1- السمنتة ( تعريفها وأهميتها):

السمنتة : هي عبارة عن عملية ضخ السائل الإسمنتي (ماء + اسمنت ) من داخل مواسير التغليف ثم إزاحته إلى الفراغ الحلقي أي أننا نقوم باستبدال سائل الحفر الموجود في الفراغ الحلقي بسائل إسمنتي والذي يتصلب بعد فترة زمنية معينة مشكلاً حول مواسير التغليف ما يسمى بالحجر الإسمنتي .

ويمكن تلخيص أهمية عملية السمنتة بالنسبة للبئر الغازي بالنقاط التالية:

1.    عزل الطبقات الجيولوجية : حيث تعزل العمليات الإسمنتية الطبقات الجيولوجية عن بعضها البعض وهي الوظيفة الأهم لعمليات السمنتة حيث تمنع اختلاط الموائع المتواجدة فيها وعدم انتقالها من المناطق ذات الضغط المرتفع إلى المناطق ذات الضغط المنخفض وتحقق عازليه جيدة للطبقات المنتجة عن بقية الطبقات الأخرى الأمر الذي يسهل استثمارها على مراحل .

2.    حماية مواسير التغليف من التأثير التآكلي بفعل المياه الطبقية المالحة أو سائل الحفر الذي دخل الطبقة أو بقي خلف مواسير التغليف أو بفعل الموائع الطبقية الحامضية (SO₄^– CO₂,CO, NO₃^-, ) .

3.    إبعاد تأثير سائل الحفر أو فاقد الرشح عن الطبقات الصخرية , حيث تبعد عمليات الاسمنت تأثير سائل الحفر أو فاقد الرشح عن الطبقات التي تتأثر ثبوتيتها بالماء (غضار, ملح ) وبذلك تثبت عمليات الاسمنت هذه الطبقات وتمنعها من الانهيار وبالتالي تحمي مواسير التغليف من الضغط الخارجي الناتج عن التهدم والآثار السلبية التي قد تتبع ذلك .

4.    تثبيت مواسير التغليف وتدعيمها من خلال تشكيل رابطة مقاومة بين السطح الخارجي للمواسير والجدران الصخرية للبئر .

2 – الاسمنت :

يعتبر الاسمنت المادة الرئيسية في عملية السمنتة وهو عبارة عن مسحوق ناعم جداً تتراوح أبعاده بين (150 – 10) ميكرون. وهو مكون من مزج عدة مواد مطحونة ذات تركيب معدني معين, ويتصف بخاصية التصلب(التحول إلى حجر) عند مزجه مع الماء. وينتج الاسمنت من حرق خليط من الجير (الطباشير والحجر الجيري ) والغضار إلى درجة حرارة تحميص المكونات الداخلة في تركيبه أي حوالي (1450 C^O) بعد ذلك تتم عملية طحنه إلى أبعاده المحددة . وهنالك تصنيفات متعددة للاسمنت ولكن بشكل عام يؤخذ تصنيف المعهد الأمريكي بالاعتبار في أغلب الأحيان . حيث يصنف المعهد الأمريكي للنفط الاسمنت إلى الأنواع التالية والتي حددت فيه خواصه الفيزيائية والكيميائية وفقاً لعمق البئر وهذه الأنواع هي:

(A,B,C,D,E,F,G,H) .

أما بالنسبة للاسمنت البورتلاندي وهو النوع المستخدم في سمنتة الآبار الغازية فإنه يتشكل من حجر كلسي و غضار و أحياناً أكاسيد الحديد والألمنيوم والتي تخلط مع بعضها البعض وتسخن إلى درجة الحرارة المطلوبة ضمن فرن دوار.ويتشكل من المكونات التالية :

·    CaOSiO₂ : وهي عبارة عن المادة الرئيسية التي تؤمن للاسمنت قوته وصلابته ,حيث يتهدرج هذا المركب ببطئ ليعطي الاسمنت الصلابة المطلوبة .ويرمز له بالرمز (C3S) وتكون نسبته في الاسمنت حوالي     (5 -25)%.

·    CaOAl₂O₃ : حيث يسرع هذا المركب هدرجة الاسمنت كما يتحكم بزمن التخثر (زمن الشك الابتدائي) ويرمز له بالرمز (C3A) وتكون نسبته في الاسمنت حوالي 10%.

·    CaOAlO₃Fe₂O₃ :ويؤمن هذا المركب حرارة هدرجة قليلة ويرمز له بالرمز (C4AF) ) وتكون نسبته في الاسمنت حوالي 10%.وبالتالي فإن التأثير الذي نحصل عليه لهذه المواد يجعلنا قادرين على تطوير الاسمنت من أجل تطبيقات متعددة تلبي احتياجات الصناعة النفطية .

3- خواص السوائل الإسمنتية :

السائل الإسمنتي هو عبارة عن خليط من الماء والاسمنت مع بعض الإضافات والتي تخلط مع هذا السائل بنسب معينة بهدف تحسين خواص السائل الإسمنتي وبالتالي الحجر الإسمنتي المتشكل, وتعتبر خواص السائل الإسمنتي من العناصر الأساسية في نجاح عمليات السمنتة أو فشلها . وكتابع للزمن فإن نوعية السائل الإسمنتي يجب الحفاظ عليها لفترة قصيرة من بداية تحضير السائل الإسمنتي وحتى نهاية عملية السمنتة . وتعتمد هذه الخواص على عوامل عديدة مثل التركيب المعدني والكيميائي لمسحوق الاسمنت ونوع وكمية المواد المضافة ونسبة الماء إلى مسحوق الاسمنت ونظام الخلط ونظام جريان السوائل في الفراغ الحلقي ثم الشروط الطبقية وندرس فيما يلي أهم خواص السوائل الإسمنتية :

1-3- الوزن النوعي للسائل الإسمنتي :

وهو عبارة عن وزن واحدة الحجم من السائل الإسمنتي وهو من الخواص الهامة جداً لأنه يمثل الدليل العملي الوحيد لجودته أثناء التحضير ثم النقل إلى البئر وتدل تذبذبات الوزن النوعي للسائل الإسمنتي على تغير خواصه الأخرى.

إن زيادة الوزن النوعي تقابل تناقصاً في نسبة الماء إلى مسحوق الاسمنت أي تؤدي إلى تعجيل تكاثف السائل وتناقص الزمن الذي يمكن خلاله متابعة قابليته للحركة , بينما نقصان الوزن النوعي ينتج عن زيادة نسبة الماء إلى المسحوق الإسمنتي وخفض جودة الحجر الإسمنتي لذا يجب المحافظة عليه بقيمة ثابتة أثناء ضخ السائل الإسمنتي. تتغير نسبة الماء إلى مسحوق الاسمنت تبعا للوزن النوعي المطلوب وتتراوح بين (  W/C=3.5 – 60 %)  وبذلك يكون الوزن النوعي بينKg/m³(1810 -1850)

وبذلك يكون الوزن النوعي للسائل الإسمنتي دائما أعلى أو على الأقل يساوي الوزن النوعي لسائل الحفر وذلك للأسباب التالية :

1- تجنب حدوث اندفاعات ذاتية من الطبقات الخازنة للموائع أثناء عملية السمنتة .

2- المحافظة على قيمة الضغط المعاكس على بعض الطبقات القابلة للانهيار .

3- الحصول على إزاحة جيدة لسائل الحفر من الفراغ الحلقي من قبل السائل الإسمنتي .

يمكن زيادة الوزن النوعي بتخفيض النسبة W/C أو بإضافة مواد مثقلة كالبارايت و أكاسيد الرصاص والهيماتيت ويمكن إنقاصه بزيادة النسبة  W/C  أو بإضافة بنتونايت ( البيلون )

3 -2-  ثبوتية السائل الإسمنتي :

تعرف الثبوتية على أنها بقاء مكونات السائل الإسمنتي مبعثرة بشكل متجانس حتى عند توقفه عن الحركة , وتسمى اكبر كمية ماء قابلة للانفصال عن السائل الإسمنتي بتأثير الجاذبية بالفاصل المائي وهو يعتمد على نوعية المسحوق الإسمنتي ومعالجاته المختلفة وكذلك على نسبة الماء إلى الاسمنت .

يؤدي فصل الماء إلى ظهور أحزمة مائية وتغير في خواص السائل الإسمنتي والحجر الإسمنتي .

يمكن التقليل من كمية الماء بمعالجة السائل الإسمنتي بمواد غروية (البنتونايت) أو بزيادة السطح النوعي للاسمنت أو بخفض النسبة W/C.

وتحدد الثبوتية بوضع كمية من السائل الإسمنتي الممزوج جيدا ًبالماء في أنبوبة مدرجة سعتها 250 cm³وتترك في حالة سكون مدة ساعتين حيث تقاس كمية الماء المنفصلة وتنسب إلى الحجم الكلي للسائل الإسمنتي ويجب ألا تزيد عن 2%.

3- 3-  فاقد الرشح :

هوعبارة عن كمية الماء التي يفقدها السائل بتأثير فرق الضغط الذي يتعرض له  وتعتمد قيمة فاقد الرشح للسائل الإسمنتي على نسبة الماء إلى مسحوق الاسمنت وعلى قيمة فرق الضغط وهي تتناسب عكساً مع مربع السطح النوعي للمسحوق واللزوجة.

ويجب أن يتمتع السائل الإسمنتي بفاقد رشح قليل لأنه في حال حدوث العكس فإنه يؤدي إلى زيادة لزوجة السائل الإسمنتي وبالتالي عدم إمكانية رفعه في الفراغ الحلقي إلى الارتفاع المقرر . ولهذه الخاصية أهمية كبيرة وخاصة في الآبار العميقة التي تتجاوز 1500 m حيث كلما ازداد فرق الضغط المتشكل كلما ازدادت نسبة الماء المفقود بالرشح وإذا فقدت الخلطة الإسمنتية الماء اللازم للتفاعل والترابط يصبح  الاسمنت أشبه بتربة رطبة غير مترابطة .

ويقاس فاقد الرشح باستخدام جهاز الباروئيد ذوالضغط المنخفض أو المرتفع حسب الظروف الموجودة في البئر .

3 – 4 – زمن تكاثف السائل الإسمنتي :

تقيم إمكانية نقل السائل الإسمنتي إلى الفراغ الحلقي خارج مواسير التغليف بما يعرف زمن الشك ويعَرف زمن الشك البدائي (بداية الشك) بأنه بداية التصلب وزمن نهاية الشك بنهاية التصلب . وقد اصطلح على أن تكون لزوجة السائل الإسمنتي معياراً لتحديد فترة قابلية الضخ وأخذت القيمة100 Poise  كنهاية حدية وأطلق على الزمن الذي يستغرقه السائل الأسمنتي من لحظة تحضيره وحتى بلوغ لزوجته القيمة الحدية 100 Poise  بزمن التكاثف وهذا الزمن هام جداً وخاصة عند سمنتة الآبار العميقة أو الآبار العميقة ذات درجات الحرارة المرتفعة. إن زمن التكاثف له علاقة مباشرة بنسبة الماء إلى الاسمنت والإضافات الكيميائية وعندما يكون زمن التكاثف طويلاً فانه يترك المجال للتأثيرات الخارجية ( P,T, , مياه طبقية , نفط  ,غاز) لتلعب دورها وتؤثر على العمود الأسمنتي السائل لذا يجب المحافظة على زمن تكاثف نظامي يعادل زمن تنفيذ العملية ويضاف إليه (25 %) زمن احتياطي وكذلك لتلافي التهريب في المجالات القابلة للتهريب أي يجب أن يبدأ السائل الأسمنتي بالتجمد مباشرة بعد فترة وجيزة من انتهاء عملية السمنتة .

3 -5- سيولة السائل الإسمنتي :

تحدد خاصية السيولة مقدرة السائل الإسمنتي على الحركة خلال فترة زمنية محددة وتعين بواسطة قمع مخروطي سعته  120 Cm³مفتوح عند قاعدتيه وسطحه الداخلي ناعم وغير قابل للصدأ .يوضع القمع فوق لوح زجاجي مثبت فوق ورقة تحوي دوائر مركزية تفصل بين كل دائرة و أخرى مسافة 5mm  قطر الدائرة الداخلية 100 mm)) والخارجية 250mm  .يملأ القمع بالسائل الإسمنتي حتى حافة قاعدته العلوية ثم يرفع القمع بهدوء وتكون السيولة الوسط الحسابي لقطري الدائرة المتشكلة الأعظمي و الأصغري. تعتمد قيمة السيولة على نسبة الماء إلى الاسمنت ودرجة نعومة المسحوق ونوعية مواد المعالجة .

3 – 6- لزوجة السائل الإسمنتي:

يجب أن تكون لزوجة السائل الإسمنتي ضمن الحدود المعقولة والتي تمكننا من ضخه في البئر بسهولة ثم إزاحته إلى الفراغ الحلقي وذلك لان هذه اللزوجة تعتبر العنصر الرئيسي الذي يحدد نهاية إمكانية ضخ السائل الإسمنتي وبالتالي نهاية عملية السمنتة وهي تتعلق بنسبة الماء إلى الاسمنت والإضافات  الأخرى والضغط ودرجة الحرارة .

4 – خواص الحجر الإسمنتي :

لكي يقوم الحجر الإسمنتي بوظائفه يجب أن يتمتع بجملة من الخواص الهامة نستعرضها فيما يلي :

1-4- المقاومة الميكانيكية للحجر الإسمنتي :

وهي تمثل مدى إمكانية الحجر الإسمنتي المتشكل لمقاومة جهد الانضغاط الذي يتعرض له .

وتعريفاً :هي القوة المطبقة على 1cm)) من سطح مكعب إسمنتي متصلب واللازمة لتهشيمه ويجب أن تكون هذه القوة كبيرة كي يشكل الحجر الإسمنتي صلة وصل جيدة بين مواسير التغليف وصخور الطبقات المخترقة ومقاومة الضغوط عند متابعة الحفر وأثناء الإنتاج .

تعتمد قيمة المقاومة الميكانيكية للحجر الإسمنتي على عدة عوامل أهمها التركيب المعدني الكيميائي لمسحوق الاسمنت ونسبة الماء إلى هذه المسحوق والسطح النوعي للمسحوق الإسمنتي ونوعية وكمية المواد المضافة ودرجة الحرارة والضغط .

يلاحظ تأثير التركيب المعدني الكيميائي لمسحوق الاسمنت على صلابة الحجر عند زمن التجمد الطويل وكلما زاد زمن التجمد زادت الصلابة.

وتزداد المقاومة الميكانيكية للحجر الإسمنتي بسرعة عند استخدام مسحوق بسطح نوعي مرتفع . بينما تتناسب المقاومة الميكانيكية عكسا مع النسبة w/c.

إن معالجة السائل الإسمنتي بمسرعات التصلب تمكن من زيادة المقاومة الميكانيكية الأولية للحجر الإسمنتي ويكون تأثير مبطئات التصلب بالعكس .

يمكن زيادة المقاومة الميكانيكية للحجر الإسمنتي لمعالجة السائل أو المسحوق الإسمنتي بنسبة معينة من الرمل الكوارتزي .

4 -2- نفوذية الحجر الإسمنتي :

وهي السمة الثانية الهامة من خواص الحجر الإسمنتي وتحدد درجة عازلية الاسمنت للطبقات وبالتالي تقييم فعالية عملية السمنتة حيث يجب أن تكون نفوذية الحجر الإسمنتي صغيرة جداً أو معدومة وتقدر بواحدة mDوهي تعتمد على عدة عوامل : التركيب الكيميائي للاسمنت- نسبة الماء إلى الاسمنت – الإضافات الأخرى للسائل الإسمنتي – الضغط – درجة الحرارة – زمن التجمد. حيث كلما كان هذا الزمن أكبر كلما قلت النفوذية .

4 -3- التغير الحجمي للحجر الإسمنتي :

إن تفاعل الاسمنت مع الماء يقلل من الحجم المطلق للاسمنت أو أن الماء باتحاده مع معادن الخبث الحراري يؤدي إلى نقص الحجم الظاهري (ظاهرة الانكماش ) وفي ظروف البئر ونتيجة ترشيح جزء من الماء في الطبقات المسامية يقلل حجم الطور السائل ويؤدي إلى انكماش الحجر الإسمنتي مما يؤدي إلى ظهور قنوات بين مواسير التغليف والحجر الإسمنتي والصخور .

إن ضمان العزل الجيد للمناطق المنتجة يتطلب استخدام سوائل إسمنتية تعطي حجراً لا ينكمش ويمكن للحجر الإسمنتي أن يولد تمدداً أو انكماشاً تحت تأثير عوامل مختلفة .

4 -4 -التصاق الحجر الإسمنتي بالسطح الخارجي لمواسير التغليف ومع جدران البئر الصخرية:

يعتمد قيام الحجر الإسمنتي بوظائفه العامة إلى حد كبير على مدى التصاقه مع مواسير التغليف و مع جدران البئر الصخرية ويجب العمل باستمرار للحصول على درجة التصاق عظمى .

تتأثر درجة الالتصاق هذه بعدة عوامل أهمها : درجة نظافة هذه السطوح من سائل الحفر أو من القشرة الطينية لسائل الحفر , نوع مسحوق الاسمنت المستخدم , درجة الحرارة , خشونة سطوح التلامس لذلك يجب أن ننزع القشرة الطينية بطرق ميكانيكية أو كيميائية كما يجب أن تنظف السطوح الخارجية لمواسير التغليف من الطلاء الواقي .

تؤدي قوة الاحتكاك التي تتولد عند ضغط المعدن بالحجر الإسمنتي دوراً هاماً في زيادة درجة الالتصاق كما يمكن زيادة الالتصاق بزيادة اضطراب السائل الأسمنتي في الفراغ الحلقي .

5- أهم الإضافات التي تستخدم لتحسين مواصفات الاسمنت:

هنالك مجموعة من الإضافات تمزج مع الخلطة الإسمنتية وذلك للأسباب التالية:

1-  الحصول على كثافات مختلفة تتراوح مابين  (10.8-20) باوند/غالون.

2-  التحكم بمعدل الإرتشاح .

3-  تقليل اللزوجة .

4-  زيادة مقاومة الحجر الإسمنتي المتشكل للتآكل . وفيما يلي نستعرض هذه الإضافات :

1-5-مواد مخفضة للوزن النوعي :

من أهم هذه المواد البنتونايت ويستخدم بتركيز يصل إلى 25% من وزن الاسمنت وكلما ازدادت نسبة البنتونايت ازدادت لزوجة السائل الإسمنتي لذلك يلزم إضافة مواد مخفضة للزوجة عندما يكون تركيز البنتونايت اكبر من (6 %) .بالإضافة إلى دور البنتونايت في تخفيض الوزن النوعي للسائل الإسمنتي نتيجة امتصاصه كمية كبيرة من الماء وزيادة حجمه وبالتالي تناقص كلفة الاسمنت فانه يؤدي أيضا إلى تشكل حجر إسمنتي أكثر مرونة وغير قابل للتشقق عند التثقيب. لكن إضافة البنتونايت له مساوئ كثيرة أهمها :انه يقلل من مقاومة الحجر الإسمنتي عند تعرضه للانضغاط لذا فان استعماله مقصور على الآبار القليلة العمق أما في الآبار العميقة فيستعمل التراب الدياتومي والذي يضاف بتركيز يتراوح بين%(4-10) من وزن الاسمنت .

كما يمكن إضافة مادة أخرى أكثر كفاءة بالنسبة للآبار الغازية وهي البيرليت (perlite) وهي عبارة عن رماد بركاني .

ويمكن إضافة gilzonite حيث يضاف بنسبة  %(50-25) من الاسمنت .

أما في الأوساط والطبقات التي تحتوي على نسبة عالية من مركبات الكبريت فإننا نستخدم مركب pozolanحيث يضاف بنسبة % 50-25)) من وزن الاسمنت ويعطي مقاومة جيدة تجاه مركبات الكبريت الأكالة.

5 -2-المواد الرافعة للوزن النوعي :

وأفضلها البارايت حيث أن وزنه النوعي 4.33 g_f/cm³ وكذلك أكاسيد الحديد مثل (Fe₂Ti₂O₃) وهو أول أكسيد الحديد التيتاني ووزنه النوعي يتراوح بين  g_f/cm³(4.67-4.65) وهو خامل كيميائياً .

ويجب أن تتمتع المواد المضافة لزيادة الوزن النوعي ببعض الخواص ومنها :

·        أن تكون خاملة من ناحية التفاعل الكيميائي خاصة مع مركبات الاسمنت.

·        ألا يكون لها تأثير على زمن التصلب .

·        ألا يكون لها تأثير على عمليات التسجيل الكهربائية .

