سکوی نفتی پترونیوس:
پیشگامی در فناوریهای استخراج فراساحلی
سیدعلی ضیائی نوشت: سکوی نفتی پترونیوس که از سوی شرکت شورون در خلیج مکزیک اداره میشود، به دلیل ویژگیهای مهندسی و طراحی پیشرفته خود که استخراج کارآمد نفت و گاز را تسهیل میکند، شناخته میشود.
به گزارش اکو ۳۶۵، این سکو یکی از مهمترین دستاوردهای مهندسی دریایی جهان است که نمونهای پیشرو از سکوهای نسل جدید برای مقابله با شرایط طوفانی آبهای عمیق طراحی شدهاند. این سازه میتواند تا بیش از ۲ درصد از ارتفاع خود (حدود ۱۲-۱۳ متر) در برابر امواج و جریانهای شدید خلیج مکزیک خم شود و انعطاف نشان دهد. این ویژگی، انقلابی در طراحی سکوهای آبهای عمیق ایجاد کرد.
طراحی برج انعطافپذیر
یکی از ویژگیهای بارز سکوی پترونیوس، طراحی برج انعطافپذیر آن است. این نوع طراحی به سکو اجازه میدهد به جای مقاومت در برابر جریانهای اقیانوسی و امواج متلاطم آب با آنها خم شود و تاب بخورد. این انعطافپذیری باعث کاهش فشار بر سازه در شرایط آبوهوایی شدید میشود و به سکو امکان میدهد تا در برابر نیروهای قابل توجه ناشی از امواج و بادها مقاومت کند. برج پترونیوس با ارتفاع تقریبی ۶۴۰ متر از بستر دریا، یکی از بلندترین سازههای مستقل در جهان است. هرچند بعضی این ادعا را با توجه به امکان شناورشدن بخشی از سکو روی آب به چالش میکشند و معتقد هستند این سازه در خشکی نمیتواند وزن کامل خود را تحمل کند. با این حال ارتفاع این سازه از کف دریا، تا نوک برجها فلر آن حدود ۶۴۰ متر است.
ویژگیهای کلیدی طراحی برج انعطافپذیر:
- انعطافپذیری ساختاری: این برج میتواند بیش از دو درصد از ارتفاع خود را خم شود، در حالی که سازههای معمولی حداکثر تا ۵/۰ درصد انعطافپذیری دارند. این انعطافپذیری به پایداری و ایمنی عملیات کمک میکند.
- مقاومت در برابر شرایط سخت: طراحی برج به گونهای است که در برابر شرایط جوی نامساعد و امواج شدید مقاومت کرده و به این ترتیب از آسیب به سازه جلوگیری کند.
ظرفیت تولید
سکوی پترونیوس دارای ظرفیت تولید قابلتوجهی است و روزانه حدود ۶۰ هزار بشکه نفت و سه میلیون مترمکعب گاز طبیعی استخراج میکند. این میزان ظرفیت استخراج نفت برابر کل ظرفیت دانمارک در سال ۲۰۲۴ است. این حجم از تولید نفت و گاز از طریق یک تاسیسات نفتی برای تامین تقاضای انرژی بسیار حیاتی است و به همین دلیل این سکو یکی از تاسیسات کلیدی شرکتهای آمریکایی تولید نفت و گاز محسوب میشود.
ویژگیهای کلیدی ظرفیت تولید:
- نرخ استخراج بالا: ظرفیت تولید بالای این سکو، آن را به یکی از مهمترین منابع تامین انرژی تبدیل کرده است.
- اسلاتهای چاه: قسمت بالایی سکو دارای ۲۱ اسلات چاه است که امکان انجام همزمان چندین عملیات حفاری را فراهم میکند. این امر کارایی عملیاتی را افزایش داده و خروجی میدان پترونیوس را به حداکثر میرساند.
توجه به محیط زیست
سکوی پترونیوس همچنین از تکنیکهای بازیابی نفت با استفاده از دیاکسید کربن (CO2 EOR) استفاده میکند. این روش شامل تزریق دیاکسید کربن به مخزن برای افزایش نرخ بازیابی نفت و کاهش انتشار گازهای گلخانهای است. ادغام شیوههای سازگار با محیط زیست در چهارچوب عملیاتی، نشاندهنده تعهد به پایداری در تولید نفت فراساحلی است.
