قبل إرسال النفط الخام المنتج إلى المصفاة (refinery)، يجب أن يستوفي مواصفات نسبة الرواسب والماء والاملاح والمواد الصلبة. على الرغم من أن هذه قد تختلف قليلاً، إلا أن جميع مبيعات النفط الخام تتطلب إزالة كل من الماء المكمني والمواد الصلبة تقريبًا عن طريق معالجة النفط الرطب وإزالة الاملاح (Crude oil deyhdration and desalting).
يتميز الماء المكمني بالملوحة العالية التي قد تصل الى (200000ppm)، لذا يتوجب عزل الماء المكمني في اقرب مرحلة من مراحل تهيئة النفط الخام قبل التصدير من الحقل عن طريق تجفيف النفط الخام.
اضرار وجود الماء المكمني في النفط الخام
- ان وجود الماء المكمني العالي الملوحة مع النفط الخام يسبب التأكل للانابيب، العازلات والخزانات وأي وعاء او انبوب يمر به النفط الخام.
- يترسب الملح على سطح الانابيب من الداخل وخاصة انابيب السخانات (Heater Tubes) او انابيب المبادلات الحرارية او غيرها مسببة مشاكل تشغيلية كثيرة مثل تكون الفحم داخل انابيب السخانات وحدوث التشققات فيها.
- من الناحية الاقتصادية فأن الماء الموجود مع النفط يضيف عبئاً تشغيلياً على المنشأت الانابيب والمضخات والخزانات من جراء نقل وخزن ماء لا فائدة منه.
النفط الموجود في المكمن او الطبقة النفطية لا يحتوي على الماء ولكنه معزولاً عنه ويتجمع اسفل النفط. وعند انتاج النفط من تلك الطبقة يتحرك الماء والنفط الى قعر البئر ويخرج مع النفط وخلال حركة النفط والماء داخل البئر ومن ثم الى رأس البئر وانبوب الجريان الى محطات العزل يصبح هذا الماء المكمني على شكلين في النفط الخام:
- ماء حر (ينعزل الماء الحر فور دخول خليط النفط والماء العازلة او الخزان اي عندما تتاح له فرصة الترسيب).
- وماء تحول الى قطرات صغيرة جداً تنتشر في النفط وهو ما يسمى بالرغوة او المستحلب Emulsion (الماء الموجود مع النفط على شكل قطرات صغيرة لا يترسب بسهولة لذلك يحتاج الى عمليات اضافية لفصل هذه القطرات من النفط بأستخدام وحدات معالجة النفط الرطب لتجفيف النفط الخام).
ان القطرات المائية الصغيرة المنتشرة في النفط الخام تترسب اذا تُرك النفط في الخزان او العازلات دون حركة لفترات طويلة جداً وهذا لا يمكن ان يتهيأ في حقول النفط.
يجب تهيأة النفط الخام بعد المعالجة بحيث لا يحتوي الا على (0.5%) من الماء
ومعدل عشرة باوند ملح لكل الف برميل (10 PTB) الحد الادنى و (25 PTB) الحد
الاقصى .
تجري علية عملية اضافية في المصافي للتخلص مما تبقى من القطرات الصغيرة جداً
لأثرها السيء على وحدات التصفية، لذا فأن المقصود بمعالجة النفط هي ازالة هذه
القطرات او المستحلب التي لا تنفصل بالترسب بسهولة وذلك بأستخدام وحدات
المعالجة.
إن ازالة الماء عن طريق تجفيف النفط الخام وتقليل محتوى الملح في النفط الخام هي أجزاء مهمة جدًا من عمليات الإنتاج.
|
| شكل (1) |
المستحلب
يمكن تعريف المستحلب (Emulsion) بأنه مزيج من سائلين غير قابلين للامتزاج لا ينفصلان بسرعة أو بسهولة بسبب وجود عوامل استحلاب (emulsifying agents).
- يجب أن تكون السوائل غير قابلة للامتزاج، أي لا تخلط.
- يجب أن يكون هناك عامل استحلاب، أي شيء يساعد الماء والنفط على الاختلاط بشكل وثيق.