5- 3- مسرعات التصلب :

وهي من أهم الإضافات المستعملة لسمنتة الآبار الغازية حيث انه عند سمنتة المجالات الحاوية على غازات طبقية فانه من الضروري إنقاص زمن بدء التصلب وذلك للتقليل من كمية الغازات التي تدخل في كتلة السائل الإسمنتي وتأثيرها السلبي على الحجر الإسمنتي الذي سيتشكل لاحقاً كما أن بعض العمليات الإسمنتية الخاصة تتطلب الإسراع في تصلب السائل الإسمنتي (السيطرة على مشكلة تسرب سائل الحفر في الطبقات , عزل المجال النفطي عن الماء ) لذا يعالج السائل الإسمنتي بمواد مسرعة للتصلب .

وتستعمل لهذا الغرض مركبات عديدة مثل كلور الكالسيوم (Cacl₂) والملح الصخري (Nacl) وسيلكات الصوديوم (Na₂SiO₂) وأكسيد الصوديوم (Na₂O)

5 -4- مبطئات التصلب :

عند سمنتة الآبار العميقة أو الآبار ذات درجات الحرارة العالية فإنه يجب إبطاء عملية التصلب كي يتوفر الزمن الكافي لإيصال السائل الأسمنتي إلى الارتفاع المقرر له في الفراغ الحلقي . وتستخدم مركبات عديدة للتقليل من سرعة التصلب مثل :

ليغنو سلفونات الكالسيوم ويستخدم هذا المركب حتى درجة حرارة 260 F^O أما في المجالات ذات درجات الحرارة الأعلى من (260 F^O) فانه يستخدم ليغنو سلفونات الكالسيوم مضافاً إليه حمض عضوي .كما يستخدم (CMHEC) كربوكسي ميتيل  هدروكسي ايتيل السيليلوز وذلك من اجل التحكم بمعدلات الرشح للسائل الإسمنتي .

5 -5- منظم فاقد الرشح :

إن زيادة قيمة فاقد الرشح للخلطة الإسمنتية تنقص حجمها وتزيد لزوجتها مما يتطلب ضغطاً عالياً لتحريكها خلف مواسير التغليف وهذا يؤدي إلى انهيار الطبقات الضعيفة وينتج عنه تهريب للسائل الإسمنتي .كما أن زمن الشك يتناقص مع زيادة فاقد الرشح لذا تضاف مواد منظمة لفاقد الرشح بغية الحصول على خلطة إسمنتية متجانسة والمحافظة على أجزائها الصلبة بنسبة ثابتة إلى الماء وهذه المواد منها ما هو سائل (D-73 ) ومنها ما هو صلب (بودرة ) (D-60) و (CA-FL1) ومركب الاميدون (النشاء)  C₆H₁₀O₅H₂Oومركب كربوكسي ميتيل السللوز الصودي NaCMC.عند إضافة (D-73) إلى الخلطة الإسمنتية يعطي لزوجة عالية للخلطة لذلك يجب إضافة مرقق (D-80) للحصول على تدفق اضطرابي

5- 6- المواد المقللة للاحتكاك :

يتميز احتكاك السائل الإسمنتي مع السطوح التي تحتك معه بقيمته المرتفعة والتي تزداد بزيادة اللزوجة مما يتطلب معدات ضخ باستطاعات كبيرة لإيصالها إلى الفراغ الحلقي لذا يعالج السائل الإسمنتي بمواد تقلل من الاحتكاك بين ذرات الخلطة ومع جدران المواسير وجدران البئر مما يسهل عملية نقله ويزيد سيولة الخلطة ومن هذه المواد ما هو سائل مثل (D-80) ومنها ما هو صلب (D-65) و (G F R) ومركبات كبريتات الليغنن .

5- 7-مواد مانعة للرغوة :

نتيجة لعمليات الخلط و إضافة بعض المواد الكيميائية تتشكل فقاعات هوائية (رغوة) في الخلطة الإسمنتية . مما يؤدي إلى عدم إعطاء الوزن النوعي الحقيقي للخلطة مع ازدياد احتمال دخول كميات كبيرة من الغازات الطبقية وما ينتج عن ذلك من تشكل حجر إسمنتي مسامي ونفوذي ذو مقاومة ميكانيكية ضعيفة لذا تضاف مواد مانعة للرغوة ومن هذه المواد ما هو سائل (D-74) و(C A -AFL) ومنها ما هو صلب (CA-AFP) .

6- تأثير الشروط الطبقية على عملية السمنتة:

تتأثر خواص كل من السائل الأسمنتي والحجر الذي يتشكل عن تجمده بشكل ملحوظ بالشروط الطبقية حيث ينقل السائل ,وفيما يلي ندرس تأثير هذه الشروط:

1-6- تأثير الضغط على عملية السمنتة :

يتميز تأثير الضغط بمحدوديته على عملية السمنتة إجمالا فهو يقلل من زمن تكاثف السائل الأسمنتي والزمن الذي يبدأ عنده هذا السائل بالتصلب (زمن بدء الشك).

إن زمن التصلب يتناقص مع تزايد قيمة الضغط حتى P=350 Kg_f/cm²

حيث يلاحظ انعدام تأثير الضغط .أما تأثير الضغط على الحجر الإسمنتي فيكون بزيادة المقاومة الميكانيكية الأولية وذلك من خلال زيادة سرعة التجمد .

كما أن نفوذية الحجر الإسمنتي تقل بارتفاع قيمة الضغط المؤثر عليه وذلك بفعل ارتصاص حبيبات الاسمنت مع بعضها البعض .

6 -2- تأثير درجة الحرارة على عملية السمنتة :

تتميز درجة الحرارة بتأثيرها الهام على عملية السمنتة وهو تأثير سلبي في كل الحالات تقريباً.

إن لزوجة السائل الإسمنتي تصل إلى القيمة الحدية (وصول لزوجته إلى القيمة الحدية 100 بواز ) بعد ثلاث ساعات من تحضيره عند تعريضه لدرجة حرارة مقدارها45 C^O)  ) بينما تصل إلى القيمة الحدية بعد نصف ساعة فقط عند وجوده في وسط درجة حرارته (C^O 95) أي أن الزمن الذي يمكن خلاله دفع السائل الإسمنتي للحركة يتناقص بشدة مع ارتفاع درجة الحرارة .لذلك يجب معالجة السائل الإسمنتي بمبطئات التصلب تحدد كميتها ونوعيتها وفقاً لنوع الخليط ودرجة الحرارة في البئر .كذلك فان ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تناقص زمن بدء التصلب (بدء الشك) للسائل الإسمنتي هذا الزمن لسائل إسمنتي بنسبة ماء إلى مسحوق الاسمنت مقدارها 6.0, فدرجة الحرارة تقلل من زمن عملية السمنتة وقد لا تسمح بإزاحة كامل السائل الإسمنتي إلى الفراغ الحلقي إلا إذا عولج بالمبطئات .

إن لدرجة الحرارة تأثير على الحجر الإسمنتي ويلاحظ ذلك من خلال إنقاصها للمقاومة الميكانيكية له خاصة عند تجاوز القيمة 80 C^O .

إذ قد تبلغ هذه المقاومة قيماً مرتفعة في الأيام الأولى بعد عملية السمنتة إلا إنها تتناقص تدريجياً مع الزمن وقد تصل إلى وضع تصبح فيه قيمتها قليلة لدرجة أن الحجر الإسمنتي لا يعود مؤهلاً لعزل الطبقات عن بعضها .

6- 3-  تأثير المياه الطبقية على عملية السمنتة:

يمكن أن تتسبب المياه الطبقية في تسريع تصلب السائل الإسمنتي بسبب ما تحتويه من أملاح مختلفة ,ولكن التأثير الأهم لها هو على الحجر الإسمنتي المتشكل إذ تعمل على تخريبه (من خلال التآكل الكيميائي) عند احتواءها على الشوارد الحامضية بتراكيز مرتفعة (Cl^-,HCO₂^-,SO₄^–) حيث تتفاعل هذه الشوارد مع المعادن المشكلة للحجر الإسمنتي الذي يفقد مقاومته كلياً بعد زمن قصير من تشكله في الفراغ الحلقي مقابل الطبقات الحاملة للمياه الطبقية وتعتبر شوارد الكبريتات (SO₄^–) أكثرها فتكاً بالاسمنت (وتسمى في هذه الحالة بالمياه الكبريتية) ومن اجل المحافظة على مقاومة كافية للحجر الإسمنتي مقابل المياه الكبريتية تستعمل مساحيق الاسمنت المناسبة و المعالجة بالمركبات الضرورية .

شارك هذا المقال

شارك هذا المقال

لذلك تعمد الشركات المتخصصة في الصناعة النفطية إلى  توفير كل وسائل الوقاية من الحريق وتأمين  كافةالتجهيزات اللازمة لحماية العمال في أمكنة  عملهم وسكنهم من خطر حدوث الحريق . ولاسيما  القريبة منخزانات تجميع البترول ومستودعات الغاز في الحقول النفطية أو تلك المجاورة لخطوط النقل ومرافئ التصدير.

ولا تقتصر حوادث الحريق على إحداث الأضرار المادية ويمكن أن تترافق بأضرار بشرية وبيئية  كارثية،  كما يحصل عندما تتحطم ناقلات النفط في البحار والمحيطات أو تنفجر آبار النفط أو الغاز أثناء حفرها أو الإنتاج منها  . ولعل أقرب حادثه تاريخيا ما حدث في الكويت أثناء العدوان العراقي (تم تدمير وإحراق  ما يزيد عن 670  بئرا نفطية  ، وتركت نيرانها مشتعلة تنفذ سمومها في الجو ، كما ترسبت منها كميات هائلة من النفط الخام شكلت بعد إطفاء الحرائق ما أطلق عليها فيما بعد “البحيرات النفطية” ، تجاوز عددها 300 بحيرة . وغطت مساحة ما يزيد عن (49 كيلومترا مربعا) ، وبكتلـة تزيـد عـن 40 مليون طن ).

1-1- حرائق خزانات الوقود:

توجد هذه الخزانات لدى الشركات النفطية ومصانع الطاقة ومستودعات الوقود، وتستخدم هذه الخزانات لتخزين المواد البترولية، وتبني عادة فوق سطح الأرض بشكل اسطواني أفقي أو اسطواني عمودي

1-1-1- أنواع الخزانات النفطية والحواجز

أ- خزانات السطح الثابت: ويكون مخروطي الشكل، ويتم بناؤه ولحامه على شكل قطع، ليكون في الأخير خزان ذات سعة ومقاس معين، ويزود كل خزان بسلم معدني، ويدهن السطح بالألمنيوم وذالك لتكوين طبقة عاكسة لأشعة الشمس التي تؤثر على تبخر المواد المخزونة، ويوجد لكل خزان من هذا النوع صمام أمان لتصريف الضغط الزائد إلى الخارج أو معادلة الضغط داخل الخزان لدى انخفاضه، ويخزن عادة في هذا النوع من الخزانات المواد البترولية ذات درجات وميض عالية نظرا لقلة تبخرها تفاديا لحدوث الانفجارات مثل الزيوت الثقيلة والديزل والإسفلت ويمكن تخزين زيوت خفيفة في مثل هذه الخزانات ولكن بعد أخذ الاحتياطيات الكافية لمنع دخول الهواء واختلاطه مع بخار السائل المتصاعد مما يتسبب في تكوين مزيج قابل للاشتعال أو الانفجار.

ب – خزانات السطح العائم: صممت أسطح هذه الأنواع من الخزانات، حيث تكون متحركة،  حسب كمية المخزون وما يطرأ علية من ارتفاع وانخفاض أثناء عملية التفريغ، لذاك تم تزويد جوانب السطح العائم بجوانات مطاطية لتجنب احتكاك معدن – معدن   عند حركة السطح المحورية، كما يمنع هذا النوع من التصميم خطر اختلاط أبخرة السائل المخزون مع الهواء الخارجي حيث أنه

لا يسمح لهذه السوائل بالبخر إلا بكميات قليلة بحيث يتم تلافي أخطار اختلاطها بالهواء الخارجي، وبهذا يمكن تفادي حوادث الانفجار أو الاشتعال، كما يوجد على كل خزان من هذا النوع سلم حديدي يصل إلى سطح الخزان، وتخزن في هذا النوع من الخزانات المواد البترولية ذات درجات وميض مختلفة.

ج-  حواجز الخزانات: تصمم هذه الحواجز لحفظ أي مادة تتسرب من داخل الخزان أو تفيض على ظهر الخزان ، سواء كانت هذه المادة مشتعلة أو غير مشتعلة،  ومنعها من الانتشار إلى خزانات أخرى، كما أنها تقوم بحفظ مواد الإطفاء داخل الحاجز أثناء أعمال المكافحة، وتمنع تسرب وانتشار بقعة الحريق، حتى لا يمتد الحريق إلى الخزانات الأخرى، وتصمم هذه الحواجز بحيث تتسع لمحتويات الخزان داخل الحاجز، إلا أن سعة بعضها تقل عن استيعاب كمية المخزون، لذا فانه في حالة فيضان الخزان يجب سحب أكبر كمية ممكنة من المادة المتجمعة داخل الحاجز.  وتقسم الحواجز إلى نوعان يحتوي البعض منها على عدد من الخزانات قد يصل إلى أربعة، أو أكثر،  حسب حجم الخزانات بحيث يتسع كل حاجز للكمية المخزونة داخل الخزانات، وأنواع الحواجز هي:

-   الحاجز الترابي: وهو حاجز يبني من التراب بارتفاع معين، وفي قليل من الأحيان يوضع طبقة من الإسفلت على ظهر هذا الحاجز لمنع انهياره، ولكن هناك خطر من اشتعال هذه الطبقة.

-   الحاجز الأسمنتي: عبارة عن حاجز من الاسمنت المسلح بارتفاع حوالي مترين، وذلك لغرض الاحتفاظ بالمواد المنسابة من الخزان المحترقة ليتم حصرها ومكافحتها داخل الحاجز لمنع انتشار الحريق، كما يوجد فتحات تصريف في جدران الحاجز لتصريف الماء الزائد المستعملة في مكافحة الحريق.

2-1-1 – طرق مكافحة حرائق خزانات النفط:

تعتبر حرائق الخزانات من الحرائق الخطيرة خصوصا إذا لم تكافح في بدايتها، ويحتمل أن يحدث الحريق في داخل الخزان أو خارجة نتيجة اندلاع السائل أو في حالة تكوين خليط من بخار المادة المخزونة واتحاده مع أكسجين الهواء مع وجود مصدر حراري، ومن خلال عدة تجارب ودراسات فقد  أتضح أن لهذا النوع من الحريق ظواهر تنتج عنه أثناء المكافحة  تم تمييزها بالأشكال التالية :

o      ظاهرة فوران خزانات النفط

o      ظاهرة سيلان السائل المشتعل على الجدران

o      ظاهرة انفجار خزانات النفط

وسندرس آلية حدوث كل من هذه الظواهر ووسائل الحماية والمكافحة.

2-1-1 -1- ظاهرة فوران خزانات النفط

: وهو خروج أو اندفاع  جزء من المادة المحترقة تحت ضغط مرتفع وانتشارها حول الخزان والحواجز .

آلية حدوث الفوران: عند احتراق خزان  الزيوت الثقيلة، أو الزيت الخام ،ترتفع حرارة الزيت أسفل الطبقة المشتعلة وتنتشر الحرارة باتجاه الأسفل .أي تتشكل طبقة التمدد الحراري تحت الزيت أو النفط الخام المحترق باتجاه المياه أسفل الخزان،  ومع الزمن ترتفع حرارة جبهة الامتداد وتؤدي لتبخر الماء المبعثر على الحد الفاصل (زيت- ماء)  ، تصعد فقاعات البخار نحو الأعلى عبر الزيت ويزداد حجمها وعندما تصل إلى ارتفاع ضغط الفقاعات اقل من ارتفاع السائل فوقها تنفجر معطية حجم ظاهري للنفط يتزايد باستمرار ويسيل على الجدران وصولا إلى جدران الحواجز . وعند اختراق طبقة المياه  وغليانها،  يتم  اتحاد كمية أكبر من الفقاعات تصعد على شكل وسائد بخارية تندفع عند اقترابها من السطح قاذفة معها كمية النفط الملتهبة الواقعة  فوقها إلى مسافات قد تتجاوز الحواجز الإسمنتية أو الترابية حول الخزان  .

- وسائل منع ظاهرة الفوران:

من مخاطر حدوث هذه الظاهرة إمكانية إصابة عناصر الإطفاء وتدمير معداتهم بالكتل المندفعة و اتساع رقعة الحريق إلى خارج الحواجز والى الخزانات المجاورة مما يؤدي لتفاقم المشكلة وتعقيد عمليات السيطرة .

إن فهم هذه الظاهرة يساعد في منع حدوثها ، أي إذا تمكنا من تصريف المياه أسفل الخزان قبل وصولها إلى درجة الغليان مع إيقاف عملية التصريف بعد انتهاء كمية المياه لتجنب خروج الزيت .

ومن الأفضل أن تتم السيطرة على صمام التصريف آليا  ويدويا  .

-       إجراءات السيطرة على  ظاهرة الفوران:

-         التصرف  عند حدوث هذه الظاهرة:

·       حفر خندق أو بناء حواجز لتوجيه الزيوت الفائرة في اتجاه معين.

·       مراعاة عدم وجود مياه على الأرض المحيطة بالخزان حتى لا تأتي عليها الزيوت المحترقة وتسبب فورانا آخر.

·       مراعاة وضع الاطفائيين والمعدات على مسافات آمنه من الخزان المحترق

·       إنقاذ ما يمكن إنقاذه من السوائل غير المشتعلة  قبل وصول النيران إليها.

-   عند القيام بأعمال مكافحة الحريق:

·   عدم رش المياه على سطح السائل المشتعل إطلاقا وتفادي رش الماء من الفتحات الموجودة على الخزان ويرش الماء على جوانب الخزان فقط لتبريده.

·   إدخال الرغوة مباشرة عند نقطة معينة في الخزان عن طريق سيارات الإطفاء عبر خطوط الرغوة المصممة لذالك مع تشغيل أنظمة الرغوة، وتوجيه مدافع التبريد الثابتة على جدران الخزان من الخارج لغرض التبريد وإنقاص الحرارة إلى أدنى معدل مع محاولة تشكيل ستارة من الماء الضبابي حول الخزانات المجاورة لمنع وصول النار أو انتقال الحرارة لها.

·   يجب على الاطفائيين أن يقفوا فوق حاجز الخزان أو خارجة عن طريق نقطة ارتكاز لهم وأن لا ينزلوا داخلة بجانب الخزان، وبنفس الطريقة بالنسبة لمهام ومعدات الإطفاء.

2-1-1 -2- ظاهرة سيلان السائل المشتعل على الجدران:

تعريف: فيضان المواد المخزونة وانسكابها  على جوانب الخزان ،  ولكنها ليست بقوة ظاهرة الفوران،  وفي هذه الحالة يسيل السائل المشتعل على جوانب الخزان إلى أسفل وينتشر على الجوانب لمسافة قليلة حول الخزان.

آلية حدوث السيلان:

تحدث هذه الظاهرة  بنفس آلية الفوران ‘ لكن دون تشكل وسائد بخارية ( أي دون اندفاع كتل ملتهبة )عادة  عند اشتعال  الخزانات  الممتلئة بالنفط الخام والزيوت  الرطبة التي تحتوي على كمية من الماء ، وكذالك عند استخدام الرغوة على سطح السائل المشتعل أو من رذاذ ماء التبريد

ويمكن أن تحدث نتيجة غليان الزيت  وقذف جزء منه إلى جوانب الخزان

يمكن التعرف على ظاهرة السيلان  من خلال تدفق المادة  بهدوء على جوانب الخزان مترافق مع  صوت الاشتعال المميز .

كيفية تلافي حدوثها ومكافحتها:

-   تبريد جوانب الخزان المشتعل عند السطح قدر المستطاع.

-   ضخ كمية من مخزون خزان السائل المشتعل إلى خزان آخر.

2-1-1 -3- ظاهرة انفجار الخزانات:

يحدث الانفجار خزانات النفط عند توفر مزيج من الهواء وبخار المادة النفطية المخزنة  قابلا للانفجار ،ويمكن أن يحدث الانفجار على شكلين.

1 – انفجار كلي: وتحدث هذه الظاهرة من الخزانات ذات السطح الثابت، حيث يكون الخزان ممتلئ ويوجد فراغ بين سطح السائل المخزون ويحتوي هذا الفراغ علي أبخرة السائل المخزون، وكذالك نتيجة العوامل التالية:

-   تخزين المواد الخفيفة في هذا النوع من الخزانات.

