حقن الماء Water Injection

تعتبر هذه الطريقة أحد الطرق المميزة في الحفاظ على الضغط المكمني ، ويتم حفر آبار الحقن بين الآبار المنتجة للنفط بشكل نوعي. على سبيل المثال في حالة وجود 4 آبار يتم حفر بئر حقن فيما بينها وبحيث يكون على مسافة متساوية عن جميع الآبار الأربعة المنتجة. ويتم حقن الماء لغرض دفع النفط بأتجاه الآبار المنتجة.
ويجب مراعاة الدقة في بئر الحقن من حيث المسافة بين بئر الحقن والآبار الأخرى المنتجة، ومعدل الحقن، والضغط اللازم لتحقيق الإزاحة المطلوبة للنفط بواسطة الماء المحقون.
ويستمر حقن الماء لحين ظهور كميات عالية من الماء في النفط المنتج ، أو أن تصبح عملية حقن الماء غير مجدية أقتصادياً. ولأن لزوجة الماء أقل من لزوجة النفط فأن الماء سيتغلغل في النفط ويصل الى البئر المنتج ، ويتجاوز كمية كبيرة من النفط تاركاً إياها خلفه مما يجعل من الصعب أستخلاصها وأنتاجها. لذا يجب أن يكون المهندسون حذرين جداً في تحديد كمية الماء المحقون ومراعاة خصائص المكمن والصخور والسوائل المكمنية لتجنب هذه الحالة. ويتم تحسين هذه العملية بتحسين الماء المحقون وذلك بتغيير لزوجة الماء لتصبح أعلى من لزوجة النفط. حيث أن هذا سيؤدي تحسين قابلية التحرك للنفط ، وجعل الحد الفاصل بين النفط والماء Oil/water Contact أكثر أستقرارا ، وتجنب تغلغل الماء في البئر المنتجة. ويتحقق ذلك بإضافة مواد بوليمرية معينة الى الماء المحقون.

أستخدام الحرارة في تحسين الإنتاج من المكمن:
وتستخدم الحرارة في المكامن الحاوية على نفوط ثقيلة. حيث أن هذه النفوط تكون ذات لزوجة عالية مما يجعل من الصعب (بل من المستحيل في بعض الأحيان) أنتاج النفط منها. أن أفضل طريقة لجعل النفط قابلاً للحركة هو من خلال تسخين التكوين لغرض تخفيض لزوجة النفط وتسمى هذه الطريقة الإنتاج بأستخدام الحرارة Thermal Recovery وهي على 3 أنواع:

1. التحفيز بالبخار Steam Stimulationوفي هذه الطريقة يتم حقن البخار الى البئر المنتج لمدة زمنية معينة ( وتكون عادة ً لأكثر من شهر) ومن ثم غلق البئر لمدة زمنية أخرى (وتكون عادة ً بضع أيام) حيث يقوم البخار المحقون بتسخين المكمن مما يؤدي الى تأثير ملموس في لزوجة النفط ، وبالتالي يمكن وضع البئر في حالة الإنتاج لمدة زمنية معينة الى أن يبدأ الإنتاج بالانخفاض ، وعندها يتم إعادة العملية مرة ثانية وبنفس التسلسل (الحقن – الغلق – الإنتاج)
وتسمى هذه الطريقة بطريقة Hugh & Pugh

2. الإشباع بالبخار Steam Floodingوهي مشابهة لطريقة حقن الماء ما عدا أن البخار سيستخدم بدلاً عن الماء ، حيث يتم حقن البخار لتخفيض لزوجة النفط في حين يقوم البخار المتكاثف (الماء الحار) بإزاحة النفط الى الآبار المنتجة.

3. الحرق الموقعي In Site Combustionحيث يتم حقن الهواء الى بئر حقن في ظروف معينة تسهّل حدوث أحتراق قرب التكوين Formation مما يؤدي الى تولد مزيج من الغازات الحارة والبخار ، وأن أستمرار حقن الهواء يؤدي الى دفع هذا المزيج الى الآبار المنتجة وبالتالي حدوث التسخين والإزاحة في وقت واحد مما يحسّن أنتاج النفط.
ان الكمية المنتجة تتراوح بين 35% الى 40% من المخزون النفطي...

