أنظمة أخذ عينات النفط الخام

العينة الممثِّلة للنفط الخام تتكوّن من عدد كبير من الدفعات الصغيرة التي تُسحب بتناسب مع التدفق من تيار جيد الخلط، بحيث تعكس العينة المركّبة نسبة الماء والرواسب والكثافة في الدفعة المسلَّمة بأكملها. وأخذ العينات جزء لا يتجزأ من قياس نقل الملكية، لأن العدّاد لا يعطي إلا الكمية الإجمالية، أما صافي النفط المُباع فيُحسب بطرح نسبة الماء والرواسب المستخرجة من العينة وباستخدام الكثافة المقيسة منها. ولذلك ينتقل أي خطأ في العينة مباشرةً إلى الفاتورة مهما كانت جودة العدّاد.

على المستوى الدولي يصف الفصل 8.2 من دليل API MPMS، المطابق فنيًا للمعيار ASTM D4177، وكذلك المعيار ISO 3171، طرق أخذ العينات الآلي من النفط الخام في خطوط الأنابيب. وتوجّه هذه الوثائق كيفية تحديد أجهزة العينات واختبارها وتشغيلها وصيانتها ومراقبتها، بينما يحدد العقد بين الأطراف المعيار المطبَّق ومعايير القبول.

لماذا يصعب أخذ عينة من النفط الخام؟

النفط الخام مائع غير متجانس يحمل الماء والرواسب. وقطرات الماء الحر أعلى كثافة من النفط، فتترسب نحو أسفل الأنبوب عند انخفاض السرعة، ويختلف توزيعها بين المقاطع الرأسية والأفقية. كما يصل الماء أحيانًا على شكل دفعات قصيرة، كأول نفط يُسحب من قاع الخزان، أو بعد تنظيف الخط بالكاشطات، أو عند تبديل المضخات. وإذا أُخذت العينة في أوقات محددة فقط أو من جزء من التيار فقد تُفوَّت هذه الدفعات أو يُبالغ في تقديرها.

والتحدي الثاني هو المكوّنات المتطايرة. ففي النفط الغني بالأجزاء الخفيفة تفقد العينة المتروكة في وعاء مفتوح جزءًا من كتلتها بالتبخر، ما قد يغيّر الكثافة ونسبة الماء المقيستين في المختبر. أما النفط الشمعي أو عالي اللزوجة فقد يسد خطوط العينات أو يترسب فيها.

عناصر نظام أخذ العينات الآلي

·         تكييف التيار: يُستخدم خلّاط ثابت أو دائرة خلط بالضخ (Power Mixing) لتوزيع الماء والرواسب بانتظام على مقطع الأنبوب، ويُحدَّد الأسلوب المناسب وفق نطاق التدفق واللزوجة وترتيب الأنابيب.

·         مجس العينة وموقعه: يُوجَّه المجس عكس اتجاه التدفق في منطقة يكون فيها الخلط كافيًا، ويساعد سحب العينة بسرعة قريبة من سرعة الخط (السحب متساوي السرعة) على تحسين تمثيلها.

·         وحدة السحب والمتحكم: تأخذ كل ضربة حجمًا صغيرًا ثابتًا، ويضبط المتحكم فاصل الضربات وفق إشارة التدفق القادمة من العدّاد لتكون العينة متناسبة مع التدفق.

·         وعاء العينة: تُستخدم أوعية جوية وأخرى ثابتة الضغط؛ وفي النفط المحتوي على مكوّنات متطايرة يُفضَّل الوعاء ثابت الضغط للحد من فقد الأجزاء الخفيفة.

·         خلط الوعاء والعينة الفرعية: في نهاية الدفعة يُعاد تجانس محتوى الوعاء قبل سحب العينة الفرعية المرسلة إلى المختبر، ولخلط الوعاء أهمية لا تقل عن خلط الخط.

·         المراقبة والتسجيل: يُقارَن عدد الضربات وامتلاء الوعاء بالحجم المتوقع، ويُطلق إنذار ويُسجَّل في سجل الدفعة عند نقص العينة أو زيادتها.

العينة المتناسبة مع التدفق والمتناسبة مع الزمن واليدوية

في أخذ العينات المتناسب مع التدفق يُؤخذ العدد نفسه من الضربات لكل وحدة حجم أو كتلة، فيتغير تواتر الضربات مع تغير معدل التدفق. أما الأسلوب المتناسب مع الزمن فيأخذ العينات على فترات ثابتة ولا يعطي نتائج مقبولة إلا حيث يكون التدفق مستقرًا. ولا يزال أخذ العينات يدويًا من الخزان مستخدمًا في القياس الساكن وللتدقيق، لكنه قليل الحظ في التقاط دفعات الماء في دفعة متدفقة باستمرار. لذلك تُعتمد الأنظمة الآلية المتناسبة مع التدفق أساسًا لقياس نقل الملكية عند خطوط الأنابيب ووحدات LACT ونقاط تفريغ الصهاريج.