-   تجمع الأبخرة بين سطح السائل والغطاء.

-   درجة الحرارة المحيطة بالخزان.

-   تأثير الكهرباء الساكنة أثناء عمليات تفريغ أو تعبئة الخزان.

-   خلط مادة أخرى ساخنة مع المخزون.

2- انفجار جزئي : يحدث الانفجار الجزئي عندما تدخل كمية الهواء عن طريق صمام الأمان، فتكون طبقة عليا وطبقة سفلى بالفراغ بين سطح السائل وسطح الخزان والطبقة العليا تتكون من مزيج من الهواء والبخار القابل للانفجار بينما الطبقة السفلى القريبة من سطح السائل تكون مشبعة ببخار السائل المخزون، فعند وصول شراره إلى داخل الخزان فان الطبقة العليا تنفجر فقط ونتيجة للانفجار الجزيء تدخل كميه من الهواء إلى الطبقة السفلى وتكون مزيجا من البخار والهواء قابل للانفجار ويحدث انفجار آخر……وهكذا .

- الاحتياطيات الواجب اتخاذها لمنع الانفجار: عند حدوث حريق في أحد الخزانات فانه يجب اتخاذ الاحتياطيات التالية لمنع انفجار خزانات أخرى قريبة:

-   يجب إغلاق جميع فتحات الخزانات المجاورة للخزان المشتعل أو أن تعزل بوضع بطانيات أسبستس مبللة عليها.

-   تبريد أي وعاء مقفل وإبعاده عن المنطقة إذا كان ممكنا.

-   تبريد الخزانات المجاورة والقريبة من مكان الحريق أو تفريغ محتوياتها في خزانات أخري بعيدة عن الأخطار.

-   ملء الفراغ الذي يحتوي على أبخرة السائل المخزون ببخار الماء أو بغازات أخرى غير قابله للاشتعال مثل غاز النتروجين وطرد الأبخرة الخطرة.

4-2-1-1- حرائق السطح الثابت:

وهي تحدث نتيجة تكون خليط من بخار المادة المخزونة والهواء الجوى فوق سطح المادة المخزونة مع وجود مصدر حراري.

وسائل مكافحة حرائق السطح الثابت:

-   عزل مصدر الوقود .

-   تشغيل شبكة التبريد الثابتة حول الخزان المحترق والخزانات المجاورة له.

-   إدخال الرغوة إلى داخل الخزان بواسطة الشبكة أو سيارة الإطفاء عبر جهاز الرغوة الخاص بالخزان مع التبريد على جدران الخزان المحترق والمجاور له وتشكيل ستاره من ضباب الماء لمنع انتقال النار أو الحرارة للخزانات المجاورة.

-   محاولة التبريد على المعدات والأفراد بواسطة ضباب الماء.

-   تصريف المياه المتجمعة داخل حاجز الخزان.

-   الاستمرار في رش الماء حتى بعد إخماد الحريق إلى أن يتم التأكد من أن إمكانية اشتعال الحريق لن تعود.

5-2-1-1- حرائق السطح العائم:

لا يوجد في مثل هذا النوع من الخزانات فراغ بين سطح السائل المخزون والسطح العائم لأن السطح يجثم مباشرة فوق سطح السائل ولا يترك مجالا لتبخر السائل المخزون ولذلك فأنه لا يوجد خطر الانفجار، والخطر الموجود في هذه الخزانات هو تسرب السائل من مكان التقاء السطح العائم بجدار الخزان.

وسائل مكافحة  حرائق السطح العائم:

-   إدخال الرغوة على أطراف السطح من أعلى ظهر الخزان بواسطة شبكة الرغاوى أو سيارة الإطفاء عن طريق جهاز الرغاوى الخاص بمكافحة حرائق الخزانات.

-   استعمال البودرة الكيميائية الجافة أو غاز ثاني أكسيد الكربون وذالك باستخدام طفايتين بودرة مبتدئتين من نقطه واحدة ويعمل كل في اتجاه معاكس للآخر والسير حول إطار السطح الخارجي إلى أن يتم إخماد الحريق بالتقاء الاثنين إذا أمكن في بداية الحريق دون إن يشكل خطرا على حياة الاطفائيين.

-   استعمال مدافع الحريق للتبريد على جوانب الخزان مع مراعاة عدم توجيه الماء على سطح الخزان، إذ قد يؤدي ذلك إلى انتشار السائل المحترق على السطح أو تكسير لطبقات الرغوة.

-   توجيه مدافع التبريد على الخزان وتشكيل ستائر الماء بين الخزانات المجاورة.

شارك هذا المقال

تعتبر مخاطر حدوث الحرائق والانفجارات في جميع مراحل  الصناعة النفطية أحد أهم الأخطار الجدية التي تدرس إجراءات التحكم بها إداريا وهندسيا قبل تأسيس أي مشروع نفطي وهندسي ، وذلك لأن النفط ومشتقاته (أو الغاز) من المواد التي يترافق استخدامه دائما  مع خطر الاشتعال والانفجار  .

لذلك تعمد الشركات المتخصصة في الصناعة النفطية إلى  توفير كل وسائل الوقاية من الحريق وتأمين  كافةالتجهيزات اللازمة لحماية العمال في أمكنة  عملهم وسكنهم من خطر حدوث الحريق . ولاسيما  القريبة منخزانات تجميع البترول ومستودعات الغاز في الحقول النفطية أو تلك المجاورة لخطوط النقل ومرافئ التصدير.

ولا تقتصر حوادث الحريق على إحداث الأضرار المادية ويمكن أن تترافق بأضرار بشرية وبيئية  كارثية،  كما يحصل عندما تتحطم ناقلات النفط في البحار والمحيطات أو تنفجر آبار النفط أو الغاز أثناء حفرها أو الإنتاج منها  . ولعل أقرب حادثه تاريخيا ما حدث في الكويت أثناء العدوان العراقي (تم تدمير وإحراق  ما يزيد عن 670  بئرا نفطية  ، وتركت نيرانها مشتعلة تنفذ سمومها في الجو ، كما ترسبت منها كميات هائلة من النفط الخام شكلت بعد إطفاء الحرائق ما أطلق عليها فيما بعد “البحيرات النفطية” ، تجاوز عددها 300 بحيرة . وغطت مساحة ما يزيد عن (49 كيلومترا مربعا) ، وبكتلـة تزيـد عـن 40 مليون طن ).

1-1- حرائق خزانات الوقود:

توجد هذه الخزانات لدى الشركات النفطية ومصانع الطاقة ومستودعات الوقود، وتستخدم هذه الخزانات لتخزين المواد البترولية، وتبني عادة فوق سطح الأرض بشكل اسطواني أفقي أو اسطواني عمودي

1-1-1- أنواع الخزانات النفطية والحواجز

أ- خزانات السطح الثابت: ويكون مخروطي الشكل، ويتم بناؤه ولحامه على شكل قطع، ليكون في الأخير خزان ذات سعة ومقاس معين، ويزود كل خزان بسلم معدني، ويدهن السطح بالألمنيوم وذالك لتكوين طبقة عاكسة لأشعة الشمس التي تؤثر على تبخر المواد المخزونة، ويوجد لكل خزان من هذا النوع صمام أمان لتصريف الضغط الزائد إلى الخارج أو معادلة الضغط داخل الخزان لدى انخفاضه، ويخزن عادة في هذا النوع من الخزانات المواد البترولية ذات درجات وميض عالية نظرا لقلة تبخرها تفاديا لحدوث الانفجارات مثل الزيوت الثقيلة والديزل والإسفلت ويمكن تخزين زيوت خفيفة في مثل هذه الخزانات ولكن بعد أخذ الاحتياطيات الكافية لمنع دخول الهواء واختلاطه مع بخار السائل المتصاعد مما يتسبب في تكوين مزيج قابل للاشتعال أو الانفجار.

ب – خزانات السطح العائم: صممت أسطح هذه الأنواع من الخزانات، حيث تكون متحركة،  حسب كمية المخزون وما يطرأ علية من ارتفاع وانخفاض أثناء عملية التفريغ، لذاك تم تزويد جوانب السطح العائم بجوانات مطاطية لتجنب احتكاك معدن – معدن   عند حركة السطح المحورية، كما يمنع هذا النوع من التصميم خطر اختلاط أبخرة السائل المخزون مع الهواء الخارجي حيث أنه

لا يسمح لهذه السوائل بالبخر إلا بكميات قليلة بحيث يتم تلافي أخطار اختلاطها بالهواء الخارجي، وبهذا يمكن تفادي حوادث الانفجار أو الاشتعال، كما يوجد على كل خزان من هذا النوع سلم حديدي يصل إلى سطح الخزان، وتخزن في هذا النوع من الخزانات المواد البترولية ذات درجات وميض مختلفة.

ج-  حواجز الخزانات: تصمم هذه الحواجز لحفظ أي مادة تتسرب من داخل الخزان أو تفيض على ظهر الخزان ، سواء كانت هذه المادة مشتعلة أو غير مشتعلة،  ومنعها من الانتشار إلى خزانات أخرى، كما أنها تقوم بحفظ مواد الإطفاء داخل الحاجز أثناء أعمال المكافحة، وتمنع تسرب وانتشار بقعة الحريق، حتى لا يمتد الحريق إلى الخزانات الأخرى، وتصمم هذه الحواجز بحيث تتسع لمحتويات الخزان داخل الحاجز، إلا أن سعة بعضها تقل عن استيعاب كمية المخزون، لذا فانه في حالة فيضان الخزان يجب سحب أكبر كمية ممكنة من المادة المتجمعة داخل الحاجز.  وتقسم الحواجز إلى نوعان يحتوي البعض منها على عدد من الخزانات قد يصل إلى أربعة، أو أكثر،  حسب حجم الخزانات بحيث يتسع كل حاجز للكمية المخزونة داخل الخزانات، وأنواع الحواجز هي:

-   الحاجز الترابي: وهو حاجز يبني من التراب بارتفاع معين، وفي قليل من الأحيان يوضع طبقة من الإسفلت على ظهر هذا الحاجز لمنع انهياره، ولكن هناك خطر من اشتعال هذه الطبقة.

-   الحاجز الأسمنتي: عبارة عن حاجز من الاسمنت المسلح بارتفاع حوالي مترين، وذلك لغرض الاحتفاظ بالمواد المنسابة من الخزان المحترقة ليتم حصرها ومكافحتها داخل الحاجز لمنع انتشار الحريق، كما يوجد فتحات تصريف في جدران الحاجز لتصريف الماء الزائد المستعملة في مكافحة الحريق.

2-1-1 – طرق مكافحة حرائق خزانات النفط:

تعتبر حرائق الخزانات من الحرائق الخطيرة خصوصا إذا لم تكافح في بدايتها، ويحتمل أن يحدث الحريق في داخل الخزان أو خارجة نتيجة اندلاع السائل أو في حالة تكوين خليط من بخار المادة المخزونة واتحاده مع أكسجين الهواء مع وجود مصدر حراري، ومن خلال عدة تجارب ودراسات فقد  أتضح أن لهذا النوع من الحريق ظواهر تنتج عنه أثناء المكافحة  تم تمييزها بالأشكال التالية :

o      ظاهرة فوران خزانات النفط

o      ظاهرة سيلان السائل المشتعل على الجدران

o      ظاهرة انفجار خزانات النفط

وسندرس آلية حدوث كل من هذه الظواهر ووسائل الحماية والمكافحة.

2-1-1 -1- ظاهرة فوران خزانات النفط

: وهو خروج أو اندفاع  جزء من المادة المحترقة تحت ضغط مرتفع وانتشارها حول الخزان والحواجز .

آلية حدوث الفوران: عند احتراق خزان  الزيوت الثقيلة، أو الزيت الخام ،ترتفع حرارة الزيت أسفل الطبقة المشتعلة وتنتشر الحرارة باتجاه الأسفل .أي تتشكل طبقة التمدد الحراري تحت الزيت أو النفط الخام المحترق باتجاه المياه أسفل الخزان،  ومع الزمن ترتفع حرارة جبهة الامتداد وتؤدي لتبخر الماء المبعثر على الحد الفاصل (زيت- ماء)  ، تصعد فقاعات البخار نحو الأعلى عبر الزيت ويزداد حجمها وعندما تصل إلى ارتفاع ضغط الفقاعات اقل من ارتفاع السائل فوقها تنفجر معطية حجم ظاهري للنفط يتزايد باستمرار ويسيل على الجدران وصولا إلى جدران الحواجز . وعند اختراق طبقة المياه  وغليانها،  يتم  اتحاد كمية أكبر من الفقاعات تصعد على شكل وسائد بخارية تندفع عند اقترابها من السطح قاذفة معها كمية النفط الملتهبة الواقعة  فوقها إلى مسافات قد تتجاوز الحواجز الإسمنتية أو الترابية حول الخزان  .

- وسائل منع ظاهرة الفوران:

من مخاطر حدوث هذه الظاهرة إمكانية إصابة عناصر الإطفاء وتدمير معداتهم بالكتل المندفعة و اتساع رقعة الحريق إلى خارج الحواجز والى الخزانات المجاورة مما يؤدي لتفاقم المشكلة وتعقيد عمليات السيطرة .

إن فهم هذه الظاهرة يساعد في منع حدوثها ، أي إذا تمكنا من تصريف المياه أسفل الخزان قبل وصولها إلى درجة الغليان مع إيقاف عملية التصريف بعد انتهاء كمية المياه لتجنب خروج الزيت .

ومن الأفضل أن تتم السيطرة على صمام التصريف آليا  ويدويا  .

-       إجراءات السيطرة على  ظاهرة الفوران:

-         التصرف  عند حدوث هذه الظاهرة:

·       حفر خندق أو بناء حواجز لتوجيه الزيوت الفائرة في اتجاه معين.

·       مراعاة عدم وجود مياه على الأرض المحيطة بالخزان حتى لا تأتي عليها الزيوت المحترقة وتسبب فورانا آخر.

·       مراعاة وضع الاطفائيين والمعدات على مسافات آمنه من الخزان المحترق

·       إنقاذ ما يمكن إنقاذه من السوائل غير المشتعلة  قبل وصول النيران إليها.

-   عند القيام بأعمال مكافحة الحريق:

·   عدم رش المياه على سطح السائل المشتعل إطلاقا وتفادي رش الماء من الفتحات الموجودة على الخزان ويرش الماء على جوانب الخزان فقط لتبريده.

·   إدخال الرغوة مباشرة عند نقطة معينة في الخزان عن طريق سيارات الإطفاء عبر خطوط الرغوة المصممة لذالك مع تشغيل أنظمة الرغوة، وتوجيه مدافع التبريد الثابتة على جدران الخزان من الخارج لغرض التبريد وإنقاص الحرارة إلى أدنى معدل مع محاولة تشكيل ستارة من الماء الضبابي حول الخزانات المجاورة لمنع وصول النار أو انتقال الحرارة لها.

·   يجب على الاطفائيين أن يقفوا فوق حاجز الخزان أو خارجة عن طريق نقطة ارتكاز لهم وأن لا ينزلوا داخلة بجانب الخزان، وبنفس الطريقة بالنسبة لمهام ومعدات الإطفاء.

2-1-1 -2- ظاهرة سيلان السائل المشتعل على الجدران:

تعريف: فيضان المواد المخزونة وانسكابها  على جوانب الخزان ،  ولكنها ليست بقوة ظاهرة الفوران،  وفي هذه الحالة يسيل السائل المشتعل على جوانب الخزان إلى أسفل وينتشر على الجوانب لمسافة قليلة حول الخزان.

آلية حدوث السيلان:

تحدث هذه الظاهرة  بنفس آلية الفوران ‘ لكن دون تشكل وسائد بخارية ( أي دون اندفاع كتل ملتهبة )عادة  عند اشتعال  الخزانات  الممتلئة بالنفط الخام والزيوت  الرطبة التي تحتوي على كمية من الماء ، وكذالك عند استخدام الرغوة على سطح السائل المشتعل أو من رذاذ ماء التبريد

ويمكن أن تحدث نتيجة غليان الزيت  وقذف جزء منه إلى جوانب الخزان

يمكن التعرف على ظاهرة السيلان  من خلال تدفق المادة  بهدوء على جوانب الخزان مترافق مع  صوت الاشتعال المميز .

كيفية تلافي حدوثها ومكافحتها:

-   تبريد جوانب الخزان المشتعل عند السطح قدر المستطاع.

-   ضخ كمية من مخزون خزان السائل المشتعل إلى خزان آخر.

2-1-1 -3- ظاهرة انفجار الخزانات:

يحدث الانفجار خزانات النفط عند توفر مزيج من الهواء وبخار المادة النفطية المخزنة  قابلا للانفجار ،ويمكن أن يحدث الانفجار على شكلين.

1 – انفجار كلي: وتحدث هذه الظاهرة من الخزانات ذات السطح الثابت، حيث يكون الخزان ممتلئ ويوجد فراغ بين سطح السائل المخزون ويحتوي هذا الفراغ علي أبخرة السائل المخزون، وكذالك نتيجة العوامل التالية:

-   تخزين المواد الخفيفة في هذا النوع من الخزانات.

-   تجمع الأبخرة بين سطح السائل والغطاء.

-   درجة الحرارة المحيطة بالخزان.

-   تأثير الكهرباء الساكنة أثناء عمليات تفريغ أو تعبئة الخزان.

-   خلط مادة أخرى ساخنة مع المخزون.

2- انفجار جزئي : يحدث الانفجار الجزئي عندما تدخل كمية الهواء عن طريق صمام الأمان، فتكون طبقة عليا وطبقة سفلى بالفراغ بين سطح السائل وسطح الخزان والطبقة العليا تتكون من مزيج من الهواء والبخار القابل للانفجار بينما الطبقة السفلى القريبة من سطح السائل تكون مشبعة ببخار السائل المخزون، فعند وصول شراره إلى داخل الخزان فان الطبقة العليا تنفجر فقط ونتيجة للانفجار الجزيء تدخل كميه من الهواء إلى الطبقة السفلى وتكون مزيجا من البخار والهواء قابل للانفجار ويحدث انفجار آخر……وهكذا .

- الاحتياطيات الواجب اتخاذها لمنع الانفجار: عند حدوث حريق في أحد الخزانات فانه يجب اتخاذ الاحتياطيات التالية لمنع انفجار خزانات أخرى قريبة:

-   يجب إغلاق جميع فتحات الخزانات المجاورة للخزان المشتعل أو أن تعزل بوضع بطانيات أسبستس مبللة عليها.

-   تبريد أي وعاء مقفل وإبعاده عن المنطقة إذا كان ممكنا.

-   تبريد الخزانات المجاورة والقريبة من مكان الحريق أو تفريغ محتوياتها في خزانات أخري بعيدة عن الأخطار.

-   ملء الفراغ الذي يحتوي على أبخرة السائل المخزون ببخار الماء أو بغازات أخرى غير قابله للاشتعال مثل غاز النتروجين وطرد الأبخرة الخطرة.

4-2-1-1- حرائق السطح الثابت:

وهي تحدث نتيجة تكون خليط من بخار المادة المخزونة والهواء الجوى فوق سطح المادة المخزونة مع وجود مصدر حراري.

وسائل مكافحة حرائق السطح الثابت:

-   عزل مصدر الوقود .

-   تشغيل شبكة التبريد الثابتة حول الخزان المحترق والخزانات المجاورة له.

-   إدخال الرغوة إلى داخل الخزان بواسطة الشبكة أو سيارة الإطفاء عبر جهاز الرغوة الخاص بالخزان مع التبريد على جدران الخزان المحترق والمجاور له وتشكيل ستاره من ضباب الماء لمنع انتقال النار أو الحرارة للخزانات المجاورة.

-   محاولة التبريد على المعدات والأفراد بواسطة ضباب الماء.

-   تصريف المياه المتجمعة داخل حاجز الخزان.

-   الاستمرار في رش الماء حتى بعد إخماد الحريق إلى أن يتم التأكد من أن إمكانية اشتعال الحريق لن تعود.

5-2-1-1- حرائق السطح العائم:

لا يوجد في مثل هذا النوع من الخزانات فراغ بين سطح السائل المخزون والسطح العائم لأن السطح يجثم مباشرة فوق سطح السائل ولا يترك مجالا لتبخر السائل المخزون ولذلك فأنه لا يوجد خطر الانفجار، والخطر الموجود في هذه الخزانات هو تسرب السائل من مكان التقاء السطح العائم بجدار الخزان.

وسائل مكافحة  حرائق السطح العائم:

-   إدخال الرغوة على أطراف السطح من أعلى ظهر الخزان بواسطة شبكة الرغاوى أو سيارة الإطفاء عن طريق جهاز الرغاوى الخاص بمكافحة حرائق الخزانات.