منقول للفائده. 

المبادلات الحرارية Heat Exchangers

ما هي فكرة التبادل الحراري خلال المبادلات الحرارية؟

تنتقل الحرارة عادة ً من المواد الحارة الى المواد الباردة ويؤدي ذلك الى أنخفاض درجة حرارة المواد الحارة وارتفاع درجة حرارة المواد الباردة ويكون مقدار الحرارة المفقودة مساوياً للحرارة المكتسبة مضافاً أليه الحرارة المتسربة الى الجو. وكالآتي:
الحرارة المفقودة = الحرارة المكتسبة  + الحرارة المتسربة الى الجو
ويتم أنتقال الحرارة في المبادل الحراري بصورة رئيسية بطريقتي التوصيل Conduction والحمل Radiation  حيث أن حرارة المادة تنتقل الى جدران حزمة الأنابيب بواسطة الحمل وخلال جدران حزمة الأنابيب الى الجهة الثانية بواسطة التوصيل وعن طريق جزيئات المعدن ومن ثم من الجدار الخارجي لحزمة الأنابيب الى المادة التي تجري خلال القشرة الخارجية للمبادل الحراري بواسطة الحمل مرة ثانية.

ما هو الغرض من المبادلات الحرارية؟

أن الغرض الأساسي من أستعمال المبادلات الحرارية هو الأقتصاد في النفقات ، حيث أن تكاليف تسخين النفط الخام على سبيل المثال يحتاج الى الكثير من الوقود والطاقة ، في حين تجد في نفس الوحدة منتجات نفطية بحاجة الى تبريد قبل أرساله الى الخزانات لذا يمكن أداء الوظيفتين في مبادل حراري واحد أو مجموعة من المبادلات الحرارية.
أن بخار الماء يعتبر من أوساط التسخين الشائعة  في الصناعة النفطية ، وخاصة الغلايات Reboilers حيث أنه يعطي حرارته الى المنتج النفطي ويتحول بدوره الى ماء. أن البخار المتكثف من عمليات التسخين هذه يتم إعادته الى (منظومة مغلقة) ليُعاد أستعماله  كماء مغذي للمرجل لأنتاج البخار. علماً أن البخار ليس مسخناً رئيساً في تكرير النفط الخام أذ أن النفط الخام يُسخّن بشكل أساسي في الأفران.

أنواع المبادلات الحرارية (تبعاً لطبيعة عملها):
يستعمل المبادل الحراري عادة ً للأغراض التالية:
  1. تسخين سائل أو غاز.
  2. تبريد سائل أو غاز.
  3. تكثيف بخار.
  4. تبخير سائل.

تسمى المبادلات الحرارية حسب عملها ووظيفتها كما يلي:

 1. المسخنات Heaters : وهي المبادلات التي تستعمل سائلاً ساخناً لتسخين مائع.

 2. المبردات Coolers :  وهي المبادلات الحرارية التي لتبريد الموائع بواسطة سائل آخر ويستعمل الماء عادة ً لهذا الغرض ويسمى ماء التبريد Cooling Water وفي حالة
      أستعمال الهواء تسمى المبردات  الهوائية Air Coolers.

 3. المكثفات Condensers:  وهي المبادلات الحرارية التي  تستخدم لتكثيف البخار أو مزيج أبخرة أو بوجود غازات قابلة للتكثيف (كوجود الهواء مع بخار الماء) وعملها
      الرئيس هو إزالة أو أمتصاص الحرارة الكامنة للتبخير Latent Heat ويستعمل الماء لهذا الغرض عادة ً .

 4. المبخرات Evaporators : تستخدم لتبخير سائل مذيب من محلول معين وتستخدم عادة لتركيز المحاليل بواسطة تبخير الماء (من هذه المحاليل المائية).

 5. الغلايات Reboilers: وهي المبادلات الحرارية التي تستعمل عادة لتسخين قعور أبراج التقطير لفصل المشتقات عن بعضها أو لأبراج التجزئة (لفصل بعض الغازات عن
      السوائل) ويستعمل بخار الماء بشكل واسع في الصناعة النفطية.

