صناعة البتروكيماويات الحلقة الأولى.. نظرة على مراحل الصناعة– الجزء الأول

فهد فلقي

21

تمت الترجمة من قبل موقع ألفا بيتا

تتطلب البيئة التنافسية العالمية الحالية في التقنيات والتطورات التقنية المتعلقة بمختلف أنواع الصناعات معرفة جوهر هذه الصناعات باعتبارها تشكل حجر الزاوية لأي مؤسسة صناعية. ومع تصاعد وتيرة الطلب على صياغة المشروعات التقنية الكبيرة وإعدادها وتنفيذها نجد أن كثيرا من صناع القرار يفشلون في معظم الأحيان في إدراك أهمية مواكبة التقنيات الحديثة المتاحة التي يمكن أن تساهم في الحد من تكلفة المنتجات البتروكيمائية والكيميائية. ويبدو هذا الأمر أكثر وضوحا إن كان صناع القرار أنفسهم مشاركين في عمليات صناعية متكاملة أو مساعدة.

ويعتقد كاتب هذا المقال أن غياب فهم وإدراك العناصر الفنية والاقتصادية المتكاملة في العمليات الصناعية بما فيها الاستفادة من التقنية المناسبة أو مواد اللقيم ضمن سلسلة العمليات قد يؤدي إلى تأخر لحاق الشركات بالأوضاع التنافسية السائدة في الأسواق العالمية على المدى الطويل. ولهذا السبب، بذل كاتب هذا المقال جهودا كبيرة لكتابة سلسلة من المقالات التي تشكل جزءا من كتاب تحت الإعداد حاليا من أجل استصحاب القارئ في رحلة معرفية من خلال مختلف العمليات الصناعية التي تتضمن الصناعة بأكملها، خصوصا مجال البتروكيماويات.

ومع العنصر المهني الذي يتضمنه هذا العرض ثم مع بساطة عرضه، تمثل سلسلة المقالات التي بين أيدينا أداة مرجعية ممتازة لكل من يحمل تجربة عملية ومشارك في أي مستوى من المستويات الإشرافية في العمليات الصناعية والتطبيقات الإنتاجية في صناعة البتروكيماويات.

قبل التطرق إلى الحديث عن صناعة البتروكيماويات في شكل سلسلة من المقالات، يستحسن بنا اولا اعطاء نظرة عامة على مجمل مراحل الصناعة بما فيها قطاعات الصناعات الاوليه والأساسية (Upstream) والنهائية (Downstream) بهدف إعطاء القارئ فكرة عن العمليات المختلفة عن هذه الصناعة.

أما السلسلة الأولى من هذا الموضوع، والتي مع مقالات قادمه تشكل جزءا من كتاب يتم إعداده من قبل الكاتب حول صناعة البتروكيماويات، فهي تطرح نظرة عامة عن التطورات التقنية المتعلقة في الصناعة كما أنها توفر مقدمة ضرورية عن مراحل الصناعة المتعلقة بالقطاعات الأولية والأساسية الرئيسية والنهائية.

مراحل العمليات الصناعية

من الناحية العامة توجد ثلاث عمليات متميزة مرتبطة بمراحل الصناعة وهي العمليات الأولية والاساسيه الرئيسية (upstream) والوسيطة (midstream) والنهائية (downstream) مع العلم أن العمليات الوسيطة عادة تعامل كجزء لا يتجزأ من العمليات النهائية والتي ستتم مناقشتها بقدر من التفاصيل في الجزء الثاني من الحلقة الأولى.

العمليات الاوليه والاساسيه الرئيسية (Upstream Processes)

تشمل هذه العمليات إنتاج النفط والغاز والمرافق التابعة لهما، كما تشمل أعمال التنقيب عن الحقول المحتمل وجود النفط والغاز سواء في جوف الأرض أو تحت المياه، وحفر الآبار التجريبية ومن ثم تشغيل تلك الآبار واستخلاص النفط الخام وضخه إلى السطح. وأصبحت التطورات التقنية، خصوصا في تصوير مكامن النفط والغاز، مسؤولة وبشكل كبير عن معدلات النجاح فيما يخص التنقيب عن النفط والغاز والصناعات المرتبطة بهما.

آبار النفط والغاز

تعتبر صناعة النفط والغاز العمود الفقري للاقتصاد في معظم أنحاء العالم، وتبدأ عملية استخلاص النفط الخام في العادة عن طريق حفر الآبار لأعماق بعيدة، ومع ذلك توجد بعض حقول النفط في بعض أجزاء العالم يرتفع فيها النفط الخام إلى السطح بشكل طبيعي.

ومن الناحية العامة، توجد أنواع عديدة من الآبار معتمدة على نوعية الإنتاجية على النحو التالي:

• النفط

• النفط والغاز الطبيعي

• الغاز الطبيعي

وإلى جانب تصنيف الآبار من حيث المنتج، يتعين الأخذ في الاعتبار مواقعها الجغرافية فهي إما أبار برية (onshore) أي على اليابس أو بحرية (offshore) أي في البحار أو المحيطات.

