عمليات المساحة البحرية الداعمة لصناعة استخراج البترول من قاع البحر

[Mohamed Hashem]

الفصل الثالث
العمليات البحرية لصناعة البترول من البحر
Offshore Operations

تتلخص تلك العمليات فيما يلى:
(1) الاستكشاف
(2) الحفر
(3) الإنتاج ويشمل:
- إنشاء الأرصفة البحرية
- مد أنابيب البترول والكابلات البحرية

أولا – إستكشاف البترول تحت قاع البحر

یبدأالبحث عن زیت البترول فى قاع البحر بالتعاون بين الجیولوجي والمساح حيث يتم التخطيط لعملية مسح للقاع لیقرر أین "یحتمل "وجودالزیت؟ ومن أهم الطرق التى تستخدم فى هذا الأمر البحث السيزمى seismic surveyوهو یعتمدعلى إطلاق موجات زلزالية (pressure pulse)عن طريق إنفجارات صوتية من مفجر Air Gun فتسير تلك الموجات فى الماء لترتطم بالقاع فينعكس جزء بسيط منها بينما ينفذ الجزء الأعظم منها فى طبقات القاع وتكمل رحلتها بين رواسب القاع وكلما قابلت تغير فى طبقة الرواسب يحدث لجزء منها انعكاس وترتد للسطح و يتم استقبال كل تلك الأصداء على مستقبلات هيدروفون Hydrophoneفيقاس الوقت – بترتيب وصولها - الذي استغرقه انتقال الموجات من السطح إلى الطبقة العاكسة تحت الأرض،ثم الارتداد إلى السطح ثانية كما يقاس التغير فى الترددات التى طرأت عليها ومن هنا يمكن استنتاج نوع وسمك مختلف الطبقات الصخرية فى باطن الأرض
وتفصيلا لما سبق يبدأ مهندس المساحة فى تحديد مناطق الامتياز المزمع البحث فيها عن الزيت على الخرائط ثم يقوم برسم خطوط المسح التى سوف تسير عليها سفينة المسح السيزمى وهى سفن لها مواصفات خاصة حيث تمتلك القدرة على المناورات الصعبة والثبات فى الموقع ذاتيا Dynamic Position كما يصاحبها سفن أخرى لتزويدها بالوقود والمياه وخلافه حيث أنها تسير بلا توقف حتى اكتمال منطقة المسح كما تزود بأجهزة ملاحية عالية التقنية. و يتولى مهندسو المساحة بواسطة أجهزة تحديد الموقع ذات الدقة العالية DGPS توجيه السفينة فى خطوط المسح بينما يقوم الجيوفيزيقى باستقبال وتسجيل البيانات من المجسات على أجهزة الكمبيوتر
و أسلوب تنفيذ ذلك يتم بوضع مصدر الموجات الزلزالية فى الماء وعلى بعد مناسب من السفينة كما يثبت عدد كبير من الهيدروفونات على أبعاد متساوية على إمتداد كابلات يصل طولها أحيانا إلى 3000 متر وتقوم السفينة بقطر ( جر ) تلك الكابلات وراءها كما هو بالصورة التالية

والشكل الآتي مخطط لشكل السفينة و الكابل الممتد خلفها موزعا عليه مصفوفة الهيدروفونات كما يوضح مسار الموجات واختراقها لطبقات الأرض وما يطرأ عليها من انكسارات وانعكاسات حتى رجوعها للمستقبلات

ثانيا – الحفر

عملية الحفر ذاتها بأسلوبها ومشاكلها لا تهمنا فى المقام الأول وإنما مساعدة الوحدات البحرية من حفارات على الوصول لأماكن الآبار هو مجال اهتمام المساحة البحرية وفيما يلي شرح لأنواع الحفارات البحرية مع بيان طبيعة العمليات المساحية المساعدة لها

