صمام الخنق

صمام الخنق (Choke Valve)

يتكون نظام إنتاج النفط والغاز من المياه العميقة من العديد من المكونات، الصمامات إحدى أهم هذه المكونات، توجد هذه الصمامات في العديد من النقاط ومن أهمها شجرة الكريسماس، التي تتكون في الأساس من مجموعة من الصمامات والأنابيب التي تعمل على توجيه الإنتاج والتحكم به من البئر ونقله إلى خط الأنابيب؛ لمزيد من المعلومات يُرجى الرجوع لهذه المقالة عن شجرة الكريسماس .

ما صمام الخنق (Choke Valve)؟ وما الفارق بينه وبين باقي الصمامات المستخدمة في نظام الإنتاج؟

غالبية الصمامات المستخدمة في شجرة الكريسماس صمامات عزل (Isolation)، أي أنها تعمل إما لفتح المسار أمام الإنتاج المستخرج من البئر أو غلقه، بينما وظيفة صمام الخنق تكمن في التحكم (Regulation) في مقدار الإنتاج عبر تغيير معدل السريان والضغط الخارج من شجرة الكريسماس، ومن هنا يأتي الاسم، فهو صمام خنق لقدرته على التحكم في معدل الإنتاج الخارج من البئر عبر شجرة الكريسماس. ولهذا يوجد هذا الصمام عند آخر نقطة في مسار الإنتاج المستخرج من البئر قبل انتقاله إلى خط الأنابيب.

فكرة العمل

فكرة عمل صمام الخنق (1)

يعمل صمام الخنق على أساس تغيير مساحة الفتحة المتاحة لسريان الإنتاج المستخرج من البئر بالزيادة والنقصان، وبهذه الطريقة يمكن التحكم في معدلات السريان والضغط الخارج من البئر. بخلاف باقي الصمامات الموجودة ضمن شجرة الكريسماس؛ فإن صمام الخنق يمكن فكه واستبداله بآخر جديد، يأتي هذه التصميم نظرًا لتعرض هذا الصمام بالتحديد للنحر والتآكل مما يستدعي تغييره عند الحاجة.

مشغلات الحركة (Actuators)

يتمتع صمام الخنق بمجال واسع من الحركة يتراوح بين 0% إلى 100%، حيث 0% تعني أنه مغلق تمامًا و100% تعني أنه مفتوح تمامًا، وتتحرك سدادة الصمام صعودًا وهبوطًا بين هذا المجال على هيئة خطوات (Steps). 

يحتوي صمام الخنق على مشغلين للحركة، أحدهما للفتح والآخر للغلق. يعمل كل مشغل منهما بالضغط الهيدروليكي، عند تلقي إشارة تنشيط للفتح على سبيل المثال؛ ينشط مشغل الحركة الخاص بالفتح ويتلقى نبضة من الضغط الهيدروليكي، فيتحرك للأمام ليحرك معه ترس صمام الخنق الذي يدور ليحرك السدادة لأعلى، مما يوفر مساحة أكبر للسريان، ثم يعود مشغل الحركة لمكانه مرة أخرى بواسطة الزنبرك المسؤول عن إعادته لمكانه، وبذلك يُفتح صمام الخنق بمقدار خطوة واحدة (Step)، ويتكرر الأمر حتى يمكن الوصول إلى الوضع المطلوب الذي يوفر الضغط المناسب.

صورة توضح ترس الحركة متوسطًا بين مشغلي الحركة (2)

مخطط يوضح الدائرة الهيدروليكية المسئولة عن تشغيل صمام الخنق (3)

المراجع
_____

1-Subsea Engineering Handbook, Ch24, Subsea Trees

2-University of Aberdeen, Subsea Controls, Valve Actuation

3-University of Aberdeen, Subsea Controls, Valve Actuation

🎓 Subsea Engineering Courses

Free Offshore & ROV Course

Start here to build your subsea foundation.

Enroll Now

Economics for Oil & Gas — Crash Course

Learn value, risk & strategy in the oil and gas industry.

Enroll Now

Subsea Risk-Based Inspection (RBI) – Practical & Industry Focused

Learn how inspection decisions are made in real subsea projects.

Enroll Now

Subsea ROV Course

Understand ROV systems, operations, and intervention roles.

Enroll Now

Subsea Systems & Components

A structured overview of subsea production systems.

Enroll Now

"IWOCS" نظام

نتحدث اليوم باختصار عن نظام "IWOCS" وهو اختصار (intervention and workover control system)  أو نظام التحكم أثناء عمليات التدخل وإعادة الدخول للآبار الخاص بالمياه العميقة.