ومن الأهمية بمكان حفر العديد من الآبار في مكامن النفط والغاز نفسها للتأكد أن معدل الاستخلاص للبئر يبقى في حدود التكلفة المقررة علاوة أن الآبار الثانوية لا يقتصر دورها فقط في استخلاص النفط بل توظف في ضخ الماء والبخار أو خليط من الغاز إلى داخل المكامن وذلك للإبقاء على الضغط الطبيعي في تلك المكامن بهدف الإبقاء على معدل الاستخلاص من حيث تكلفته الاقتصادية.

وفي خلال الثلاثين عاما الماضية، تطورت صناعة النفط والغاز إلى مجال تقني معقد، كما أن الطلب المتنامي على النفط الخام في الأسواق العالمية أتاح لمصافي تكرير النفط من إنتاج مختلف أنواع المنتجات القائمة على البترول من خلال معالجة النفط الخام. ولكون أن معظم منتجات مصافي النفط مخصصة لإنتاج الوقود والاستخدامات الأخرى للطاقة من جانب وسائل النقل والماكينات المختلفة، فإنه من الضروري أن تتوفر لدى المصافي القدرة على صناعة مختلف أنواع الوقود ودرجات الغازولين.

وفي هذا العصر الذي نحن فيه، تقوم شركات التنقيب عن النفط بتوظيف خبراء الجيولوجيا الذين يتولون إجراء المسوحات السيزمية (الزلزالية) حول التكوينات الجيولوجية التي أثبتت، من الناحيتين التاريخية والعلمية، أنها تحوي على مكامن النفط. وعادة يتم وضع شحنات تفجيرية متحكم فيها في أعماق سطح الأرض بالقرب من التكوينات الجيولوجية المستهدفة ومن ثم تحليل النشاط الزلزالي على ضوء المعلومات المستقاة من تلك التكوينات الجيولوجية الموجودة في أعماق الأرض. ومن الوسائل الشائعة الأخرى المستخدمة حاليا في التنقيب عن النفط توظيف وسائل هامدة أخرى التي تحصل معلوماتها من دراسة الأنشطة السيزمية التي تحدث بشكل طبيعي وذلك من خلال استخدام أجهزة معينة مثل مقياس الثقل النوعي (gravimeters) ومقياس القوة المغناطيسية (magnetometers).

ويتعين على منتجي النفط الإحاطة العميقة بمكامن النفط والغاز قبل مواجهة التكلفة المترتبة على عمليات الحفر، وفي السنوات الأخيرة قام العلماء بتطوير مختلف الأساليب المساعدة على دراسة مكامن النفط، فمثلا قاموا بتطوير طرق  تمرير الموجات الصوتية من خلال الصخور المحيطة لتحديد مواقع المكامن.

عمليات الاستخلاص: نظرة عامة

يعني بالاستخلاص (recovery) عملية استخراج النفط والغاز من المكامن المحتوية لهذه العناصر، وتقوم عوامل الضغط الطبيعية بدفع النفط من خلال تكوينات الصخور وتشققاتها إلى الآبار الإنتاجية، ويسمى الانسياب الطبيعي للنفط في هذه الحالة بـ"الاستخلاص الأساسي"، وقد تستمر هذه العملية لعدة أيام أو شهور أو سنوات.

ولعل من أكثر وسائل الاستخلاص شيوعا إلى جانب الانسياب الأساسي والثانوي ما تسمى بـ"الاستخلاص المعزز للنفط حراريا" (TEOR) حيث ترفع فيها درجة حرارة النفط عن طريق حقن البخار إلى مكامن النفط. ولتوظيف مثل هذا النوع من الاستخلاص يمكن إقامة محطة للكهرباء بالقرب من مكامن النفط لإنتاج الطاقة الكهربائية والتي، بدورها، يمكن استخدامها في توليد البخار ليتم ضخه إلى مكامن النفط للمساعدة في تخفيف لزوجة النفط ودفعه إلى السطح.

وإجمالا، توجد خمس مراحل في إنشاء آبار النفط وهي تشمل مرحلة التخطيط، والحفر، والاستكمال، والإنتاج، ثم نقل المنتج كآخر مرحلة. وتتضمن المرحلة الأخيرة تجهيز البئر النفطية بالصمامات وأدوات القياس ثم ربطها مع أنظمة التسليم المعقدة من خطوط الأنابيب من أجل نقل المنتج الخام إلى المصافي وقواعد ضغط الغاز الطبيعي أو مستودعات النفط تمهيدا لتصديره.

