الرفع
الصناعي
Artificial
lift
عبارة عن وسيلة لتخفيف الضغط في قاع البئر (flow
bottom hole pressure)
بهدف زيادة الانتاج و هذا يتم عندما لا تستطيع البئر ان تنتج عند قيمة الإنتاج
المطلوب مقابل الضغط المعاكس للمنظومة. وهذا يتم بواسطة تنصيب منظومة مضخات غاطسة أو
إدخال الغاز (introducing gas) او تخفيف الكثافة للسائل المتدفق. ويتم
ذلك في الحالات التالية:
عندما يحصل استنزاف للضغط ألمكمني. عندما تزيد نسبة الماء المنتج. انخفاض نسبة الغاز الى السائل المنتجة تسبب زيادة كثافة
الموائع.
الرفع
بالغاز
Gas
lift
ياتي دور الرفع بالغاز في عملية إنتاج
النفط خلال فترة معينة من حياة البئر تقع مابين فترة الجريان الطبيعي الاول و فترة
الجريان بالطرق الاصطناعية النهائية (final
artificial lift techniques)
وقد تمتد فترة الإنتاج للبئر بطريقة الرفع بالغاز الى خمس سنوات تقريبا يتم
بواسطتها تقديم وقت انتاج النفط و بكميات كبيرة مما يجعلها ذات مردود اقتصادي جيد.
مجالات الاستخدام
-
في حالة النفط
الخام الخفيف ذو الكثافة البسيطة (low density light crud).
-
الكميات الكبيرة
نسبيا من الغاز
-
large
well count و الذي يحسن
اقتصادية التنصيب و عمليات ضغط الغاز.
تكمن هذه الطريقة في حقن غاز بضغط عالي إلى الcasing و تمريره الى tubing
خلال صمامات ميكانيكية (orifice valve)
و التي تقوم بتخفيف العمود الهيدروستاتيكي
فوق الطبقة و يسبب الجريان. ان الرفع بالغاز يمكن اجراؤه بطريقتين :
1- حقن الغاز بصورة مستمرة (continuous flow gas lift) داخل أنبوب الإنتاج او البطانة والى عمق معين و ذلك لتقليل الضغط
المعاكس على الطبقة المكمنية.
2- بحقن الغاز بمعدل اني وكبير ولفترة زمنية قصيرة من الزمن مع
قذف كمية من السائل (liquid slug) الى اعلى أنبوب الإنتاج وعلى فترات
زمنية مبرمجة وتسمى هذه الطريقة بالرفع المتقطع (الدوري). (intermittent-flow lift)
ان عدم إمكانية تطبيق طريقة الرفع كوسيلة
نهائية لإنتاج البئر في مرحلة الاستنضاب المتأخرة للحقل يرجع الى أن الغاز المحقون
نفسه يسلط ضغطا معاكسا على الطبقة المكمنية و عليه فسوف لن يصبح بالإمكان الوصول إلى
قيمة منخفضة لضغط الجريان عند قاع البئر كما هو الحال مع طرق الرفع الاصطناعية الأخرى
كاستعمال المضخات مثلا (pumping)
اختيار طريقة الرفع بالغاز يعتمد بالدرجة
الأساسية على :
-
توفر الغاز و
كلفته.
-
القوة الحصانية اللازمة لحقنه.
-
خصوصيات المكمن.
-
توفر الطاقة
المطلوبة.
-
العامل
الاقتصادي.
الرفع بالغاز عملية ميكانيكية لرفع
الموائع من البئر حيث يستعمل فيها الغاز بضغط عالي نسبيا (اكبر و يساوي 250 psi بمثابة الوسط الرافع. وقد يطبق هذا الأسلوب
خلال عمليات اكمال البئر او في المراحل المتأخرة من الإنتاج.