-   استعمال البودرة الكيميائية الجافة أو غاز ثاني أكسيد الكربون وذالك باستخدام طفايتين بودرة مبتدئتين من نقطه واحدة ويعمل كل في اتجاه معاكس للآخر والسير حول إطار السطح الخارجي إلى أن يتم إخماد الحريق بالتقاء الاثنين إذا أمكن في بداية الحريق دون إن يشكل خطرا على حياة الاطفائيين.

-   استعمال مدافع الحريق للتبريد على جوانب الخزان مع مراعاة عدم توجيه الماء على سطح الخزان، إذ قد يؤدي ذلك إلى انتشار السائل المحترق على السطح أو تكسير لطبقات الرغوة.

-   توجيه مدافع التبريد على الخزان وتشكيل ستائر الماء بين الخزانات المجاورة.

شارك هذا المقال

1- التشكل الطبيعي للنفط الثقيل

يتشكل النفط الثقيل من المواد العضوية الأولية بتأثير الحرارة والضغط المتعرضة لها والتي تتعلق بدورها بسماكة الرسوبيات التي تغطي الصخور من جهة وارتباطها بتطور الأحواض الرسوبية فيها من جهة أخرى .

حيث تتحول المواد العضوية تدريجياً إلى نفط ثقيل وبعدها إلى نفط عادي ثم نفط خفيف وغاز وذلك خلال فترات زمنية طويلة .

كما أن تأثير المواد العضوية الأولية يفسر تواجد بعض الحقول النفطية ذات النفط الثقيل التي بقيت في الصخور الأولية ولم تصل إلى مرحلة تشكل النفط الخفيف أو هاجرت نتيجة للحركات التكتونية خلال مرحلة التحويل و تجمعت في المكامن القريبة .

2 – التشكل الثانوي للنفط الثقيل

هناك عوامل ثانوية قد تساهم في عملية تشكل تجمعات النفط الثقيل ومنها :

أ- تشكل الإسفلتينات الذي يحصل خلال المرحلة الأخيرة للـMetagensis أو ترسبها أثناء هجرة الغاز و المواد الهيدروكربونية الخفيفة والتي يمكن أن تحصل خلال إحدى مراحل تكوين النفط أو هجرته الذي يؤدي إلى ترسب الإسفلتينات و هي ظاهرة يصعب تمييزها عن الشكل الطبيعي للإسفلتينات الناتجة عن تحول المادة العضوية الأولية .

ب- تأثير المياه المتحركة ذات المصدر السطحي وذلك عند ارتشاحها في الطبقة وملامستها للنفط . حيث تسبب غسل المواد الخفيفة بما يتناسب مع درجة انحلالها , مسببة انخفاض المواد الخفيفة البارافينية والعطرية وازدياد نسبة الإسفلتينات والمواد الثقيلة الموجودة في المكمن، ‎‎‎‎‎وبالتالي ازدياد الوزن النوعي للنفط المتبقي .

ت- تأثير البكتريا الهوائية أو الكبريتية التي تحتويها المياه ذات المصدر السطحي أو الجوفي , الملامسة للمكامن النفطية حيث تهاجم هذه البكتريا بشكل رئيسي المواد الخفيفة , ولا بد هنا من الانتباه إلى أهمية المياه ذات المصدر السطحي بالمقارنة مع المياه الطبقية أو الجوفية , حيث تستطيع المياه المذكورة أن تمارس عملها بشكل جيد عندما تكون نسبة الأوكسجين فيها لا تقل عن ( 0.8 mg / l ) . وأن تكون حاوية على النتريت , كما وأن غيابH₂S يسمح للبكتريا الهوائية بنشاط فعال تساهم في تحول النفط الخفيف إلى الثقيل .

و هنا يجب أن تكون درجة الحرارة لا تزيد عن (65°C) وقد ذكر في المراجع أن هذه البكتريا قد استطاعت أن تخلص النفط الخفيف من المواد الأوليفينية بشكل كامل خلال فترة (30 day ) و ذلك في الظروف المخبرية

ث- الفصل الطبيعي للنفط عن مكوناته , بفعل الهجرة الطبيعية للنفط في الصخور الطبقية ذات المواصفات المختلفة , حيث تؤدي إلى تحرير الغاز والمواد الخفيفة وذات اللزوجة القليلة تاركةً المواد الثقيلة تشكل ترسباتها أحياناً إغلاقاً جيداً يمنع استمرار هجرة الغاز والنفط إلى الأعلى

3 – الخصائص العامة للنفط الثقيل

-       اللزوجة أكبر من( 30cp ) عند شروط الطبقة .

-       ضعيف أو عديم الحركة عند شروط الطبقة .

-       لونه داكن .

-        API <  20 .

-       محتوى الكبريت أكبر من ( 2 % ) وزناً .

-       محتوى المعادن وخصوصاً النيكل و الفاناديوم أكثر من (500 ppm ) .

استثمار المكامن الحاوية على النفط الثقيل

1 -استثمار النفط الثقيل :

لدى ارتشاح نفط عادي من خلال الفراغات المسامية يفترض أنه سيحقق قانون الاحتكاك الخطي لنيوتن :

t= -m.  du/dn

t : التوتر الديناميكي للقص (Pa) .

m : لزوجة السائل (Pa.s).

u : سرعة حركة إحدى طبقات السائل بالنسبة إلى طبقة أخرى (m/s).

n : البعد بين الطبقتين (m).

- إن النفط المذكور يسمى بالسائل النيوتوني .

2 – ملاحظات على إنتاج النفط عالي اللزوجة :

عند إنتاج الخامات عالية اللزوجة فإنه يجب أن تطبق طرق خاصة تختلف قليلاً أو كثيراً عن الطرق التي تطبق لإنتاج الخامات القليلة اللزوجة لأن زيادة لزوجة النفط المراد إنتاجه تؤدي إلى :

1- زيادة المقاومة الهيدروليكية ضمن مواسير الإنتاج و بالتالي زيادة الحمولة على القضيب الأملس .

2-  عند وصول النفط إلى رأس البئر فإن كثافته ستزداد و ذلك لتناقص درجة الحرارة وهذا يؤدي إلى زيادة الحمل على قضبان الضخ وقد يؤدي ذلك إلى قطعها .

3-  بعد التوقفات القصيرة التي تحدث على البئر فإن هناك صعوبة كبيرة في إعادة تحريك النفط ( الذي تكون قد انخفضت درجة حرارته ) وإنتاجه .

4- ضرورة استخدام مكبس بقطر كبير للمضخات عوضاً عن استخدام المضخات النابذة التي تصبح قليلة الفعالية في مثل هذه الحالة وبالإضافة إلى هذه الصعوبات المذكورة سابقاً فإن عملية فصل الغاز عن النفط أثناء التجميع و المعالجة تصبح أكثر تعقيداً .

شارك هذا المقال

تضمن تصميم الآبار البحرية البنود التالية:

1. جمع المعلومات عن الشروط الجوية التي سيتم الحفر فيها.
2. جمع معلومات عن قاع البحر و الشكل المورفولوجي و نوعية التوضعات التي سيتم بدء الحفر بها.
3. المقطع الليتولوجي المتوقع و العمق النهائي.
4. اختيار المنصة البحرية المناسبة.
5. تصميم عمق و سماكة و أقطار مواسير التغليف.
6. اختيار سائل الحفر المناسب و خواصه.
7. اختيار الدقاقات المناسبة و ريجيم الحفر.
8. اختيار تشكيلة الحفر.
9. اختيار موانع الاندفاع و طريقة تركيبها في كل مرحلة.
10. اختيار الشجرة المناسبة.
11. تحديد أعماق العينات الاسطوانية و الطبقات التي سيتم اختبارها.
12. قواعد الأمن و السلامة.

أولاً: جمع المعلومات عن الشروط الجوية التي سيتم الحفر بها

و ذلك خلال فترة زمنية تتراوح بين 25 و 50 سنة و نقصد بالشوط الجوية ( سرعة الرياح، سرعة و ارتفاع الأمواج، شدة العواصف، التيارات المائية، المد والجزر،……إلخ) و بعد ذلك يتم تعييع قيم القوى المحورية أولاً ثم الأفقية و التي ستتعرض لها ركائز المنصات الثابتة من أجل تصميمها بشكل مناسب (عمقها، قطرها، سماكة جدارها) كي تتحمل ثقل المنصة و المعدات المركبة عليها و تقاوم عزم الفتل الذي قد تسببه الرياح ة الأمواج و التيارات البحرية أو لاختيار الماسورة الصاعدة(RISER) المناسبة لهذه الظروف و اختيار المخمدات التي تركب على البرج أو ضمن مجموعة مواسير الحفر أو مع مجموعة الرفع و الإنزال.

ثانياً:جمع معلومات عن قاع البحر و الشكل المورفولوجي و نوعية التوضعات التي سيتم بدء الحفر بها

أي تضاريس القاع للمنطقة الشاطئية، حيث يمكن تمييز شواطئ ضحلة و أخرى عميقة و يشارك في البناء الجيولوجي لقيعان البحار صخور الأساس و التوضعات الهشة.

و من العوامل الجيولوجية المؤثرة على عملية الحفر:

• التنوع الكبير في أشكال التربة.
• الانتشار الواسع للتربة الغضارية الضعيفة.
• عمليات الحت و الترسيب التي تؤدي إلى إعادة تشكيل تضاريس قاع البحر و تسويتها.
• وجود الصخور الكبيرة الملساء.

و النتوع الكبير في أشكال التربة يؤثر بالدرجة الأولى على اختيار محركات الحفر البحرية و أداة حت الصخور و طريقة الحفر.

ثالثاً: المقطع الليتولوجي المتوقع و العمق النهائي

يتم رسم المقطع الجيولوجي المتوقع للبئر و ذلك بالمقارنة مع الآبار المجاورة المحفورة في اليابسة و في حال ابتعاد موقع البئر داخل البحر يتم الاستعانة بسفن خاصة بالقياسات الجيوفيزيائية و إجراء مثل هذه القياسات و تحديد نوعية الطبقات و أعماقها و الضغوط الطبقية المتوقعة و المعطيات الليتولوجية المختلفة التي تتعلق بعملية الحفر بما في ذلك احتمال وجود المواد الهيدروكربونية أو عدمه، و على ضوئه يتم رسم المقطع الليتولوجي الذي سيكون أساس لاختيار برامترات الحفر المختلفة.

رابعاً: اختيار المنصة البحرية المناسبة

يتم تحديد و اختيار المنصة البحرية المناسبة اعتماداً على المعطيات السابقة، بحيث تكون وحدة الحفر المحمولة عليها ذات استطاعة كافية لاختراق المقطع الليتولوجي المتوقع.

و يجب أن تحوي منصات الحفر البحري كل المعدات و المواد المطلوبة لاستمرار العمل لزمن يكفي لإنهاء البئر و ذلك نظراً لتواجدها في مناطق معزولة و بعيداً عن قواعد تموينها على اليابسة و من هذه المعدات نذكر:

• وحدة للتحضير السريع لسائل الحفر و أخرى لمعالجته.
• وحدة تحضير و ضخ الاسمنت.
• وحدة للقياسات البئرية.
• وحدة لتحلية مياه البحر بمعدل 500 م3/يوم.
• مخازن كبيرة للمواد الاستهلاكية( المحروقات و المواد الكيميائية الخاصة بسائل الحفر و مسحوق الاسمنت).
• أماكن سكن ومعيشة الطاقم البشري العامل على المنصة مع كل مستلزماتهم الحياتية.

خامساً: اختيار الشجرة و قاعدتها

إن الشجرة تشكل أداة لاستناد التغليف، و صلة الوصل مع معدات منع الاندفاع (BOP)، و يجب أن تلبي معدات رأس البئر عدداً من المتطلبات نذكر منها :

• تشكل قاعدة استناد متينة و أداة إحكام و عزل لطقم مجموعة البريفينترات.
• تدعم استناد كل مراحل التغليف المتعاقبة.
• تدعم استناد وزن طقم مجموعة موانع الاندفاع المحملة عليها بالإضافة إلى مواسير الحفر المعلقة عليها.
• تشكل أداة إحكام و إغلاق لهناكر مراحل مواسير التغليف المتعاقبة.
• تقاوم جهد الانحناء الذي يمكن أن يسببه كل من طقم موانع الاندفاع و الماسورة الصاعدة.
• تقاوم الضغوط القصوى التي يمكن أن تتعرض لها.
• تدعم استناد وزن الشجرة و معدات الانتاج.

سادساً:اختبار البريفينترات و الماسوره الصاعدة

تمتاز البريفنترات التي تعمل في ظروف الحفر البحري بما يلي:

1- يجب أن تتمتع بموثوقية كبيرة لان أي إصلاح في معداته يتطلب رفعها إلى السطح.

2- إجراءات التركيب والتشغيل هي أكثر صعوبة.

3 - بالإضافة إلى أهداف التحكم بالبئر فان نظام مجموعة البريفنترات ضروري لعمليات الفك الاضطرارية.

4 - بلاشكات البريفنترات تكون مجهزة بنظام تحكم من بعد.

وان طقم البريفنترات في الحفر البحري هو عبارة عن مجموعة متكاملة من المكونات النوعية الضرورية للسيطرة على البئر وفي أية شروط وهذه المعدات هي :

فلفجة الربط مع رأس البئر:

وهي الوسيلة التي تربط طقم البريفنترات(موانع الاندفاع) مع رأس البئر

ويجب أن تتناسب معه بالقياس.

بلاشكات موانع الاندفاع:

وهي العنصر الأساسي في البريفنتر وهي متنوعة الأشكال والوظانف وطريقة الإغلاق.

البريفنتر العام:

يوجد نوعان من البريفنترات العامة يتم استخدامها في نظام منع الاندفاع المستخدم في الحفر البحري واحد في طقم البريفنترات وآخر ضمن مكونات الماسورة الصاعدة.

فلفجة الوصل مع الجزء السفلي من الماسورة الصاعدة:

وهي مشابهة لفلنجة الوصل مع رأس البئر تسمح بإغلاق البئر باستخدام جزء البريفنترات السفلي وإمكانية فك الماسورة الصاعدة ورفعها هذه الإمكانية ضرورية عندما تسبب الظروف المناخية متاعب إضافة إلى صعوبات ضبط توازن واستقرار منصة الحفر ضمن الحدود المسموح بها.

الوصلة المرنة السفلية:

من أجل التحكم بالحركة الأفقية للماسورة الصاعدة يتم تركيب وصلة مرنة فوق البريفنتر العام.

الوصلة التلسكوبية:

في أعلى الماسورة الصاعدة يتم تركيب وصلة تلسكوبية أو وصلة انزلاق وهي تسمح بالحركة العمودية

الوصلة المرنة العلوية:

يتم تركيبها أسفل الروتر فوق الوصلة التلسكوبية وهي تعدل الحركة الأفقية في النهاية

العلوية من الماسورة الصاعدة.

طقم التحكم و المحول السطحي:

يتم تركيب طقم المحول مابين الوصلة المرنة العلوية والروتر وهكذا يمكن إغلاق الفراغ الحلقي على السطح ونقل الراجع بعيداً من خلال نظام المحول.

خطوط مجموعة الحنفيات وخط القتل:

وهي أجزاء مكملة للماسورة الصاعدة ويمكن استعمالها في أعمال قتل البئر أو اختبار البريفنترات.

صمامات الأمان:

فتحات الخروج بالبريفنترات تكون مجهزة بصمامات أمان قادرة على الإغلاق الأوتوماتيكي في حال لم يتوفر الضغط الهيدروليكي.

اسطوانات أجهزة التحكم بالبريفنترات:

ولها وظيفتان وذلك بتحسين زمن تشغيل البريفنتر .وكخزان حقن لتشغيل البريفنتر العام وتؤمن الوسيلة لتوجيه طاقة السائل لتفعيل طقم البريفنترات تحت سطح الماء وتشغيلها وذلك عند التحكم بها من السطح.

خراطيم التحكم الهيدروليكي:

تنقل سائل التشغيل وإرشادات العمل إلى طقم البريفنترات

لوحة التحكم:

وتركب واحدة عند الحفار وأخرى في مكتب الحفر وفي بعض الأحيان في محطة على قارب منفصل.

وإن بلاشكات البريفنترات المستعملة على قاع البحر بشكل أساسي نفسها التي تستعمل على اليابسة ولكن هناك بعض المزايا اللازمة كي يصبح طقم البريفنترات مناسباً للعمليات التي تتم على قاء البحر ومنها:

1 - إمكانية قص المواسير في الحالات الطارئة.

2 - إمكانية تعليق المواسير على البلاشكات.

3 - إمكانية زلق المواسير وتحريكها والبرينفتر مغلق.

4 - استخدام أقطار مختلفة من المواسير مع عدم الحاجة لتبديل البلاشكات.

5 - الموثوقية العالية في الإغلاق.

سابعاً: اختيار سوائل الحفر

يتم اختيار سائل الحفر ليحقق الوظائف العامة المطلوبة منه بالنسبة لإنجاز البئر بأسرع ما يمكن وأقل ما يمكن من المشاكل ولتحقيق هذا الأمر يجب تخليصه من المواد الصلبة الخاملة ويتم هذا باستخدام أجهزة فصل المواد الصلبة من هزازات نوعية جيدة ومعدات فصل الرمل والسلت والغضار وأجهزة فصل الغازات ويجب أن تمتلك وحدة الحفر البحري خزانات كافية لسائل الحفر ومستودعات للمواد الكيميائية الخاصة بها  وبالكميات التي تؤمن استمرار العمل لفترة طويلة ويجب أن يحقق سائل الحفر ثبوتية جدران البئر ولا يجوز أن يتم تلويث البحر في مناطق الحفر حفاظاً على البيئة والحياة البحرية وتوجد قوانين صارمة لمنع رمي نواتج الحفر وحتى السائل المعالج بمركبات كيميائية- أملاح الكروم- مركبات اللغنين- سوائل ذات أساس زيتي وإنما يتم نقلها إلى سفينة خاصة توصلها إلى اليابسة.

ثامناً:اختيار برنامج التغليف

يتم اختيار برنامج التغليف وذلك وفى معطيات المقطع الليتولوجي وبحيث يتم عزل المقاطع التي تختلف بطريقه حفرها وبنوع سائل الحفر اللازم لاختراقها وبقصد التخفيف قدر الإمكان من المشاكل المحتمل مواجهتها ويتم بالعادة إنزال ماسورة دليلة قطر 30 “يتبعها المرحلة السطحية قياس 20″ ومن ثم المرحلة الوسطية الأولى قاس13 3/8 ” والثانية  9 5/8 ” والإنتاجية قياس 7  ” ويتم إنزال التغليف باستخدام مواسير الحفر ورأس إنزال وبنفس طريقة إنزال اللاينر ويتم اختيار سماكات التغليف لتتحمل الضغوط المحتملة و الإجهادات الداخلية والخارجية وإجهادات الشد ولا سيما مقابل الطبقات التي يوجد فيها شذوذ بالضغط مثل الغضار اللدن المتحرك والملح.

تاسعاً: اختيار ادقاقات

يتم اختيار الدقاقات وريجيم الحفر المناسب الذي يحقق سرعة حفر كبيرة ولاسيما الدقاقات التي تتحمل فترة عمل طويلة وذلك لتقليل زمن الرفع والإنزال لتبديل الدقاق ومنها نذكر دقا قات PDC , الدقاقات الألماسية التي تتحمل عدد دورات كبيرة مما يفسح المجال لاستخدام الحفر التوربيني وتحقيق سرعات حفر مقبولة.

عاشراً:اختيار تشكيلة الحفر

يتم اختيار تشكيلات الحفر التي تتحمل إجهادات كبيرة وتحافظ على شاقولية البئر وتقلل من تأثير الحركة العمودية للتشكيلة والناجمة عن ظروف الحفر البحري ولهذه الغاية يتم استخدام أفضل الأنواع المتوفرة من مواسير الحفر مثل  S-135 واستخدام أعمدة حفر بأقطار كبيرة 10″ ، 6.5 ، “8″ ، واستخدام أنواع مختلفة من الممركزات وتحديد مواقعها في التشكيلة بحيث يتم الحفاظ على شاقولية البئر وعدم حصول كسر للتشكيلة وفي حال حصول استعصاء يمكن شدها وباستطاعة كافية لتحرير المواسير كما يتم استخدام معدات لتخفيف الاهتزاز والذبذبة في المواسير والذي يوثر على عمل الدقاق وقد يودي إلى كسر الأسنان والتروس ولهذا يستخدم جهاز ماص للصدمات ويستخدم في التشكيلة مطارق هيدروليكية لتخميد الاهتزاز  ولتحرير الاستعصاءات في حال حصولها وإن تشكيلة الحفر المختارة يجب أن تؤمن الحمولات اللازمة لعمل الدقاق.

