طاقة المنصة البحرية وقدرة الجهد الكهربائي المنخفض

تحليل طاقة المنصة البحرية وقدرة الجهد الكهربائي المنخفض

في السنوات الأخيرة، ومع الانخفاض الهائل في الطاقة الأحفورية على الأرض والطلب الإنمائي للشبكة الذكية الحديثة ومشاكل الطاقة والبيئة في المجتمع منخفض الكربون؛ فقد أصبحت مشاكل الطاقة والبيئة بارزة، وفي حين أن الغاز الطبيعي بخصائصه النظيفة والفعالة؛ فقد أصبح قلقاً بشكل تدريجي و تم تطبيق بحيث يحتل المحيط (70٪) من مساحة الأرض ويحتوي على كمية كبيرة من احتياطيات النفط والغاز.

كما تطور استكشاف وتطوير النفط والغاز البحريين بسرعة واستمر اكتشافهما، وذلك ليصبح نقطة ساخنة للتنقيب عن النفط والغاز في عملية استغلال النفط والغاز في البحر، بحيث يعد نظام الطاقة للمنصة البحرية جزءاً مهماً ويتم تحديد خصائصه الأساسية، بحيث يوفر الطاقة والقدرة اللازمتين للعملية الكاملة لاستغلال النفط والغاز، كما ويضمن الاستغلال والنقل والتشغيل العادي للمعدات، لذلك يرتبط التشغيل الآمن لنظام الطاقة ارتباطاً مباشراً بالإنتاج والتشغيل والفوائد الاقتصادية للمنصة.

يعمل نظام الطاقة للمنصة البحرية في النهاية على إنتاج النفط والغاز البحري، بالإضافة إلى تحليل الأمان لشبكة الطاقة التقليدية، بحيث يجب أن يولي تحليل الأمان مزيدًا من الاهتمام لهدف السلامة الجوهري المتمثل في إيقاف إنتاج النفط والغاز أم لا، لذلك تنقل معدات إنتاج الغاز في نظام الطاقة الغاز الطبيعي المُجمع إلى الأرض من خلال خطوط الأنابيب والضواغط وتشكل شبكة غاز بسيطة.

وفي نفس الوقت؛ فإن اقتران الكهرباء بالغاز للمنصة البحرية قريب والخلل أو اضطراب جودة الطاقة في شبكة الطاقة من السهل إيقاف تشغيل معدات إنتاج الغاز والضاغط، مما يؤدي إلى تقليل إنتاج الغاز الطبيعي أو حتى إيقاف التشغيل، وبالمثل؛ فإن إنتاج النفط والغاز يؤثر بدوره على ناتج مولدات شبكة الطاقة، مما يشكل حلقة مفرغة ويمكن القول أن إغلاق النفط والغاز الناجم عن نظام الطاقة للمنصة البحرية يمكن اعتباره غير آمن.

في الوقت الحاضر تقترح الدراسات نموذج خطأ متتالي لنظام الطاقة مع الأخذ في الاعتبار تأثير نظام الغاز الطبيعي وتقييم تأثير الخطأ العشوائي للغاز الطبيعي على خطأ نظام الطاقة، بحيث وجد أيضاً أن خطأ خط أنابيب الغاز الطبيعي وكتلة نقل الغاز سيؤدي إلى كتلة الطاقة وقطع الحمل الطارئ لنظام الطاقة، مما يجعل خط أنابيب الغاز الطبيعي يقترب من التشغيل النهائي حالة.

نظرة عامة على نظام الطاقة للمنصة البحرية

مرافق معالجة النفط والغاز “للمنصات البحرية” لها استخدامات مختلفة، وبشكل عام يتم تقسيم المنصة إلى منصة مركزية خارجية المنصة الرئيسية (MP) ومنصة رأس البئر (WP)، بحيث توفر المنصة الرئيسية الطاقة لكل منصة بئر وتقوم بمعالجة سائل البئر. تقوم منصة رأس البئر بقياس أو معالجة أو نقل النفط والغاز المستخرجين مباشرة إلى المنصة الرئيسية للمعالجة.

كما يتم توفير قوتها من خلال المنصة الرئيسية. تنقل المنصة الرئيسية الطاقة الكهربائية إلى المنصات البعيدة والقريبة من فوهة البئر من خلال الكبل البحري والقاعدة، بحيث يظهر الرسم التخطيطي النموذجي لنظام الطاقة للمنصة البحرية في الشكل التالي (1).

يشمل حقل النفط والغاز البحري الفعلي منصات متعددة، خاصةً إذا كان نظام الطاقة لكل منصة مستقلة عن بعضها البعض؛ فستكون هناك مشاكل مثل الاستثمار الكبير وضعف موثوقية مصدر الطاقة، لذلك من أجل تعزيز موثوقية الإمداد لنظام الطاقة للمنصة البحرية وضمان التشغيل الآمن والمستقر والاقتصادي للإنتاج، كما ينظم نظام الطاقة في شبكات الطاقة لتشكيل نظام طاقة ربط بيني ضعيف للمنصة البحرية، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2).