- يجب أن يكون هناك اثارة كافية لتفريق مرحلة سائلة (مثل القطرات) في المرحلة الأخرى.
|
| شكل (2) حاويتين تحتويان على النفط الخام والماء ، وقد تم هز الحاوية B بقوة. |
في المستحلب، ينتشر أحد السوائل في داخل السائل الاخر في شكل قطرات صغيرة لذلك يسمى الطور المشتت أو الداخلي (dispersed or internal phase). يسمى السائل المحيط بالقطيرات بالطور المستمر أو الخارجي (continuous or external phase). ولا يتضح دائمًا من العينات الميدانية إذا كان المستحلب من نوع ماء/نفط او نفط/ماء، يمكن تحديد ذلك فقط عن طريق إضافة الماء أو الكيروسين إلى العينة وأيًا كان السائل الذي يتمزج مع المستحلب ويخففه يعتبر هو المرحلة المستمرة.
|
| شكل (3) |
- الحمولة الزائدة على معدات العزل السطحية. زيادة تكلفة ضخ النفط الخام الذي يحتوي على كميات كبيرة من المياه.
- خط تدفق أو ضغط أنابيب عالي ناتج عن مستحلبات عالية اللزوجة.
- تسبب انغلاق الانابيب الصغيرة من جراء تبخر الماء من النفط وترك الملح يترسب عليها وخاصة في المبادلات الحراية
- زيادة تكاليف تدفئة الوحدات.
- التآكل في خطوط التصدير ، بما في ذلك خطوط الأنابيب المغمورة وخطوط أنابيب التصدير وخزانات التخزين بالاضافة الى التأكل في السخانات والمبادلات الحرارية.
- تجمع الرواسب الطينية السميكة في قاع الخزانات، والتي يصعب إزالتها.
- مشاكل التحكم ومؤشر المستوى.
- المواد العضوية المشحونة كهربائيًا مثل النفط القابل للذوبان والأحماض العضوية والرمل والإسفلت.
- المواد الصلبة الدقيقة، مثل الحديد والزنك وكبريتات الألومنيوم وكربونات الكالسيوم والسيليكا وكبريتيد الحديد والطين.
- في قاع البئر - حيث تحدث الإثارة بسبب التدفق المضطرب بالقرب من مدخل أنابيب الإنتاج (تجويف البئر).
- في أنابيب الإنتاج - يمكن للمعدات المثبتة في الأنابيب أن تنتج تدفقًا مضطربًا، مما سيؤدي إلى إثارة شديدة للسوائل.
- عند رأس البئر - تسبب القيود في الصمامات والاختناقات مزيدًا من الإثارة.
- في المعدات السطحية لعمليات الانتاج - يواجة التيار مزيداً من الإثارة.
|
| شكل (4) |
استقرارية المستحلب
مبادئ كسر المستحلب
- كسر الغشاء المحيط بقطرات الماء.
- حث القطرات على الاندماج.
- السماح بفصل الماء بكفاءة واستقراره أثناء الاندماج وبعده.
- حقن المواد الكيميائية المستحلبة.
- التسخين.
- تطبيق القوة الكهربائية.
زعزعة استقرار المستحلب
|
| شكل (5) |
- لزوجة الخام
- زمن المكوث
- جودة النفط الماء النهائية المطلوبة
- موضع نقاط الحقن
- ...الخ
|
| شكل (6) |
إزالة الاملاح وتخفيف الملوحة من النفط
كما ذكر انفاً ان الماء المكمني يوجد مع النفط الخام عند انتاجة على شكل ماء حر وماء على شكل قطرات صغيرة عالقة في النفط الخام والذي يسمى في هذه الحالة بالمستحلب. فالماء الحر ينعزل بسرعة ويسهل عملية عزلة عن النفط ولكن الصعوبة هي في عزل القطرات المائية الصغيرة العالقة والتي تتميز بملوحة عالية.
النفط الخام الخارج من وحدات المعالجة لابد وان يحتوي على نسبة ضئيلة من القطرات المائية العالقة وكلما كانت ملوحة القطرات العالقة عالية كان احتواء النفط الخام على الملح عالي حيث ان معظم الملح في النفط الخام هو الملح الذائب مع الماء الموجود في النفط.