الحادي عشر: اختيار أعماق العينات الاسطوانية والاختبارات

على ضوء المقارنة مع الآبار المجاورة ونتائج القياسات الجيوفيزيائية ووصف العينات الفتاتية يتم أخذ عينات اسطوانية وإجراء اختبارات وذلك بقصد التعرف على محتوى الطبقة والتأكد من احتوائها على المواد الهيدروكربونية أو عدمه والتعرف على المواصفات الخزنية للطبقة من خلال العينات الاسطوانية.

الثاني عشر:المحافظة على قواعد الأمن الصناعي والبيئة

يتم الحفاظ على البيئة البحرية نظيفة حيث توجد قوانين صارمة في هذا المجال ولهذه الغاية يتم نقل نواتج الحفر إلى اليابسة وعدم طرحها على قاع البحر حتى لا تسبب التلوث ولاسيما عند احتوائها على بعض المركبات السامة والمشتقات الهيدروكربونية.

شارك هذا المقال

مقدمة

عندما ينخفض إنتاج الحقل عن القيمة الاقتصادية أي عندما ينخفض الضغط الطبقي حيث تصبح الطاقة الطبقية غير قادرة على رفع النفط / أي عندما يتوقف إنتاج المكمن بطاقته الطبيعية / يصبح لابد من إضافة طاقة إضافية للمكمن من أجل تطوير إنتاج الحقل وزيادة مردوده .

الشكل (1)

كما هو ملاحظ من الشكل (1) فإنه وعند زمن t₂ فإن الإنتاج التراكمي الطبيعي للمكمن سوف يثبت إن لم ينخفض وإن استخدام إحدى طرق التطوير سوف تؤدي إلى زيادة الإنتاج التراكمي للمكمن وهذا هو المبرر لتطبيق طرق الاستثمار المدعم في تطوير الحقول والتي تعتمد بمجملها على التحكم ببارامترات علاقة ديوبي لزيادة الإنتاجية

Q : معدل الإنتاجية .

K : النفوذية .

h : سماكة الطبقة .

ΔP : فرق الضغط .

μ : اللزوجة .

R_K : نصف قطر المكمن .

r_C : نصف قطر البئر .

فإما أن نزيد K أو Δp أو نخفض μ

طرق التطوير التقليدية:

1- زيادة عدد آبار الإنتاج / زيادة كثافة شبكة الآبار / :

تعتبر هذه الطريقة أولى الطرق المستخدمة بغية الحفاظ على الإنتاج أو زيادته حيث أنه من المعلوم وبعده فترة من إنتاج الحقل سوف يتغير توضع الموائع الطبقية نتيجة عملية الاستثمار وسيتحرك خط التقاء النفط بالماء ، وخط التقاء النفط بالغاز الأمر الذي يؤدي إلى إماهة بعض الآبار أو غمرها بالغاز وبالتالي خروجها من الإنتاج وهذا لابد من تعويضه بحفر آبار إنتاجية جديدة (عمودية أو مائلة أو أفقية) وهذا يقتضي إظهار الصورة الصحيحة للمكمن من أجل التحديد الدقيق لمواقع هذه الآبار وتحديد المجال الافقي واتجاهه بشكل دقيق كما أنه ونتيجة الاستثمار غير المخطط يتم في معظم الحالات تشكل مخاريط مائية وغازية تؤدي إما إلى عزل كميات من النفط بين الآبار والتي لايمكن إنتاجها إلاّ بحفر آبار جديدة أو اتخاذ تدابير أخرى .

من إيجابيات هذه الطريقة :

1- استنضاب أكبر لكميات النفط الموجودة :

في حين أن سلبياتها:

1-  زيادة الكلفة الناتجة عن حفر آبار جديدة .

2- حفر آبار سلبية نتيجة عدم توفر الصورة الصحيحة للمكمن .

2- التحميض :

هذه الطريقة إما أن تستخدم في بداية إنتاج البئر حيث تكون نفوذية المنطقة المجاورة للبئر ضعيفة منذ البداية فنقوم بإنزال حموض في البئر هدفها زيادة نفوذية هذه المنطقة الأمر الذي يساعد على زيادة الإنتاج كما هو واضح من علاقة ديوبي الموضحة سابقاً أو تتم هذه الطريقة بعد فترة من الإنتاج حيث تنخفض نفوذية المنطقة المجاورة للقاع نتيجة توضع بعض الترسبات البارافينية والإسفلتية أو توضع الرمال / نتيجة انخفاض الضغط في هذه المنطقة / ويتم استعمال حموض معينة تبعاً للتركيب البتروغرافي للصخر .

فمثلاً نستخدم حمض كلور الماء في حال الصخور الكربوناتية أو نستخدم حمض فلور الماء في حال الصخور الرملية , وطبعاً بتراكيز معينة .

وهناك عدة طرق للتحميض :

1- الغسل بالحمض :

حيث يتم إجراء دوران حمضي لفترة معينة والراشح الحمضي الداخل للطبقة يؤدي إلى إذابة قسم من الصخر وبالتالي زيادة النفوذية .

2- الغمر :

حيث يتم هنا ملء البئر بالمحلول الحمضي وإغلاق البئر لفترة زمنية معينة ثم نفتح البئر ونجري دوران ونعيد وضع البئر في الإنتاج .

3- حقن المحلول الحمضي في الطبقة :

وتعتمد هذه الطريقة على إدخال كميات من الحمض ضمن الطبقة تحت الضغط .

إيجابيات هذه الطريقة :

1. زيادة الإنتاج .
2. تكاليف منخفضة .

سلبيات هذه الطريقة :

1. الحمض المستخدم يؤثر بشكل سلبي على المعدات والتجهيزات         / مواسير الإنتاج والتوصيلات السطحية للبئر … / .
2. قد يؤدي في بعض الحالات إلى تشكيل ترسبات وبالتالي تخفيض النفوذية / مفعول عكسي / .
3. فعالية قليلة / تأثيرها على مستوى البئر وليس على مستوى الطبقة / .

3- التشقق الهيدروليكي :

أيضاً تعتمد هذه الطريقة على زيادة النفوذية لزيادة الإنتاج بالاعتماد على علاقة ديوبي الموضحة سابقاً حيث يتم في هذه الطريقة خلق شقوق في الطبقة وتوسيع الشقوق الموجودة سابقاً وذلك عن طريق حقن سوائل ضمن الطبقة .

حيث يتم ملء البئر بسائل التشقيق ثم يتم رفع الضغط إلى قيمة أكبر من ضغط تحمل الطبقة وبذلك يتحطم الصخر مشكلاً شقوقاً صغيرة تزيد النفوذية .

إيجابيات هذه الطريقة :

1. زيادة الإنتاج الناتج عن زيادة النفوذية , 2- تكاليف منخفضة

سلبيات هذه الطريقة :

1. فعالية قليلة حيث أن تأثيرها يكون بجوار البئر وليس على مستوى الطبقة .
2. تعرض مواسير الانتاج ومواسير التغليف لضغوط كبيرة قد تؤدي إلى تشوهها .

4- حقن الماء :

تعتبر هذه الطريقة من أقدم الطرق وهي تسمح بزيادة كمية النفط المسترجع عن طريق تحسين معامل الإزاحة ( الكسح ) وإضافة لهذا الهدف تقوم عملية حقن الماء بما يلي :

1. الحفاظ على الضغط الطبقي ( حقل السويدية في شمال شرق سوريا ، حقل سلطان في ليبيا ) .
2. التخلص من المياه الطبقية المنتجة مع النفط لأسباب بيئية .

تكون كفاءة الإزاحة بالماء أعلى كلما كانت قيمة μ أقل من الواحد حيث أن μ نسبة الحركية :

K: النفوذية

μ = اللزوجة

ولهذا يُلجأ عند حقن المياه إلى زيادة لزوجة المياه بإضافة مواد معينة إليها بحيث تصبح النسبة أقل من الواحد .

ومن المواد المستخدمة / القلويات – البوليميرات – مقللات التوتر السطحي / .

كما هو موضح بالشكل (2)

الشكل (2)

يوضح الانتاج التراكمي بالعالقة مع حجم المادة المحقونة

بوجود إضافات وبدونها

وهناك طرق عديدة للحقن ولتوزع آبار الحقن وهنا لن ندخل بالتفاصيل ولكن يمكن القول وبشكل مختصر :

• في حال الطبقات المائلة : يتم استخدام طريقة الحقن المجمع
• في حال الطبقات الأفقية : يتم استخدام طريقة الحقن المبعثر

وتلعب خواص المكمن / النفوذية – عدم التجانس - …… / دوراً مهماً في تحديد توزع الآبار وطريقة الحقن .

إيجابيات هذه الطريقة :

1. إمكانية استخدام الآبار المماهة والجافة في عمليات الحقن وبالتالي تقليل كلفة حفر آبار الحقن .
2. إمكانية التخلص من المياه الطبقية / لأسباب بيئية / .

سلبيات هذه الطريقة :

1. انتفاخ الغضار في حال وجوده في الطبقة نتيجة امتصاصه للماء وبالتالي تقليل المسامية والنفوذية .
2. زيادة احتمالية تشكل الألسنة المائية ويلعب هنا عدم التجانس في المكمن دوراً هاماً .
3. ضغوط حقن مرتفعة .

5- حقن الغازات :

يعتبر حقن الماء لدعم الضغط الطبقي غير فعال في الخزانات المنتجة التي يدخل في تركيبها كمية كبيرة من المواد الطينية ( الغضارية ) بسبب انتفاخ الغضار لدى تعرضه للماء العذب ، وكذلك بسبب ضغوط الحقن المرتفعة ولهذا وفي هذه الظروف يكون حقن الغازات فعالاً مع العلم أن فعالية إزاحة النفط بالماء أكبر منها مقارنة بالغازات .

وهناك عدة أنواع من الغازات يمكن استخدامها مثل : الغازات الهيدروكربونية ، CO₂ ، N₂ ، الهواء .

إلاّ أن استخدام الغازات الهيدروكربونية و CO₂ أكثر ملائمة من الهواء حيث أن الانحلالية المرتفعة لهذه الغازات في النفط تؤدي إلى تخفيض لزوجة النفط وتزيد من عامل الإزاحة كما أن حقن الهواء يمكن أن يشكل مزيجاً قابلاً للانفجار مع الهيدروكربونات .

إن استخدام الغاز الجاف / الحاوي على نسبة عالية من الميتان CH₄ / جيد من حيث إذابة كل مركبات النفط تقريباً فيه أي تحويل النفط الموجود إلى غاز كوندساتي اصطناعياً ولكن من جهة أخرى فهناك عدة أمور تحد من هذه الطريقة :

1. عدم تجانس الصخر
2. الخطورة الناتجة عن حقن الغاز الجاف وبالتالي الحاجة إلى معدات خاصة

* بالنسبة لغاز CO₂ :

كانت أول تجربة في عام 1964 م , تعتبر هذه الطريقة جيدة بسبب خواص غاز CO₂ حيث أن هذا الغاز قابل للذوبان في النفط مسبباً انخفاض كبيراً في اللزوجة ونعلم بأن انخفاض اللزوجة عامل أساسي لإزاحة النفط عند انحلال CO₂ فيه بالإضافة إلى أن انحلال CO₂ في النفط يؤدي إلى زيادة حجم النفط ( انتفاخ النفط ) وبالتالي زيادة درجة تشبع الفراغات المسامية بالنفط وبالتالي زيادة النفوذية النسبية للنفط .

كذلك عند انحلال CO₂ في الماء يتشكل حمض الكربون الضعيف الذي يتفاعل مع الإسمنت الرابط بين حبيبات الصخر مؤدياً إلى حل جزئي لصخور الطبقة وخاصة في الصخور الكربوناتية وبالتالي زيادة النفوذية .

وبالمقابل توجد سلبيات عدة لهذه الطريقة :

1. ترسب الأملاح ونقصان نفوذية الطبقة بسبب وجود حمض الكربون حيث أنه إذا كانت نسبة CO₂ غير كافية يحصل التفاعل التالي :

Ca⁺² + CO₃^-2 → CaCO₃

أما عندما يكون تركيز غاز CO₂ كافي يحصل التفاعل :

CaCO₃ + CO₂ + H₂O  → Ca( HCO₃)₂

والبيكربونات المتشكلة تنحل في الماء وتنتقل معه .

2 - تآكل المعدات المعدنية المستخدمة في الحقن وكذلك معدات آبار الإنتاج بسبب تشكل حمض الكربون .

3 – إن غاز CO₂ يأخذ القطفات الخفيفة من النفط أما القطفات الثقيلة فإنها تبقى في الطبقة ويصبح استخراجها أصعب بسبب نقصان حركيتها .

6- الطرق الحرارية :

تعتمد هذه الطرق على زيادة مردود الطبقة من خلال إنقاص لزوجة النفط وتشكيل أبخرة تؤدي لرفع الضغط وهناك عدة طرق :

1- حقن بخار الماء :

والذي يتم إما بشكل مستمر أو بشكل دوري وفي الحالتين يتم ضخ بخار الماء المسخن لدرجات حرارة عالية في الطبقة ليعمل على رفع درجة حرارة الطبقة والنفط الموجود وبالتالي :

تخفيض اللزوجة وزيادة حركيته وبالتالي وبالتالي زيادة الإنتاجية ولكن عند التوقف سوف تنخفض الحرارة تدريجياً لينخفض معها الإنتاج وبعد فترة نعيد تكرار العملية . كما هو موضح في الشكل (3)

الشكل(3) يوضح علاقة معدل الانتاج مع الزمن عند تطبيق معالجات حرارية وبدونها

2- الحرق في الموضع :

أي إحداث حريق ضمن الطبقة عن طريق حقن مزيج قابل للانفجار ( هواء + غاز ) في البئر وإحداث شرارة عن طريق إنزال كبل كهربائي إلى البئر ويتم ذلك بعد تسخين قاع البئر لدرجة حرارة عالية ويتم التحكم ببؤرة الاشتعال من خلال التحكم بكمية الغاز والهواء المحقونين وينتج عن هذه العملية تبخر كافة المركبات الهيدروكربونية الموجودة في الطبقة والمحيطة ببؤرة الاشتعال في حين يترسب الفحم وهو الذي يحترق .

إن الأبخرة المتشكلة سوف ترفع الضغط والحرارة وبالتالي زيادة الإنتاجية .

3- التسخين باستخدام وسائل كهربائية :

حيث يتم تسخين قاع البئر باستخدام الوشائع المذكورة لتنخفض بذلك لزوجة النفط وتزداد الإنتاجية .

7- حقن البوليميرات , أو السيليكات :

من المعلوم أن لزوجة المياه أقل من لزوجة النفط وهذا يعطي أفضلية لحركة الماء بشكل أسهل باتجاه آبار الإنتاج ولذلك نزيد لزوجة الماء من أجل تقليل حركيتها مقارنة مع النفط وبالتالي ستدفع المياه النفط أمامها ولن تتركه خلفها لأن لزوجتها ازدادت .

يتم حقن البوليميرات والتي تتهلم بمجرد تلامسها مع الماء لتزيد لزوجته وتصبح حركة النفط أسهل كذلك الأمر بالنسبة للسيليكات ولكن الفرق أن السيليكات لا تتهلم وإنما تصبح على شكل زجاج وبالتالي تشكيل حاجز لمنع تقدم المياه باتجاه آبار الإنتاج ولكن يفضل استخدام البوليميرات على استخدام السيليكات وذلك لأنه وعند ارتفاع الضغط فإن السيليكات تتكسر وتعود المياه لتقدم باتجاه آبار الإنتاج وفي حين أن البوليميرات لدنة تتحمل تغيرات الضغط .

8- الطريقة الجرثومية :

نلجأ إليها كمرحلة أخيرة وهي تعتمد على إطلاق بكتيريا معينة في الطبقة وتغذيتها بمواد خاصة حيث تستطيع البكتيريا القيام بكل ماسبق فالفضلات الناتجة عنها ذات لزوجة مرتفعة تنحل في المياه لتزيد لزوجتها ( أي أن البكتيريا تولّد بوليميرات ) , كما أن البكتيريا تولد غازات ناتجة عن عملية التخمر لتزيد من الضغط الطبقي كما وأنها تتغذى على المواد الهيدروكربونية لتحولها من مواد ثقيلة إلى مواد أخف , بالإضافة إلى الحرارة الناتجة عن التخمر التي تفيد في إنقاص لزوجة النفط , وبالنتيجة زيادة الإنتاجية .

ولكن بالرغم من ذلك فلهذه الطريقة مساوىء عدة منها :

1. خطورتها على الإنسان .
2. تأخر ظهور تأثيرها وبالتالي الزمن الضائع كبير .

9- طرق حديثة :

القذف الإلكتروني النبضي – استخدام الليزر – استخدام الميكرويف – استخدام التيار الكهربائي .

ملاحظة :

لتطبيق أي طريقة من الطرق السابقة يجب أن تكون اقتصادية ولذلك وقبل التطبيق يجب إجراء دراسة اقتصادية للعملية ( بعد أن نتأكد من إمكانية تطبيقها من الناحية الفنية ) .

شارك هذا المقال

1- تمهيد:

تجمع كل المنظمات والمجتمعات التي تدافع عن نقاوة وصفاء البيئة من اجل توفير عناصر الحياة السليمة للبشر والخالية من مسببات وتكوين بؤر تلوث واسعة إن المصافي النفطية وخاصة الأنواع القديمة منها التي يُعمد إلى بنائها وإقامتها على مقربة من الأنهار وذلك للتخلص من المخلفات فيه من أكثر المصادر البرية تلويثا للبيئات البحرية نظراً لكثرة المواد الضارة وتنوعها والتي يتم إفرازها وتصريفها منها والتي تجد طريقها في نهاية المطاف إلى هذه البيئات مما يزيد من حجم مشكلة التلوث النفطي الناتج من هذه المصافي إن عملية تكرير البترول تتسم بتعقيدها ويرجع ذلك إلى أن النفط نفسه هو خليط معقد من عدد ضخم من المركبات الكيميائية ولتنوع المنتجات المطلوبة والتباين الكبير في خواصها الفيزيائية والكيميائية.

2- مصادر المشتقات النفطية في المياه:

يستخدم البخار على نطاق واسع في مصافي النفط وذلك في أجهزة الفصل وأجهزة إحداث الضغط المنخفض وأبراج التقطير وغيرها هذا البخار يكثف بعد ذلك ويفصل عن منتجات بترولية على هيئة مياه وتظل في هذه المياه نسبة معينة من المواد الهدروكربونية والكبريتية كما تستخدم أنواع مختلفة من المياه بكميات كبيرة جدا في مصافي النفط مثل مياه التبريد التي تستعمل في المكثفات والمبادلات الحرارية بالإضافة إلى مياه العمليات وهي عبارة عن مياه الأملاح التي تفصل الزيت الخام ونظرا لطول خطوط الأنابيب وتعدد الصمامات والوصلات يحدث تسرب لبعض المواد الهدروكربونية التي تصل إلى مياه التبريد فتلوثها ويزداد تركيز هذه الملوثات باستمرار دوران هذه المياه وإعادة استخدامها ولذلك فان المياه المنصرفة سواء كانت ناتجة عن تكثيف البخار أم من مياه التبريد أم من مياه العمليات تحتوي على نسب معينة من الملوثات التي يجب أن تعالج قبل دفعها إلى البحر كما أن بعض هذه المياه يتسم بارتفاع درجة حرارته وهو الأمر الذي يتسبب في حدوث تلوث.

تشكل المركبات الهدروكربونية النسبة العظمى من الملوثات الموجودة في مياه الصرف الناتجة عن الصناعات البترولية ، ويضاف لها بعض المركبات الأخرى منها : المركبات العضوية ( كحمض السلفونيك ) – والمركبات الكبريتية – وأملاح الصوديوم …..‏

ويحدث التلوث بالمواد البترولية بسبب المخلفات الناتجة عن الصناعات البترولية أو نتيجة الحوادث المؤدية إلى تدفق كميات من النفط ، ويمكن تجزئة مراحل الصناعات البترولية إلى :‏

أ- مرحلة الإنتاج : حيث تستخدم المياه في مرحلة إنتاج النفط بشكل واسع  كما أن البترول الخام يحوي على نسبة من المياه ، وتنفصل تلك المياه بالتبخر عن درجة حرارة (50 – 90) درجة مئوية وتحوي المياه الناتجة  على (0.5-2)غ/ل من المواد الهدروكربونية.