كما يمكن تصنيف المبادلات الحرارية تبعاً لعدد الأطوار. وكالآتي:

 1. مبادلات أحادية الطور : وهي المبادلات الحرارية التي يتم فيها التبادل الحراري بين مائعين (بنفس الطور) ولا يحدث تغير في حالة (طور) أحد هذين المائعين.
 2. مبادلات متعددة الأطوار: وهي المبادلات الحرارية التي يتم فيها التبادل الحراري مع حدوث تغير في حالة (طور) أحد هذين المائعين ، فمثلاً يتبخر أحدهما أو يتكثف أثناء
     التبادل الحراري.

 الملاحظات الواجب أتباعها أثناء تشغيل المبادلات الحرارية :

 1. عند تبريد المنتجات النفطية ذات الحرارة المرتفعة جداً يجب أن يكون مرورها خلال أنابيب المبادلة الحرارية يجب أن تكون سرعتها بطيئة جداً في البداية ومن ثم تزداد
      سرعتها تدريجياً ، لأن السرعة العالية في البداية قد تؤدي الى تدمير حزمة الأنابيب والمبادلة ككل.

 2. الترسبات: أن المياه المستعملة في التبريد تحتوي على كمية لا بأس بها من الشوائب والأملاح التي تترسب على جدران الأنابيب الداخلية لحزمة الأنابيب وهيكل المبادل Shell إذا كان يمر خلاله وذلك لأرتفاع درجة الحرارة للماء لأكتسابه كمية من الحرارة من المادة المراد تبريدها ، لذا يتوجب تنظيف المبادلة لأزالة الترسبات وبالتالي زيادة كفاءة التبادل الحراري.

 3. مراعاة أن تدخل السوائل الموائع الحارة التي يراد تبريدها من الجهة العليا للموائع وذلك بسبب زيادة الكثافة بأنخفاض الحرارة مما يولد ميلاً نحو الجريان للأسفل وسوف يساعد ذلك عمل المبادل وعدم وجود مقاومة أكبر للجريان (أو لفقدان الضغط) .وعليه يلاحظ في جميع المبردات الهوائية دخول المائع (الحار) من الأعلى وخروجه من الأسفل.

عند الحديث عن المبادلات الحرارية من نوع shell & Tube  فأن هناك سؤال دائماً  ما يتبادر الى الذهن :
أي من السائلين يتم وضعه في shell ، وأي منهما يتم وضعه في الأنابيب tubes. الجواب هو التالي:

يجب وضع سائل ما في الأنابيب Tubes ، في الحالات التالية:

1. عند الحاجة الى أنابيب مصنوعة من نوع خاص من السبائك المعدنية تقاوم التآكل ودرجات الحرارة العالية. حيث أن هذه المواد تكون مطلوبة في الأنابيب فقط ، فإذا كان السائل الذي يمر في shell يسبب التآكــل فأن كلاً من shell – tube يجب أن يكون محمياً بسبيكة خاصة.

2. السائل في ضغوط عالية . حيث إذا السائل بضغط عال يجب وضعه في الأنابيب لأن ذلك أقل كلفة ً حيث أنها تكون ذات قطر أقل من الـ shell(والتي ستحتوي السائل الأقل ضغطاً).

3. احتواء السائل على البخار والغازات غير المتكثفة. حيث أن هذا السائل سيحدث تبادلاً حرارياً أكبر إذا كان في الأنابيب.

4. أن يكون السائل مسبباً للصدأ لذا يجب أن يكون في الأنابيب ، حيث يمكن معالجته.

يجب وضع السائل في الـ shell في الحالات التالية:

        1. إذا كان المطلوب فرق ضغط قليل small pressure drop.
   2. أذا كان السائل لزجاً viscous. حيث أن هذا سيؤدي الى فرق ضغط قليل وسيكون التبادل الحراري أكبر.
   3. عند الحاجة الى الغليان. حيث يجب تصميمها على نمط الغلاية kettle.
   4. السائل يحتوي على غشاء ضعيف.

