انتخاب ابزار دقیق مناسب برای سامانههای تصفیه آب همراه نفت
رشد چشمگیر تولید نفت و گاز از منابع شیل غیرمتعارف در سالهای اخیر، ثروت زیادی برای تولیدکنندگان و اقتصاد جهانی ایجاد کرده است؛ اما فشار قابلتوجهی بر منابع طبیعی بهویژه آب وارد آورده است.
چند سال پیش برای هر چاه، حدود ۱۰۰ هزار بشکه آب جهت عملیات شکست هیدرولیکی (فرکینگ) مصرف میشد، ولی امروزه این مقدار تا پنج برابر افزایش یافته است.
همچنین میزان آب تولیدشده در کنار نفت نیز بسیار زیاد است؛ در برخی میدانها تا ده بشکه آب در برابر هر بشکه نفت تولید میشود.
با احتساب آب برگشتی از تزریق، صنعت نفت اکنون با مدیریت میلیاردها بشکه آب در سال روبهرو است.
در صنعت نفت و گاز، یکی از چالشهای مهم زیستمحیطی و عملیاتی، مدیریت آب تولیدی است؛ آبی که در فرآیند استخراج نفت و گاز به سطح زمین آورده میشود و حاوی ترکیبات شور، نفت، مواد شیمیایی و ذرات جامد است.
در گذشته، روش تزریق مجدد آب شور به زمین از طریق چاههای دفع (Saltwater Disposal – SWD) مرسومترین راه برای دفع آب تولیدی بود. اما طی سالهای اخیر، با افزایش هزینههای عملیاتی، کمبود منابع آب شیرین و سختتر شدن قوانین زیستمحیطی، این روش دیگر گزینهی ایدهآلی به حساب نمیآید. شرکتهای بهرهبردار اکنون رویکردی نو را دنبال میکنند: تصفیه آب در محل و استفاده مجدد از آن در فرآیندها یا مصارف صنعتی و کشاورزی.
در این تحول بنیادین، نقش ابزار دقیق یا Process Instrumentation اهمیت حیاتی پیدا کرده است. برای کنترل اقتصادی و کارآمد چرخه آب تولیدی، استفاده از مجموعهای از تجهیزات اندازهگیری و پایش ضروری است از جمله:
- سنجش سطح مایع در مخازن و واحدهای جداسازی
- اندازهگیری دبی جریان در خطوط انتقال
- سنسورهای فشار و دمای فرآیند
- سیستمهای هشدار و کنترل خودکار
این ابزارها نه تنها به بهینهسازی عملکرد واحدهای تصفیه کمک میکنند، بلکه از بروز مشکلات زیستمحیطی و اتلاف منابع نیز جلوگیری مینمایند.
از آنجا که تجهیزات مورد استفاده در این حوزه از فناوریهای متفاوتی بهره میبرند، انتخاب صحیح دستگاه بر اساس شرایط هر میدان یا واحد عملیاتی بسیار مهم است. عوامل تعیینکننده شامل نوع سیال، غلظت نمک، دما، فشار و مرحلهی جداسازی (اولیه، ثانویه یا ثالثیه) هستند.
در زمینه سنجش سطح آب، دو فناوری اصلی به کار میرود:
- تماسی (Contacting): در این روش حسگرها مستقیماً با سیال در تماساند، دقت بالایی دارند و در محیطهای پایدار مناسباند.
- غیرتماسی (Non‑Contacting): مبتنی بر روشهای اولتراسونیک، راداری یا لیزری است و برای محیطهای خورنده یا دارای کف و بخار زیاد، گزینهای امنتر محسوب میشود.
استفاده هوشمندانه از ابزار دقیق با فناوریهای نوین، به اپراتورهای صنعت نفت و گاز امکان میدهد تا ضمن کاهش هزینهها و مصرف آب تازه، چرخهی تصفیه و بازاستفاده از آب تولیدی را با دقت و پایداری بیشتری مدیریت کنند.
