שיטת הרמת גז להפקת שמן: תיאור ומאפיינים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

קבוצת שיטות ההובלה האווירית להפקת פחמימנים בשדות נפט וגז שימשה זה מכבר את התעשייה המקומית כחלופה לפיתוח באר זורמת. טכנולוגיה זו, בתנאי יישום מסוימים, מספקת יתרונות כלכליים וטכניים משמעותיים, אך גם דורשת חיבור של משאבים נוספים. הפתרון האופטימלי ברוב המקרים הוא שיטת הרמת הגז להפקת הנפט, בה תערובת גז משמשת כמצע הרמה פעיל. פתרון כזה מצדיק את עצמו בשל ביצועים גבוהים, אך גם מטיל דרישות ארגוניות נוספות מבחינת אבטחה. מסיבה זו, השיטה משמשת בעיקר ארגונים גדולים עם בסיס משאבים מספיק.

מאפיינים כלליים של שיטת הרמת הגז של הפקת נפט

עקרונות ההרמה האווירית, כלומר הטכנולוגיה של הרמת משאבי הבאר של מרבץ תת-קרקעי, שימשו לראשונה בסוף המאה ה-18. הופעת הרעיון של שיטה זו נבעה מההתפתחות המהירה של טכנולוגיות כרייה, אך במשך זמן רב השימוש המלא בה הוגבל על ידי היעדר ציוד מדחס מפותח מספיק. המחבר של שיטת הרמת הגז להפקת נפט הוא המהנדס הגרמני קרל לושר, שהציג תכנית כללית לגיוס משאבים באמצעות האנרגיה של תערובות אוויר. בעתיד, הטכניקה עברה שוב ושוב אופטימיזציה, מודרנית ושופרה בהיבטים מסוימים של הפעולה. השימוש המעשי ברכבת אווירית בקנה מידה תעשייתי עם יצירת בסיס תיאורטי ליישומו הטכני החל רק במאה ה-20. בשדות נפט, הניסיון הראשון בשימוש בהעלאת גז החל משנת 1985.

בתקופתנו, השימוש בטכנולוגיית הרמת גז מצדיק את עצמו בעיקר בבארות בעלות ספיקה גבוהה. כמו כן, בתנאים של תכולת טומאה גבוהה, הרמת גז היא הפתרון החסכוני ביותר להרמת המשאב אל פני השטח. זה חל בעיקר על תערובות שמנים המכילות מלחים, שרפים ופרפינים, המקשים על הרמת מסות. לגבי ההשוואה למעלית האוויר ככזו, ניתן לומר ששיטת הרמת הגז להפקת הנפט היא המשך של הטכנולוגיה הכללית של הרמה מלאכותית של נוזלים. רק אם תערובת אוויר משמשת כתווך פעיל במעלית אוויר קלאסית, אזי במעלית גז משתמשים בחומרים המכילים פחמן. מסיבה זו, אחד המבצעים המרכזייםמאפייני הטכנולוגיה מתייחסים לצריכת הגז הספציפית. בחישוב עלות השימוש במעלית גז, עלויות האנרגיה לתחזוקה ואספקת תערובות גז הן כ-30% מסך העלות של הפרויקטים.

היקף היישום של שיטת הרמת הגז להפקת נפט

באר בעלת תשואה גבוהה עם לחץ חור תחתון גבוה היא מקום יעד להכנסת הרמת גז. פיקדונות כאלה הם סביבה נוחה לארגון הטיסה באופן עקרוני. אבל הפרקטיקה של הגבלת שיטות זרימה של הפקת נפט קובעת גם מספר תנאים שבהם הרמת גז הופכת לשיטה האפשרית היחידה לעבוד על באר. לפחות, המאפיין הכללי של שיטת הרמת הגז של הפקת נפט כמותאמת ביותר לסביבות הידראוליות לא מאוזנות באופן דינמי מאפשר להשתמש בו בחורים תחתונים עם לחץ רוויה נמוך ובבארות חול עם תנאי התקנה שקשה להגיע אליהם לתמיכה טכנית.. לדוגמה, ניתן להשתמש במערכת הרמת גז בתנאי שיטפון, באזורי ביצות או היכן שיש חשש להצפה. מדדי לחץ, אגב, ניתנים להשוואה מלאכותית באמצעות ציוד מדחס - למרות שהעלייה תלויה במחווני אנרגיית גז הבאר, ניתן להתאים אותה לצרכים הנוכחיים.

מצד שני, אם אין אספקה מרוכזת של חומרים טכניים וגז עם רמת מיכון גבוהה של תהליך הייצור, אז עדיף להשתמש בתוכנית המזרקה המסורתיתכְּרִיָה. כמו במקרה של הרמה האווירית, שיטת הרמת הגז להפקת הנפט היא המשך של הטכנולוגיה של שיטת הזרימה, אך בגרסה מוגברת. ההתרחבות הטכנולוגית של תשתית ההפקה אינה מאפשרת יישום שיטה זו על בארות קטנות, שהפעלתן מחושבת לתקופות קצרות.