يُستخدم هذا النظام على الحفارات التى تجري عملية استكمال الآبار وتجهيزها للإنتاج (Completion) ويُعد هذا النظام بديلًا مؤقتًا للتحكم فى شجرة الكريسماس الموجودة على رأس البئر (X-Tree) وذلك أثناء تواجد الحفار على البئر حتى انتهاء أعمال الاستكمال وتجهيز البئر لتوصيله بتسهيلات الإنتاج وشبكة التحكم الرئيسية للحقل.

يتكون هذا النظام من ثلاثة أجزاء أساسية:

أولًا: نظام التحكم والذى يُغذي وحدة التحكم الرئيسية المتواجدة على شجرة الكريسماس بالطاقة الكهربائية، بالإضافة إلى تحقيق الاتصال مع أجهزة قياس الضغط والحرارة المتواجدة عليها. ويكون هذا النظام تابعًا لنفس الشركة المصنعة لوحدة التحكم على رأس البئر وشبكة التحكم الرئيسية فى الحقل.

ثانيًا: وحدة الضغط الهيدروليكى والتى تزود شجرة الكريسماس بسائل هيدروليكي بضغوط مناسبة، هذا السائل يُمكّن من التحكم فى صمامات شجرة الكريسماس.

ثالثًا: بكرة خط التحكم (umbilical reel) وبواسطتها يُنزل خط التحكم من سطح الحفار حتى شجرة الكريسماس. يحتوى خط التحكم هذا على جميع الأنابيب والأسلاك التى تتصل بشجرة الكريسماس ووحدة التحكم عليها حتى يتمكن النظام ككل من أداء وظيفته. ويكون خط التحكم بطول مناسب حتى يصل للأعماق التى سيجري العمل بها.

شكر خاص للمهندس: حسام الشريف على مشاركته بهذا المقال.

الخطأ البشري 1

عادة ما تقع الحوادث نتيجة تلاقي العديد من الأخطاء والأعطال في نفس التوقيت، وعلى رأس الأخطاء المسببة أو المساهمة في وقوع الحوادث يأتي الخطأ البشري؛ وتختلف التقديرات بخصوص مسئولية الخطأ البشري عن وقوع الحوادث – تتراوح النسبة ما بين 60 إلى 90%-. 

يحاول علم تحديد الموثوقية وتقييم المخاطر المعتمد اعتمادًا كبيرًا على علم الاحتمالات والإحصاء تصنيف مراتب الخطأ البشري المختلفة لغرض معالجتها والحد من مخاطرها وآثارها قدر المستطاع.هناك العديد من أنماط التصنيفات الخاصة بالخطأ البشري؛ ومن أشهرها تصنيف "نظام تصنيف وتحليل العوامل البشرية" والمعروف اختصارًا بنظام HFACS، ويقوم هذا النظام التحليلي على وجود أربع مستويات من الخطأ البشري. بداية من الأخطاء المؤسسية وانتهاءً بخطأ الفرد. 

هذه المستويات الأربعة تُعرف بنموذج الجبن السويسرية؛ حيث تفترض تلاقي نقاط الضعف في هذه المستويات لتؤدي إلى وقوع الحادث، ويُطلق على التصرف المباشر للفرد (الخطأ المباشر) والقصور في المستويات الثلاثة السابقة "بالخطأ الكامن"

هذه المستويات الأربعة هي: 

1. التصرف غير الآمن
2. الظروف السابقة على الحادث
3. الرقابة غير الآمنة
4. العوامل المؤسسية

نستعرض في هذا الجزء تقسيمًا شجريًا مبسطًا للمستويين الأول والثاني.


1. التصرف غير الآمن 



2. الظروف السابقة على الحادث

في الأجزاء القادمة نستكمل استعراض باقي المستويات والإجراءات المتبعة للحد من آثارها والإقلال من إمكانية وقوع الخطأ البشري وكيفية التعامل معه.

الحماية الكاثودية البحرية

تتعرض الهياكل البحرية فى المياه العميقة لظروف بيئية صعبة، ويعد الصدأ والتآكل أحد هذه التحديات التى يجب التعامل معها والتغلب عليها.

عند تصميم الهياكل أو خطوط الانابيب فى المياه العميقة يتم الأخذ فى الإعتبار توفير الحماية لنظام الإنتاج من الصدأ والتآكل حتى لا يحدث تسريب من الخطوط أو إنهيار للهياكل المعدنية وذلك عن طريق:

1- الحماية الكاثودية (تعرف عليها بالتفصيل من المقال المرفق).