1- حفار من النوع Jack-up Rig

ويعتمد على نظام هيدروليكى متطور فى الثبات على قاع البحر عن طريق أرجله الفولاذية حيث يمكن رفع البدن على طول الأرجل مع تحريك برج الحفر Drilling Derrick للوصول للآبار فوق المنصات البحرية ثم النزول مرة أخرى لمستوى سطح البحر حيث يطفو كأي سفينة عادية ليتم قطره (سحبه) بواسطة سفن القطر (يحتاج 3 سفن) إلى مواقعالحقول البحرية المختلفة وتتراوح طول الأرجل من 120 – 150 مترا لذا فهو لا يمكنه العمل إلا فى مياه يتراوح عمقها من 100 إلى 120 متر وكما يبدو من الصورة التالية فإن شكل البدن على هيئة مثلث يوجد مطار الهليكوبتر عند رأسه بينما يتواجد برج الحفر عند قاعدته

هذا النوع من الحفارات يحتاج إلى دعم المساحة ليتمكن من معرفة أنسب نقاط ارتكاز لأرجله بعيدا عن أنابيب البترول البحرية والكابلات و أي حطام Debris وخلافه الموجودة بالقاع والتى قد تشكل خطورة على اتزانه
ويطلق على عملية تحريك الحفار اصطلاح Rig Move وهى عملية دقيقة تلعب فيها المساحة الدور الأكبر وملخصها أن الحفار يقوم بقطره ثلاثة سفن نظرا لكتلته الكبيرة نتيجة أرجله الفولاذية الطويلة ومن ناحية أخرى لضمان التحكم باتجاهاته وخاصة عند الاقتراب من المنصة وهنا يستلزم وجود أجهزة تحديد الموقع على كل سفينة من السفن الثلاثة بالإضافة إلى الموجودة على الحفار ، وليس هذا وحسب بل يجب أيضا أن تظهر المعلومات الملاحية من حيث موقع كل سفينة بالنسبة للحفار ويتم ذلك عن طريق نقل بيانات موقع كل سفينة بطريقة لاسلكية للجهاز الرئيسي على الحفار ويطلق على ذلك Tug Management System ويستخدم لذلك ما يسمى بالـ Telemetry systemوالشكل التالى يوضح الحفار وسفن القطر على شاشة برنامج المساحة المستخدم

2- الحفار من النوع Semi-Submersible

يتميز هذا النوع من الحفارات بأنه يظل طافيا طول الوقت على سطح الماء ويستخدم المرساة (المخاطيف) Anchorsلتثبيته فى المكان المطلوب لذا فهو مناسب لعمليات الحفر فى المياه العميقة التى قد تصل إلى ألف متر وكما هو واضح فى الشكل فإن البدن يتركب من ستة أرجل ضخمة هي فى حقيقة الأمر خزانات تملأ بماء البحر لزيادة وزنه وبالتالي يستطيع الثبات فى موقعه بشكل أفضل خاصة أثناء الحفر حيث يقلل ذلك من تذبذبه نتيجة حركة الأمواج، وتتجلى تكنولوجيا الحفر فى هذا النوع حيث يستخدم نوع من مواسير الحفر اللينة إن جاز التعبير flexible pipes مصنوعة من الصلب ولكن لها معامل مرونة يستطيع تحمل الحركة الدائمة للحفار العائم طيلة الوقت

وكما هو الحال فى النوع السابق تقوم المساحة بدور تحديد مواقع الآبار التى ينوى العمل بها إلا أن الوظيفة الأهم للمساح هنا هي اختيار مواقع إلقاء المخاطيف بعيدا عن الخطوط والكابلات البحرية حيث أن أوزانها تتراوح بين 6 – 25 طنا والشكل التالي يوضح أحد أشكالها

وعملية إلقاء المخاطيف للحفارات من هذا النوع يطلق عليها تداول المخاطيف أو Anchor Handling وهى من أكثر العمليات شيوعا كما يطلق على مخطط مواقع المخاطيف اسمAnchor Pattern (أنظر الشكل الآتي)

وهذه العملية تتطلب وجود خريطة حديثة للمنطقة المراد العمل بها موضحا عليها جميع الخطوط والكابلات البحرية الموجودة بالإضافة لمعرفة مسبقة بطبيعة الأحوال الجوية فى المنطقة واتجاهات الرياح السائدة وغيرها من المعلومات البحرية الضرورية

