Sunday, August 14, 2016

تصميم حقل المياه العميقة


بعد التعريف بهندسة المياه العميقة، تعرضنا فى المقال السابق لأحد أهم مكونات نظام الإنتاج فى المياه العميقة وهو شجرة 

شجرة الكريسماس هى نقطة البداية فيم يتعلق بالإنتاج المستخرج من البحر، قبل التعرض بالتفصيل لباقى مكونات نظام الإنتاج. 
من الأفضل شرح مفهوم:  (تصميم حقل المياه العميقة أو Subsea Field architecture



ينقسم مشروع المياه العميقة إلى 3 مراحل أساسية متتالية

1.       الحفر drilling
2.       التنمية والتطوير development
3.       التشغيل  operation
قبل مرحلة الحفر يجب بناء تصور للشكل الذى سيتم تصميم حقل النفط أو الغاز عليه. مع الوضع فى الاعتبار إمكانيات التوسع المستقبلى. 

يمكن تقسيم حقل المياه العميقة إلى نظامين رئيسيين
1.       نظام الإنتاج Subsea production system (SPS)
2.       نظام التوزيع  Subsea distribution system (SDS)
نظام الإنتاج كما يتضح من الاسم، مختص بنقل الإنتاج وفى العادة ما يتكون من بئر مياه عميقة، شجرة الكريسماس، تركيبات الربط، خطوط أنابيب، مجمعات انتاج ونهايات خطوط الأنابيب، بينما فى المقابل يختص نظام التوزريع بخدمة نظام الإنتاج وتزويده بأربعة أشياء أساسية وهى: الطاقة الكهربية والهيدروليكية، الاتصالات وإشارات التحكم "إرسال واستقبال قراءات البئر" وأخيرا الكيماويات الخاصة بضمان سيولة الانتاج ومقاومة الصدأ.


يعتمد تصميم حقل المياه العميقة على نظامى الإنتاج والتوزيع، وخصوصا نظام الإنتاج. عدد الآبار ومواقعها والمسافات بينها وكذلك نوع المنشأة المستقبلة للإنتاج (موقع برى، منصة بحرية، مركب إنتاج وتخزين ومعالجة) وكيفية نقل هذا الإنتاج إليها.

منشآت استقبال الانتاج على البر
مركب معالجة وتخزين وتفريغ
نقل الإنتاج إلى منصة بحرية


طبقا  لكتاب subsea engineering handbook   العوامل التالية يجب أخذها فى الاعتبار عند تطوير حقول المياه العميقة.

  •        نوع الحقل: مياه عميقة / مياه ضحلة      
  •        نوع شجرة الكريسماس: فوق سطح البحر / تحت سطح البحر
  •        نوع الحقل: قائم بذاته/ أم مربوط بحقل آخر
  •        وحدات توزيع الهيدروليك والكيمياويات
  •        وجود معالجة للإنتاج تحت الماء من عدمه
  •        وجود رفع اصطناعى للإنتاج (artificial lift) من عدمه
  •        كيفية ترتيب الآبار وباقى المنشآت تحت المياه
شجرة كريسماس مغمورة تحت الماء وشجرة كريسماس جافة على سطح منصة بحرية

وحدة توزيع الكيماويات 

وحدة معالجة تحت سطح البحر



فيما يتعلق بنظام الإنتاج، هناك أربع أنواع لتوزيع الآبار:


1.       البئر المنفرد              satellite well
وفي هذا النوع يكون البئر منفردا ويتم توصيله بخط أنابيب خاص به يقوم بنقل الإنتاج إلى "المجمع". يتم اللجوء لهذا التصميم فى حالات بٌعد الآبار عن بعضها البعض، ويكون أكثر فى التكلفة  لوجود خط أنابيب و خطوط تحكم ونقل الطاقة الكهربية والهيدروليكية خاصة بكل بئر على حدة.



مميزات البئر المنفرد:
-
سهولة تخطيط وتنفيذ البئر
-
قلة العوائق فى أعمال الحفر والتركيب مقارنة بالآبار المجمعة وعدم وجود خطر أجسام ساقطة أو حوادث
-
إمكانية اختيار موقع البئر بطريقة تحقق الاستفادة القصوى من الخزان
-
الهياكل والتركيبات بسيطة وغير معقدة

العيوب:
-
تعدد خطوط الانابيب وتركيبات الربط مما يؤدى لزيادة التكلفة
-
تعدد خطوط التغذية (هيدروليك - كهرباء - كيماويات)
-
تعدد الهياكل الإنشائية تحت البحر وزيادة مخاطر الحوادث مع أنشطة الصيد
-
حفر البئر يتطلب تحريك الحفار فى أماكن مختلفة ومتباعدة بعكس الآبار المجمعة
على يسار الصورة بئر منفرد متصل بخط انابيب خاص به