2-إذا لم يكن ممكنا توفير الحماية الكاثودية لبعض الأجزاء لاعتبارات هندسية، يتم اللجوء إلى تصميم تلك الأجزاء من مواد مقاومة للصدأ والتآكل.

3-هناك بعض الأجزاء لا يؤثر الصدأ على دورها، فلا يؤدى التآكل فيها إلى مشاكل فى التسريب أو حدوث خلل في السلامة الهيكلية، ولذلك يمكن تركها دون حماية أو تصميمها من مواد مقاومة عالية التكلفة.

شركة Deepwater Corrosion Services Inc. المقدمة للمقال المرفق هي أحد الشركات العاملة فى مجال الحماية الكاثودية وتوفر موادا تعليمية يمكنكم الإطلاع عليها عبر الضغط هنا:

‏ OVID ماذا تعرف عن

في عام 1970 تم إنشاء "المنتدى البحري الدولي لشركات النفط" OCIMF وهو كيان تطوعي يضم أكثر من 75 شركة نفط، وكان هذا استجابة لزيادة الوعي المتعلق بالتلوث  البحري بسبب النفط خاصة عقب حادثة التسرب الكبيرة من الناقلة "توري كانيون" 

ماذا عن ال OVID

تم تطوير نظام التفتيش المعروف ب OVID  أو قاعدة بيانات فحص المركبات البحرية في عام 2010، وذلك بناء على طلب من أعضاء المنتدى البحري الدولي لشركات النفط، وذلك من أجل توفير نظام تفتيش موضوعي يوفر الضمانات الكافية لشركات النفط من أجل استخدام السفن في مجال صناعة النفط.

الهدف الأساسي وراء OVID هو توفير أداة تفتيش قوية متوفرة عبر الإنترنت وقاعدة بيانات من تقارير التفتيش لمختلف السفن العاملة في مجال النفط.  تفتيش ال OVID  ليس تفتيشا مختصا بالجاهزية للعمل " Fit For Purpose "، لكنه تفتيش متعلق بالسلامة ويهتم بالأخص بثلاثة أهداف أو أسئلة:

1. هل ستطفو السفينة will it float
2. هل تمثل السفينة خطرا على طاقمها  does it poses a danger on its crew
3. هل تمثل السفينة خطرا على البيئة does it poses a danger on the environment

يتكون هذا النظام من 23 مجموعة من الأسئلة المختلفة، يقوم المفتش المعتمد باختيار المجموعات التي تناسب نوع السفينة التي يتم التفتيش عليها. تلك الأسئلة موحدة قياسيا لكل نوع من أنواع السفن، وفي النهاية يتم إصدار تقرير عن السفينة وتكون كافة تقارير متطابقة من ناحية الشكل.

ونظام التفتيش له 3 مكونات رئيسية:

1. OVIQ: offshore vessel inspection questionnaire 
   وهو استبيان مختص بالتفتيش على ممارسات التشغيل والأنماط السلوكية بالإضافة إلى أسلوب إدارة السفينة.
2. OVPQ: offshore vessel particular questionnaire
   وهو استبيان مختص بالبيانات التي لا تتغير عادة مثل : أبعاد السفينة وحمولتها والمعدات المتوفرة عليها وبيانات التراخيص.
3. OVMSA: offshore vessel management and self assessment
   وهو مختص بتحديد العوامل المؤثرة في تحسين نظام إدارة السفينة

تتضمن قاعدة بيانات OVID حوالي 52 شركة من أهمها شركات شل وشيفرون وبي بي وبتروناس وأرامكو وتوتال.

والهدف من نظام التفتيش هذا هو السماح للأعضاء بتسليم التقارير والاطلاع عليها عبر قاعدة بيانات متاحة على الإنترنت، موفرة بذلك مصدر مشتركا للجميع، مما يؤدي إلى تقليل عدد التفتشيات لكل سفينة، وتوحيد وثائق التفتيش بين مختلف الشركات، وتوفير ضمانات سريعة بخصوص السلامة للسفن المختلفة، وأخيرا توفير صورة ممتدة وطويلة الأجل عن مستوى السلامة والأداء البيئي لكل سفينة مدرجة ضمن قاعدة البيانات.