1- سفن الحفر Drilling Ships

وهى كما تظهر فى الصورة مجهزة ببرج الحفر إلا أنها فى الأساس سفينة عادية بمحركات تستطيع التحرك بمفردها بدون مساعده سفن أخرى ولا تستعمل حتى أسلوب إلقاء المخاطيف للثبات وتستعيض عن ذلك باستخدام محركاتها الكثيرة (عادة يوجد ثلاثة فى الأمام وأربعة فى الخلف) الموزعة على طول البدن فى اتجاه طولي وعرضي ليحقق لها القدرة على المناورة فى أي اتجاه تقريبا كما تستخدم أيضا نظام الثبات فى الموقع ذاتيا Dynamic Positioning وهو نظام يقوم على استخدام الكمبيوتر فى التحكم فى محركات السفينة عن طريق DGPS للحفاظ عليها فى موقع معين بدون تدخل بشرى لفترات طويلة من الوقت وحتى فى ظروف جوية صعبة .. كل تلك الميزات تجعلها مناسبة للحفر فى مياه تفوق الألف متر
وفى الحقيقة لا دور للمساحة يذكر على تلك السفن وإنما ذكرناها لتكتمل الصورة والفائدة

ثالثا – الإنتاج

بمجرد أن نجد البترول فى مكان ما فى قاع البحر يبدأ الإنتاج بإنشاء الرصيف البحرى الذى يمكننا من وضع معدات الإنتاج (وحدات فصل الزيت عن الماء والرمال المختلطة به) على رؤوس الآبار وكذا مضخات السحب إذا لزم الأمر والصورة التالية توضح الشكل التقليدي للمنصة البحرية Marine Platform

والمنصات البحرية تصنع من الصلب بشكل مسبق ويتم تحميلها على سفن خاصة Material Barge لموقع الإنشاء ليتم رفعها وإنزالها إلى الماء بواسطة أوناش الورش العائمة والتى يطلق عليها Barge أو البارج ، والبارجات تشبه إلى حد كبير الحفارات من النوع Semi-Submersible من حيث أنها كونها تستخدم نفس فكره المخاطيف للثبات فى الموقع ولكنها لا تمتلك أبراج حفر وإنما يوجد عليها روافع عملاقة (قد تصل قدرتها إلى سبعة آلاف طن) وتستخدم فى الإنشاءات البحرية كتركيب المنصات ومد الخطوط والكابلات البحرية والصورة التالية توضح شكل أحد البارجات أثناء تركيب أحد المنصات

وبالطبع تحتاج عملية تركيب المنصات البحرية إلى معدات تحديد الموقع المساحية لنفس أغراض تداول المخاطيف وإنزال الأرصفة البحرية فى أماكنها المخططة

إلا أن الوظيفة الأساسية لتلك البارجات هى مد الخطوط البحرية التى سوف تنقل الزيت الخام لمحطات التجميع البرية Gathering Stations تمهيدا لنقله لمعامل التكرير refinery أو للتصدير .. ويطلق على عملية مد الخطوط والأنابيب البحرية على قاع البحر Pipelines Laying وهى من أهم العمليات التى تسهم المساحة البحرية فيها بدور كبير وأكثرها شيوعا حيث يستلزم ذلك عمل مسح باثيمترى Bathymetric Survey قبل مد الخطوط يطلق عليه Pre-lay Survey ثم تأتى عملية المد ذاتها pipelines laying ثم يستلزم بعد ذلك عمل مسح نهائي بعد الإنزال يطلق عليه As-built Survey

الخلاصة

تتلخص مهام المساحة البحرية الداعمة للعمليات البحرية الخاصة بصناعة استخراج البترول البحرى فى:

اسم العملية

المسح المبدئي Pre-lay survey

المسح النهائي As-Laid Survey

الأجهزة المستخدمة

DGPS Receivers
Navigation suite computer
Event logging and processing computer
North Seeking Gyro
HPR system
Temp/Salinity Probe
Multi-beam Echo Sounder
Dual Channel Side Scan
Sub Bottom Profile