תהליך ייצור טכנולוגי

לאחר פיתוח הבאר, נוצר על פני השטח הבסיס המבני של החוד, המשמש בהמשך כפלטפורמה לארגון תהליכי העבודה העיקריים. בנישה של צינור הבאר מאורגנת מנהרה סגורה עם תאי ושסתומי מעבר המשמשים כמווסת זרימת משאבים. תנועת הנוזל המופק במעלה התעלה היא התהליך התפעולי העיקרי, הנתמך על ידי המדיום המגוז בחור התחתון. כדי להבטיח גיזוז, תא עם זרבובית לאספקת התערובת הפעילה מורידים למטה במקביל לערוץ לאורך מעגל מבודד. למעשה, העיקרון של שיטת הרמת הגז של הפקת נפט מצטמצם לכיוון הגז לתוך המדיום הנוזלי של משאב המטרה, ולאחר מכן תהליך ההרמה חייב להתבצע. חשוב לציין שהעשרה בתערובות גז-אוויר כשלעצמה אינה מבטיחה את עליית הנוזל. עבור פעולה זו, משאבות מיוחדות משמשות. כוח ההרמה תלוי הן במידת הגיזוז והן בעוצמת המשאבה, שניהם ניתנים להתאמה. לשליטה מורכבת של מחווני לחץ במעגל, נעשה שימוש ביחידת מדחס הממוקמת על פני השטח.

עוצמת הפקההמשאב יכול להיות נשלט על ידי מכניקה ידנית או מערכות אוטומטיות עם חיישנים אלקטרוניים. פרמטרי ההפעלה נקבעים בהתאם ליכולות הציוד הקולט. תכונה של שיטת הרמת הגז של הפקת נפט היא טיפול מיוחד לאחר מיצוי המשאב. מכיוון שהנוזל עולה יחד עם תערובת הגז, נדרשת הפרדה מיוחדת, ולאחריה נשלח השמן שכבר מטוהר לבור מיוחד. יתר על כן, מכיוון שמשתמשים בהעלאת גז לעתים קרובות בסביבות עם זיהום גבוה של תמיסות, ייתכן שיידרש סינון גס רב-שלבי לפני שהמשאב נכנס למיכל האחסון הזמני.

ציוד שימושי

התשתית הטכנית כולה מורכבת על ידי שתי קבוצות של ציוד - מכשירים אוניברסליים והתקנים לארגון תהליכי תחזוקת באר ומתקנים מיוחדים המשמשים בהפעלת הרמת גז. הקבוצה הראשונה יכולה לכלול ציוד זרימת שאיבה, ציוד מעטפת, חומרי הרכבה, צינורות מתכת לשאיבה וכו'. ככלל, הן שיטות זרימה והן גז להפקת נפט בנויות על ציוד זה עם הבדלים מבניים קלים.

באשר לאלמנטים הטכניים המיוחדים למימוש הרמת הנפט על כוח גז, הם כוללים את הדברים הבאים:

• קומפרסור. התקנה לשמירה על לחץ אופטימלי על ידי הזרקת אוויר דחוס. בעיקר נעשה שימוש ביחידות תעשייתיות בעלות הספק גבוה,מסוגל להתאים את הפרמטרים של ערך העבודה בטווח רחב.
• תא הרמת גז. ניתן לומר כי היא ליבת התשתית להפקת נפט להרמת גז, בה מתרחשים התהליכים העיקריים של הכוונת הזרימה, ההפצה והאספקה של תערובות גז-אוויר. זהו מבנה מתכת עם צינורות מסועפים ותעלות יציאה, אשר פעולתו מווסתת על ידי שסתומי סגירה.
• שסתומים. במערכת זו, השסתום מבצע לא רק את הפונקציה של חסימת זרימת המדיום הנוזלי, אלא גם פועל כמווסת זרימה. שסתומי הרמת גז משמשים ברמות שונות של צינור הקידוח, מה שמאפשר שליטה מדויקת יותר על קצב הייצור. ניתן לקרוא למאפיין העיצובי העיקרי של שסתומים כאלה נוכחות של אלמנטים רגישים המתעדים מדדי לחץ בדיוק גבוה ומשנים את מצבם בהתאם לכוח הפגיעה באזור הבקרה.

העלאת גז

במקרה זה, הרעיון של מעלית משקף את התשתית המורכבת של מעלית גז השקועה בבאר. הקונספט שלו מכיל שני תעלות - להזרקת גז ולהרמת משאב הנוזל היעד. שני הערוצים מאורגנים באמצעות צינורות מתכת, אך הם אינם חייבים להיות מחוברים זה לזה במקביל. יתר על כן, לפעמים מסופק כיוון זוויתי של צינור אספקת הגז, אשר נקבע על ידי הספציפיות של חיבור יחידת השאיבה. התצורה של מיקום הצינור תלויה בתנאים שבהם מאורגנת שיטת הרמת הגז של הפקת נפט. התמונה למטה ממחישה את הטכנולוגיה המודרנית.השימוש במחרוזת הזרקה והתאוששות משולבת במעגל אחד בקוטר של 90 עד 140 מ מ. במקרה זה, ללא קשר לתצורת כיוון הערוצים, הן מהחלק העליון בראש והן באזור התחתון של הנעל, במידת האפשר, מסופק קיבוע קשיח של המבנה. בצינורות עשויים להיות גם חורים טכנולוגיים (ניקוב) לשחרור חול וחלקיקים זרים אחרים.