أمثلة خاصة بانواع السفن المدرجة ضمن قاعدة بيانات OVID

سفن إمداد المنصات البحرية platform supply vessels

سفن مناولة المخطاف anchor handling vessel

سفن مد خطوط الانابيب pipe layers

سفن مد الكابلات cable laying vessels

سفن نقل الأطقم crew boats

سفن دعم الغطس dive support vessels

سفن دعم المركبات المتحكم بها عن بعد remote operated vehicle support

منصات حفر بنظام التعليق jack up rigs

المصادر

1. http://www.slc.ca.gov/About/Prevention_First/2014/OCIMF-Offshore.pdf
2. https://www.ocimf-ovid.org/Welcome.aspx
3. http://www.ocimf-apps.com/ovidresources/templates/oviq-master-sep-2015.pdf
4. https://help.ocimf-ovid.org/Pages/Content/Page2.aspx#validity

التفتيش الهندسي على أنظمة المياه العميقة 3 - FMD

 اختبار الأجزاء المغمورة 

Flooded member  Detection (FMD)

استكمالا لما بدأناه، نستعرض معكم نوعا آخر من اختبارات التفتيش الهندسي فى المياه العميقة، فى هذا المقال نستكشف بشئ من التفصيل النوع الثاني وهو:

اختبار الأجزاء المغمورة

والمعروف اختصار ب FMD

لقراءة مقال :اختبارت المشاهدة (Visual Inspection) اضغط هنا

يستخدم هذا الاختبار عادةً مع الأجزاء المغمورة من المنصات البحرية، ويهدف هذا الاختبار إلى الكشف عن تسرب المياه إلى الأجزاء المغمورة تحت السطح، هذا التسرب يدل على وجود أجزاء متضررة أو ضرر باللحام الخاص بهذا الجزء من هيكل المنصة البحرية وهو ما يتطلب عمل اختبارات أخرى للكشف عن الأماكن المتضررة، نقوم بهذه الاختبارات للكشف عن أماكن و أسباب هذا التسريب، و من ضمن هذه الاختبارات:

•  اختبار التفتيش باستخدام الجزيئات المغناطيسية.
   (MPI: Magnetic particle Inspection )
• واختبار قياس مجال التيار المتردد.
  (ACFM: Alternating Current Field Measurment   )
  
  هذه الاختبارات هي لكشف العيوب السطحية و أبعادها عند اللحامات، و من مخاطر هذه العيوب أنها تتفاقم مع الزمن و هو ما يؤدى لانهيار أجزاء من المنشأة البحرية، و كما هو معلوم فإن مركبات الأحمال على أي منشأة موزعة على جميع الأجزاء و كل جزء له حسابات التحميل الخاصة به و بانهيار أي جزء تتعرض المنشأة إلى الانهيار كلياً ، من المهم أيضاً معرفة وجود خطر كامن في تسرب المياه إلى داخل أجزاء المنشآت البحرية حيث أن الأسطح الداخلية لهذه الأجزاء غير محمية وهو ما يعرضها للتآكل و خصوصاً مع وجود بيئة خصبة للتآكل و هي المياه المالحة الراكدة بداخلهاStagnant water.

كيفية القيام بالاختبار:

يعتمد هذا الاختبار على وجود مصدر لانبعاث الإشارات ومستقبل لها، حيث أن كم الانبعاث المستقبَل من المصدر يدل على ما إذا كان الجزء مغمورا بالمياه، فيحدث امتصاص جزء كبير من الموجات، أو غير مغمور فيكون جسم الجزء المُختبَر من المنشأة هو فقط ما يمتص الموجة، و يستخدم في هذا الاختبار إما مصدر مشع - شديد الضعف -  أو باستخدام موجات فوق صوتية، و تتميز الموجات الصوتية في أنها أقل تكلفة و أكثرأمانا.

صورة توضح الإطار المستخدم في تركيب مصدر الانبعاث و المستقبِل

شكل توضيحي لتركيب الإطارعلى المركبة المتحكم بها عن بُعد ROV

لا تنسَ دائماً قبل القيام بأي اختبار، يجب إتمام عملية المعايرة Calibration . وهي لمقارنة نتائج الاختبار بنتائج معيارية مرجعية ، فيتم أخذ قراءات قبل الغطس لمعرفة  قيمة القراءات بدون امتصاص للموجات و أيضاً المعايرة مع غمر الجهاز في الماء لنفس الهدف.