تکنولوژیهای تماسی و غیرتماسی در اندازهگیری سطح
تکنولوژیهای تماسی (Contacting) شامل تجهیزاتی هستند که مستقیماً با سیال در تماس قرار میگیرند، مانند رادار موج هدایتشده (Guided Wave Radar) و دستگاههای شناور (Float-Based Devices). این ابزارها بهطور مستقیم وضعیت سطح آب، نفت یا مواد شیمیایی را حس میکنند.
در مقابل، فناوریهای غیرتماسی (Non‑Contacting) از اصل زمان پرواز (Time of Flight) برای اندازهگیری سطح استفاده میکنند. در این روش، فرستندههای راداری یک سیگنال مایکروویو را از طریق هوا به سمت سطح سیال ارسال میکنند. هنگامی که سیگنال به سطح برخورد کرده و بازمیگردد، زمان رفت و برگشت آن برای محاسبه فاصله و در نتیجه، ارتفاع سطح داخل مخزن مورد استفاده قرار میگیرد.
در برخی موقعیتها که گاز H₂S (سولفید هیدروژن) بیش از حد وجود دارد، ممکن است کریستالیزه شود و درون آنتن شیپوری رادار تجمع پیدا کند. برای مقابله با این مشکل، استفاده از آنتنهای شیپوری با لنز تفلون گزینهای مناسب است. همچنین از ترانسمیترهای فشار هیدرواستاتیک با قطعات مرطوب از جنس Hastelloy میتوان در شرایط مشابه استفاده کرد تا مقاومت در برابر خوردگی H₂S افزایش یابد.
یکی از مزایای مهم فناوری Guided Wave Radar این است که هم برای اندازهگیری سطح و هم برای اندازهگیری سطح رابط (Interface Level) قابل استفاده است. این ویژگی بهویژه در پایش همزمان سطح نفت و آب در مخازن جداسازی ارزشمند است. در واحدهای جداسازی و پیش از تزریق آب تولیدی، وجود تجهیزی که بتواند هر دو نوع اندازهگیری را انجام دهد ضروری است؛ زیرا باقیمانده نفت قبل از تزریق باید برای اهداف اقتصادی و زیستمحیطی بازیافت شود.
البته باید توجه داشت که اندازهگیری سطح رابط (Interface Level) برای مواد کاملاً نامتجانس (مانند رزین و آب یا رسوبات و آب) امکانپذیر نیست. عملکرد صحیح این فناوری مستلزم آن است که لایه بالایی غیرهادی (مانند نفت خام) و لایه زیرین هادی (مانند آب) باشد.
در کاربردهایی که فقط اندازهگیری سطح آب تولیدی، آب تصفیهشده، مواد شیمیایی یا هیدروکربن مد نظر است، رادار غیرتماسی معمولاً گزینهی ترجیحی در اکثر صنایع محسوب میشود، زیرا علاوه بر دقت بالا، نگهداری آسان و ایمنی بیشتری را در محیطهای خورنده فراهم میکند.
دبیسنجها (Flow Meters) در فرآیند تصفیه آب
پس از جداسازی آب از نفت یا گاز، فرآیند تصفیه، بازیافت یا تزریق آن آغاز میشود. اندازهگیری دقیق جریان آب تولیدی نه تنها برای اهداف اقتصادی بلکه برای رعایت الزامات نظارتی (Regulatory) نیز حیاتی است. دو تکنولوژی رایج در این زمینه عبارتند از: دبیسنجهای اولتراسونیک گیرهدار (Clamp-on Ultrasonic) و دبیسنجهای الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flow Meters).
۱. دبیسنج اولتراسونیک گیرهدار (Clamp-on Ultrasonic)
- مزیت کلیدی: اندازهگیری غیرتهاجمی (Non-intrusive) است؛ یعنی نیازی به بریدن یا باز کردن خط لوله برای نصب وجود ندارد.
- ویژگی عملیاتی: از اصل زمان ترانزیت (Transit-time) استفاده میکند و بنابراین، رسانایی (Conductivity) مایع تأثیری بر اندازهگیری آن ندارد.