للرفع بالغاز أساليب متنوعة حيث يمكن تطبيقه
عند أي عمق ولأي ضغط مكمني ولمعدلات انتاج قد تصل الى عشرات الالاف من البراميل
يوميا. وبصورة عامة اذا كانت الحاجة الى رفع بالغاز متوقعة فان وضع الصمامات
الخاصة للرفع يجب ان يتم خلال فترة الإكمال الاصلي للبئر حيث تشغل تلك الصمامات
عند الحاجة باستعمال خدمات الخطوط السلكية (Wire line service) إن أهم العوامل التي تحد او تعيق كفاءة الرفع بالغاز هي وجود
الغاز الحامض (sour gas) الذي يحتوي على مركبات كبريتية او دخول
النفط الخام ذو اللزوجة العالية.
الابار التي ضغط القاع فيها عالي و دليل إنتاجيتها
يساوي او اكبر من 0.5 تصمم على أساس الجريان المستمر الشبه مغلق و الابار التي
تتميز بضغط قاع عالي ودليل إنتاجية منخفض فتصمم على الجريان المتقطع الشبه مغلق. أما
الآبار التي تتميز بضغط قاع منخفض ودليل إنتاجية عالي او منخفض فتصمم على الجريان
المتقطع المغلق. بطريقة الجريان المستمر يتم إدخال كمية صغيرة من الغاز وبضغط
مرتفع داخل انبوب الإنتاج لتخفيف وزن عمود السائل فيه وبذلك يمكن ضغط الجريان عند
قاع البئر, وبمساعدة تمدد الغاز من توصيل النفط الى راس البئر. ولتحقيق هذا الغرض بكفاءة
عالية يجب تصميم المنظومة الإنتاجية بحيث
تسمح بحقن الغاز خلال صمام واحد وعند أعمق نقطة ممكنة داخل البئر وذلك بالنسبة لإمكانيات
الحقن المتوفرة على سطح الأرض.
اما طريقة الجريان المتقطع , فتتضمن حقن
الغاز بضغط عالي وبحجم كافي داخل انبوب الإنتاج بحيث يتمكن الغاز من رفع عمود
السائل المجمع في الأنبوب فوق مستوى الصمام وبأقصى سرعة إلى سطح الارض. ان هذا
النوع من الجريان يتم إنجازه بفضل صمام ميكانيكي ذو فتحة كبيرة وبالسيطرة على ضغط الغاز
وحجمه داخل الحيز الحلقي بواسطة قاذف مبرمج على سطح الارض (Surface –controlled intermitter).
ضخ
الذراع الماص
Sucker
rod pumping
الإنتاج بواسطة مضخات قعر البئر هو أسلوب
ميكانيكي حيث يرفع المائع الذي يدخل البئر من التكوين الى السطح بواسطة مضخة تنصب إلى
أسفل من مستوى المائع المنتج.
مضخة الذراع الماص هي إحدى مضخات قعر
البئر التي تعمل بحركة ترددية متعاكسة (reciprocating) محركها الرئيسي يكون منصوبا على السطح
و حركة المحرك يتم توصيلها إلى المضخة بواسطة عدد من القضبان أو الأذرع التي تسمى
اذرع أو قضبان المص(sucker rod). الحركة الدورانية لمحور المحرك
الرئيسي يمكن تحويلها الى حركة ترددية بطرق مختلفة. فإذا تم ذلك باستعمال ذراع
التدوير (crank) و دولاب الموازنة (fly
wheel فان المجموعة تسمى
مضخة الذراع الماص. نوع ذراع التدوير او نوع الدعامة الماشية (walking
beam) المضخات المركزية
الحركة التي تنزل إلى أسفل البئر و التي
تكون مع المحرك الكهربائي وحدة كاملة تسمى المضخات المغمورة(submersible pump) . في الشكل رسم لوحدة ضخ الذراع الماص نوع الدعامة الماشية.
القوة الخارجة من المحرك الكهربائي تنقل بأحزمة مقطعها على شكل حرف V الى مقلل السرعة حيث يقوم هذا بتقليل
سرعة الدوران العالية للمحرك بحدود 3 الى 25 دورة بالدقيقة. ضربة الذراع الأملس هي
ضعف طول الكرنك.
أطول ضربة يمكن تحقيقها لاتزيد عادة عن
ثلاثة امتار. تنتقل القوة من الكرنك إلى الدعامة الماشية بواسطة ذراع التدوير.
