نظام التوزيع فى المياه العميقة 1

نظام التوزيع فى المياه العميقة -1- 

(SDS (Subsea distribution system

بكلمات بسيطة ومختصرة ، يعتبر نظام توزيع المياه العميقة  هو النظام المسئول عن التحكم فى الآبار وكذلك توزيع  الخدمات للآبار وغيرها من المنشآت البحرية تحت الماء. يعد نظام التوزيع مسئولا عن أربعة مهام أساسية:

1.       توزيع الطاقة الهيدروليكية

2.       توزيع كيماويات الحقن فى الآبار وخطوط الإنتاج

3.       توزيع الطاقة الكهربية

4.       توزيع نظام الاتصال ونظام التحكم بالآبار

المكونات الأساسية لنظام التوزيع:

·   وحدة "بداية" خط التحكم
TUTA (topside umbilical termination assembly)

·    خط التحكم
  umbilical

·  وحدة نهاية خط التحكم UTA
umbilical termination assembly

·   خطوط التوصيل

Flying leads

·         وحدة التوزيع البحرية

Subsea distribution assembly

·   وحدة توزيع الهيدروليك 

Hydraulic distribution module (HDM)

·  وحدة توزيع الكهرباء

Electrical distribution unit (EDU)

· وحدة تخزين الضغط

(Subsea accumulator module (SAM

كيف يعمل نظام التوزيع ؟

يمكن تمثيل نظام التوزيع بصورة مبسطة كأنظمة توزيع الكهرباء أو المياه فى المنزل ،يبدأ الأمر بمصدر تغذية رئيسي ثم خطوط ناقلة للتغذية (أسلاك فى حالة الكهرباء وأنابيب فى حالة المياه) ويتخلل ذلك نقاط عزل وتوصيل وينتهى الأمر بمخارج التغذية النهائية مثل نقاط التوصيل الكهربى أو نقاط التغذية بالماء.

لو انتقلنا لنظام المياه العميقة وبنفس التشبيه ، يبدأ نظام التوزيع بمصادر تغذية كهربية وهيدروليكية وكيماويات للحقن، مصادر التغذية تكون مجهزة بخزانات مناسبة ومضخات فى حالة الهيدروليك و كيماويات الحقن. أما فى حالة التغذية الكهربية تكون وحدات تغذية كهربية بفرق جهد مناسب.  يتم تجميع كل هذا عن طريق (وحدة بداية خط التحكم TUTA) ومنها إلى (خط التحكم Umbilical) الذى يقوم بنقل التغذية عبر كابلات وأنابيب خاصة مجمعة داخل خط واحد.

بعد ذلك ينتهى (خط التحكم Umbilical) عند (وحدة نهاية خط التحكم UTA) والتى تعمل على فصل الخط إلى عدة مخارج منفصلة، ويأتى بعد ذلك دور (خطوط التوصيلFlying leads) وتقوم بتوصيل التغذية من وحدة نهاية خط التحكم إلى وحدة التوزيع البحرية.

(وحدة التوزيع البحرية SDA) هى بشكل مبسط مثل المشترك الكهربائى فى المنزل ، له مدخل واحدة وعدة مخرجات ، بالمثل وحدة التوزيع البحرية عبارة عن مدخل واحد للتغذية سواء الهيدروليكية أو الكهربية أو الكيماوية ويتفرع هذا المدخل إلى عدة مخرجات ليمكن لكل واحد منها من تغذية بئر منفرد. فبدلا من مد خطوط تحكم لكل بئر على حدة يتم مد خط تحكم واحد إلى وحدة التوزيع البحرية ومنها تتفرع الخطوط إلى الآبار المختلفة لتغذيتها.

(وحدة التوزيع البحرية SDA) تتكون من وحدة توزيع هيدروليك (HDM)، واسمها يوضح عملها فهى تقوم بتوزيع الهيدروليك وكذلك كيماويات الحقن إلى عدة مخارج. ووحدة التوزيع الكهربي (EDU) وتقوم بتوزيع الطاقة الكهربية وإشارات التحكم من مدخل واحد إلى عدة مخارج.

نظام الهيدروليك

نظام وظيفته توفير القوة اللازمة لتشغيل الصمامات المتحكم بها عن بعد الموجودة على البئر  "شجرة الكريسماس" أو  غير ذلك من المنشآت مثل مجمع الغاز أو أنظمة الحماية من الضغط (HIPPS)

ومن أهم العوامل التى يجب الانتباه إليها عند تصميم نظام هيدروليك لآبار المياه العميقة:

1.       حجم الخزان المطلوب لتوفير كمية كافية من الهيدروليك لملئ خطوط التوزيع وتشغيل الصمامات.

2.       الوقت المستغرق فى شحن أو "ضغط" نظام التوزيع. عن طريق ملئ (خطوط التحكمumbilical ) و(خطوط التوصيل Flying leads)   بسائل الهيدروليك بالكمية والضغط المناسبين.

3.       الوقت المستغرق لاستعادة الضغط عقب تشغيل الصمامات ، فبعد أى عملية تشغيل للصمامات على شجرة الكريسماس أو غيرها يحدث فقد لكمية من سائل الهيدروليك ، ويجب تعويضه عن طريق مضخات التعويض بالكمية والضغط المناسبين.

4.       إمكانية إحداث استقرار للصمامات المفتوحة وعدم إغلاقها نتيجة فتح صمامات أخرى ، وذلك عن طريق إيجاد و(حدات تخزين الضغط SAM)وهو ما سيتم شرحه لاحقا

5.       الكمية المسموح بها من التسريب والتى يستطيع نظام التوزيع تعويضها دون التعرض لحالة إغلاق للصمامات بطريقة مفاجأة أو غير متوقعة

فى المقال القادم بإذن الله، نستعرض أهم مكونات نظام التوزيع بشئ من التفصيل مع شرح الوظيفة وكيفية العمل.

تصميم حقل المياه العميقة

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

الكريسماس.

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