شجرة الكريسماس subsea Xmas tree

Subsea Xmas Tree   شجرة الكريسماس

فى التدوينة السابقة تم استعراض هندسة المياه العميقة بصورة عامة ، وفى هذه المرة نستعرض أحد أهم مكونات نظام الانتاج Subsea production system،وهو شجرة الكريسماس Xmas Tree

ما هى "شجرة الكريسماس" ؟

هى هيكل يتم تركيبه فى قاع البحر على رأس البئر، يتكون من عدد من المحابس والحساسات، تستخدم فى التحكم ومراقبة الإنتاج"بترول أو غاز"، وكذلك للتحكم فى السوائل التى يتم ضخها فى البئر" مثل مضادات الصدأ والمذيبات" وتوفير نقاط حقن أو تدخل فى البئر.

ما هى أهم وظائفها ؟

1.       توجيه الإنتاج من البئر إلى خط الأنابيب

2.       التحكم فى كميات الإنتاج المستخرجة

3.       مراقبة العوامل داخل البئر " الضغط ،الحرارة ،معدل انتاج الرمال ،معدل إنتاج البترول والغاز "

4.       الوقف الآمن للإنتاج عن طريق مجموعة المحابس التى يتم التحكم بها عن بعد

5.       حقن البئر وخط الأنابيب بسوائل الحماية مثل موانع الصدأ وموانع تكون الهيدريت

ما هى أنواع شجرة الكريسماس ؟

هناك نوعين من شجرة الكريسماس، رأسية وأفقية. والفارق الرئيسى يكون فى ترتيب مجموعة المحابس داخل الشجرة.

شجرة الكريسماس الرأسية  Vertical Xmas Tree VXT

وفيها مجموعة المحابس الرئيسية تكون فوق رأس البئر، ويتم الانتهاء من البئر قبل تركيب الشجرة

رسم توضيحى لشجرة رأسية
المصدر :  GE/Subsea Tree Equipment

من أهم مميزات الشجرة الرأسية:

·        يمكن استرداد شجرة الكريسماس بسهولة من قاع البحر

·        أقل فى التكلفة

·        يمكن تركيبها بعد الانتهاء من حفر البئر وتجهيزه

عيوب الشجرة الرأسية

·        أثقل  فى الوزن

·        لا يمكن التدخل فى البئر إلا بعد استرداد الشجرة لوجود المحابس الرئيسية  فوق رأس البئر  

شجرة الكريسماس الأفقية Horizontal Xmas Tree HXT

مجموعة المحابس الرئيسية تكون على جانب البئر، ويوفر هذا القدرة على التدخل فى البئر لأعمال الصيانة وتحسين الإنتاج.

رسم توضيحى لشجرة أفقية
المصدر :  GE/Subsea Tree Equipment

مميزات الشجرة الأفقية:

·        يمكن تركيبها قبل الانتهاء من حفر البئر وتجهيزه.

·        مناسبة للأبار التى تحتاج إلى أعمال إصلاح وتدخل متكرر ، حيث مجموعة المحابس الرئيسي على الجانب مما يوفر منفذ إلى رأس البئر دون الحاجة لاستعادة الشجرة.

·        مناسبة لتوفير عدد أكبر من منافذ الانتاج داخل البئر

عيوب الشجرة الأفقية:

·        أكثر تكلفة

·        يجب تركيبها قبل الانتهاء من حفر البئر، حيث يتم تركيب نظام تعليق مواسير الانتاج tubing hanger فى الشجرة بدلا من رأس البئر

·        لا يمكن استرداد الشجرة إلا بعد استرداد نظام الاستخراج completion 

·        بسبب تعليق نظام مواسير الانتاج فى الشجرة ، هناك احتمالية تسرب سوائل الحفر والأسمنت المستخدم فى البئر إلى نظام محابس الغاز.

ما هى أهم اعتبارات التصميم ؟

شجرة الكريسماس الخاصة بالمياه العميقة تعمل فى بيئة وعوامل صعبة وبالتالى يجب أن يراعى التصميم هذا العوامل ويتغلب على معوقاتها. وأيضا أن يوفر التصميم الوظائف المطلوبة من شجرة الكريسماس.

من أهم العوامل التى يجب مراعاتها ؟

·        الضغط (ضغط البئر حال الإغلاق يتراوح ما بين 5000 إلى 15000 ( psi

·        الأعماق العالية للمياه

o       وسائل المساعدة فى التركيب installation guides 

o       ضغط الماء (الضغط الهيدروستاتيكى) وتأثيره على موانع التسرب seals 

·        نقاط وصمامات الحقن، التى توفر منافذ لحقن الكيماويات للبئر أو لنظام الإنتاج

·        التحكم فى معدل الإنتاج عن طريق "الخنق"

·        توفير أجهزة استشعار "للضغط ، درجة الحرارة ، معدل الإنتاج ، وجود رمال فى الانتاج)

·        ملائمة الموائع (الإنتاج من بترول وغاز ومياه والكيماويات التى يتم حقنها) للمواد المستخدمة فى صناعة شجرة الكريسماس

·        طرق التوصيل بين الشجرة وخط الأنابيب

·        طرق التدخل ، وهل ستتم عبر غواص أو عبر المركبات التى تعمل عن بعد ROV

تركيبات عن طريق غواص

Remote operated vehicle ROV
 مركبة متحكم بها عن بعد

·        طرق التحكم فى الشجرة (هيدروليك و كهرباء)