سیستمهای پمپاژ پیشرفته
برای بهینهسازی تولید، شرکت شورون از سیستمهای پیشرفته تزریق آب دریا استفاده کرده است. این سیستم شامل حفر چاههای تزریق آب دریا برای حفظ فشار مخزن و افزایش بازیابی نفت است. استفاده از سیستم پمپاژ افقی RedaHPS شرکت شلمبرژه در این فرآیند نقشی محوری داشته است و راهحلهای پمپاژ کارآمدی را برای محیطهای فراساحلی ارائه میدهد. در ادامه به سیستم پمپاژ پیشرفته و نقش آن در سکوی نفتی پترونیوس میپردازیم.
بهینهسازی تولید در سکوی فراساحلی پترونیوس با استفاده از سیستم پمپاژ افقی
مهندسان شرکت شورون به منظور بهینهسازی تولید در سکوی فراساحلی پترونیوس، تصمیم به حفر یک چاه و تزریق آب دریا برای افزایش فشار مخزن گرفتند. این امر نیازمند توسعه تاسیسات سطحی برای برآوردهکردن نیازهای پمپاژ بود. پس از ارزیابی اولیه و بررسی گزینههای متعدد پمپ، شرکت شلمبرژه (Schlumberger) برای تهیه یک سیستم پمپاژ افقی RedaHPS برای این کار انتخاب شد. در ادامه به بررسی محرکهای فنی و اقتصادی این تصمیم و مزایای استفاده از این سیستم پمپاژ، به ویژه برای تاسیسات فراساحلی، میپردازیم.
نیازهای پروژه
سکوی پترونیوس، واقع در عمق ۵۳۳متری آب در بلوک ۷۸۶ Viosca Knoll خلیج مکزیک، از تزریق آب دریا برای حفظ فشار مخزن و به حداکثررساندن برداشت از مخزن و بازیافت نهایی بهره میبرد. به دلیل عمر برداشت از این میدان، حجم آب تزریقی موردنیاز فراتر از ظرفیت پمپهای تزریق اولیه نصبشده بر روی سکو بودند. برای حفظ فشارهای مخزن بالاتر از نقطه حباب و بهینهسازی تولید نفت، شرکت بهرهبردار نیاز به افزایش ظرفیت تزریق آب دریای به مخازن تولید داشت. تصمیم بر این شد که یک چاه تزریق دوم حفر شود و پمپهای تزریق اضافی به سکو افزوده شوند.
معیارهای انتخاب پمپ
واحدهای پمپاژ جدید باید معیارهای متعددی را برآورده میکردند، از جمله:
- تحویل سریع و همزمان با تکمیل حفاری چاه تزریق
- سهولت نگهداری برای به حداقلرساندن زمان تعمیر و نگهداری
- هزینه پایین
- سازگاری با محیط زیست، حداقل صدا، لرزش و آلایندگی
هدف اصلی، به حداقلرساندن زمان مورد نیاز برای راهاندازی چاه تزریق جدید و به حداکثررساندن و بهینهسازی تولید بود. هر روز اضافی انتظار برای نصب پمپ پس از تکمیل چاه تزریق جدید، به معنای از دستدادن تولید و درآمد برای بهرهبردار بود، بنابراین تحویل سریع یک امر ضروری بود.
برای حفظ سطح تولید افزایشیافته ناشی از حفر چاه تزریق دوم، واحدهای پمپاژ باید از نظر عملیاتی کارآمد و تا حد امکان بدون نیاز به نگهداری باشند. به همان اندازه مهم، اگر مشکلی برای یک واحد پمپاژ پیش میآمد، به حداقلرساندن زمان خرابی برای تعمیر به منظور کمینهکردن تاثیر منفی بر تولید ضروری بود.