نمذجة النظام المزدوج للمنصة البحرية

يوفر نظام الطاقة البحرية خدمة لإنتاج النفط والغاز وسوف يفصل النفط والغاز وينقل النفط الخام والغاز الطبيعي إلى الأرض على التوالي، ومع ذلك؛ فإن انقطاع وإغلاق إنتاج النفط والغاز الناجم عن نظام الطاقة لا يمكن أن يلبي طلب حمل الغاز الطبيعي، وهو انعدام الأمن الجوهري في نظام الطاقة للمنصة البحرية، لذلك يجب تحليل الغاز والكهرباء للمنصة البحرية ككل.

بالإضافة إلى ذلك، بعد عملية استهلاك الطاقة مثل عملية الاستغلال والمعالجة؛ فإنه يتم تشكيل “شبكة الغاز الطبيعي” عن طريق النقل والربط بين المنصات، لذلك تنعكس سلامة نظام الطاقة للمنصة البحرية وشبكة الغاز الطبيعي في الاقتران الخاص بين الشبكتين، أي عملية معالجة الغاز الطبيعي، بحيث تنقسم المنصة تقريباً إلى العمليتين التاليتين:

• عملية إنتاج النفط والغاز للمنصة: من خلال سلسلة من عمليات المعالجة، بحيث يتم فصل وقياس النفط الخام والغاز الطبيعي ويتم إنشاء العلاقة بين الطاقة الكهربائية وتدفق الغاز الطبيعي، بحيث توصف هذه العملية بإيجاز بأنها “القدرة على الغاز”.

• ضغط الغاز الطبيعي: الغرض من الضاغط متعدد المراحل هو إزالة المكثفات وزيادة الغاز الطبيعي (الغاز إلى الغاز) وتقليل الحجم وتسهيل النقل وتقليل تكلفة النقل بشكل كبير.

نظام المنصة والقدرة على الغاز

تشمل المعدات الرئيسية لنظام “القدرة على الغاز” المضخة الكهربائية الغاطسة وماسك السدادة والفاصل ومعدات العملية الأخرى، وذلك من مدخلات الطاقة الكهربائية إلى إخراج الغاز الطبيعي، بحيث يتم تغليف سلسلة من العمليات في نظام “الطاقة إلى الغاز”، كما تعتبر عملية إنتاج الغاز الكهربائي بأكملها بمثابة عنصر اقتران، بحيث يعادل الحمل في شبكة الطاقة ومصدر الغاز في شبكة الغاز، حيث أن العملية المحددة موضحة في الشكل التالي (3)، مما يوضح أن نظام الطاقة يعمل على إنتاج النفط والغاز.

لذلك؛ فإن المضخة الغاطسة الكهربائية هي معدات إنتاج شائعة في تكنولوجيا إنتاج النفط البحري، حيث أنها معدات الرفع التي تخفض المحرك ومضخة الطرد المركزي متعددة المراحل في بئر الزيت تحت مستوى السائل لضخ الزيت، كما يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية لرفع سائل البئر إلى الأرض، بالإضافة ماسك وفاصل الزيت والغاز لهما وظائف متشابهة.

تعتبر معدات استهلاك الطاقة، مثل مضخة حقن الماء ومضخة الصرف الصحي، والتي ليس لها علاقة واضحة بمحتوى الغاز الطبيعي بمثابة طاقة ثابتة ومرتبطة بنظام “القدرة على الغاز”، كما أن علاقة الاقتران بين الطاقة الكهربائية وتدفق الغاز الطبيعي في نظام “القدرة على الغاز” هي كما يلي:

حيث أن:

(FH.gas ، FM.gas ، FL.gas): هي على التوالي ضغط مرتفع وضغط متوسط وتدفق غاز طبيعي منخفض الضغط.

(λ ، k1 ، k2): هي معاملات فصل الغاز الطبيعي لماسك البزاقة والفاصل (1 ، 2)، والتي ترتبط بعوامل مثل كثافة الخليط والضغط ودرجة الحرارة.

(μ): هي كفاءة عمل المضخة الغاطسة الكهربائية.

(P): هي الطاقة التي تستهلكها المضخة الغاطسة الكهربائية.

(H): هو رأس الضغط الديناميكي الكلي لبئر النفط.

(ρ): هي كثافة خليط سوائل البئر.

(g): هي عجلة الجاذبية.

نظام ضغط متعدد المراحل

يتم ضغط ناتج الغاز الطبيعي في نظام “القدرة على الغاز” بواسطة ضاغط متعدد المراحل لنقل خطوط الأنابيب لتلبية طلب حمل الغاز الطبيعي، والذي يمثله نظام ضغط متعدد المراحل، مما يعكس أن نظام الطاقة يخدم ناقل الحركة من النفط والغاز، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (4).