اسم العملية

مد الخطوط والكابلات البحرية Pipelines Laying

تحريك الحفارات Rig Move

تداول المخاطيف Anchor Handling

الإنشاءات البحرية

الأجهزة المستخدمة

DGPS Receivers
Navigation computer
UHF Telemetry Transceiver
Tug Management system
North Seeking Gyro
ROV system with sensors

Glossary

Paleozoic

فترة من تاريخ الأرض الجيولوجى امتدت من 542 إلى 251 مليون سنة مضت

Cenozoic

فترة من تاريخ الأرض الجيولوجى امتدت منذ 65 مليون سنة مضت وحتى وقتنا الحاضر

Dynamic Positioning

نظام يقوم على استخدام برامج الكمبيوتر فى التحكم فى محركات السفينة عن طريق DGPS للحفاظ عليها فى موقع معين بدون تدخل بشرى

Hydrophone

جهاز يتميز بقدرته على التقاط الأصوات الموجودة تحت الماء وتحويلها إلى طاقة كهربية يشبه فى تركيبه مذبذب الايكوسوندر ولكنه يعمل كمستقبل فقط ولا يرسل أى موجات

Air Gun

اسطوانة معدنية يتحرك داخلها مكبس ولها صمام يمكن غلقه وفتحه بسرعه كبيرة ووظيفتها العمل على وضع الهواء داخلها تحت ضغط عالى ثم تفريغه بالكامل دفعة واحدة على شكل موجة انفجارية تستخدم فى أبحاث كشف طبقات قاع البحر

المصادر:

- على شكرى وآخرون – المساحة الجيوديسية – منشأة المعارف بالإسكندرية 1992
- رفعت رشاد – الأقمار الصناعية والملاحة الإلكترونية – منشأة المعارف بالإسكندرية 1998
- نقولا إبراهيم – مساقط الخرائط – منشأة المعارف بالإسكندرية 1982
- مهند الكاطع - البترول علميا وجيولوجيا وكيمائيا – مقالة من ملتقى المهندسين العرب
- أحمد نور الدين - ميناء الطور ماضيه ومستقبله – ورقة بحث عرضت خلال فعاليات مؤتمر موانئ البحر الأحمر بالجمعية العربية للملاحة عام 2007

- Angus Mather, Offshore Engineering: An Introduction, Witherby Publishers, London, 1995
- Ben C. Gerwick, Jr., Construction of Marine & Offshore Structures, Wiley Interscience, New Yourk, 1999
- John P. Fish, H. Arnold Carr, Sound Underwater Images, Lower Cape Publishing, USA, 1990
- Edwin Danson, Geophysical & Geotechnical Techniques for the Investigation of Near-Seabed Soil & Rocks, Swan Consulatant Ltd, 2001
- Fish, John P. and Carr, H. Arnold, Sound Underwater Images; American Underwater Search and Survey Ltd.; USA; 1990
- C.D. de Jong, G. Lachapelle, S . S kone, I.A. E lema, HYDROGRAPHY, Delft University Press, Netherlands, 2002
- The International Hydrographic Bureau, Manual on Hydrography, MONACO, 2005
- Melvin J. Umbach, Rockville, Md., Hydrographic Manual, National Ocean Survey, USA, 1976
- US Army Corps of Engineers, Engineering & Design Hydrographic Surveying, USA, 2001
- SeaBeam Instruments, Multi-beam Sonar Theory of Operation, USA, 1999
- John A. Scales, Theory of Seismic Imaging, Samizdat Press, USA, 1994
- Micheal Hancox, Anchor Handling, Oilfield Publication Limited, UK, 1992
- George Last, Paul Williams, An Introduction to ROV Operations, Oilfield Publication Limited, UK, 1994
- Keith Vickery, Acoustic Positioning System A Practical Overview of Current Systems, Sonardyne Inc., 1998
- Instruments Manuals: Trimble GPS, Ashtec GPS & ORE Trackpoint USBL system.
- Miscellaneous magazines and internet websites.

تم بحمد الله