ما هو الغاز الطبيعي وكيف يتم استخراجه؟
حقول النفط الإيرانية
تشمل حقول النفط الإيرانية خزانات وأحواضًا وحقولًا نفطية تقع في الأراضي الإقليمية والمائية لإيران. بعض هذه الحقول نشط حاليًا، بينما البعض الآخر متوقف أو قيد التطوير. تمتلك شركة النفط الوطنية الإيرانية جميع حقول النفط والغاز الإيرانية، وتدير أربع شركات تابعة لها هذه الحقول حاليًا: شركة حقول النفط الجنوبية الوطنية، وشركة النفط البحرية الإيرانية، وشركة النفط المركزية الإيرانية، وشركة أروندان للنفط والغاز. ووفقًا للإحصاءات الرسمية الصادرة عن وزارة النفط الإيرانية، يُقدر إجمالي احتياطيات إيران القابلة للاستخراج من النفط الخام ومكثفات الغاز بأكثر من 154 مليار برميل. ويعادل هذا المبلغ 10% من إجمالي احتياطيات النفط الخام في العالم. ووفقًا لخبراء شركة النفط الوطنية الإيرانية، من المتوقع أن تصبح خزانات النفط الإيرانية جاهزة للتشغيل بحلول عام 1453.
أصل الغاز الطبيعي
بقايا النباتات والحيوانات التي دُفعت أجسادها إلى قاع البحيرات والمحيطات القديمة على مدى ملايين السنين، تحللت تدريجيًا وتحولت إلى عناصر عضوية. وبفضل ضغط حرارة باطن الأرض، تحولت إلى نفط وغاز، وخُزنت في خزانات جوفية على عمق يتراوح بين ثلاثة وأربعة آلاف متر، وتحت ضغط يبلغ حوالي عدة مئات من الضغط الجوي.
استخراج الغاز الطبيعي:
الغاز الطبيعي هو خليط من غازات هيدروكربونية قابلة للاشتعال، توجد طبيعيًا في المكامن الجوفية. قد يذوب هذا الغاز في النفط الخام (PG) أو تحت الأغطية العلوية لطبقات النفط الخام، أو قد يوجد بشكل مستقل. يتكون الغاز الطبيعي بشكل أساسي من الميثان والإيثان، وكمية صغيرة من الغازات الأثقل مثل البروبان والبيوتان. يحتوي الغاز الطبيعي المستخرج من المكامن عادةً على شوائب مثل كبريتيد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون، ومركبات الكبريت. تجدر الإشارة إلى أن كمية هذه المركبات تعتمد على الحقل الذي يُستخرج منه الغاز الطبيعي؛ ولذلك، تتراوح نسبة الميثان في الغاز الطبيعي بين 84% و97% حسب الحقل.
يُستخرج الغاز الطبيعي الخام من ثلاثة أنواع من الآبار:
1. آبار النفط
2. آبار الغاز
3. الآبار الضيقة
يُعرف الغاز الطبيعي المستخرج من آبار النفط عمومًا باسم “الغاز المصاحب”. قد يوجد هذا الغاز منفصلًا عن النفط في التكوين (غاز حر) أو مذابًا في النفط الخام (غاز مذاب). يُعرف الغاز الطبيعي الناتج عن الغاز والآبار الضيقة، حيث لا يوجد نفط خام أو يوجد القليل منه، باسم “الغاز المصاحب”. تُنتج آبار الغاز عمومًا الغاز الطبيعي الخام، بينما تُنتج الآبار الضيقة غازًا طبيعيًا حرًا مع هيدروكربون مكثف شبه سائل.
تكرير الغاز الطبيعي:
بسبب وجود الرمل الناعم، والطين، والهيدروكربونات السائلة، وثاني أكسيد الكربون، وكبريتيد الهيدروجين، وشوائب أخرى، يُنقى الغاز الطبيعي في المصفاة، مما يمنع دخول هذه المواد إلى نظام النقل. يُسبب دخول هذه المواد إلى خطوط الأنابيب ومحطات تخفيض الضغط مشاكل، منها انسداد أنابيب الغاز، وتلف منظمات الضغط وعدادات التوربينات، والفشل المبكر لأنظمة الترشيح والمرشحات، والتآكل، وحدوث خصائص سامة في الغاز. قد تكون عملية معالجة الغاز الطبيعي وتحويله إلى غاز طبيعي جاف، وتحسين جودة خطوط الأنابيب، معقدة للغاية، ولكنها عادةً ما تتضمن أربع عمليات رئيسية لفصل الشوائب المختلفة عنه:
تمرير الغاز عبر أجهزة غسل الغاز لفصل الجزيئات الصلبة
- إزالة الزيت والغاز المكثف
- إزالة الماء
- فصل سوائل الغاز الطبيعي
- تمرير الغاز عبر وحدة إزالة الرطوبة لإزالة الرطوبة
- إزالة ثاني أكسيد الكربون والكبريت
بالإضافة إلى خطوات المعالجة المذكورة أعلاه، عادةً ما تُركَّب السخانات وأجهزة غسل الغاز عند المصدر أو بالقرب منه. تُستخدم أجهزة غسل الغاز بشكل أساسي لإزالة الرمل والشوائب الكبيرة الأخرى. تضمن السخانات عدم انخفاض درجة حرارة الغاز بشكل كبير. يُشكِّل الغاز الطبيعي، حتى لو احتوى على كميات ضئيلة جدًا من الماء، هيدرات الغاز الطبيعي عند انخفاض درجة حرارته. هذه الهيدرات مركبات صلبة أو شبه صلبة تشبه بلورات الثلج. عندما تتشكل هذه الهيدرات في الغاز الطبيعي، فإنها تُشكِّل عائقًا أمام مرور الغاز الطبيعي عبر الصمامات وأنظمة التجميع. لتقليل تكوُّن الهيدرات، تُركَّب وحدات تسخين تعمل بالغاز الطبيعي عادةً على طول خط أنابيب التجميع حيث يُحتمل تكوُّن الهيدرات.
