گاز طبیعی و لوله های انتقال پلی اتیلن

این مقاله درباره گاز طبیعی و نحوه استخراج آن و همچنین در مورد نحوه انتقال گاز طبیعی بوسیله لوله های پلی اتیلن صحبت کرده است. در ادامه قسمت هایی از این مقاله و همچنین فهرست مطالب آن آمده است.

گاز  طبیعی عمدتا از متان CH4 تشکیل شده است ولی هیدروکربن های اتان ( C2H6)   ، (پروپان  ( C3 (H8) و حتی بوتان (C4H10)  نیز می توانند  در گاز طبیعی  وجود داشته باشند . گاز طبیعی همچنین شامل هیدروژن  ، نیتروژن  ، کربن دی اکسید  و هلیم به مقدار کم است .

مقدار هلیم در گاز طبیعی می تواند تا ۳ درصد حجم مولی برسد .گاز هلیم دارای ارزش تجارتی فراوانی است گاز طبیعی  به طور کلی می تواند  به صورت  های زیر در یک مخزن یافت شود .

۱- گاز آزاد : در این حالت گاز به صورت آزاد وجدا  از نفت در قسمت های بالای نفت وجوددارد .

۲- گاز حل شده در نفت : دراین حالت  گاز در نفت حل شده است میزان گاز حل شده در نفت بیشتر به شرابط فیزیکی مخصوصا فشار ودما بستگی داردو پس از استخراج نفت در سطح زمین به علت کاهش فشار گاز حل شده در آن توسط یک جدا ساز جدا می شود .مقدار گاز حل شده می تواند از چند فوت مکعب تا چندین  هزار فوت مکعب ( در شرایط استاندارد ) در هر بشکه  نفت تغییر کند .

۳- مخزن گاز خالص : در طبیعت مخازنی یافت می شوند که دارای نفت نیستند  و فقط شامل گاز تنها می باشند .دما و فشاری که اولین ذرات گاز از نفت خارج می شود را نقطه حباب می نامند . دما در یک مخزن تقریبا ثابت است ولی با تولید نفت فشار مخزن کم می شود .فشار نقطه حباب را گاهی فشار سیر شده نیز می گویند .اگر فشار مخزن از فشار سیر شده بیشتر باشد نفت گاز بیشتری  را در خودنگه میدارد .مقدار فشار سیر شده می تواند  از فشار مخزن تا فشار یک اتمسفر تغییر کند .

۴- گاز حل شده در آب : در شرایط مخازن و فشارهای حوالی psi 5000 حدود ۲۰ فوت مکعب گاز در یک بشکه آب میتواند حل شده باشد . هر گاه گاز در آب نمک دار حل شده باشد میزان انحلال  پذیری آن کم  شود .روی هم رفته انحلال پذیری گاز در آب حدود ۶% انحلال پذیری گاز در نفت است. در شرایط یکسانی با توجه به اینکه آب در مخزن ممکن است تا ۵۰ درصد حجم  خالی مخزن باشد مقدار گاز حل شده در آب می تواند قابل ملاحظه باشد .

۵- گاز مایع شده :در عمق ۶۰۰۰ پایی مخزن ودر فشارهای خیلی بالا گاز می تواند به صورت  مایع باشد وعملا از نفت قابل تشخیص نیست . یک بشکه گاز طبیعی مایع معادل ۱۰۰۰۰۰ بشکه گاز در شرایط استاندارد حجم است .

۶- گاز میعانی : گاز میعانی که به طور خلاصه  معمولا با GC نشان داده می شود چیزی بین نفت وگاز است که در  زیر زمین به شکل مایع ولی شامل ۵۰۰۰ تا scf/bbl 100000  گاز می باشد ۱۰۰۰+۱m3=6/29bb1)  لیتر ) یک کیلو لیتر ) . گاز میعانی معمولا دارای درجه API بالای ۴۵ است .

اکتشاف و حفاری

در روزگاران آغازین صنعت نفت ، روشهای علمی اکتشاف تقریباً ناشناخته بود و کشف ذخایر نفت و گاز بدون طرح و برنامه علمی و عمدتاً تصادفی صورت می گرفت .

