلى يوم، تليها فترة استقرار يتم خلالها مراقبة الضغوط والمعدلات حتى تتغير بأقل من حوالي 2-5٪ على مدى ساعة إلى أربع ساعات، ثم فترة اختبار رسمية تتراوح من 4 إلى 24 ساعة. قد تكون اختبارات التخصيص البسيطة على الآبار المستقرة قصيرة مثل 4-8 ساعات، بينما قد يستمر الاختبار الأولي لبئر جديد، أو اختبار لدراسة المكمن، أو اختبار قدرة لبئر غاز لمدة 24-72 ساعة أو أطول. الانضباط الرئيسي هو أن فترة الاختبار الرسمية يجب ألا تبدأ حتى يتم إثبات الاستقرار وتسجيله، لأن الاختبار الذي يبدأ مبكرًا ينتج أرقامًا تبدو معقولة ولكنها خاطئة بشكل منهجي، وبما أن هذه الأرقام تدفع التخصيص بين الشركاء، فمن الصعب تصحيحها لاحقًا.

س: لماذا يتم تسجيل ضغط ودرجة حرارة الفاصل أثناء الاختبار؟

ج: لأن جميع المعدلات المبلغ عنها تكون في الظروف القياسية، ويعتمد التحويل على الظروف الفعلية في الوعاء. يعتمد حجم الغاز على الضغط ودرجة الحرارة من خلال قانون الغاز وعامل الانضغاطية، لذلك يجب تصحيح التدفق الفعلي المقاس إلى أقدام مكعبة قياسية أو أمتار مكعبة قياسية. يعتمد حجم النفط على درجة الحرارة للتمدد الحراري، وبشكل أكثر أهمية، على الضغط لأن النفط الخارج من الفاصل يحتوي على غاز مذاب يومض مع انخفاض الضغط في الطريق إلى خزان التخزين: لذلك ينكمش النفط بين الفاصل والخزان، عادةً بنسبة 1-20٪ اعتمادًا على الضغط والخام، ويتم تطبيق عامل انكماش أو عامل حجم تكوين لتصحيحه. بدون سجلات دقيقة لضغط ودرجة حرارة الفاصل، تحمل المعدلات المبلغ عنها خطأ غالبًا ما يكون أكبر من خطأ المقياس نفسه.

س: هل يمكن لمقياس التدفق متعدد الأطوار أن يحل محل فاصل الاختبار؟

ج: بشكل متزايد نعم للتخصيص والمراقبة، ولكن ليس بالكامل لاختبار الآبار الرسمي. يقيس مقياس التدفق متعدد الأطوار كسور وسرعات الغاز والنفط والماء دون فصل التيار، مما يوفر بيانات معدل مستمرة من تركيب مدمج ويلغي الحاجة إلى تحويل بئر إلى فاصل اختبار. الدقة النموذجية هي زائد أو ناقص 5-10٪ على كل طور، مقابل 2-5٪ لفاصل اختبار تم تشغيله بشكل جيد، وتتدهور الدقة عند نسب حجم الغاز العالية وعند نسبة المياه العالية. لذلك، تعد مقاييس التدفق متعدد الأطوار ممتازة للاتجاه وللتخصيص حيث تكون الدقة مقبولة للشركاء، ويتم استخدامها على نطاق واسع في الخارج وفي الحقول النائية حيث يكون فاصل الاختبار غير عملي. ومع ذلك، فإنها لا توفر عينة سائل تمثيلية لتحليل PVT، لذلك لا يزال اختبار الفاصل مطلوبًا بشكل دوري لهذا الغرض.