ذراع الاتصال الذي يكون طولة L. التركيب الذي يحرك الذراع الأملس يتكون من الحامل (trestle) و الدعامة الماشية و راس الحصان. تغير
حمولة الذراع الأملس خلال دورة الضخ يتم توازنة بواحدة من عدة طرق ممكنة و يمكن ان
يتم التوازن بواسطة مدور (crank) بوزن مقابل في الدعامة ووزن مقابل في
الذراع الأملس الذي يضع بصورة خاصة يعلق في الحامل يربط الى اسفل الانبوب اسطوانة
المضخة و التي يتحرك في داخلها المكبس الذي يتحرك الى أعلى وأسفل بواسطة مجموع
الذراع (rod string).
خلال ضربة العمود فان الصمام المنتقل
ينغلق و يتمكن المكبس من رفع المائع الذي يملا الحيز الحلقي بين أنبوب الإنتاج
والذراع وفي نفس الوقت ينفتح الصمام الثابت ليسمح للمائع بالدخول الى اسطوانة المضخة خلال المرشح
. اثناء ضربة النزول (down strike)
ينفتح الصمام المنتقل وينغلق الصمام الثابت ويغطس المكبس في المائع الذي يملا
الاسطوانة. الأجزاء الرئيسية لاذرع المص تكون في العادة من الحديد و لكن الحديد في
حالته النقية يكون لين وقوته قليلة و لهذا يضاف الية عناصر أخرى لتحسين قوته وصلابته
ومقاومتة للتاكل. من هذه العناصر يجب ان نذكر الكربون الذي يزيد من صلابة الحديد و
تجاوبه مع المعاملات الحرارية يضاف المنغنيز والسيلكون للتقليل من تكون اوكسيدات
الحديد والتي تضعف السبيكة ويضاف النيكل لزيادة المقاومة للتآكل.
مجالات الاستخدام
يفضل استخدام (sucker
rod) في الآبار الغير
عميقة (shallow) والابار قليلة الانتاج. وعند الكميات القليلة من الغاز. لا يفضل استخدامه في حالة وجود الغاز وظروف التآكل تعتبر هذه
الطريقة حساسة لدخول الغاز.
المضخات
الغاطسة المركزية
Electrical
submersible pump
مجالات الاستخدام
-
يعتبر ال ESP فعالا بشكل خاص للجريان العالي جدا يصل إلى الاف
البراميل في اليوم.
-
النسبة العالية
للماء.
يتكون النظام (الشكل) من :
المضخة المركزية المتعددة المراحل(multistage centrifugal pump). وتتكون من عدة (Impeller) منفردة كل منها يشبه مضخة مركزية صغيرة
تتصل بعمود منفرد (shaft) وكل مرحلة (stage)
عند ضغط بسيط للسائل تمر من الأسفل الى الاعلى للمضخة, ترتفع الموائع فوق الضغط
الهيدروستاتيكي في أنابيب الإنتاج بحيث يدفع المائع ويجري الى أنابيب الإنتاج. الجزء العازل (Seal section).
ويودي وظيفة عزل و حماية الموتور من موائع الآبار ومساواة الضغط في داخل البئر مع
الضغط داخل الموتور ويمنع هبوط الضغط خلال عمود العازل, يعوض تمدد وتقلص زيت
المحرك الناتج عن تشغيل المضخة او إغلاقها. Cable يستخدم لمد التيار الكهربائي الى المحرك
الكهربائي و يجب ان يكون مدرع ومقاومته للتآكل ممتازة وذو كفاءة عزل جيدة. ويجري
التيار الكهربائي الكبير في موصل نحاس كبير القطر (0.75 inch). Cable
bends يستخدم لتثبيت طاقة
الكابل الى أنابيب الإنتاج. و يستخدم ربط واحد لكل 15 قدم. يستخدم ال Cable
bend أيضا لربط الكابل
المسطح للموتور الى المضخة و العازل. و يكون من stainless steel. انابيب الإنتاج (production tubing) و surface
production choke المعدات السطحية و
تشمل :
-
محول سطحي (surface transformer) لتحويل الفولتية.
- Controller
(switch board) لحماية
الموتور من ال overload او underload. بالإضافة إلى junction box و power
distribution system.