ب- نقل النفط : ينتج عن عملية نقل النفط بواسطة الناقلات كميات كبيرة من المياه الملوثة بالمركبات الهدروكربونية ، وتكون تلك المياه متواجدة داخل النفط المنقول ، وتنفصل عنه أثناء عملية النقل ، كما يتم تنظيف ناقلات النفط بعد تفريغها ويكون ماء التنظيف محملاً بالمواد المنظفة والمحلات العضوية.‏

ج – مياه صرف ناتجة عن مصافي النفط: تتكون مياه الصرف الناتجة عن مصافي النفط من أنواع مختلفة في حمولتها من المركبات البترولية وفي نوعية تلك المركبات

الشكل(1) المخطط العام لمعالجة مياه المصافي

3- مراحل معالجة المياه الملوثة بالمشتقات النفطية:

تعمل وحدة معالجة المياه الملوثة بالمشتقات النفطية على استرجاع الزيوت النفطية التي توجد في المياه على عدة أشكال.

• زيوت حرّة غير مستحلبة.
• زيوت مستحلبة ومستقرة وسط الماء.
• مواد صلبة غير منحلة.

وإن مبادئ فصل واسترجاع هذه الزيوت تتوقف على طبيعة وجودها فالمواد الصلبة والزيوت الغير مستحلبة تفصل بالطرق الفيزيائية أما الزيوت المستحلبة فتفصل كيميائياً ً، وأخيراً يتم معالجة المستحلبات الصغيرة والمواد العضوية غير المنحلة والتي لم تعالج بالطرق السابقة بيولوجياً.

مراحل المعالجة لهذه المياه:

تمر المياه الملوثة أثناء معالجتها بثلاث مراحل تبعاً لطريقة المعالجة وهي:

1. مرحلة المعالجة الفيزيائية.
2. مرحلة المعالجة الكيميائية.
3. مرحلة المعالجة البيولوجية.

يبين الشكل (2) المخطط العام :

B2 حوض الفصل البدائي	B3 حوض السلدج السفلي
B4 حوض السلرب	B5،6 A.P.J
B7 السلرب	B9 التجانس والتلبيد
B11،13 التعويم	B15 سلدج تعويم
B19،20 حوضي الترسيب	B23 موزع السلدج والتعويم
B24 المياه الخارجة من الترسيب إلى النهر	Z 5،6 خزانات سلرب
B18البيولوجي	X خلاطات الحوض البيولوجي

الشكل (2)المخطط العام لمعالج المياه في مصفاة حمص

1-3- مرحلة المعالجة الفيزيائية:

يتم فيها فصل المواد الصلبة والزيوت الغير مستحلبة بالاعتماد على مبدأ الثقالة حيث تستخدم فواصل API ذات التصميم العائد لمعهد البترول الأمريكي والذي يعتمد تصميمها على مبدأ الفرق في الكثافة بين طوري الماء والزيوت سواءً الحرة أو الصلبة، فتطفو الزيوت الحرة على سطح الماء وتؤخذ بواسطة كاشط معين إلى حفرة خاصة بالزيوت لتعاد بعد ترقيدها إلى خطوط الإنتاج من جديد بينما تترسب المواد الصلبة في أسفل تلك الأحواض وتؤخذ عبر مآخذ خاصة على شكل حمأة أو سلدج إلى أماكن خاصة يتابع فيها معالجتها والتخلص منها.

الشكل (3)الشكل النموذجي لأحواض API

يبين الشكل (3) الحالة النموذجية المبسطة لأحواض API علماً أن هناك

بعض التعديلات التي يمكن إضافتها لهذا النموذج بقصد تحسين مردود عملية الفصل كأن تضاف بعض الحواجز والصفائح المعدنية إلى منطقة عبور المياه حيث تلتصق قطرات الزيت على هذه الصفائح وتتجمع عليها وتسمح بالتالي من ازدياد احتمالات تصادمها وتضخم حجمها الأمر الذي يساهم في تحسين مردود فصلها وتعويمها.

2-3- مرحلة المعالجة الكيميائية:

الزيوت المستحلبة لا يمكن فصلها فيزيائياً لذلك لا بد من اللجوء إلى طرق المعالجة الكيميائية والتي تسمح بإزالة حالة الاستحلاب والاستقرار الناشئة بين قطرات الزيت والوسط المائي المحيط بها المرحلة الثانية.

حيث تحضر المياه الخارجة من أحواض API بإضافة بعض المواد المخثرة مثل كبريتات الحديدي باعتبارها أقل تكلفة من المواد المخثرة الأخرى ولأنها في الحقيقة تقوم بوظيفتين هما:

1. تشكل (بعد أكسدة شاردةFe+2 إلى Fe+3 بواسطة الأكسجين المنحل) مركب ماءات الحديد ذات القوام والسطح الجيلاتيني الذي يتمتع بقدرة ادمصاصية تساعد على امتزاز قطرات الزيت المستحلبة عل سطحها وذلك بمساعدة الهواء المنحل كما سنرى لاحقاً.
2. إن إضافة كبريتات الحديدي تساعد في التخلص من غازH2S  المنحل والمركبتانات التي قد ترد مع المياه الزيتية والتي لها أضرار بالغة على عمل المعالجة البيولوجية اللاحقة حيث أن وجود شاردة _Fe+2 يشكل مع _H2S راسب أسود هو عبارة عنFES  .

بعد تشكيل المادة الادمصاصية الأولية 3(FE(OH يتم إضافة إحدى المركبات البوليميرية ذات الأوزان الجزيئية العالية والتي تحمل على سطحها شحنة كهربائية موجبة شديدو تقوم بتجميع جزيئات ماءات الحديد على سطحها مشكلة بذلك حجوماً وسطوحاً واسعة قادرة على العوم بمساعدة الهواء المنحل الذي سيحقن لاحقاً.

تستكمل مرحلة المعالجة الكيميائية بما يسمى بمرحلة التعويم Flotation وهي مرحلة هامة للغاية وحاسمة جداً في تحسين المواصفات النهائية للمياه المعالجة ويرمز لها اختصاراً بـ  Dissolved Air Flotation التعويم بالهواء المنحل.

ويعتمد مبدأ هذه الطريقة على تغيير كثافة المواد الصلبة المشكلة بإضافة المواد الكيميائية السابقة عن طريق انضمام فقاعات الهواء المحقونة بواسطة شبكة خاصة في أسفل الحوض إلى سطوح تلك المعلقات ومساهمته في اتساع سطوحها النسبية وبالتالي الإقلال من كثافتها الأمر الذي سيسمح بتعويمها.

أي أن ما يقصد بالتعويم في الحقيقة هو التيار الصاعد من المواد الادمصاصية التي ستسهم في امتزاز قطرات الزيت المستحلبة وفي نفس الوقت أيضاً التقاط المعلقات الطبيعية الصلبة التي ندعوها بعكورة المياه وتجميعها على سطح أحواض التعويم.

لتؤخذ بعدئذ بواسطة قاشط خاص وتجمع في حفرة خاصة كحمأة تدعى بحمأة التعويم، ويمكن توضيح آلية عمل هذه المرحلة من خلال الشكل رقم ” 4 ” .

ويقاس مردود هذه المرحلة بالعلاقة التالية:

R : هو مردود العلمية %.

IC : هو محتوى الزيوت في المياه الداخلة ويقاس بـ PPM.

EC: هو محتوى الزيوت في المياه الخارجة.

وعموماً يجب ألا يقل مردود هذه المرحلة عن (70-80)%.

الشكل (4) آلية عمل التعويم

1- المياه الزيتية الداخلة               2- المياه النظيفة الخارجة

3- الزيوت المفصولة                 4- الحماة المفصولة

5- الهواء المضغوط                  6- فقاعات الزيت والهواء العائمة

3-3- مرحلة المعالجة البيولوجية:

تدخل المياه الخارجة من مرحلة التعويم إلى أحواض المعالجة البيولوجية المزودة بخلاطات ميكانيكية تقوم بتأمين التهوية لهذه الأحواض وتزويدها بالأكسجين اللازم لعمليات الأكسدة حيث تعد هذه الطريقة من أكثر الطرق شيوعاً ونجاحاً في تحويل المواد العضوية سواءً كانت منحلة أو ذات حجوم دقيقة استحال فصلها بالمراحل السابقة إلى مواد غير منحلة وذلك من خلال أكسدتها بفعل الأحياء الدقيقة (البكتريا) التي تقوم بتحويلها عبر استقلاباتها الحيوية إلى ثاني أكسيد الكربون وإلى أحياء دقيقة جديدة تدعى بالمخثرات (الفلوك) البكتيرية القابلة للتوضع في أسفل أحواض الترقيد الملحقة بالمفاعلات البيولوجية والموضحة في المرحلة الثالثة في المخطط شكل رقم ” 5″.

إن العديد من الأحياء الدقيقة يمكن أن تتغذى على المواد العضوية المنحلة أو المعلقة وتفكيكها شريطة المحافظة على شروط حياتها المناسبة وبصورة خاصة احتياجاته من الأكسجين.

ويقاس محتوى المياه من المواد العضوية القابلة للتفكك بالبكتريا بما ندعوه الاحتياج الأكسجيني العضوي: (BOD) Biochemical Oxygen Demand.

وتمثل هذه المواصفة كمية الأكسجين التي تستهلكها البكتريا لتمثيل هذه المواد العضوية ويمكن تسميتها بالحمل العضوي للحوض البيولوجي فعندما يكون هذا الحمل منخفضاً نسبياً وفي حال توفرت مساحات كافية من الأرض تصمم في هذه الحالة الأحواض البيولوجية على نظام اللاغونات أو الحفر المفتوحة حيث تؤمن البكتريا فيها حاجتها من الأكسجين مباشرةً من الجو الطبيعي.

أما إذا كان الحمل العضوي مرتفعاً فلابد في هذه الحالة من إمداد تلك الأحواض بالأكسجين بالوسائل الميكانيكية التي تقوم بشكل دوري بتأمين التهوية المطلوبة لكامل الحوض.

الشكل (5) دورة عمل الحماة المنشطة

1- المياه الداخلة    2- خلاط التهوية       3- حوض التهوية

4-حوض الترسيب    5- قاشط             6- الحماة المفصولة

7- الحماة الزائدة   8- المياه الخارجة      9- الحماة المدورة

10- مضخة حلزونية

4-  الفصل  بالأغشية (Membrane Separation):

إن استعمال الأغشية نصف النفوذة يعد نقلة حديثة نسبياً في تكنولوجيا تجديد وتنقية المياه، وفي حين أن مهندسي التصميم يجدون في استكمال وتطوير هذه التقنيات الجديدة معتمدين في نفس الوقت على الطبيعة التي تشتمل على أمثلة عديدة لفصل المحاليل المائية بواسطة الأغشية نصف النفوذة، ويحاولون تصنيع أجهزة فصل مماثلة لما يحدث في العديد من الأنظمة الطبيعية فالأغشية الطبيعية تستعمل بواسطة جذور الأشجار وأوعيتها الخشبية وبواسطة الأمعاء الدقيقة والكلى عند الحيوانات وذلك في عمليات نقل الأغذية إلى خلاياها وفي طرح الفضلات.

فعندما تستعمل الأغشية في تنقية المياه فإن المياه تعبر عبر هذه الأغشية نتيجة لقوة الاستخراج أو نتيجة لاشتراك قوى استخراج عديدة تجعل المياه تترك ورائها جزءاً من شوائبها الأصلية كمحاليل مركزة وإن نوع الأغشية وطريقة تطبيق قوى الاستخراج ومواصفات المياه المراد تنقيتها، جميع هذه العوامل تحدد نوع الشوائب التي يمكن فصلها ومردود التنقية أيضاً.

ففي الماضي كانت مشاكل انسداد وتخرب هذه الأغشية ومشكلة طرح مخلفات التنقية تجعل استخدام هذه الأغشية محدود بتكلفة عالية نسبياً ومقتصراً على بعض المواقع التي تتوفر فيها إمكانية الاستفادة تجارياً من المخلفات.

أما التطورات الحديثة فلقد جعلت من هذه الأغشية تكنولوجياً قابلة للتطبيقات بصورة واسعة ومكنت من إنتاج مياه فائقة النقاوة وفي فصل ملوحة المياه الضاربة للملوحة وكذلك في معالجة أنواع المياه الملوثة وللفصل بالأغشية تطبيقات عديدة من أهمها:

1-4- الترشيح الميكروني( Microfilration):

فهي أبسط عملية فصل تقوم بها الأغشية بوصفها تلعب دور الجدار والحاجز المائي حيث ترغم المياه على المرور عبره يفوق الضغط وذلك من خلال مساماته التي يمكن أن تتراوح بين(0.1-0.2)ميلي ميكرون .

وعندما تستخدم الأغشية كجهاز تحليلي لتحديد محتوى المواد الصلبة المعلقة TTS في عينة المياه يراعى أن تكون مساماته حوالي 0.45 ميلي ميكرون .

وتصنع الأغشية الصناعية من مواد مختلفة مثل البولي أميد أسيتات السيليلوز. إن عدد المسامات في واحدة السطح وشكلها يمكن أن تتنوع جداً وتؤثر على معدلات ومواصفات المياه الناتجة كما أن كيميائية الأغشية وبنيتها أيضاً من العوامل الهامة.

وخلال عملية الترشيح تلتقط المواد المعلقة على سطح الغشاء وإذا كانت هذه المعلقات من النوع الطيني أو يسهل ضغطها على سطح الغشاء تؤدي في هذه الحالة إلى انسداد مساماته بصورة أسرع بكثير من أية مواد ترشيح أخرى وتؤدي إلى انخفاض معدلات الترشيح إلى حدود كبيرة قد تؤدي إلى إيقاف عمل الغشاء واستبداله، ونادراً ما يمكن غسيل هذه الأغشية عكسياً.

إن الأغشية التي تستعمل بغرض الترشيح تكون قدرتها قليلة على فصل المواد الغروية والمنحلة ، وإن مردود فصل المواد الصلبة المعلقة إنما يعتمد بالدرجة الأولى على حجم وشكل المسامات وعلى نزوع العجينة التي تنشأ مع استمرار عملية الترشيح.

إن الترشيح الميكروني بالأغشية يختلف عن الترشيح بطريقة المناخل، فالأغشية يمكن أن تنتفخ وتتورم وتتغير وبالتالي مواصفاتها، كما يمكن أن تحدث بعض التفاعلات الكهروكيميائية بين هذه الأغشية وبعض المواد الغروية والمنحلة الخاصة ولذلك فإن المرشحات الميكرونية هذه يكون لها نوعين من معدلات الترشيح : اسمي ومطلق.

حيث يأخذ المعدل الاسمي بالاعتبار ترشيح المواد الصلبة المعلقة حتى الأصغر من المسامات وذلك نتيجة تأثير المواد المتجمعة على سطحه ولعبها دور المرشح الإضافي.

أما المعدل المطلق فيعني فصل المعلقات الأكبر من حجم المسامات بنسبة 100%. كما أن المعدل النسبي يحدد عادةً تجريبياً بالنسبة لكل عملية.

كما ويمتاز الترشيح الميكروني عن طرق الفصل الأخرى بالأغشية بأن نسبة المياه الناتجة هي 100%، هذا ولجعل هذه الطريقة من الترشيح بالأغشية طريقة عملية لابد من فصل غالبية المواد المعلقة باستخدام مرشحات خاصة Septum filters قبل أن تدخل المياه إلى الأغشية التي يجب أن تعد المرحلة الأخيرة في إنتاج المياه عالية النقاوة.

2-4- الترشيح الفائق( Ultra Filtration):

كلما صغر حجم المسامات في الأغشية وأصبحت أصغر بكثير من 0.1 ميلي ميكرون تطلب ذلك زيادة فرق الضغط اللازمة فيها للحصول على معدلات تدفق مقبولة أي كلما كان المطلوب استخدام أغشية بمسامات صغيرة وضغط عالي دعونا هذه الطريقة من الترشيح بالترشيح الفائق (UF) حيث يكون عادةً فرق الضغط المطلوب أعلى من 1.4 كغ/سم2  وإن الغرض من استعمال المسامات الأصغر هو فصل المواد الغروية والمواد العضوية المنحلة ذات الأوزان الجزئية العالية، ومن محاذير هذه الأغشية ذات المسامية الصغيرة أنها أكثر عرضة للانسداد من الأغشية الميكرونية.

كما أن بعض أنواعها يمكن أن يغسل عكسياً ويمكن أن تتخرب بالحرارة والضغط الزائدين ويلعب نوع وشكل غشاء (UF) دور أساسي على النتائج.

وللحصول على معدلات تدفق مناسبة يجب أن يتألف الغشاء من جلد أو طبقة جلدية رقيقة جداً تعلوها طبقة ذات سماكة أكبر وذات مسامية اكبر وندعو مثل هذا الغشاء بالغشاء المتباين حيث تكون سماكة الطبقة الجلدية أقل من  0.1 ميلي ميكرون بينما تبلغ سماكة الطبقة الثانية (25-50) ميلي ميكرون وعادةً يكون الجلد والطبقة التي تعلوه من نفس المواد ولكن يعالج سطح الجلد عند تلامسه مع الطبقة ببعض المعالجات الحرارية والميكانيكية والكيميائية لتعديل بعض مواصفاته.

بالإضافة إلى مشكلة احتمال انسداد هذا الغشاء فإن مشكلة الاستقطاب التي تنشأ بسبب التركيز هي أيضاً من المشاكل التي ستؤثر على معدلات التدفق  وهذه الظاهرة أو المشكلة تحدث عادةً عند طبقة الماء الملامسة لسطح الغشاء وتحدث نتيجة للزيادة الموضعية في تركيز المواد أو الشوائب المفصولة مما يؤدي إلى زيادة كثافة المحلول وكذلك لزوجته عند سطح الغشاء مما يؤدي إلى انخفاض معدل التدفق.

ولقد جرت محاولات عديدة لتطوير بعض التصاميم وجعلها تخفض من تأثير هذه المشكلة.

أنواع التصاميم التجارية لوحدات (RO) و (UF) :

توجد أربعة أنواع من التصاميم الأساسية لوحدات الترشيح الفائق (UF) والتناضح العكسي (RO) وهي :

• 1. الأنبوبي (Large tube construction).
  2. التصميم ذو الصفيحة المستوية (Flate plate construction).

عادةً يستخدم هذا النظام في تطبيق عملية فصل المواد الصلبة بالفلتر المكبسي أو بالضغط.

• 1. التصميم ذو اللفائف اللولبية.
  2. التصميم ذو الأغشية المجوفة المصنوعة من الفيبر.

التناضح العكسي : Reverse Osmosis :

إن عملية النضح Osmosis هي العملية التي يمر فيها المذيب عبر الغشاء الفاصل بين محلولين ضعيف وقوي بحيث يكون اتجاه تدفق المذيب بالاتجاه الذي يخفف من تركيز المحلول الأقوى ويمكن ملاحظة ذلك من خلال ملاحظة زيادة الحجم في حجرة المحلول الأقوى وإذا زودت هذه الحجرة بأنابيب عمودية فإننا نلاحظ أن التدفق إلى الحجرة الأقوى يستمر حتى يصبح مستوى السائل في هذه الحجرة أعلى من مستواه في حجرة السائل الأضعف بمقدار يساوي الضغط الحلولي للسائل.

أما في التناضح أو الحلول العكسي (RO) فإنه تنشأ قوة استخراج نتيجة لفرق الضغط على جانبي الغشاء تؤدي هذه القوة إلى تدفق جزيئات الماء بعكس الاتجاه العادي أي من جهة المحلول الأقوى إلى الأضعف.

لذلك فإن الضغط الواجب تطبيقه في هذه الحالة يجب أن يكون في حده الأدنى أعلى من الضغط الحلولي للسائل ويعتمد أيضاً على فرق التركيز على جانبي الغشاء ويقدر هذا الضغط اللازم حوالي 21 كغ/سم2  أي  يضاف إليها حوالي 10 ليبرا/إنش2  كلما زاد تركيز الأملاح في المياه المراد معالجتها 1000 ملغ/ليتر .

ومن هنا يتضح أن غالبية التكلفة في تشغيل مثل هذه الوحدات تنصب على تأمين الضغط اللازم كطاقة ضخ والعامل الثاني المكلف هو لطرح المخلفات والذي تبلغ نسبته حوالي %25 من الكمية الداخلة.