פעולת הרמת גז ללא מדחס

אספקת הגז וויסות מחווני הלחץ, באופן עקרוני, אינם חייבים להתבצע בתמיכת ציוד מדחס. אם שדות גז ונפט ממוקמים באותו אתר תפעול, אז ניתן לארגן את הרמת הגז בבור על תמיכת אנרגיה משלו ללא מדחס. אבל גם במקרה זה, הטכנולוגיות של ייצור נפט זורם והעלאת גז יתפצלו, מכיוון שההדרה של ויסות על ידי אוויר דחוס מבחוץ אינה שוללת את השליטה על מדדי לחץ מגז טבעי. זאת ועוד, בתנאים כאלה, ניתן לבצע ייבוש בבור וניקוי מקדים של המשאב, מה שמוזיל את עלות התהליך הטכנולוגי.

בקרות תהליך הרמת גז

קודם כל, ראוי להדגיש כי הרמת גז דורשת שימוש במגוון רחב של מכשירי מדידה המאפשרים לשמור על מדדי ביצועים חשובים בשליטה. אלה כוללים לחץ, טמפרטורה, לחות וזרימת גז. הבקרה הישירה על הפקת הנפט בשיטת הרמת הגז מתבצעת באמצעות השסתומים הנ ל ושסתומי סגירה עם מערכות הנעה המופעלות על ידי גנרטורים על פני השטח. מפעלים מתקדמים יותר פועלים בשליטה של בקרה אוטומטית, ללא השתתפות מפעילים, התאמת פרמטרי הגיזוז וקצב התאוששות המשאבים.

יתרונות הטכנולוגיה

מבחינת יישום טכני, השיטה די מייגעת ויקרה, אך יש לה מספר תכונות חיוביות המצדיקות את השימוש בה:

• ביצועים גבוהים.
• הזדמנויות רחבות להתאמה מבנית לתנאי הפעלה חיצוניים ופרמטרים של באר.
• מהימנות ובטיחות של תהליך הכרייה.
• גמישות. תכונה זו משקפת הן את היתרונות והן את החסרונות של שיטת הרמת הגז להפקת הנפט, הבאים לידי ביטוי בהיבטים שונים של יישומה. לדוגמה, מנקודת מבטו של מפעיל מוסמך, תהליך הבקרה עצמו הוא די פשוט ולמעשה אינו דורש מאמץ פיזי. אבל, אנשי תחזוקה מתמודדים עם מכונות מורכבות שדורשות הרבה עבודה ועלות לתחזוקה.
• רוב הציוד הקריטי ממוקם על פני השטח.
• האוניברסליות של השיטה.

פגמים של טכנולוגיה

עם זאת, שיטה זו לא יכולה להיקרא מתאימה באופן מיטבי לכל התחומים, אם ניקח בחשבון את מכלול הגורמים התפעוליים, כמו גם היבטים סביבתיים וכלכליים. להיבטים השליליים של שימוש בשיטת הרמת הגזהפקת הנפט כוללת:

• עלויות גבוהות של משאבי אנרגיה. אנחנו מדברים על הזרקת גז בהיקפים תעשייתיים, ועלות הדלק לגנראטורים המספקים את הפונקציות של ציוד שאיבה עם מדחסים.
• ייתכן שההשקעה לא תתאים לערך של חומרי נפט וגז מוחזרים - במיוחד בהתחשב בעלות של תהליכי ניקוי והפרדה נוספים בתהליך.
• עם ניצול פיקדונות גדולים, כמויות הייצור יורדות, בעוד שרמת התמיכה הארגונית והטכנית צריכה להישאר זהה.

מסקנה

ניסיון של חברות מפיקות נפט וגז מראה שכמחצית מהעלויות של פרויקטים לפיתוח ותפעול שדות נופלות על ארגון תשתיות טכניות עם תמיכה בזרימות עבודה נוספות. נראה שמגמות הפיתוח בתעשייה צריכות להניע את ההתקדמות לקראת אופטימיזציה מבנית של אירועים כאלה, אבל שיטת הרמת הגז מוכיחה את ההיפך. כפי שהציע קארל לוצ'ר, המחבר של שיטת הרמת הגז להפקת נפט, חיבור מקורות אנרגיה נלווים במהלך ההרמה מפחית את צריכת האנרגיה של פעולת העבודה, אך לא את ארגון האירוע בכללותו. בכל מקרה, הציוד למחרוזת ההרמה לא כל כך מספק יתרונות בצורת חיבור ערוץ גיזוז, אלא פותח הזדמנויות נוספות בשליטה על הפרמטרים של תהליך הייצור. והיתרון הזה הוא בדיוק הסיכוי לפתח הרמת גז כדרך לכךיכול להרחיב את האפשרויות של שילוב מספר מאגרי פיתוח למתקן ייצור אחד בעל קיבולת גבוהה.