ما هو الرفع الاصطناعي؟ الطرق المستخدمة في إنتاج النفط والغاز

مع انخفاض ضغط المكمن، قد لا تكون الطاقة الطبيعية لآبار الإنتاج كافية لرفع السوائل إلى السطح بالمعدل المطلوب. عند هذه النقطة، يمكن لتقنيات الرفع الاصطناعي توفير طاقة إضافية للحفاظ على الإنتاج أو زيادته.

تشمل طرق الرفع الاصطناعي الشائعة الاستخدام في إنتاج النفط والغاز : الرفع بالغاز، والمضخات الغاطسة الكهربائية ، والمضخات ذات القضبان ، ومضخات التجويف التدريجي . وتختلف هذه الطرق في مدى ملاءمتها لعمق البئر، ومعدل الإنتاج، وخصائص السوائل، وإنتاج الغاز والماء، وظروف التشغيل. لذا، يجب أن يراعي اختيار طريقة الرفع الاصطناعي ظروف البئر المحددة ومتطلبات الإنتاج.

متى يحتاج البئر إلى الرفع الاصطناعي؟

في المراحل الأولى من إنتاج آبار النفط، قد لا يكون الرفع الاصطناعي ضرورياً. إذ يمكن للعديد من آبار النفط أن تنتج ذاتياً لأن ضغط التكوين يكون كافياً للتغلب على الضغط اللازم لارتفاع السائل إلى السطح.

مع انخفاض ضغط التكوين، تتضاءل قدرة بئر النفط على الإنتاج الذاتي تدريجياً. وعادةً ما تتطلب الحالات التالية النظر في استخدام الرفع الاصطناعي:

انخفاض ملحوظ في الإنتاج.

• ضغط قاع البئر غير كافٍ للحفاظ على الإنتاج الذاتي.
• يزداد حجم مياه الإنتاج، وتزداد صعوبة رفع السوائل.
• تحد لزوجة السائل من قدرة الإنتاج الذاتي.
• ضرورة الحفاظ على معدل الإنتاج المستهدف.

يعتمد اختيار الرفع الاصطناعي بشكل أساسي على أداء إنتاج بئر النفط والتغيرات في ظروف التشغيل، بدلاً من عتبة إنتاج واحدة.

ما هي الطرق الرئيسية لرفع الثدي الاصطناعي؟

رفع الغاز

تعمل تقنية الرفع بالغاز عن طريق حقن الغاز في أنابيب الإنتاج، مما يقلل من كثافة عمود السائل وبالتالي يقلل من ضغط الماء الساكن المطلوب لرفع السائل إلى السطح.

يُعدّ الرفع بالغاز مناسبًا لآبار النفط التي يصعب فيها تركيب أو صيانة المضخة الموجودة في قاع البئر، مثل الآبار البحرية والآبار ذات الزاوية الحادة. كما أنه مناسب أيضًا لآبار النفط ذات معدلات الإنتاج العالية.

تتأثر فعالية الرفع بالغاز بشكل رئيسي بحجم الحقن وضغطه وموضع الصمام وعمق البئر ومصدر الغاز المحقون. يؤدي نقص حجم الحقن إلى عدم كفاية قدرة الرفع، بينما قد يؤدي الحقن المفرط إلى انخفاض كفاءة النظام.

المضخة الغاطسة الكهربائية (ESP)

تقوم المضخة الكهربائية الغاطسة بتشغيل المضخة الطاردة المركزية من خلال محرك البئر لزيادة الضغط ونقل كمية كبيرة من السوائل إلى السطح.

تعتبر المضخات الغاطسة الكهربائية مناسبة لآبار النفط ذات الإنتاج العالي، وخاصة في الحالات التي تتطلب رفع كمية كبيرة من السوائل من أقسام البئر العميقة.

قد يتأثر أداء المضخة بعوامل مثل تداخل الغاز، وتغيرات نسبة الماء، وارتفاع درجات الحرارة، والأعطال الكهربائية، والتشغيل خارج النطاق الموصى به. لذا، يجب أن يتناسب أداء المضخة مع سعة التدفق الفعلية لبئر النفط.

مضخة رود

يربط نظام الضخ المضخة الترددية الموجودة في قاع البئر بجهاز الضخ الأرضي وعمود قضيب الشفط. وتقوم المضخة الموجودة في قاع البئر، من خلال حركتها الترددية، برفع سائل التكوين إلى السطح.

تُستخدم المضخات على نطاق واسع في حقول النفط البرية الناضجة، وهي مناسبة لظروف الإنتاج ذات الإنتاجية المنخفضة إلى المتوسطة. تتميز هذه المعدات بتطبيقاتها الواسعة، وإجراءات تشغيلها وصيانتها المتطورة، مما يجعلها مناسبة للإنتاج طويل الأمد.