ولجعل مثل هذه الوحدات أقل تكلفة فإنه يفضل استعمال وحدات (RO) من مرحلتين على التسلسل بحيث تمرر المخلفات الناتجة من المرحلة الأولى إلى مجموعة الفصل الثانية كما في الرسم الصندوقي الموضح في الشكل (7) التالي:

الشكل (7) استعمال وحدات RO على مرحلتين

ومن المهم جداً في تشغيل وحدات (RO) المحافظة على الضغط التصميمي لها أي على معدل انخفاض الضغط عبر الأغشية، وذلك لأن انخفاضه عن هذا الحد يؤدي إلى انخفاض الإنتاج من جهة وإلى سوء مواصفات المياه الناتجة من جهة ثانية وكذلك إذا تم رفع قيمة الضغط المعاكس أي في جهة المنتج كأن يتم الإغلاق المتعمد على خط “المنتج”، فإن ذلك أيضاً يسيء إلى مواصفات المنتج ولذلك فإن المحافظة على الضغط عبر الأغشية يعد عامل حرج للحصول على الأداء الأمثل لهذه الأغشية.

وإن فروق الضغط عبر الأغشية إنما يتأثر بصورة أساسية بطبيعة الأغشية المستعملة حيث أن انتقال الماء عبر الأغشية ليس فقط عملية نفوذ عبر مسامات معينة بل عملية انتشار للجزيئات عبر الفراغات الموجودة في البنية الفراغية للجزيئات المشكلة للأغشية .

وإن هذه الفراغات في البوليميرات الزجاجية ” الغير بلورية ” تكون بوضع متحرك أو غير ثابت بينما تكون في المواد البلورية عبارة عن فراغات ضمن البنية المتشابكة وتكون ثابتة بصورة أساسية سواء بالعدد أو بالمكان أو الحجم.

هذا وتصنع الأغشية من بوليميرات زجاجية إلا أنها تحتوي في الغالب على بعض المناطق البلورية أو الأقل زجاجية وأكثر المواد المستعملة لصناعة الأغشية هي بوليميرات السيللوز أسيتات أو التري أسيتات أو البولي أميد .

إن تقادم الأغشية يمكن أن يؤدي إلى تراص سطح الغشاء وإلى تضييق التدفق ومثل هذه الظواهر قلما تشاهد تحت الضغط 200 ليبرا/إنش2  إلا أن حدودها قد تبلغ حتى %10 كخسارة في الإنتاج حتى ضغط 400 ليبرا/إنش2 وأكثر من %40 إذا استمر عمل هذه الأغشية لمدة عام بعد ملاحظة ظهور هذه المشاكل .

ولذلك يجب مراعاة مثل هذه الأمور أثناء تصميم مجموعات الأغشية ويمكن أيضاً أن ندعو عملية (RO) بالترشيح الفائق من ناحية علاقتها بعملية الترشيح بالضغط العالي إلا أنه يجب ألا نخلط بينها وبين عملية (UF) التي تتطلب تطبيق ضغوط أقل وأغشية مختلفة وذلك لأن عملية (UF) لا تستطيع فصل الجزيئات المنحلة ذات الأوزان الجزيئية الصغيرة والمتوسطة بينما عملية (RO) تستطيع فصل حتى المواد المتشردة ذات الأوزان الجزيئية الصغيرة .

إن عملية فصل الأملاح التي تقوم بها الأغشية إنما تعد صفة مرتبطة أو معبرة عن أن هذه الأغشية هي نصف نفوذة أي إن أحد الأغشية يمنع عبور شاردة معينة أكثر مما يمنعها غشاء آخر وإن قدرة غشاء ما على فصل شاردة معينة يمكن أن تتأثر بوجود شوارد أخرى في المياه المعالجة.

على العموم يمكن أن نقول أن الغشاء الأكثر قدرة على إمرار الماء من خلاله يكون أقل قدرة على احتجاز الأملاح وبالتالي يكون منتجه ملوثاً والعكس صحيح وذلك عند نفس معدلات انخفاض الضغط على الأغشية وإن هذه الصفات للأغشية تتغير بتغيير نوع البوليمير المصنوع منه وطرق صناعته ومعالجته .

شارك هذا المقال

كيف تستخدم الحرارة لزيادة إنتاج النفط؟

هناك أربعة أنواع رئيسة من الاستخلاص المعزز للنفط المبني على الحرارة التي تجعل النفط الثخين واللزج أكثر حركة وبالتالي يسهل استخراجه.

1. الاحتراق الموضعي:

تشتمل هذه الطريقة على إشعال النار في بعض النفط الموجود في المكمن مما ينتج عنه بخار ساخن وغاز. ومن نافلة القول أن يكون هذا الأسلوب هو أكثر الأساليب الحرارية الأربعة حاجة للحذق لتنفيذه كما ينبغي. وعموماً يستخدم هذا الأسلوب فقط في مكمن ذي نفاذية أكبر (بحيث يتسنى للنفط أن ينساب بسهولة عبر شقوق صخرة المكمن) وحتى عند ذلك ينبغي اللجوء إليه كآخر حل). ولتنفيذ هذه الطريقة يتم إنزال مشعل في البئر ويحقن الأوكسجين للمساعدة في إشعال النفط. ومع أن بعض النفط يفقد أثناء عملية الحرق إلا أن الفائدة تتمثل في أن كمية كبيرة من النفط المتبقي يمكن استخلاصها ذلك أن الحرارة تكون قد خففت اللزوجة. ومن جانب آخر يساعد البخار المنتج على دفع النفط عبر المكمن وصولاً إلى الآبار فيما تعمل الغازات التي أفرزها الاحتراق بطريقة مماثلة كأسلوب قياسي لإنتاج النفط بواسطة الدفع باستخدام الغاز (الطاقة المنتجة من تمدد الغاز تدفع النفط من المكمن إلى بئر الإنتاج في الخارج).

2. البخار الحلقي:

يعرف هذا الأسلوب الحراري من أساليب الاستخلاص المعزز للنفط أيضاً باسم آخر أكثر قرباً للنفس وهو “النفخ”. وما يميز هذا الأسلوب عن الأساليب الأخرى هو عدم وجود بئرين منفصلتين إحداهما للحقن والأخرى للإنتاج. وبدلاً من ذلك يتم حقن البخار وإنتاج سوائل البئر من نفس البئر. فأولاً يتم حقن البخار في المكمن لتسخين الجزء المتاخم لعمود البئر. وهذا من شأنه أن يجعل النفط ينساب بسهولة أكثر إلا أن البخار يحتاج لوقت لكي يقوم بعمله. لذلك ما أن تكتمل عملية الحقن حتى يتم إغلاق البئر بصفة مؤقتة (وهو ما يعرف في صناعة النفط بعملية الإغلاق). وعندما يلامس البخار الساخن صخرة المكمن الباردة نوعاً يتكثف ويصبح ماء ساخناً مما ينتج المزيد من الحرارة التي تقوم بدروها هي أيضاً في تحسين تدفق النفط أكثر. وبعد بضعة أيام تفتح البئر مرة أخرى ويتم ضخ خليط النفط والماء الموجود حول البئر إلى السطح إلى أن ينزل مستوى النفط في هذا الخليط إلى مستوى متدنِ للغاية. وفي هذه النقطة يمكن إعادة العملية برمتها مرة أخرى. وبمجرد أن يتم الربط بين الآبار بخط تدفق يصبح من الممكن تحويل مشروع الحقن بالبخار الحلقي إلى مشروع كامل للغمر بالبخار.

3. الغمر بالبخار ( أو دفع النفط بواسطة البخار):

ويشتمل هذا الأسلوب على حقن البخار باستمرار داخل المكمن ويؤدي دوره كما ينبغي عندما يكون المكمن ذو نفاذية جيدة وكانت صخرة المكمن غير متشققة. فإذا كانت صخرة المكمن متشققة فسوف يتجه البخار مباشرة عبر هذه الشقوق إلى آبار الإنتاج بدلاً من شق طريقه عبر صخرة المكمن. وفور حقنه يكوِّن البخار تراكماً في المكمن ومع انزياح هذا البخار المتراكم بعيداً عن البئر الحاقنة يبدأ البخار في التكثف ليصبح ماءَ ساخناً. إن عملية التكثف تطلق حرارة كامنة مما يساعد النفط على التدفق بسهولة أكثر. وبالتالي يندفع النفط المتراكم أمام الماء الساخن في اتجاه الآبار المنتجة. وهناك فائدة مضافة تتمثل في أن الهيدروكربونات الخفيفة تتبخر بفعل الحرارة ومع تحركها قبل البخار المتراكم وتختلط مع النفط الذي يكون أثقل نسبياً ليجعله يتدفق بسهولة أكثر-هذا ويستفيد أسلوب الغمر بالبخار من طريقة الاستخلاص المعزز للنفط باستخدام الغاز الخلوط.

4. أسلوب تصريف النفط والغاز بفعل الجاذبية باستخدام الحرارة:

هذا أسلوب معقد كما يبدو من اسمه ولم يتم تجريبه بعد بشكل كامل في أي مكان في العالم.

ويعتبر أسلوب تصريف النفط والغاز بفعل الجاذبية باستخدام الحرارة مثالياً في المكامن التي تسودها شقوق كثيرة ذلك أن البخار يتم حقنه مباشرة في هذه الشقوق لكي يقوم بتسخين صخور المكمن ويخفض بالتالي من لزوجة النفط الذي تحتويه بين ثناياها. وخلافاً لما هو الحال بالنسبة لعملية الغمر بالبخار لا تظهر هنا الحاجة للبخار ليقوم بدفع النفط إلى آبار الإنتاج وإنما المطلوب منه فقط هو جعل النفط يتدفق بسهولة أكثر. وهذا الإجراء يسمح للجاذبية بإعطاء النتيجة المطلوبة مما يجعل النفط ينزل في الشقوق ومن هناك إلى آبار إنتاج أفقية تكون موجودة في أسفل المكمن تقريباً. ويتمثل أحد التحديات الكبيرة التي تواجه الشركة في حاجة الشركة لمعرفة الكيفية التي يرتبط بها كل شق مع الشق الآخر. ومن المعروف أن هذه العملية تنتج كميات هائلة من المياه الملوثة التي ينبغي التخلص منها بطريقة لا تلحق ضرراً بالبيئة.

شارك هذا المقال

في السابق كانت عملية جلب الماء إلى السطح تتم بواسطة طرق شائعة قديمة مثل الدلاء. أما في الوقت الحاضر فقد اخترع الإنسان مضخات المياه التي مكنته من رفع كميات كبيرة من الماء من داخل البئر إلى السطح في فترة زمنية قصيرة ومن طبقات عميقة بطريقه سهلة وميسرة وهذا ما سبب زيادة استهلاك المياه الجوفية. يتكون بئر الماء من جزأين رئيسيين كما هو موضح بالشكل التالي:

يتم تبطين الجزء الأول بطريقة لا تسمح بمرور المياه إلى داخل فجوة البئر وفي الوقت الحاضر أصبح البئر يبطن بأنابيب مصمتة تعرف بأنابيب التغليف Casing حيث توضع أنابيب التغليف مقابلة للطبقات الجيولوجية غير المنتجة أو التي لا يرغب المستهلك في استغلالها لسبب أو لأخر. أما الجزء الآخر من البئر فيحتوي على فتحات تسمح بمرور الماء وتجمعه داخل فجوة البئر والذي أصبح في الوقت الحاضر يبطن بأنابيب معدنية ذات فتحات مقننة ومدروسة جيداً تعرف بالمصافي Screens. ويتم اختيار نوعها وحجم فتحاتها عند تصميم البئر. وتوضع المصافي مقابلة للطبقات الجيولوجية المنتجة للماء والتي يرغب المستهلك في الاستفادة منها.

حفر آبار المياه الجوفية:

نتيجة للتعامل مع صخور ذات صلابة متفاوتة فقد تم تطوير العديد من طرق حفر آبار المياه الجوفية لتتناسب مع نوع الطبقات التي يتم حفرها وصلابتها وعمق البئر.

فمثلاً نجد أن الطرق المستخدمة في حفر الصخور الصلبه جداً مثل الجرانيت والدلومايت كثيف البنية تختلف عن الطرق المستخدمة في حفر الصخور الهشة المفككة من رواسب مجاري الأنهار الرملية والحصوية. لذالك فقد أصبح اختيار طريقة حفر الآبار يرتبط ارتباطاً وثيقا بمنطقة إنشاء البئر وطبيعة صخورها وأصبحت بعض طرق حفر الآبار أكثر شيوعاً ونجاحاً في بعض المناطق عنها في مناطق أخرى. وعلى الرغم من ذلك فمن الضروري أحيانا تحوير عملية الحفر لتتناسب مع عمق البئر وقطره وطبيعة الخزان الجوفي وأخيراً مع الغرض الرئيسي من إنشاء البئر.

وتتم خلال هذه المرحلة ( مرحلة الحفر ) من مراحل إنشاء البئر عملية الحفر الفعلية التنفيذية له وتتكون هذه المرحلة بدورها من خمس عمليات مختلفة هي:

1. مرحلة الحفر Drilling Stage .

2. مرحلة وضع أنابيب التغليف Casing Installation Stage .

3. مرحلة تركيب المصافي مع وضع حشوة الحصى إذا تطلب إنشاء البئر ذلك Screen Placement Stage.

4. مرحلة تثبيت أنابيب التغليف بواسطة الإسمنت وعزل الأجزاء غير المرغوب في أستغلالها Cementing or Grouting Stage .

5. مرحلة تنمية البئر وتجهيزة للاستخدام النهائي Development Stage .

طرق حفر الآبار:

تمثل طرق حفر الآبار العمليات الفعلية التي يتم خلالها ثقب صخور الخان الجوفي وما يعلوه من صخور طباقية بطرق ميكانيكية مختلفة لذالك فأن هناك طرق مختلفة لحفر الآبار نذكر منها:

1. طريقة الحفر بالآلة السلكية (الدقاق).

2. طريقة الحفر بالدوران الرحوي.

3. طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي.

4. الآبار المدفوعة ( المدقوقة ).

5. الآبار المحفورة يدويا.

1. imageطريقة الحفر بالآلة السلكية (الدقاق):

عرفت طريقة الحفر بالآلة السلكية أو الدقاق من قبل الصينيين الذين استخدموها منذ حوالي أربعة آلاف سنه مضت واستطاعوا بواسطتها الحفر إلى أعماق كبيرة وصلت حوالي 3000 قدم. وتعتمد هذه الطريقة على إسقاط جسم صلب حاد وارتطامه بالصخور مما يسبب تهشمها وتكسيرها.

ويؤدي تكرار عملية الارتطام مرات عديدة إلى اختراق الجسم الصخري الصلب و إحداث ثقب أسطواني داخله. لذا فإن الحفر بهذه الطريقة يتطلب استخدام مطرقة ثقيلة يتم رفعها وإسقاطها على الصخور. وتنتهي مطرقة الحفر بطرف حاد يعرف برأس الحفار Drilling Bitوهو الذي يؤدي إلى ثقب الصخور في المكان الذي تسقط عليه المطرقة. ويتكون عمود الحفر الكامل لهذه الطريقة من خمسة أجزاء رئيسيه وهي:

1. imageرأس الحفر Drilling Bit:

وهو الجزء الذي ينتهي به عمود الحفر من الطرف السفلي ويقوم بثقب الصخور وتهشيمها عند سقوطه عليها. ينتهي رأس الحفار بنهاية حادة تساعد على ثقب الصخور و اختراقها.

1. عمود الحفارة Drilling Stem:

وهو عبارة عن ثقل يضاف إلى رأس الحفارة للمساعدة على تهشيم الصخور. كذلك يساعد عمود الحفار على ضمان استقامة البئر المراد إنشاؤه. فمن المعروف أ، أي ميل مهما كان بسيطا في عملية حفر الصخور واختراقها قد يؤدي إلى نشوء مشاكل كثيرة عند أنزال أنابيب التغليف والمصافي.

1. رجاجات الحفارة Drilling Jars:

يتكون هذا الجزء من الرجاجات القابلة للانزلاق والمصنوعة من الحديد الصلب. وتنحصر مهمة هذه الرجاجات ف تخلص عمود الحفارة ورأس الحفارة من فتات الصخور المهشمة المتراكم فوقها وذلك باندفاع الرجاجات إلى الأعلى معطية قوة سحب كبيرة تعمل على تخليص الأجزاء المحتجزة من بين فتات الصخور. وتعتبر هذه العملية هي الوظيفة الرئيسية والوحيدة لهذا الجزء من الحفارة وليس لها أي غرض آخر بجانب ذلك.

1. خيط الحفارة (حبل الحفارة Drill Line ) :

هو عبارة عن حبل ذو سمك يتراوح بين 0.625 و1 بوصة ( 25 – 16 ملليمتر ).

يعمل هذه الحبل على حمل كامل أجزاء الحفارة ويعطيها حركه دائرية كلما هوت على الصخور لتكسيرها. يمتد حبل الحفارة إلى أعلى برج الحفر حيث يلتف حول بكرة علوية تعرف بالبكرة التاجية Crown Socket ثم يمتد بعد ذلك إلى الأسفل مارا بعدد من البكرات الوسطية إلى أن ينتهي عند عربة الحفر حيث يلتف حول بكرة التخزين.

1. تجويف الحبل Swivel Socket:

يعمل تجويف الحبل على ربط أجزاء الحفارة ببعضها البعض ويعطيها بالإضافة إلى ذلك وزنا أضافيا يساعد رأس الحفاره على تهشيم الصخور عند سقوطه عليها كما أنه يعطي القوه اللازمة للرجاجات لتخليص أجزاء الحفارة المحتجزة من بين فتات الصخور.

وتتلخص عملية الحفر باستخدام طريقة الدقاق في رفع راس الحفارة مع ما يعلوه من أثقال ( عدة الحفر ) وإسقاطها على الصخور لغرض تهشيمها. تتكرر هذة العملية مرات عديدة وبسرعة كبيرة مع أحداث حركة دورانيه لعدة الحفر في كل مرة ترتفع بها إلى الأعلى. وبالطبع فإنه عند تهشم الصخور يبقى حطامها داخل ثقب البئر وبذلك يقل معدل اختراق رأس الحفارة للصخور ويصبح من اللازم إزالة هذا الحطام وفي هذه الحالة سوف نحتاج إلى نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخله. يستخدم في عملية نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخلة دلو كبير الحجم Bailer. ولإتمام عملية النزح هذه يجب أن يكون الفتات الصخري على هيئة خلطة طينية يسهل نزحها. لذلك فإنه في حالة كون الصخور جافه وخاليه من المياه يجب إضافة الماء إلى فجوة البئر لتكوين الخلطة الطينية. يتصل الدلو بحبل يعرف بخط الرمل Sand Line وذلك لإنزاله داخل البئر ورفعه عند امتلائه بكسارة الصخور. ويعتمد سمك خط الرمل على وزن الفتات الصخري المتوقع رفعه من داخل البئر ويمتد إلى بكرة توجد في قمة برج الحفر تعرف ببكرة الرمل.

تستخدم هذه البكره في إنزال ورفع دلو نزح البئر وكذلك في إنزال أنابيب التغليف والمصافي التي يتم تركيبها في أغلب الأحوال عند انتهاء عملية الحفر.

ولقد أثبتت طريقة الحفر بالدقاق على مدى آلاف السنين كفاءتها في العديد من المناطق وتحت ظروف جيولوجية مختلفة. ففي بعض المناطق وتحت ظروف جيولوجية يمكن اعتبار هذه الطريقة أفضل الطرق أو بالأحرى الطريقة الوحيدة التي يمكن استخدامها في حفر الآبار, خصوصا في المناطق التي تحتوي على مسامية ثانوية عالية على شكل تشققات في الصخور أو كهوف ( أي في المناطق الكاريستية ) حيث من الممكن فقدان دورة الطين عند استخدام طريقة الدوران الرحويه.

* مميزات الحفر باستخدام طريقة الحفر بالدقاق :

* التكلفة المناسبة لقيمة برج الحفر ومعداته وبساطة استخدامها.

* يمكن الاعتماد على العينات التي يتم جمعها بواسطة هذه الطريقة وتحديد أعماقها بدقة جيدة.

* يمكن تشغيل الحفارة بواسطة فرد واحد فقط على الرغم من ضرورة وجود شخص آخر ليساعده على تشغيل وإدارة الحفارة.

* بما أن حجم الحفارة غير ضخم (متوسط) فإنه يمكن نقلها إلى بعض المناطق الوعرة التي لا تصلها المعدات المستخدمة في طرق الحفر الأخرى.

* يمكن نزح البئر في أي وقت يريده الحفار وبذلك يمكنه تحديد العطاء النوعي للبئر عند ذلك العمق.

* الطاقة اللازمة لتشغيل الحفارة منخفضة جدا مقارنة بالطرق الأخرى.

o عيوب الحفر استخدام طريقة الحفر بالدقاق:

* انخفاض معدل اختراق الحفارة للطبقات الصخرية مما يتطلب وقتا زمنيا أطول للحفر.