| باوند ملح لكل 1000 برميل نفط | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| محتوى الملح في الماء PPM | نسبة حجم الماء في النفط | ||||
| 1.00% | 0.50% | 0.20% | 0.10% | 0.05% | |
| 10000 | 35.00 | 17.50 | 7.00 | 3.50 | 1.75 |
| 20000 | 70.00 | 35.50 | 14.00 | 7.00 | 3.50 |
| 30000 | 105.00 | 52.50 | 21.00 | 10.00 | 5.25 |
| 40000 | 140.00 | 70.00 | 28.00 | 14.00 | 7.00 |
| 50000 | 175.00 | 87.50 | 35.00 | 17.50 | 8.75 |
| 100000 | 350.00 | 175.00 | 70.00 | 35.00 | 17.50 |
| 150000 | 525.00 | 262.50 | 105.00 | 52.50 | 20.25 |
| 200000 | 700.00 | 350.50 | 140.00 | 70.00 | 35.00 |
والجدول يبين نسبة الماء في النفط الخام ونسبة الملح في القطرات المائية، فمثلاً نفط خام يحتوي على (0.1%) ماء وملوحة القطرات المائية (10000 ppm) فان الملح الموجود مع النفط الخام من الجدول سيكون (3.5 PTB) باوند لكل الف برميل نفط، واذا كان نفس النسبة من الماء في النفط اي 0.1% ولكن ملوحة القطرات المائية (200000 ppm) فان النفط الموجود في النفط الخام سيكون (70 PTB).
ومن هنا تأتي اهمية الماء النقي الذي يخلط مع النفط الخام فالماء النقي المضاف سيختلط مع الماء الموجود اصلا في النفط لأجل تخفيف ملوحتة ونسبة الخلط تعتمد على وسيلة الخلط المستخدمة في الوحدة سواء كانت بواسطة صمام خلط او خلاط على شكل مضخة او خلاط على شكل ثقوب صغيرة يمر منها النفط والماء.
وعادتا تحسب في تصاميم وحدات المعالجة نسبة 80% من الماء النقي المضاف الذي يجري خلطه مع الماء الموجود في النفط.
ان نسبة الماء النقي المضاف تعتمد على ملوحتة وكلما كان الماء النقي عالي الملوحة تطلب خلط كميات ماء اكثر ولكن بشكل عام فان نسبة الماء النقي المضاف في وحدات المعالجة لا تتجاوز 10% من النفط والماء الداخل الى وحدة المعالجة.
في وحدة المعالجة المتكونة من مرحلة واحدة يحقن الماء النقي مع النفط الداخل الى الوحدة ويمر الماء والنفط الخام ( يكون كاسر الاستحلاب قد تم حقنه قبل ذلك) تمر هذه السوائل الثلاثة على خلاط ليتم خلطها جيدا لتقوم كل مادة بعملها المطلوب.
اما في وحدات المعالجة المتكونة من مرحلتين عازلة ماء (Dehydration) وعازلة ملح (Desalting) فأن الماء النقي يحقن الى انبوب النفط الداخل الى المرحلة الثانية اي الى عازلة الملح، والماء الخارج من عازلة الملح يكون اقل ملوحة من الماء المكمني الموجود اصلا مع النفط الخام ولذلك يستخدم هذا الماء ويحقن مع النفط الداخل الى المرحلة الاولى اي عازلة الماء، اما الماء الخارج من العازلة الاولى يطرح الى الخارج كماء عالي الملوحة.
موقع وحدة المعالجة
تنشأ هذه الوحدة بشكلين:
- بمرحلة واحدة (شكل 7) حيث يكون النفط الداخل الى الوحدة قادم من الخزانات الجريان او خزانات التجميع ويجب ان يكون الغاز قد عزل تماما في محطات عزل الغاز كما في عملية (Degassing) وعمليات اخرى. يضخ النفط من الخزان بواسطة مضخة الى السخان (Heater) وبعد ذلك يتم خلطة مع كاسر الاستحلاب والماء النقي ليذهب الى وحدة المعالجة ونفس الترتيب تكون الوحدة في المصافي وذلك قبل دخول النفط الى برج التقطير.
- بمرحلتين (شكل 8) تسمى المرحلة الاولى (dehydrator) والمرحلة الثانية تسمى (desalter) وهي عادتا ما تكون في محطات عزل الغاز بين مراحل العزل وحقن الماء يكون على مرحلتين قبل المرحلة الاولى وقبل الثانية، اما حقن كاسر الاستحلاب يكون في مجمع الصمامات (manifold).
|
| شكل (7) |
|
| شكل (8) |
ايجابيات وحدات المعالجة
كل من وحدة المعالجة بمرحلة واحدة او مرحلتين لهما ايجابيات لا تتوفر في الاخرى وهذه هي:
1. ايجابيات وحدة المعالجة بمرحلة واحدة
- يمكن التخلص من جميع الماء المكمني الموجود مع النفط الخام على شكل ماء حر ويترسب ايضا معه نسبة من الماء الموجود مع النفط على شكل قطرات صغيرة.