تشمل مشاكل التشغيل الشائعة تآكل قضيب الشفط والأنابيب، وانخفاض كفاءة المضخة، والتغيرات في مستوى السائل، وتداخل الغاز، والأعطال الميكانيكية.

مضخة التجويف التقدمي (PCP)

تقوم مضخة التشحيم بإنشاء تجويف متحرك مستمر عن طريق تدوير الدوار داخل الجزء الثابت المرن، وبالتالي نقل السوائل بطريقة حجمية.

تُعدّ تقنية الضخ بالضغط النبضي (PCP) مناسبة للنفط الثقيل، والخزانات عالية اللزوجة، والظروف المنتجة للرمال. وتُستخدم عادةً لمعدلات إنتاج منخفضة إلى متوسطة، وتوفر ضخًا حجميًا مستقرًا.

عند اختيار النموذج، من الضروري مراعاة عوامل مثل لزوجة السائل ودرجة الحرارة ومحتوى الغاز وظروف إنتاج الرمل، بالإضافة إلى التوافق بين مادة الجسم المرنة والسائل المنتج.

كيفية اختيار طريقة الرفع الاصطناعي المناسبة؟

لا توجد طريقة واحدة للرفع الاصطناعي تناسب جميع الآبار. يجب أن يراعي الاختيار نظام الإنتاج بأكمله والتغيرات المتوقعة طوال فترة تشغيل البئر.

تشمل العوامل الرئيسية ما يلي:

حالة البئر أو حالة التشغيل	اعتبارات هامة
معدل إنتاج مرتفع	قد يتم النظر في استخدام نظام الرفع الكهربائي الغاطس أو نظام الرفع بالغاز
بئر عميق	قد يكون نظام الرفع الكهروستاتيكي أو نظام الرفع بالغاز مناسبًا
زيت ثقيل أو لزج	يمكن النظر في استخدام مضخة PCP أو مضخة قضيبية
إنتاج الغاز المرتفع	تصبح القدرة على التعامل مع الغاز أمراً بالغ الأهمية
إنتاج الرمال	نوع المضخة ومقاومتها للتآكل أمران مهمان
عملية بحرية	تصبح متطلبات الوصول إلى المعدات وصيانتها بالغة الأهمية
بنية تحتية كهربائية محدودة	قد يتم النظر في خيارات الرفع بالغاز أو الخيارات التي تعمل ميكانيكياً

يحتاج المهندسون أيضًا إلى مراعاة ضغط الخزان، ومحتوى الماء، ونسبة الغاز إلى النفط، وبنية البئر، ودرجة الحرارة، والطاقة المتاحة أو الغاز المحقون، ومتطلبات الصيانة، والتغيرات المتوقعة في الإنتاج.

تُستخدم هذه العوامل للمساعدة في اختيار طرق الرفع الاصطناعي، ويعتمد الاختيار النهائي على ظروف البئر المحددة وأهداف الإنتاج.

اقرأ المزيد: كيفية تحسين أنظمة الرفع الاصطناعي

كيف تدعم المحاكاة عمليات الرفع الاصطناعي؟

مع تغير ضغط المكمن، وخصائص السوائل، ومحتوى الماء، ومعدل الإنتاج، وظروف التشغيل، يتغير أداء نظام الرفع الاصطناعي. ويمكن لتقنية المحاكاة تقييم تأثير هذه التغيرات على الإنتاج في بيئة مُحكمة.

باستخدام أدوات محاكاة الإنتاج ، يمكن للمهندسين محاكاة سيناريوهات مختلفة مثل تعديلات الإنتاج، والتغييرات في معلمات تشغيل المضخة، والتغييرات في حجم الحقن، وتقلبات الضغط واستجابات المعدات، وبالتالي تحليل التفاعل بين نظام الرفع الاصطناعي وعملية الإنتاج ككل.

يمكن أيضاً استخدام المحاكاة لتدريب المشغلين. إذ يستطيع المتدربون ممارسة العمليات الروتينية والاستجابة للتغيرات في ظروف البئر والحالات غير الطبيعية، مما يقلل من المخاطر التي قد تتعرض لها معدات الإنتاج الفعلية.

الفكر النهائي

عندما لا تستطيع الطاقة الطبيعية للخزان تلبية متطلبات الإنتاج، يمكن لتقنيات الرفع الاصطناعي أن تساعد في الحفاظ على الإنتاج أو زيادته.

يتطلب اختيار أساليب الرفع الاصطناعي مراعاة حجم الإنتاج، وعمق البئر، والضغط، وخصائص السوائل، وإنتاج الغاز والماء، وقيود المعدات، وأداء الإنتاج المستقبلي. ويمكن استخدام محاكاة الإنتاج كأداة مساعدة في اتخاذ قرارات الاختيار والتشغيل، وتقييم الظروف المختلفة قبل التنفيذ في الموقع، كما تُستخدم لتدريب المشغلين.