 مسخنات التسخين المباشر Direct Fired Heaters ومسخنات التسخين غير المباشر indirect Fired Heaters:

يستخدم النوع الأول التسخين المباشر من خلال الشعلة و/ أو نواتج الأحتراق من خلال الأشعاع Radiation والحمل Convection ، ولكن الدور الأكبر هو للأشعاع حيث يجري السائل المطلوب في أنابيب حول الشعلة flame وتتلقى هذه الأنابيب القدر الأكبر من الحرارة مباشرة ً عن طريق الأشعاع في حين تكون هناك كمية قليلة من الحرارة عن طريق تيارات الحمل من الهواء الساخن بين الشعلة والأنابيب أما النوع الثاني فلا يحصل تلامس بين المادة المطلوبة ونواتج الأحتراق ويتم تسخين وسط آخر مثل (الماء – البخار – أو أي سائل آخر) لتسخين النفط أو الغاز . ويفضل أن تكون المسخنات بعيدة نسبياً عن بقية الوحدات في الصناعة النفطية ، حيث يمكن التعامل معه في حالات الحريق أو الحالات الطارئة.

تعديل و مراجعه : المهندس محمد الكبار 

تجفيف الغاز Gas Drying

بعد مرور الغاز الخام raw gas على وحدة التبريد المبدئي و فصل السوائل يسمى الغاز بالغاز الرطب wet gas اي انه لا يزال يحتوى على نسبة من بخار الماء وللتخلص منها بشكل شبه نهائي و الحصول على الغاز الجاف dry gas للتمكن من تسييله او استخدامه بشكل امن وكذلك
- لمنع تكوين الهيدرات حيث أنها تُسبب حدوث أنسدادات في الصمامات والتضيّقات plugging
- لزيادة سعة الأنابيب حيث أن الماء يقلل من سعتها.
- لمنع تآكل الأنابيب corrosion حيث تسبب الأملاح الموجودة في الماء تآكل الأنابيب ونسبة التآكل تزداد بزيادة الضغط ودرجة الحرارة عند ظروف الإشباع.
- القيمة الحرارية للغاز الجاف أعلى من القيمة الحرارية للغاز الرطب.
- كبس الغاز الجاف يحتاج إلى قوة أقل من الغاز الرطب.

ويوجد الماء في الغاز الطبيعي باشكال منها
- على شكل سائل (ماء حر).
- على شكل بخار (مذاب).
علماً أن محتوى الماء هو دالة الضغط والحرارة والخواص الفيزياوية

تستخدم عدة طرق و تقنيات لتجفيف الغاز منها :

1 – الامتصاص Absorption :
و ذلك باستخدام مادة سائلة للتجفيف .
2 – الامتزاز : Adsorption
و ذلك باستخدام مادة صلبة للتجفيف.

اولا- الامتصاص Absorption :

و تعتمد هذه الطريقة على استخدام المادة السائلة dry desiccant في عملية التجفيف بحيث تكون هذه المادة شرهة لامتصاص بخار الماء و تسمى هذه الطريقة بالكيميائية نظرا لحدث هذا التفاعل بين هذه المادة السائلة و الماء.
يستخدم برج التلامس contact tower لحدوث التلامس او انتقال بخار الماء من الغاز الرطب الى المادة السائلة .
في العادة تستخدم مادة الكلايكل Glycol كمادة سائلة لتجفيف الغاز لما لها من المواصفات الخاصة بامتصاص الماء و سهولة التخلص منه في دورة التنشيط و يوجد عدة انواع منها سيتم ذكرها فيما بعد
يدخل الغاز من اسفل البرج و يخرج من اعلا البرج على هيئة غاز جاف dry gas .
يدخل الكلايكل السائل الجاف من اعلا البرج و يتلامس مع الغاز بواسطة الصوانى Trays الخاصة بذلك لزيادة كفاءة التشغيل و يخرج الكلايكل المشبع بالماء من اسفل البرج .
يمر بعدها الكلايكل على الوحدة الخاصة باعادة تنشيطه و التخلص من الماء المصاحب له بواسطة التسخين حيث ان نقطة غليانه تكن اعلا بكثير من نقطة غليان الماء .