- الاختصار عن مرحلتين بمرحلة واحدة وذلك يقلل من الكلفة الرأسمالية للوحدة.
- المرونة التشغيلة تكون افضل وذلك عند حدوث خلل في وحدة المعالجة اثناء عملها حيث يمكن اعادة النفط الى الخزان واجراء التدوير لحين اصلاح الخلل في الوحدة.
2. ايجابيات وحدة المعالجة بمرحلتين
- يجري النفط الخام خلال وحدة المعالجة بدفع الضغط القادم من الابار.
- الاستفاده من الحرارة الموجودة في النفط وعدم الحاجة الى استهلاك وقود كثير في تسخين النفط.
- يكون النفط الداخل قليل الكثافة بالمقارنة مع النفط عند وصولة الخزانات وذلك لوجود بعض الغازات المذابة التي لم تعُزل بعد وقلة كثافة النفط هذه تشكل عاملاً جيداً لترسب القطرات المائية بشكل اسرع نظراً للفرق الكبير الحاصل بين كثافة النفط وكثافة الماء.
- يكون النفط قليل اللزوجة لنفس الاسباب المذكورة في الفقرة انفاً وقلة اللزوجة هذه تساعد على ترسب القطرات بشكل اسرع بالمقارنة مع حالة نفط الخزان.
- استهلاك الماء النقي يكون اقل مما هو علية في وحدة المعالجة بمرحلة واحدة.
المشاكل التشغيلية والاجراءات اللازمة
| السبب | الاجراء |
|---|---|
| مستوى الماء عالي في الوعاء او العازلة. | دقق مستوى الماء باستخدام نقاط النمذجة. |
| زيادة في معدل ضخ الماء النقي. | دقق معدل ضخ الماء النقي. |
| تفريغ كهربائي قرب عوازل الكهرباء. | قليلة الحدوث وتحدث عند تلوث العوازل او كسرها. |
| السبب | الاجراء |
|---|---|
| مستوى الماء عالي في العازلة. | دقق مستوى الماء في العازلة بأستخدام نقاط النمذجة يخفض مستوى الماء الى مستوى 12 انج تحت الشبكة الكهربائية السفلى. |
| ارتفاع عالي في فرق ضفط صمام الخلط. | فتح صمام الخلط فتحة كاملة لحين عودة الفولتية الى حالتها الطبيعية، ثم يرفع فرق الضغط تدريجياً. |
| طبقة من المخلفات(Sludge) مجتمعة بين مستوى الماء والنفط في العازلة. | التأكد من خلال نقاط النمذجة من وجود هذه المخلفات، وعند وجودها يجب ضخ كمية اضافية من كاسر الاستحلاب واذا لم تختفي المخلفات خلال 12 ساعة يجب ايقاف الوحدة وتفريغ الماء والمخلفات واعادة تشغيل الوحدة. |
| زيادة معدل ضخ الماء النقي. | دقق كمية الماء المضخ وفي حالة زيادتها يجب تخفيضها الى النسبة التصميمية. |
| السبب | الاجراء |
|---|---|
| معدل ضخ واطئ لكاسر الاستحلاب. | دقق معدل الضخ ويجب التأكد في عدم حدوث انسداد في انبوب ضخ كاسر الاستحلاب. |
| درجة حرارة النفط واطئه. | رفع درجة حرارة السخان. |
| ارتفاع نسبة الماء في داخل العازلة. |
فحص صمام السيطرة المسيطر على مستوى الماء في العازلة. • التأكد في عدم وجود انسداد في انبوب الماء الخارج من العازلة. • تدقيق نسبة ضخ الماء مع النفط. |
| معدل ضخ واطئ لماء الغسيل. | تعديل معدل ضخ الماء، وجعلة عند المستوى المطلوب. |
| خلط الماء مع النفط غير جيد. | تدقيق فرق الضغط لصمام الخلط والتأكد من عمل الخلاط. |
المصادر
- Boyun, G., William, C., & Ali Ghalambor, G. (2007). Petroleum production engineering: a computer-assisted approach. تم الإسترجاع 2020-7-16.
- صبحي صادق محمد. (د.ت). معالجة النفط الرطب الخام. تم الإسترجاع 2020-7-16. نسخة مطبوعة pdf.