هل يغني محلل نسبة الماء على الخط عن العينة؟

تتابع محللات نسبة الماء (Water Cut) الماء في التيار لحظيًا، وهي مفيدة لقرارات الجودة والإنذارات ومنطق التحويل. لكنها قد تتأثر، بحسب مبدأ القياس، بالمستحلبات والملوحة ودرجة الحرارة، كما تبقى خصائص مثل الكثافة بحاجة إلى تحليل مخبري. وفي كثير من الترتيبات التجارية يكمل أحدهما الآخر: المحلل يراقب العملية، والعينة هي أساس الكمية الصافية التعاقدية، والعقد هو الذي يحدد القيمة المعمول بها.

معايير اختيار نظام أخذ العينات

موقع TLY Enerji في مشاريع أخذ العينات

يمكن أن تدعم TLY Enerji التقييم الهندسي لاحتياجات أخذ عينات النفط الخام استنادًا إلى بيانات العملية، وأن تساعد في تحديد الواجهات بين جهاز العينات ووحدة القياس وحاسوب التدفق ونظام التحكم. وبحسب نطاق المشروع يمكن النظر في توريد الأجهزة، ودمج المراقبة والإنذارات عبر PLC أو SCADA، والتركيب في الموقع والاختبار والتشغيل وخدمات الإشراف. ويُتفق على حدود التوريد الخاصة بجهاز العينات ومعدات الخلط وفق المواصفات الفنية للمشروع.

بيانات تُجمع قبل طلب عرض لنظام العينات

·         مكان استخدام العينة: تسليم عبر خط أنابيب، أو وحدة LACT، أو تفريغ صهاريج، أو نقل داخل المحطة

·         التدفق الأدنى والأقصى، وقطر الخط واتجاهه

·         لزوجة النفط ونقطة انسكابه وضغط بخاره

·         النطاق المتوقع للماء والرواسب واحتمال وصول الماء على دفعات

·         حجم الدفعة ومدتها وإجراء تبديل الوعاء

·         معيار أخذ العينات وطريقة المختبر المذكوران في العقد

·         العدّاد أو حاسوب التدفق الذي سيقدّم إشارة التدفق

·         تصنيف المنطقة الخطرة والحاجة إلى التسخين

موضوعات مرتبطة

·         أنظمة قياس نقل ملكية النفط الخام: كيف تدخل قيم الماء والكثافة من العينة في الحجم القياسي الصافي.

·         وحدات LACT: موقع جهاز العينات في حزمة التسليم الآلي من موقع الإنتاج.

·         وحدات قياس النفط الخام: العدّاد والأجهزة التي تزوّد جهاز العينات بإشارة التدفق.

·         أنظمة تفريغ صهاريج النفط الخام: تحديد الكمية الصافية للنفط المستلم بالصهاريج بالاستناد إلى العينة.

أسئلة حول أخذ العينات

لماذا يُفضَّل أخذ العينات المتناسب مع التدفق على المتناسب مع الزمن؟

العينة المتناسبة مع الزمن تعطي وزنًا زائدًا لفترات التدفق المنخفض ووزنًا ناقصًا لفترات التدفق المرتفع. ولأن الماء في النفط الخام يتركز كثيرًا في فترات زمنية معينة، فقد يؤدي هذا الخلل إلى انحراف الكمية الصافية. أما العينة المتناسبة مع التدفق فتعطي كل وحدة كمية مارّة وزنًا متساويًا، فتمثّل الدفعة كلها بصورة أدق.

متى يلزم وعاء عينة ثابت الضغط؟

في النفط الذي ترتفع فيه نسبة الهيدروكربونات الخفيفة أو يكون ضغط بخاره ملحوظًا، تفقد العينة المتروكة في وعاء جوي بعض مكوّناتها بالتبخر، ما قد يغيّر نتائج الكثافة والماء. ويحد الوعاء ثابت الضغط مع النقل المغلق من هذا الفقد، وتتوقف ضرورته على تحليل النفط وعلى العقد.

كيف يُعرف أن جهاز العينات يعمل بصورة صحيحة؟

في التشغيل اليومي يُقارن عدد الضربات وامتلاء الوعاء بالحجم المتوقع، وتُسجَّل الانحرافات إنذارات. أما أداء النظام ككل فينبغي التحقق منه بأساليب القبول والمراقبة الموصوفة في المعايير المطبّقة، مع الاتفاق المسبق بين الأطراف على نطاق هذا التحقق وتواتره.

هل يمكن أخذ عينة من النفط الخام دون خلّاط؟

في بعض الحالات التي يكون فيها التدفق مرتفعًا وترتيب الأنابيب يخلط التيار ذاتيًا قد لا تلزم خلّاطات إضافية. لكن هذا القرار يجب أن يستند إلى تقييم كفاية تشتت الماء عند أدنى تدفق وأعلى نسبة ماء. وفي الخطوط ذات التدفق المنخفض أو المتغير يكون الخلط الثابت أو بالضخ ضروريًا في العادة.