امروزه روشهای زمین شناسی – ژئوفیزیکی و ژئو شیمیایی به طور مجزا و یا اغلب تواماض برای کتشاف به کار برده می شوند . اگر چه هیچ یک از روش های فوق مستقیماً وجود نفت یا گاز را نشان نمی دهند ولی در بهترین حالت با این روش ها می توان ساختمان لایه های زیر زمینی را مشخص کرده و مکانهایی را که احتمالاً گاز یا نفت وجود دارد معین نمود .

روش های زمین شناسی

تکنیک های زمین شناسی شامل مطالعه و بررسی در سطح زمین با نمونه گیری از رگه صخره ها و تجزیه و تحلیل نمونه ها جهت مشخص نمودن قدمت و شکل صخره و شرایطی که تحت ان شگل گرفته است می باشد . ارتباط بین ساختمان صخره ها شناخته شده ممکن است باعث شناسایی ساختمان سطح زیر زمین شود .

وقتیکه اطلاعات زمین شناسی در خصوص قدمت ، نوع و تاریخچه یک صخره حاکی از احتمال ذخایر نفتی باشند روشهای ژئوفیزیکی برای شناسایی شکل طبقات زیر زمین جهت پیدا کدن رگه های نفت خیز به کار می رود .

روش های ژئوفیزیکی

روشهای ژئوفیزیکی شامل اندازه گیری تغییرات نیروی جاذبه زمین (جاذبه سنجی)، اندازه گیری نیرو و تغییرات نیروی مغناطیسی زمین (مغناطیس سنجی) و اندازه گیری زمان برگشت امواج ضربه ای منعکس شده از طبقات زیر زمین توسط انفجار متمرکز در سطح زمین (لرزه نگاری)می باشد . تکنیکهای لرزه نگاری امروزه به طور گسترده ای به کار می رود زیرا بهترین تصویر را از ساختمان صخره های زیر زمینی ارائه می دهند .

روش های ژئوشیمیایی

گاهی اوقات تکنیهای ژئوشیمیایی اطلاعات تکمیلی با ارزش در خصوص امکان وجود ذخایر نفتی و گازی بدست می دهد . ترکیب باکتریایی و شیمیایی خاک برفراز و اطراف مخازن گاز و نفت در اثر فرار تدریجی نفت به سطح زمین تغییر می یابد بنابراین تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی نمونه های خاک یک منطقه می تواند مشخص کننده وجود نفت یا گاز در لایه های زیر آن باشد .

حفاری چرخشی

تکنیهای حفاری چرخشی در دهه های ۱۸۸۰ و ۱۸۹۰ توسعه یافتند و اولین بار به صورت موفقیت آمیزی در حوزه نفتی مشهور به اسپیندل تاپ (Spindel top) در جنوب غربی تگزاس آمریکا کار گرفته شد .

در حفاری چرخشی تشکیلات حفاری توسط عمل چرخش یک مته که در انتهای لوله حفاری سوار شده است در زمین نفوذ می کند . چرخش توسط یک لوله مربع شکل که اصطلاحاً کلی (Kelly) نامیده می شود به مرحله عمل در می آید . این لوله مربع شکل از مرغک یک صفحه دوار در سطح دکل حفاری عبور می کند . مادامی که مته چرخان در حال تراشیدن صخره به سمت پائین است جهت تمیز کردن و روغنکاری آن ، سیالی حاوی خاک رس و مواد شیمیایی که اصطلاحاً گل حفاری نامیده می شود به سمت پائین و بالا جریان داده می شود . گل حفاری باعث پوشاندن دیواره های چاه و حفاظت ترکیبات سست شده و طبقات صخره ای دارای رگه های آب را آب بندی نموده و از ایجاد حفره های انحرافی جلوگیری می نماید . به جای گل حفاری از گاز یا هوا با فشار زیاد نیز استفاده می کنند .

لوله گذاری

همانطور که حفاری ادامه داشته و در حال پیشرفت است چاه می بایستی جهت جلوگیری از نفوذ آب صخره ها و ایجاد حفره های انحرافی لوله گذاری شود . برای فرستادن لوله بداخل چاه می بایست ابتدا کلیه وسایل حفاری از داخل آن بیرون کشیده شود . سپس لوله به داخل چاه رانده شده و از بالا توسط تلمبه با فشار سیمان به دداخل لوله فرستاده شود به طوریکه سیمان از پائین وارد جداره بین لوله و چاه شده و به سمت بالا بیاید و فاصله بین جداره خارجی لوله و بدنه چاه را پر نماید پس از عمل سیمان کاری و محکم شدن لوله عمل حفاری به وسیله مته ای کوچکتر از داخل لوله از سر گرفته می شود روشهای توسعه یافته نوینی اخیراً در حفاری به وجود آمده است که شامل تکنیک توربینی است بدینوسیله که چرخش مته به وسیله یک توربین با نیروی محرکه گل حفاری در حال چرخش انجام می گیرد .