* ارتفاع تكاليف أنابيب التغليف حيث يتطلب الحفر بهذه الطريقة استخدام أنابيب ذات أقطار كبيرة وجدار سميك.

1. طريقة الحفر بالدوران الرحوي:

عندما أصبح لزاما البحث عن مصادر جديدة للماء قد تقع على أعماق كبيرة من سطح الأرض تم تطوير طريقة الدوران الرحوي المباشر لزيادة معدل اختراق الحفارة للطبقات الجيولوجية ولزيادة أعماق الآبار لتصل إلى خزانات جوفية واقعه على أعماق كبيرة لم يستطع الإنسان الوصول إليها قبل تطوير هذه الطريقة. تتلخص طريقة الدوران الرحوي المباشر في أن رأس الحفارة عبارة عن بريمة تدور دورانا رحويا يؤدي إلى سحق المادة الصخرية التي يخترقها. وتتم إزالة نواتج سحق الصخور باستخدام دوره مستمرة من سائل طيني خاص يستخدم لهذه الطريقة يعرف بسائل الحفر . يضخ سائل الحفر عبر أنبوب الحفر إلى داخل البئر حيث يخرج من خلال فتحات في رأس الحفارة ليأخذ طريقة عبر الفجوة الموجودة بين أنبوب الحفر وجدار البئر حتى يصل إلى السطح. يوجه هذا السائل على السطح إلى حفرة خاصة تعرف بحفرة الترسيب Settling Pit ويترك في هذه الحفرة حتى يتم ترسيب ما يحمله من فتات الصخور الناتجة عن عملية الحفر ثم يتم نقلة إلى حفرة أخرى ليكون جاهزا للضخ مرة ثانية إلى داخل البئر. يتكون عمود الحفر في هذه من أربعة أجزاء رئيسية وهي:

1. رأس الحفر Drilling Bit:

وهو الجزء من الحفارة الذي يستخدم في سحق الصخور واختراقها بطريقة الدوران الرحوية. تتميز هذه الطريقة بوجود نوعين رئيسين من رؤوس الحفارات وهي :

* رأس الحفار الخطافي Drag Bit:

وهو مصنوع من مادة معدنية صلبه يمكنها سحق الرواسب الرملية والطينية الهشة.

* رأس الحفار الصخري Rock Bit:

وهو مصنوع من مادة الفولاذ المقواة بمادة التنجستين التي يمكنها من سحق واختراق الصخور الصلبه والرواسب الحصوية.

1. طوق الحفارة Drilling Bit:

وهو الجزء السفلي من أنبوب الحفر الذي يتصل به رأس الحفارة. ويتكون طوق الحفرة من أنبوب أو أكثر ذات جدران سميكة لتعطي وزنا إضافيا لرأس الحفارة وتعمل على ضمان استقامة الحفر, كما يزود طوق الحفارة بمثبتات Stabilizers خاصة لزيادة فعالية الحفارة في الحفر الرأسي المستقيم دون التعرض لمشاكل ميل الحفر.

1. أنبوب الحفر Drill Pipe:

عبارة عن مجموعة من الأنابيب التي غالبا ما يكون طول الواحد منها 20 قدما ( 6.1 متر ) وقد توجد بأطوال أخرى مختلفة , وقطرها بين 6 – 2.375 بوصات ( 120 – 60 ملم ) . الغرض الأساسي من استخدام هذه الأنابيب هو أمرار سائل الحفر من السطح حتى يصل إلى رأس الحفارة.

1. الكيلي(القلم) The Kelly:

يوجد الكيلي في أعلى عمود الحفر وهو عبارة عن أنبوب جدرانه ذات سمك كبير وشكل مختلف عن الأنابيب العادية، قد يكون الكيلي دائري أو سداسي أو مربع الشكل. يتصل الكيلي عند إحدى نهايتيه مع أنبوب الحفر وعند نهايته الأخرى مع الصحن الرحوي الدوار Drill Table حيث يمر خلال الصحن فيتقل الحركة الدورانية الهيدروليكية من الصحن الدوار إلى رأس الحفار من خلال تحريك عمود الحفر.

لقد صممت أجزاء عمود الحفر في طريقة الدوران الرحوي المباشر لتؤدي دورين رئيسين:

* الدور الأول: هو ضمان دورة مستمرة من سائل الحفر طوال عملية الحفر منذ بدئها حتى انتهائها.

* الدور الثاني: فهو تحريك رأس الحفارة وضمان اختراقه للطبقات الجيولوجية المتعاقبة.

o مميزات الحفر بطريقة الدوران الرحوي المباشر:

+ معدل اختراق رأس الحفارة للطبقات الجيولوجية يعتبر عاليا بالمقارنة مع الطرق الأخرى.

+ لا تتطلب هذه العملية تركيب أنابيب التغليف خلال عملية الحفر.

+ سهولة إنزال المصافي التي تعتبر جزء من عملية تركيب أنابيب التغليف.

+ يمكن نقل وتركيب معدات الحفر بهذه الطريقة بسرعة أكبر من الطرق الأخرى.

# عيوب الحفر بطريقة الدوران الرحوي المباشر:

* التكلفة العالية لمعدات الحفر بهذه الطريقة.

* تتطلب معدات الحفر صيانة دقيقه ذات تكلفة اقتصاديه عالية.

* يتطلب جمع عينات الصخور المحفورة وتحديد أعماق هذه العينات إلى عمليات حسابية دقيقة.

* يتطلب تشغيل الحفارة إلى فريق من الحفارين لا يقل عددهم عن شخصين.

* إمكانية انقطاع دورة الطين في المناطق التي تحتوي صخورها على مسامية ثانوية عالية.

* يجب أن تتوفر لدى الحفار الذي يستخدم هذه المعدات خبره ومعلومات علميه جيده عن تحديد الخواص الفيزيائية لسائل الحفر.

1. طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

نتيجة للطاقة المحدودة للمضخات في إزالة نواتج حفر الآبار بطرقة الدوران الرحوي المباشر فإن معظم الآبار المحفورة بالطريقة السابقة لا يزيد قطرها عن 24 بوصه. إضافة إلى ذلك فقد لوحظ أن معدل اختراق الحفارة للطبقات الجيولوجية خلال عملية الحفر بطريقة الدوران الرحوي المباشر تصبح غير مرضية عندما يزداد قطر البئر عن 24 بوصة. وللتغلب على هذه المشاكل فإنه عند الاحتياج لحفر آبار ذات أقطار كبيرة يمكن استخدام طريقة الدوران الرحوي العكسية. لا تختلف هذه الطريقة عن سابقتها كثيرا فتصميم معدات الحفر للطريقتين واحد تقريبا ولكن معدات الحفر بطريقة الدوران الرحوي العكسية أكبر حجما.

وهناك اختلاف رئيسي آخر يتعلق بدورة سائل الحفر, لأن سائل الحفر يترك لينساب إلى داخل البئر عبر الفجوة بين جدار البئر وأنبوب الحفر تحت تأثير الجاذبية ثم يمر السائل بعد ذلك عبر فتحات موجودة في رأس الحفارة إلى داخل أنبوب الحفر حيث يضخ إلى السطح, وبذلك تصبح دورة سائل الحفر عكس الطريقة السابقة وهذا هو سبب التسمية لهذه الطريقة.

* مميزات طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

o عدم تأثر مسامية ونفاذية الخزان الجوفي في المنطقة المنطقة المحيطة بجدار البئر على عكس ما يحدث عند استخدام طريقة الدوران الرحوي المباشر.

o يمكن حفر آبار ذات أقطار كبيرة وبتكلفة اقتصادية مناسبة.

o يمكن الحفر خلال جميع الطبقات الرسوبية ماعدا تلك التي تحتوي على نسبه من الزلط.

o سهولة تركيب أنابيب التغليف والمصافي.

* عيوب طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

* الاحتياج إلى كميات وفيرة من الماء خلال عملية الحفر.

* بما أن حجم معدات الحفر كبيرة جدا فإنها ذات تكلفه اقتصاديه عالية.

* الاحتياج إلى مساحات واسعه ومحفورة لاستيعاب ساءل الحفر.

* صعوبة نقل معدات الحفر إلى بعض المناطق نتيجة لضخامة حجمها.

* الاحتياج إلى فريق عمل يتكون من عدة أشخاص لإدارة وتشغيل معدات الحفر.

1. الآبار المدفوعة ( المدقوقة ):

الآبار المدفوعة أو المدقوقة Driven Wells هي عبارة عن آبار ضحلة يتراوح عمقها بين 10 و20 مترا, وتتراوح أقطار هذه الآبار بين 1.5 و4.0 بوصات.

يتم عادة إنشاؤها في المتكونات الرسوبية الهشة ذات الحبيبات الدقيقة والتي لم يتماسك الفتات الصخري المكون لها. يتكون البئر المدفوع من أنبوب أو عدة أنابيب ذات نهاية سفلية مدببه تعرف بسن البئر Well Point وتستخدم لتسهل عملية دفع الأنابيب إلى داخل التربة إما بواسطة اليد أو باستخدام مطرقة حديدية ثقيلة. تشتمل الأنابيب التي يتكون منها البئر على جزء مثقب يمثل المصافي التي تمر خلالها المياه إلى داخل البئر. يتم حفر هذا النوع من الآبار في المتكونات الجيولوجية السطحية الضحلة التي لا يتجاوز عمق مستوى سطح الماء فيها عدة أمتار.

1. الآبار المحفورة يدويا:

عرفت الآبار المحفورة يدويا منذ العصور القديمة إذ يتجاوز تاريخها عدة آلاف من السنين ومن الممكن أن تكون قد عرفت منذ وجود الإنسان على وجه الكره الأرضية. تتراوح أعماق الآبار المحفورة بين 10أمتار وأكثر قليلا من 30 مترا اعتمادا على عمق مستوى سطح الماء في الطبقة غير المحصورة , أما بالنسبة لأقطارها فهي تتراوح بين المتر الواحد والعشرة أمتار . يعتبر المعول و المجرفة هما الأداتان الرئيسيتان المستخدمان في حفر هذه الآبار. ولضمان سلامة البئر ومنع جدرانه من الانهيار فإنه عادة ما يبطن ببطانة دائمة من عصي الأخشاب أو الآجر أو الصخور أو من الأسمنت المسلح أو من أنابيب تغليف خاصة بهذه الآبار. وفي أغلب الأحوال يكون الجزء السفلي من هذه البطانة مثقب بحيث يسمح للماء بالمرور من الخزان الجوفي إلى داخل البئر والآبار المحفورة هي عبارة عن فتحه غير منتظمة تمتد من سطح الأرض حتى تصل إلى مستوى سطح الماء في الخزان الجوفي وعندئذ تمتد عدة أمتار تحت هذا المستوى. ونظرا للأقطار الكبيرة التي تتميز بها الآبار المحفورة فإنها يمكن أن تختزن كميات كبيرة من الماء داخل فتحة البئر.

من أهم مساوئ الآبار المحفورة سهولة تلوثها بالمياة السطحية أو الملوثات الموجودة في الغلاف الجوي أو بسقوط بعض الأجسام ( مثل الحيوانات السائبة ) داخل البئر و موتها ومن ثم تحللها مما يؤدي إلى تلوث الماء. يساعد على تلوث مياه الآبار المحفورة يدويا صعوبة إقفال هذه الآبار لكبر أقطار فتحاتها.

شارك هذا المقال

تم الحفر الموجه في سوريا و للمرة الأولى في حقل زرابة عام 1992 و ذلك كون النفط في هذا الحقل من النوع الثقيل و سماكة الطبقة المنتجة قليلة و امتدادها الموجه كبير و مواصفاتها الخزنية (المسامية و النفوذية) قليلة . و بعدها توسع الحفر الموجه ليشمل حقولاً أخرى . و بشكل عام و لاعتمادنا على خطط لحفر الموجهة نرى أنه لا بد من توافر المعطيات لرئيسية التالية :

1. الدراسة الجيولوجية التفصيلية للحقل .

2. معرفة شبكة الشقوق الطبيعية في الطبقات الحاملة و اتجاهها

3. ضرورة وضع نموذج جيولوجي خزني للمكمن .

4. وجود مخطط تكنولوجي لاستثمار الحقل و فق الحل المقترح لحفر الآبار الموجهة .

تطبيقات الحفر الموجه :

1. يعتبر الحفر الموجه (الأفقي) بديلاً عن زيادة كثافة شبكة الآبار العمودية على الخزان و خاصة في ظروف وجود الشقوق العمودية ، و التي تتطلب زيادة كبيرة في عدد الآبار العمودية .

2. يسمح البئر الموجه باستثمار أفضل للنفط الثقيل وعالي اللزوجة .

3. يعتبر البئر الموجه حلاً لمشكلة استخراج النفط من الحقول التي تقع في مناطق مأهولة سكانياً ، و إبعاد الخطر المستقبلي للتلوث و الشكل التالي يوضح ذلك :

4. حفر الآبار الجانبية(Sidetracking) : الآبار الجانية كانت التقنية الأصلية للآبار الموجهة ، في البداية كانت الآبار الجانبية عمياء ، و كان الهدف منها بسيطاً و هو اصطياد الأدوات الساقطة في البئر ، الآبار الجانبية الوجهة كانت شائعة ، و كانت تحفر على سبيل المثال عندما يكون هناك تغيرات في التشكيلات الجيولوجية كما يوضح الشكل التالي :

5. حفر القبب الملحية (Salt Dome Drilling): لقد وجد أن القبب الملحية تشكل مصائد طبيعية لتجمع النفط في الطبقة التي توجد تحت الجزء المائل أو المتدلي من الغطاء القاسي ، هناك مشاكل حفر كبيرة مترافقة مع حفر البئر خلال الطبقات الملحية ، و يمكن التخفيف من هذه المشاكل إلى حد ما عن طريق استخدام سائل حفر مشبع بالملح ، و الحل الآخر يكون عن طريق حفر بئر موجهة للوصول إلى المكمن و هكذا نستطيع تجنب مشاكل الحفر التي تحدث ضمن الطبقات الملحية كما في الشكل :

6. مراقبة الفوالق(Fault Controlling) : الحفر الملتوية تكون شائعة عند الحفر الشاقولي العادي ، و يكون هذا غالباً بسبب الفوالق التي تخترق الطبقات ، و غالباً يكون من الأسهل أن تحفر بئر موجهة نحو طبقات مثل هذه بدون عبور حدود الفوالق و الشكل لتالي يوضح هذه الحالة :

7. آبار استكشاف متعددة من حفرة بئر واحدة(Multiple Exploration Wells from a Single Well-bore) :يمكن لحفرة البئر الواحدة أن تسد أو تغلق عند عمق معين و تحرف البئر لعمل بئر جديدة ، البئر الواحدة يمكن أن تستخدم كنقطة نزوح لحفر آبار أخرى ، و هي تسمح باستكشاف التوضعات البنيوية دون حفر آبار أخرى كاملة ، كما في الشكل:

8. الحفر على الشاطئ (Onshore Drilling) : عندما تتوضع المكامن تحت كتل كبيرة من الماء حيث يمكننا الوصول إليها عن طريق آبار متوضعة على الأرض (الشاطئ) فإننا نقوم بالحفر الموجه تحت الماء ، و هذه الطريقة تحفظ المعدات و تكون أكثر رخصاً .

9. حفر الآبار المتعددة عند الحفر البحري (Offshore Multiwell Drilling ) : يعتبر الحفر الموجه من أجل حفر عدة آبار من المنصة البحرية الطريقة الأكثر اقتصادية لتطوير حقول النفط البحرية ، يمكن أن تستخدم طريقة مشابهة على البر حيث يوجد هناك أماكن معيقة لنقل منصة الحفر مثل مناطق الغابات و المستنقعات ، و يتم هنا حفر الآبار بطريقة العنقود .

10. حفر المناطق الرملية المتعددة من حفرة بئر واحدة (Multiple Sands from a Single Well-bore ): و هنا يتم حفر بئر موجهة لتتقاطع مع عدة مكامن مائلة من النفط ، و هذا يسمح بإنجاز البئر باستخدام نظام إنهاء متعدد ، سوف تسمح البئر بإدخال الأهداف عند الزاوية المحددة لضمان الاختراق الأعظمي للمكامن كما في الشكل :

11. آبار النجدة (Relief Well ) : الهدف من حفر بئر النجدة الموجه هو اعتراض طريق جوف حفرة البئر التي اندفعت و السماح بقتله ، لتعيين و اعتراض طريق البئر المندفعة عند عمق محدد يجب أن تحفر بئر موجهة مخططة بعناية و دقة كبيرة .

12. حفر الآبار الأفقية (Horizontal Wells ) : إن انخفاض الإنتاج في الحقل يمكن أن ينتج عن عدة عوامل ، منها مخاريط الماء و الغاز المتشكلة أو الطبقات ذات النفوذية الجيدة فقط في الاتجاه العمودي ، يستطيع عندها المهندسون تخطيط و حفر بئر تصريف عمودية ، و هي نوع خاص من الحفر الموجه حيث تحفر البئر على طول الطبقة كما في الشكل :

شروط حفر الآبار الموجهة :

حتى نضمن نجاح البئر الموجه في تحقيق الغاية التي حفر من أجلها و تلافي المشاكل التي ستحدث مستقبلاً و التي تسبب قتل المكمن أو قتل جزء منه فلا بد من تحقق الشروط التالية :

1. النفوذية العمودية للطبقة المنتجة أعلى من النفوذية الأفقية لضمان تحرك النفط من أعلى و أسفل الجذع الأفقي باتجاهه فإذا لم هذا الشرط فإن النفط الذي يقع تحت الجذع سيبقى دون استثمار .

2. أن يكون المكمن متجانساً نوعاً ما .

3. أن تكون المنطقة مستقرة تكتونياً و لا تحكمها فوالق أو حواجز جيولوجية .

4. أن تتوفر معطيات خزنية و جيولوجية دقيقة و كافية عن المكن حتى نستطيع تحديد وع الجذع الموجه بشكل مناسب و دقيق .

5. أن يكون مستوى التقاء النفط بالماء مستقراً .

6. عدم وجود قبعة غازية وبعد المياه عن الجذع الموجه .

7. أن تبرر الآبار الموجهة كلفتها التي تصل إلى ثلاثة أضعاف مقارنة مع الآبار العمودية ، و تحقق الهدف منها دون التأثير السلبي على المردود العام المأمول من الطبقة و هذا أمر هام جداً بل على العكس يجب أن تؤدي إلى زيادته.

أسس تحديد مواقع الآبار الموجهة:

1. معرفة الخصائص الجيولوجية لمنطقة البئر .

2. معرفة الوضع التكتوني للبئر .

3. تقدم مستوى التقاء النفط بالماء في المنطقة .

4. الاتصال الهيدروديناميكي في المقطع بشكل عمودي .

5. معرفة توزع الشقوق في الطبقة و اتجاهاتها .

6. مقدار الاحتياطي النوعي لمنطقة البئر .

7. أخذ المعطيات الجيولوجية و الخزنية و الإنتاجية بما فيها الوضع التقني للآبار المجاورة للبئر المدروس .

8. العينات الاسطوانية المقتطعة .

9. عامل استنضاب الاحتياطي في منطقة البئر .

10. نوعية النفط المنتج .

أسس حفر الآبار الموجهة :

تتكون الآبار الموجهة من جذعين عمودي و أفقي ، حيث يتم حفر الجذع العمودي حتى المستوى الأولي لالتقاء النفط بالماء ، و ذلك لكي ندقق الوضع المحلي للمكمن في القسم الذي تم اختياره لحفر البئر الموجهة .

و فيما بعد تقارن هذه الدراسات مع معطيات دراسة أسس و خواص القسم الذي تم اختياره و يتم وضع مؤشرات الجذع الموجه و هي :

1. عمق نقطة التمييل على الجذع العمودي (k.o.p) .

2. مجال الحفر .

3. سمت و زاوية ميل الجذع .

4. الانزياح الكلي عند نقطة اختراق أعلى الطبقة المنتجة .

و يجب أن يصل الجذع المائل حتى أعلى الطبقة المنتجة . و يم إغلاق الجذع العمودي عن طريق إجراء جسور إسمنتية حتى نقطة الميلان و من ثم يباشر بحفر الجذع المائل و الموجه للبئر و بد إنهاء الحفر يتم إنزال مواسير التغليف حتى أعلى الطبقة المنتجة و يتم سمنتها و بعدها يتم إنزال لاينر مثقب ضمن الجذع الموجه بدون سمنتة .

شارك هذا المقال