2.       الآبار المجمعة  أو (العنقودية)  clustered well
فى حالة قرب الآبار نسبيا من بعضها، ولضغط التكلفة. يتم تجميع الآبار حول "المجمع" وتوصيلها جميعا بتوصيلتا تركيب. وبذلك يمكن استخدام خط انابيب واحد لنقل الإنتاج من المجمع بدلا من استخدام خط أنابيب خاص لكل بئر. بالمثل يمكن الاقتصاد فى نظام التوزيع بخط تحكم وطاقة كهربائية وهيدروليكية واحد.
عدة آبار متصلة بمجمع انتاج ويخرج من المجمع خطى أنابيب
المميزات:
-
يوفر استقلالية فى تنمية وتركيب كل بئر على حدة
-
عدم الحاجة لتحريك الحفار بين الآبار المختلفة أثناء الحفر ، بعكس الآبار المنفردة
-
يتم اللجوء لها فى المياه العميقة لتوفير النفقات فى خطوط الأنبيب والتغذية
العيوب:
-
تعدد الوصلات والتركيبات فى مساحة ضيقة نسبيا
-
تعدد الإنشاءات البحرية وزيادة مخاطر الحوادث مع أنشطة الصيد
-
الحاجة لتنفيذ تقنية الحفر المائل للوصول للخزانات فى باطن الأرض
3.       آبار القوالب               Template wells
فى هذا النوع يتم حفر أكثر من بئر من خلال "قالب" واحد مصمم لاحتواء الآبار كلها. ويمكن من خلال حفر من بئرين فأكثر. ومميزات هذا النوع أنه يمكن أن يقوم بدور المجمع عن طريق أنابيب  مجهزة لنقل الانتاج من الآبار المتجاورة داخل القالب الواحد. وكذلك انخفاض التكلفة ووقت التركيب للحقل كاملا. أما عيوبه هو صعوبة الوصول للأبار عن طريق المركبات المتحكم بها عن بعد وذلك لضيق المساحات. بالإضافة إلى محاذير السلامة الخاصة بالإنتاج من أكثر من بئر فى نفس المكان. وأخيرا عدم وجود مرونة كاقية فى تحديد مواقع حفر الآبار.
هيكل "قالب" بداخله عدة أشجارة كريسماس

4.       سلسلة ديزى              Daisy chain
الاسم ديزى منسوب إلى نوع من الزهور يتم تجميع أطرافها سويا لتشكيل إكليل من الزهور، فى هذا النوع يتم توصيل الآبار بتسلسل ببعضها البعض حتى يتم استخدام خط أنابيب واحد وبالتالى توفير الإنفاق. يمكن اللجوء لهذا التصميم فى حالة توصيل بئرين، أما إن زاد العدد عن هذا فالأفضل اللجوء لمجمعات الإنتاج. من مميزات هذا النوع التوفير فى الإنفاق لإماكنية التشارك فى خطوط الأنابيب والتحكم. والمرونة فى تحديد اماكن الحفر وكذلك انعدام خطر الإنتاج من أكثر من بئر فى نفس البقعة.
 
صورة توضيحية لتوصيل الآبار بطريقة سلسلة ديزى
المرجع: http://www.subseauk.com/documents/poseidon-field%20development.pdf

ما هى العوامل المؤثرة فى تصميم حقل المياه العميقة:

1.       التصميم الهندسى المناسب
2.       التكلفة ووقت التنفيذ المقترح
3.       مواقع الآبار والمسافات البينية بينها وكذلك بعدها عن منشآت استقبال الإنتاج
4.       التوسع المستقبلى
5.       سهولة بناء معدات ما تحت الماء
6.       إمكانية التدخل فى الآبار وباقى معدات ما تحت الماء
7.       التركيب وبداية التشغيل
8.       المخاطر المتعلقة بالتصميم المقترح ومدى الثقة فيه
9.       سهولة الوصول للآبار ومعدات ما تحت الماء عن طريق المركبات المتحكم بها عن بعد لتنفيذ أعمال الصيانة والتفتيش

أمثلة لتصميم مواقع مياه عميقة
Girrasol(Total) موقع
المصدر: 4


Ormen Lange (Shell):موقع 
المصدر: 4

فيما سبق تم استعراض مفهوم ال subsea field architecture وعلاقة نظام الإنتاج باختيار التصميم المناسب لتطوير الحقل، والعوامل المؤثرة على التصميم والتى يجب مراعتها. ثم المرور على أنواع ترتيب الآبار والفرق بين كل نوع والآخر. كما تم الإشارة سابقا أن تصميم الحقل يعتمد بصورة أساسية على نظامى الإنتاج والتوزيع. فسيتم عرض مكونات نظامى الإنتاج والتوزيع ووظائفها بالمزيد من التفصيل فى مقالات قادمة بإذن الله.




المراجع


1 http://www.slideshare.net/MAHMOUDETEMADDAR/concept-selection-for-deepwater-field-development-part-1-56779855
2. subsea engineering handbook, Chapter 2
3.http://www.subseauk.com/documents/poseidon-field%20development.pdf
4.Subsea Field Development and Production Enhancement (IOR) byJan O. Hallset Technology Director Poseidon Group September 2009