يختلف الغاز الطبيعي المُضخّ من الأرض إلى المصدر اختلافًا كبيرًا عن الغاز الطبيعي الذي يستخدمه المستهلكون. فرغم أن معالجة الغاز الطبيعي أبسط من معالجة النفط الخام وتكريره في نواحٍ عديدة، إلا أنه لا يزال ضروريًا، تمامًا مثل النفط، لمعالجته قبل استخدامه من قِبَل المستهلكين. يتكون الغاز الطبيعي الذي يستخدمه المستهلكون في الغالب من الميثان. أما الغاز الموجود عند المصدر، والذي يتكون في الغالب من الميثان، فلا يتطلب معالجة كبيرة وهو نقي.
خطوط النقل ومحطات التعزيز:
يُنقل الغاز الخارج من المصفاة عبر خطوط الأنابيب للاستهلاك في المدن والصناعات ومحطات الطاقة، وللتصدير إلى جميع أنحاء البلاد. ويتراوح قطر خطوط النقل، حسب الحاجة والتصميم، بين 12 و56 بوصة. وعلى مسافات معينة من خطوط النقل، توجد محطات صمامات، تتكون عادةً من صمام إغلاق الخط في نهاية المسار الرئيسي، وصمامات تجاوز، وصمام تفريغ. وتتمثل وظيفة صمام إغلاق الخط، أو V.B.L.، في إغلاق الصمام عند الشعور بانخفاض مفاجئ في الضغط على أحد الجانبين. ولأسباب تتعلق بالسلامة والأمان، يؤدي وجود هذه الصمامات على مسافات معينة إلى إغلاق كلا الصمامين على جانبي موقع الحادث في حالة حدوث انفجار أو تمزق في الأنبوب، وبالتالي يتم حرق أو تفريغ الغاز بين المحطتين فقط. ونظرًا لأن ضغط الغاز في الأنبوب ينخفض بسبب الاحتكاك بعد قطع مسافات طويلة، فمن أجل زيادة ضغط الغاز إلى الضغط المطلوب، تُستخدم محطات تعزيز الضغط على طول خطوط النقل. تتضمن هذه المحطات توربينات وضواغط لزيادة ضغط الغاز الداخل. على سبيل المثال، توجد ثماني محطات لتعزيز الضغط على طول مسار أول خط أنابيب وطني في إيران. يصدر مركز التحكم في الغاز أوامر تشغيل الضواغط.
محطات تخفيض الضغط:
خطوط التغذية وشبكات المدينة، تصل خطوط النقل في النهاية إلى محطة تخفيض الضغط الواقعة عند بوابة المدينة والتي تسمى S.G.C. في محطات S.G.C.، يتم تقليل ضغط المدخل من 1000 رطل لكل بوصة مربعة إلى 250 رطل لكل بوصة مربعة. تجدر الإشارة إلى أن ضغط المدخل إلى محطات تخفيض الضغط في الظروف العادية يتراوح عمومًا بين 700 و1000 رطل لكل بوصة مربعة. يتم إجراء هذا التخفيض في الضغط بواسطة منظمات. يدخل الغاز الخارج من محطات S.G.C. إلى خطوط التغذية عند ضغط يعادل 250 رطل لكل بوصة مربعة. يجب خفض ضغط الغاز في خطوط التغذية في مرحلة أخرى للدخول إلى شبكة المدينة؛ ولهذا الغرض، يتم توجيه الغاز إلى محطات تسمى S.B.T. يبلغ ضغط الغاز الداخل إلى S.B.T 250 رطل لكل بوصة مربعة وضغط الغاز الخارج منها 60 رطل لكل بوصة مربعة. يتم توزيع الغاز داخل شبكة المدينة على المشتركين في جميع أنحاء المدينة (الأزقة والشوارع المتداولة) عند ضغط 60 رطل لكل بوصة مربعة. يتم استخدام جهاز يسمى Service.T للتفرع إلى المنازل. قبل دخول موقع الاستهلاك، يُخفّض مُنظّم ضغط الغاز في شبكة المدينة إلى مستوى نسبي (0.25 رطل/بوصة مربعة)، وتُستهلك الغازات بواسطة الأجهزة التي تعمل بالغاز عند هذا الضغط. في جميع العمليات المذكورة أعلاه، وُضعت تدابير ومعدات لضمان سلامة الموظفين والمستهلكين. في حال عدم الالتزام بمعايير السلامة، قد تُشكّل أيٌّ من هذه العمليات خطورة بالغة، ولكن إذا نُفّذت عمليات التصميم والتركيب والصيانة والتشغيل بشكل صحيح، واتُّبعت اللوائح في جميع المراحل النهائية، فسيتم تقليل المخاطر المحتملة بشكل كبير. يلعب الغاز الطبيعي دورًا فعالًا في توفير الطاقة للاستخدامات المنزلية والتجارية، والصناعات، ومحطات الطاقة.