يفضيل استعمال الكلايكول لتجفيف الغازات من بخار الماء حيث هناك العديد من العوامل التي تجعل الكلايكول من أكثر المواد المُجففة رغبة ً وهي:

- قابليته العالية لامتصاص بخار الماء .
- لا يتأثر بالحرارة العالية على أن لا يتجاوز 210 مْ .
- كما أنه يتميز بثباته ضد التحلل الكيميائي.
- ضغطه البخاري واطئ .
- كلفته مناسبة .
- أمكانية أستخدامه بشكل مستمر بسبب سهولة إعادة تنشيطه مما يقلل كلفته.

ثانيا-التجفيف بالامتزاز Adsorption:

و تعتمد هذه الطريقة على استخدام المادة الصلبة dry desiccant في عملية التجفيف بحيث تحتوى على مسامات صغيرة تستخدم كمصائد لبخار الماء و تسمى هذه الطريقة بالفيزيائية نظرا لعدم حدوث اى تفاعل بين هذه المادة الصلبة و الماء وكذلك تسمى هذه الطريقة بالغربلة او المناخل الجزئية Molecular sieve .
و كمثال على ذلك عند سكب كمية من الماء على قطعة من الاسفنج Sponge فان الماء بداخلة لا يتفاعل مع الاسفنج و يحتفظ بخواصه كما هي و هذا المقصود بالعملية الفيزيائية.
يعتبر الفرق في الحجم بين جزيئات بخار الماء و جزيئات الغاز هو الاساس في عملية الفصل او الغربلة بحيث يتم دخول جزئيات الماء الاصغر حجما في هذه المسامات الموجودة على سطح المادة الصلبة و التي هى في العادة بحجم حبة الارز و المسامات الموجودة عليها صغيرة جدا و لا ترى بالعين المجردة.
يستخدم المجففات Dryers او ال Adsorpers انتقال بخار الماء من الغاز الرطب الى المادة الصلبة الموجودة بداخله في عدة طبقات .
في العادة تستخدم مادة الالومينا Activated Alumina او السيلكاجل Silca gel او Mole sieve كمادة صلبة لتجفيف الغاز لما لها من المواصفات الخاصة بامتزاز الماء و سهولة التخلص منه في دورة التنشيط و يوجد عدة انواع منها سيتم ذكرها فيما بعد
يدخل الغاز من اعلا المجفف Dryer و يخرج من اسفله على هيئة غاز جاف dry gas .
بعد عمل المجفف لفترة معينة يتم عزله و اعادة تنشيطه للتخلص من بخار الماء بداخله.

التجفيف بالامتزاز Adsorption:

شرح الطريقة :

طريقة الغربلة للجزيئات molecules sieving تعتمد على الاختلاف بين حجم الجزيئات المكونة للغاز الرطب wet gas بحيث يسمح المجفف dryer بمرور الغاز و الذي يتكون من المركبات كبيرة الحجم بداية من غاز الميثان methane CH4 و الذي يرمز له ب C1 و هو كبير الحجم مقارنة بمركب الماء H2 S صغير الحجم الذي لا يسمح له بالمرور.
اذن ال dryer يحتوي على المادة الصلبة مثل الالومينا المنشطة Activated Alumina و كذلك ال Mole Sieve و هذه المواد تحتوي على مسامات تسمى بالمصائد Traps مصممة بحجم جزيئات الماء و كذلك في حالة وجود مركب H2S بحيث تدخل بها او يتم اصطيادها بواسطة هذه المسامات او المصائد و تمنع خروجها مع الغاز و بذلك يتم الحصول على الغاز الجاف dry gas و بنسبة الماء water content لا تزيد عن 1 ppm.
و نتيجة لعمل الdryer او adsorper لفترة زمنية محددة تعتمد على نسبة الماء المصاحب للغاز و كفاءة وحدة الفصل المبدئي فان المجفف يتشبع بالماء و لا يصبح قادرا على استقبال المزيد من جزيئات الماء نظرا لامتلأ كل المسامات و لذلك يتم عزل المجفف dryer ثم اعادة تنشيطه من جديد بواسطة ادخال الغاز الساخن حوالى 310 درجة مئوية و القادم وحدة التنشيط regeneration system .

نقل و مراجعه : المهندس محمد الكبار