- محدودیت: اگر تعداد ذرات جامد معلق در سیال زیاد باشد، عملکرد متر دچار اختلال شده یا ممکن است کاملاً از کار بیفتد.
۲. دبیسنج الکترومغناطیسی (Electromagnetic / Mag Meters)
- عامل کلیدی عملکرد: سیال عبوری باید رسانا (Conductive) باشد، که برای آب تولیدی (حتی با مقادیر کمی نفت باقیمانده) معمولاً مشکلی ایجاد نمیکند.
- مزیت برتر: مدلهایی با بوشینگهای Ebonite یا EPDM برای سنجش جریان آب حاوی جامدات مناسب هستند و تغییرات در ترکیب شیمیایی آب تأثیر حداقلی بر آنها میگذارد. این ویژگی، آنها را برای اندازهگیری جریان آب در صنعت نفت و گاز نسبت به مدلهای گیرهدار برتر میسازد.
۳. دبیسنج جرمی کوریولیس (Coriolis Mass Flow Meter)
- اولویت کاربرد: در مواردی که دقت اندازهگیری جریان جرمی در اولویت مطلق است، این مدلها بهترین انتخاب هستند.
- قابلیتهای پیشرفته: این دبیسنجها بهطور همزمان جریان جرمی، چگالی (Density)، دما و جریان حجمی را اندازهگیری میکنند.
- انعطافپذیری: قابلیت اندازهگیری هر دو سیال رسانا و غیررسانا را دارند.
- محدودیت: با وجود کاهش قیمتها در سالهای اخیر، هنوز گرانتر از دبیسنجهای الکترومغناطیسی با اندازهی مشابه باقی ماندهاند.
پیشگیری از سرریز شدن مخازن (Tank Overfill Prevention)
برای حفاظت مؤثر در برابر سرریز شدن مخازن، استفاده از تجهیزات سنجش سطح در نقاط مشخص (Point Level Switches) امری ضروری است. دستگاههای کلیدی در این زمینه عبارتند از:
- سوئیچهای سطح خازنی (Capacitance Point Level Switches)
- سوئیچهای چنگالی (Tuning Forks)
- سوئیچهای شناور (Float Switches)
نکته مهم: تمام این دستگاهها را میتوان با طول سفارشی سفارش داد تا در نقطه سطح مورد نظر، وجود محصول را تشخیص دهند. با این حال، برای اطمینان از عملکرد طولانیمدت، باید همواره پتانسیل تجمع مواد (Buildup) و سازگاری شیمیایی بین سیال اندازهگیریشده و جنس ابزار به دقت مورد بررسی قرار گیرد.
تجهیزات اندازهگیری مناسب، کلید مدیریت مقرونبهصرفه چرخه عمر آب تولیدی است.
نتیجهگیری: انتخاب هوشمندانه ابزار اندازهگیری
برای مدیریت فرآیندهای آب در صنعت نفت و گاز، مجموعهای از فناوریهای پیشرفته برای سنجش سطح، جریان، فشار و دما در دسترس است.
انتخاب ابزار مناسب نباید فرآیندی پیچیده باشد؛ درک اساسی از مزایا و محدودیتهای هر تکنولوژی کلید موفقیت است. مهمترین گام، شناخت دقیق ویژگیهای سیال است (از جمله خورنده بودن، مستعد بودن برای رسوبگذاری، ماهیت تمیز یا حاوی ذرات جامد معلق بودن). این شناخت، حیاتیترین عامل در تعیین بهترین تناسب فناوری با نیاز عملیاتی شما خواهد بود.
توصیه نهایی:
هنگام انتخاب راهحل، در نظر گرفتن عواملی نظیر سازگاری، محدودیتهای فشار و دما، انواع پوششها و حتی پروتکلهای ارتباطی ضروری است. برای اطمینان از انتخاب صحیح و عملکرد بهینه، تعامل با یک ارائهدهنده راهحل معتبر (Reputable Solutions Provider) قویاً توصیه میشود.