·        متطلبات الحماية من (الأجسام الساقطة ، شباك ومراكب الصيد ، الصدأ والتآكل)

هيكل حماية

ما هى أهم  مكونات شجرة الكريسماس ؟

1.     نظام تعليق مواسير الإنتاج tubing hanger   

2.     موضع توصيل شجرة الكريماس برأس البئر 

3.     جسم الشجرة مزود بمسارات مرور الإنتاج (أنابيب داخلية)

4.     مجموعة صمامات ومحركات الصمامات (يتم التحكم بها هيدروليكيا ويمكن التحكم بها عن طريق مركبات التحكم عن بعد )

مجموعة الصمامات الرئيسية

5.      وحدة ونظم التحكم (Subsea Control Module (SCM

 SCM
وحدة التجكم تحت الماء
المصدر 

6.     الصمام الخانق للتحكم فى كمية الانتاج choke valve

صمام خانق
المصدر 

7.     هيكل توجيه ، لتوفير التوجيه أثناء تركيب الشجرة وأثناء عمليات التدخل والإصلاح

شكل توضيحى لنظام التوجيه والتركيب
المصدر

في هذه التدوينة تم التعرف على شجرة الكريسماس الخاصة بالمياه العميقة، أهم وظائفها وأنواعها، أهم اعتبارات التصميم واخيرا أهم المكونات الخاصة بها.

هناك العديد من المكونات التى تحتاج إلى شرح أكثر تفصيلا ، مثل أنواع الصمامات فى شجرة الكريسماس وطريقة عملها ، وكذلك كيفية التحكم عن طريق وحدة التحكم تحت الماء SCM. وكيفية توصيل الهيدروليك والكهرباء لأعماق البحر لتغذية نظم التحكم فى البئر. وأيضا طرق التوصيل بين الشجرة وخط الأنابيب. تلك المكونات سيتم التعرض لها فى مقالات لاحقة بإذن الله.

المصادر

1.     Subsea Engineering handbook/chapter 22/subsea wellheads and tree

2.     GE/Subsea Tree Equipment

3.     FMC/technologies/subsea tree prochure

نظرة عامة لهندسة المياه العميقة

ما هو ال subsea engineering ؟

subsea engineering
أو هندسة (ما تحت البحر/المياه العميقة) ، هو فرع متخصص فى استخراج البترول والغاز من أعماق البحار وما يتعلق به من أنظمة متعددة،  من طرق ومعد ات حفر ، انظمة تركيبات وهياكل تحت الماء، أنظمة توزيع وتحكم ، ومعدات ما تحت الماء

لماذا  subsea؟ 

فى ظل ازدياد الطلب على البترول والغاز، ومع نضوب الخزانات المتواجدة على اليابسة والمياه الضحلة "غير العميقة shallow water" صار انتاج البترول والغاز من المياه العميقة  تحديا جديدا لصناعة استخراج البترول.

الرسم التالى يوضح ازدياد عدد الأبار فى المياه العميقة بالنسبة إلى الأبار فى المياه الضحلة.

المصدر: subsea engineering handbook/over view on subsea engineering/page 5

ما هى أهم مكونات نظم انتاج subsea

Subsea production system

المصدر: subsea engineering handbook/over view on subsea engineering/ page 8

يتكون نظام الإنتاج من المياه العميقة من:

• بئر مياه عميقة ورأس البئر
  subsea well & subsea well head
  
  
• شجرة الكريسماس
  Christmas tree
  
• تركيبات ربط
  tie in/ jumpers
  
  
  
• خط انابيب – خط انتاج
  pipeline/flowline

• مجمع انتاج

subsea production manifold

• ناقل تحكم تحت الماء
  subsea umbilical

أهم تحديات هندسة ما تحت البحر

هناك العديد من التحديات التى تواجه الإنتاج من أبار المياه العميقة وعلى سبيل المثال:

1.       تكلفة الحفر والمعادت والتركيبات الخاصة بالمياه العميقة

2.       بعد مناطق الإنتاج عن مناطق الاستقبال أو المعالجة

3.       تركيبات ما تحت البحر والتى تتم بدون تدخل بشرى مباشر " المياه الضحلة يمكن فيها استخدام الغطس"

4.       التحكم فى الأبار عن بعد

5.       التدخل وأعمال الصيانات والإصلاح والتفتيش الهندسى

6.       العوامل البيئية والظروف الجوية

7.       عوائق السيولة داخل خطوط الإنتاج "هيدريت، شمع، تراكمات مياه داخل الأنابيب”

فى هذا المقال التعريفي تم التعرض لتعريف هندسة المياه العميقة أو هندسة ما تحت الماء "subsea engineering / deep-water engineering” والدوافع التى أدت لتطور هذا الفرع. وكذلك ذكر أهم مكونات subsea production system "نظام إنتاج المياه العميقة". ختاما بذكر اهم التحديات التى تواجه هذا الفرع الهندسى.

فى المقال المقبل إن شاء الله سيتم التعرض ببعض من التفصيل لمكونات subsea production system.

Subsea بالعربية !

أهلا بكم فى

Subsea in Arabic

مدونة هدفها إثراء المحتوى العربى المتخصص فى هذا الفرع من هندسة البترول والغاز والأنظمة الخاصة باستخراجهما من أعماق البحار