تکمیل چاه

پس از حفاری چاه می بایست آن را جهت تولید تکمیل نمود . برای تکمیل چاه اقداماتی در خصوص محصور کردن گاز در دهانه چاه و جلوگیری از ورود آب و مواد خورنده به داخل لوله گاز می بایست انجام شود . میزان تولید می بایست کنترل شده و در خصوص جداسازی مایعات و کثافات از گاز تولید شده تدارک لازم به عمل آید .

برای محصور کردن گاز و حفاظت از حالت ایجاد شده در داخل چاه در اثر حفاری معمولاً یک لوله نهایی هم توسط سیمان در داخل چاه تعبیه می شود .اگر این لوله یا آستر بخواهد در محل سیمان شود می بایست از داخل سوراخ شود .اگر ساختمان و شکل لوله نهایی ضعیف باشد و یا بخوبی محکم نشده باشد برای محکم کردن آن پس از سوراخ کردن می بایست شن معدنی با فشار به داخل فرستاده شود . یکی از روشهای تکمیل که برای چاههای گاز بسیار مورد پسند افتاده است که بجای به کار بردن لوله نهایی جداری برای استخراج گاز ، همان لوله داخل چاه را سیمان کنند . اگر سوراخ و شکل چاه تنگ باشد می توان با ریختن اسید و یا فرستادن مایع با فشار زیاد که از سطح زمین به داخل پمپ می شود وضع را بهبود بخشید . تمام روشهای فوق باعث باز شدن راه عبور جریان گاز در حفره اطراف مخزن گشته به طوریکه سیال داخل حفره ها به راحتی در لوله های چاه جریان می یابد . آخرین محله از عملیات تکمیل چاه سوار کردن تجهیزات در سر چاه می باشد . لوله جداری بسیار سنگین سرچاه که نگهدارنده لوله اصلی چاه نیز بوده ، شیرهای کنترل اصلی و نیز مسیر کنار گذر و تجهیزات دیگر جهت عبور گاز که مجموعه این وسایل را اصطلاحا درخت کریسمس می نامند (Christmass tree) تجهیزات سر چاه را تشکیل می دهند .

با سوار کردن شیر ها و بست های مربوطه بر روی مجموعه کنترل کننده تحت عنوان درخت کریسمس باعث کنترل جریان گاز داخل لوله تعبیه شده در چاه یا بین لوله و لایی یا هر دو می شود.

بهره برداری

وقتی که چاه تکمیل شد آزمایشاتی جهت تشخیص قابلیت تولیدی چاه و مخزن مربوطه و قابلیت چاه در خصوص ارسال گاز به سیستم جمع آوری گاز فشار قوی صورت می گیرد سیستم فشار قوی جمع آوری گاز از شبکه لوله هایی که گاز را از چاههای مختلف یک میدان جمع آوری می کنند تشکیل می شود . وسایل و تجهیزات برای جداسازی مایعات ، پاکسازی گاز نیز سر چاه نصب می گردد . در خلال دور تولید یک میدان ، کارکرد چاه دائماً کنترل شده و چاهها متناوباً آزمایش می شوند و گاز تولید شده پیوسته اندازه گیری می گردد . علاوه بر اینها عملیات بهره برداری همچنین شامل کنترل خوردگی و سایر اقدامات برای جداسازی مایعات جمع شده ، پارفین و کثافات گاز نیز می شود . چنانچه شرایط پائین چاه تغییر کند یک چاه مکن است دوباره تکمیل شود . تکنیکهای شبیه سازی (Simulation)  که در کامل کردن چاه به کار می رود ممکن است در خصوص احیاء قابلیت تولید چاه مجدداً به کار گرفته شود .

عملیات بهره برداری جهت کنترل دقیق نیاز به دستگاههای تنظیم کننده فشار و اندازه گیری گاز دارد .