نقل وتوزيع الغاز عبر شبكة الأنابيب:
تتولى صناعة خطوط الأنابيب مسؤولية نقل الغاز الطبيعي من وحدات الإنتاج في كل منطقة. تُصنع خطوط أنابيب الغاز الطبيعي من أنابيب قوية وسميكة تتحمل الضغط العالي. خلال مرحلة النقل، يرتفع الغاز من ارتفاع حوالي 300 متر (بيد بولاند) إلى ارتفاع 3000 متر فوق مستوى سطح البحر (جبال زاغروس)، وبسبب المسافة الطويلة، ينخفض الضغط في الأنابيب والتجهيزات، لذا من الضروري الحفاظ على ثبات ضغطها.
وحدات تعزيز الضغط:
يُعزز ضغط الغاز الطبيعي في خط النقل لتقليل تكلفة وحجم الأنبوب اللازم لنقله. أثناء تدفق الغاز عبر خط الأنابيب، يُقلل الاحتكاك ضغطه ومعدل تدفقه. لذلك، باستخدام وحدات تعزيز الضغط المُركّبة على فترات زمنية مُحددة، يُعزز ضغط الغاز في خط الأنابيب ويُحافظ على ضغطه. ولتحقيق هذه الأهداف، يجب الحفاظ على ثبات ضغط خط نقل الغاز بين 700 و1000 رطل لكل بوصة مربعة. ولهذا الغرض، في الأماكن التي يصل فيها ضغط الغاز إلى حوالي 520 رطل لكل بوصة مربعة، يُرفع ضغطه إلى حوالي 1000 رطل لكل بوصة مربعة بواسطة ضواغط كبيرة. يؤدي الحفاظ على ضغط الغاز مرتفعًا عند هذا المستوى إلى: أ) تقليل قطر الأنبوب، وبالتالي تقليل تكلفة النقل، مع السماح بتخزين الغاز لحالات الطوارئ. ب) يمنع وصول الغاز إلى نقطة الندى، لأنه بالإضافة إلى التسبب في تآكل شديد في النظام، فإن وصول الغاز إلى نقطة الندى يُسبب أيضًا خللًا في أنظمة التحكم في ضغط الغاز.
محطات تخفيض ضغط الغاز للاستخدام الاستهلاكي:
تُصمَّم وتُبنَى محطات تخفيض ضغط الغاز بطرق مُختلفة، تبعًا لسعة ضغط الإدخال والإخراج، ونوع المُستهلَك، وعدد ومراحل انقطاع الضغط، وخطوطه. ومع ذلك، ورغم هذا التنوع، فإنَّ المعدات المُستخدمة في بنائها هي كما يلي، وقد يتغير استخدام بعضها أو عددها حسب الحاجة:
۱-الفلاتر
٢- السخانات
٣- المنظمات
٤- العدادات
٥- صمامات الأمان
٦- صمامات تخفيف الضغط
٧- مقاييس الضغط ومقاييس الحرارة والعوازل الكهربائية
٨- الصمامات والحواف
٩- مزيلات الروائح
إذا أردنا تقسيمها حسب نوع المستهلك، فلدينا:
أ) محطات تُغذي شبكات توزيع الغاز (محطات حضرية).
ب) محطات تُغذي الشبكة الداخلية للصناعات والوحدات التجارية والسكنية الكبيرة (محطات تجارية صناعية).
تُصمم وتُشغّل هذه المحطات من قِبل الشؤون الهندسية. في المحطات التي تزيد سعتها عن خمسة آلاف متر مكعب في الساعة، والتي تُعدّ استمرارية إمداد الغاز أمرًا حيويًا، يكون عدد خطوط المحطات أكثر من خط واحد، وعادةً ما تُمثّل سعة كل خط نسبة مئوية من إجمالي سعة المحطة.
سلامة وأمان خطوط النقل:
نظام التحكم في المحطة مُصمم بحيث يُغلق صمامات الدخول والخروج تلقائيًا في حال وقوع حادث. كما تم تركيب صمامات أوتوماتيكية حساسة لاختلافات الضغط، ومؤخرًا للزلازل، على فترات زمنية محددة على الخطوط. لكل خط أنابيب غاز سُمك ومسافة مُحددة، وفقًا لضغط الغاز والظروف البيئية والسكانية.