وأدناه النص الأصلي باللغة الانجليزية:

Introduction 

The current global competitive environment in technologies and technological developments of the various process industries requires a fundamental understanding of these industries because they are recognized as the building blocks of any industrial business organization. On the other hand, with the inherent demands in formulating, developing and executing big-ticket technology projects, a lot of decision makers oftentimes fail to see the importance of keeping abreast on various state-of-the-art technologies which are available for the cost-effective manufacturing of petrochemical/chemical products. This becomes more evident if these same decision-makers are already involved in a complementary or auxiliary industrial process.

It is the author's opinion that this lack of understanding of the combined technical and economic aspects of the manufacturing process including the utilization of the appropriate technology or of the feedstocks in the best possible process chain can cause companies to lag behind in the long-term competitive position in the global market place. For this particular reason, the author has exerted the necessary effort to write a series of articles which are part of a book being developed by the author in order to take the reader on an informative journey through the various process industries that comprise the whole industry, more especially the petrochemicals field.

The First Series:  Process Industries Overview – Part I

Prior to discussing the petrochemicals industry in the form of article series including the major building blocks and their derivatives and applications, a global view into the overall process industries including the upstream and downstream sectors will be provided in this introductory series to give the reader with a working knowledge of the diverse processes of the industr.

The first series which is part of a book being developed about the petrochemicals industry provides an overview of the technological developments involved in the process. In addition, this first series will also provide the necessary introduction of the process industries related to the upstream and downstream sectors.

Process Industries Segments In general, there are three distinct processes involved in the overall process industries – the upstream, midstream and downstream with the midstream process usually incorporated as part of the downstream segment. The downstream processes will be discussed in more details in the second part of the fist series.

Upstream Processes The upstream processes include oil and gas production and its related facilities. It involves the exploration for prospective underground or underwater oil and gas fields, the drilling of exploratory wells, and consequently, the operation of the wells in order to both recover and pump the crude oil to the surface. Technological developments, especially in the area of reservoir imaging, are largely responsible for the increasing success rates of exploration and development in the oil and gas industry.

Oil and Gas Wells

The oil and gas industry is considered as the economical backbone in most parts of the world. Crude oil extraction normally begins with wells being drilled into a subterranean reservoir. However, there are also some oil fields in some parts of the world where crude oil naturally rises to the surface.

Generally, there are different types of oil wells, depending on what they produce:

• oil

• oil and natural gas

• natural gas

Aside from classifying oil wells by what they produce, their geographical location needs to be taken into account as there are either onshore (land-based) or offshore (sea-based) oil wells.

It is often necessary to drill numerous wells into the same reservoir to ensure that the extraction rate of the well remains cost effectiveness and within the economies of scale. These secondary wells are utilized not only not only to extract oil but also to pump water, steam, acids or other gas mixtures into the oil reservoir to increase or maintain the reservoir’s natural pressure in order to sustain a cost-effective extraction rate.

Over the past 30 years, the oil and gas industry has developed into a highly advanced and complex technological field. The increasing demand for crude oil in the world market and its natural composition makes it possible for oil refineries to produce various petroleum-based products from the processing of crude oil. The fact that the  majority of oil refinery products are allocated for fuel and energy use by different types of transportation, equipment and machinery makes it necessary for oil refineries to possess the capability that will allow them to manufacture various  categories of fuel oil and gasoline grades.

In this day and age, oil exploration companies employ geologists who conduct seismic surveys to search for the geological structures that have been historically and scientifically proven to form oil reservoirs. Seismic surveys are commonly carried out by rigging controlled explosive charges deep beneath the earth’s surface near probable geological structures and analyzing the seismic activity for data and information about the subterranean geological structures. Another common method used in present day oil exploration is the use of passive exploration methods that obtain information from the study of seismological activities that occur naturally through the aid of equipment such as gravimeters and magnetometers.

Oil producers are required to have in depth knowledge of oil reservoirs before they can justify the expenses involved in drilling. Today, scientists have developed a variety of methods to study the characteristics of an oil reservoir. For instance, they have developed ways to transmit sound waves through rock surrounding a reservoir site.

Recovery Process Overview Recovery is the process of extracting, or "recovering," oil and gas from a reservoir. The natural pressures in the reservoir force the oil through the rock pores and fractures upwards to production wells. This natural flow of oil is called "primary recovery", and may continue for days, months or sometimes even years.

One of the most common recovery methods beside primary and secondary is so called thermally enhanced oil recovery (TEOR) in which the temperature of the oil is increased through the injection of steam into the oil reservoir. In utilizing this extraction process, a cogeneration plant may be constructed near the area of the reservoir to produce electrical power. The energy produced will be used to harness the waste heat in order to create steam for infusion into the oil reservoir to lower the oil’s viscosity thereby forcing it to rise to the surface.

In summary, there are five stages in the construction of oil wells – planning, drilling, completion, production and abandonment, the last stage. The last step of construction is fitting the oil well is with valves and gauges which are then linked to a complex delivery system of pipelines to bring the raw product to refineries, natural gas compression bases, or oil depots for export.