در نهایت، به دلیل فضای محدود و نزدیکی پرسنل، واحد پمپاژ باید تا حد امکان بیصدا باشد تا آلودگی صوتی به حداقل برسد. همچنین باید حداقل سطح لرزش یا قابلیت جداسازی را داشته باشد تا انتقال نیرو به سازههای اطراف محدود شود، و باید آلایندگی خروجی کم بوده یا بدون آلایندگی باشد تا آلودگی هوا به حداقل برسد.
گزینههای موجود
به طور معمول، شرکت از پمپهای سانتریفیوژ چندمرحلهای با محفظه تقسیمشده API-610 یا پمپهای بشکهای برای تزریق آب دریا استفاده میکند. اما مشکل اصلی اینجا بود که تولیدکننده این پمپها زمان ۳۶ تا ۵۲ هفته برای تحویل استاندارد و هزینه اولیه حدود ۲/۱ میلیون دلار را برآورد کرده بودند. این زمانهای تحویل از برنامه حفر و تکمیل چاه تزریق که قرار بود ظرف ۲۶ هفته تکمیل شود، بسیار طولانیتر بود.
گزینههای دیگر هم برای تامین پمپها مورد بررسی قرار گرفت، از جمله اجاره پمپها که نسبت به سفارش ساخت پمپهای API-610، مزیتهایی داشت، از جمله هزینه کم (اجاره در مقابل هزینه سرمایه اولیه) و تحویل سریع (تقریباً چهار هفته). اما این روش مشکلات زیستمحیطی متعددی از جمله سطوح صدای بالاتر، لرزش و آلایندگی خروجی (برای پمپهای دیزلی) داشت که آنها را به عنوان یک گزینه مناسب برای این پروژه رد میکرد.
بنابراین، شورون به دنبال گزینههای جدید برای تامین قدرت پمپاژ مورد نیازش بود.
راه حل مناسب
پس از جستوجو و تجزیه و تحلیل دقیق بازار، تصمیم شرکت بر آن شد تا از واحدهای پمپاژ HPS استفاده کند. درنهایت دو واحد HPS مدل HJ350N با قدرت ۱۲۵۰ اسب بخار روی سکو نصب شدند. این دو واحد با بودجه مناسب و ظرف ۱۶ هفته از زمان دریافت سفارش، تحویل داده شده و نصب شدند. بر اساس طراحی مدولار، قطعات در دسترس و سهولت ساخت، اپراتور ۴۰ درصد در هزینههای سرمایهای اولیه و حداقل ۲۰ هفته در زمان تحویل در مقایسه با استفاده از پمپهای سنتی API-610 با محفظه تقسیمشده یا بشکهای صرفهجویی کرد. عمر هدف برای این واحدهای پمپاژ مشابه پمپ API-610 است: ۲۰ سال با نگهداری منظم.
مدولاربودن واحد HPS آن را از پمپهای سنتی API-610 و پمپهای دیگر متمایز میکند. این واحد پمپاژ حول یک پایه صلب ساخته شده است که تمام اجزای چرخشی از جمله موتور، محفظه رانش، آببند مکانیکی و پمپ بر روی آن نصب شدهاند. واحدهای استاندارد برای به حداکثررساندن استحکام ساختاری و به حداقلرساندن خمش و لرزش طراحی شدهاند. این پایه میتواند تا یک موتور الکتریکی ۱۵۰۰ اسب بخار را با گیربکس خود جای دهد. درایوهای مختلف موتور (گازی یا دیزلی) نیز میتوانند در آن جای گیرند. موتور مستقیماً به بخش یاتاقان رانش متصل است که برای تحمل بارهای رانش تولیدشده به وسیله پمپ تا ۱۸ هزار پوند نیرو و در عین حال به حداقلرساندن تولید گرما طراحی شده است.
طراحی مدولار این واحد پمپاژ، آن را به یک انتخاب منطقی تبدیل میکند، زمانی که به حداقلرساندن زمان خرابی در اولویت باشد. این واحد از یک کوپلینگ فاصلهدهنده بین موتور و بخش یاتاقان رانش استفاده میکند که امکان جداسازی آسان موتور و مجموعه یاتاقان رانش را فراهم میکند. این امر به موتور و بخش یاتاقان اجازه میدهد تا در صورت لزوم به راحتی برای تعمیر یا تعویض برداشته شوند.