 شكر خاص للمهندس: محمد محروس على مساهمته بتلك المقالة عن التفتيش الهندسي - اختبارات المشاهدة- . كذلك نرحب بمشاركاتكم بالمقالات المتعلقة بهندسة المياه العميقة، ويمكنكم مراسلتنا على عنوان: subseaar@gmail.com

            

فريق عمل مدونة SubseaAr

الأطوال الحرة (عديمة الإرتكاز) فى خطوط الأنابيب

الأطوال الحرة (عديمة الإرتكاز) فى خطوط الأنابيب

Pipeline Free Span

ظاهرة الأطوال الحرة (عديمة الإرتكاز) هي ظاهرة تحدث فى خطوط الأنابيب سواء أكانت تلك الخطوط على اليابسة أو فى قاع البحر،  وتحدث تلك الظاهرة نتيجة للتضاريس الأرضية غير المستوية فتؤدي إلى وجود أجزاء من خط الأنابيب فى الوضع الحر – غير مدعمة - . وقد يحدث هذا أيضا نتيجة لحركة تيارات المياه التي تسبب انجرافا للتربة تحت خط الأنابيب. ويمكن أيضا أن يحدث نتيجة لتقاطع خطوط الأنابيب فى القاع ومرور أحد الخطوط على الآخر.

ويمكن أن تؤدى ظاهرة الأطوال الحرة (عديمة الإرتكاز) إلى عدة مشكلات مباشرة:

- الخضوع - yield -  فى خط الأنابيب  الذي يؤدى للإنحناء.

- الإهتزاز الناتج عن  الدوامات – vortex induced vibration -   والذي يؤدي بدوره إلى زيادة الإجهاد على خط الأنابيب.

- زيادة مخاطر الحوادث مع أنشطة الصيد بالجر- Trawling -  وذلك بسبب وجود فجوات تحت خط الأنابيب تسهل من تشابك معدات الصيد مع خط الأنابيب.

  

مشكلات غير مباشرة:

- يؤدى الخضوع - yield - فى خط الأنابيب إلى وجود إنحناءات فى منطقة  الأطوال الحرة  (عديمة الإرتكاز)، وبالتالي يسهل هذا من تراكم المياه ومن ثم يؤثر على زيادة نسبة التآكل الداخلي في هذا الجزء من الخط.  ويؤدى هذا التآكل بدوره إلى انخفاض  المتانة فى خط الأنابيب وحدوث المزيد من الإنحناء وصولا إلى حدوث الكسر فى الخط.

-  يؤدى الخضوع - yield -   أيضا إلى عدم انتظام خط الانابيب مما يؤثر بدوره على طبيعة السريان للهيدروكربون داخل خط الأنابيب.

-  يؤدى الإنحناء إلى تدمير الطلاء الخارجي لخط الأنابيب، هذا الطلاء يعمل على حماية السطح الخارجي من التآكل بسبب ماء البحر.

يتم دراسة العوامل السابقة وتحديد المسافة المسموح بها من الأطوال الحرة (عديمة الإرتكاز)، وإن زاد التباعد عن الحد المسموح به يتم تطبيق إجراءات تصحيحية للحفاظ على مسافات التباعد داخل النطاق المسموح به هندسيا. ومن البداية، فعند إجراء الدراسات الأولية والمسح الجيوفيزيائي لقاع البحر يتم تحديد مسار خط الأنابيب فى المناطق الأكثر استواء وتجانسا كنوع من الوقاية بدلا من الاحتياج لإجراء عمليات تصحيح مكلفة. وبالتأكيد يخضع تحديد مسار خط الأنابيب للعديد من العوامل الأخرى وعلى مهندس التصميم الوصول لحل وسط من ناحية اختيار المسار.

الإجراءات التصحيحية:

-  إجراء تفتيشات هندسية دورية لتحديد مواقع الأطوال الحرة عديمة الإرتكاز وأطوالها.

-  ردم الفراغات  أو خط الأنابيب كاملا بالحجارة – rock damping – لتوفير تدعيم لخط الانابيب وتقليل الأطوال الحرة وكذلك تقليل الإهتزازات.

-  تدعيم خط الأنابيب وتقليل مسافات الاطوال الحرة عن طريق حقائب الجبس، وهي حقائب توضع تحت خط الأنابيب ثم يتم ضخها بالجبس حتى تمتلئ تماما وتوفرا دعما لخط الأنابيب.

-  تزويد منطقة الأطوال الحرة بمضاد للدوامات للتغلب على  الإهتزاز الناتج عن الدوامات VIV

المراجع

1- subsea engineering handbook

2-design_of_subsea_rigid_pipelines_-_the_free_span_problem

3-http://www.copedi.com.br/media/14738/copedi_-_design_of_subsea_rigid_pipelines_-_the_free_span_problem.pdf