شجرة الكريسماس (النفطية)

شجرة الكريسماس (النفطية) أو شجرة عيد الميلاد النفطية هي مصطلح يُستخدم في أعمال استخراج النفط الخام والغاز الطبيعي، حيث يُشير إلى مجموعة من الصمامات وبكرات التغليف والتجهيزات المستخدمة لتنظيم تدفق الأنابيب في بئر النفط الخام، وبئر الغاز، وبئر حقن المياه، وبئر التخلص من المياه، وبئر حقن الغاز، وبئر المكثفات، وأنواع أخرى من الآبار. وجاءت هذه التسمية نظرًا للشكل الذي تتخذه مجموعة الصمامات على هيئة تشبه شجرة الكريسماس أو شجرة عيد الميلاد.

 نظرة عامة 
استُخدمت أول شجرة كريسماس بدائية من قِبل الأخوين هاميل للتحكم في حقل سبيندلتوب. وكانت تتألف من صمام على شكل حرف T، مزود بصمامين، أحدهما بقطر 150 مم (6 بوصات) والآخر بقطر 200 مم (8 بوصات)، على الأنبوب الرأسي، وصمام آخر بقطر 150 مم (6 بوصات) على الأنبوب الأفقي. وكان الصمام الرأسي يُغلق أولًا، ثم بعده الصمام المتصل بالأنبوب الأفقي.

تُستخدم أشجار الكريسماس في كلٍ من الآبار السطحية وتحت سطح البحر. ويُشار عادةً إلى نوع الشجرة بـ"شجرة تحت سطح البحر" أو "شجرة سطحية". ولكل تصنيف من هذين التصنيفين عدد من الاختلافات. وتتعدد أشجار الكريسماس تحت سطح البحر، فمنها التقليدية، وذات الفتحتين، وذات الفتحة الواحدة، والمرتبطة بخط التدفق المباشر، والأفقية، والمرتبطة بخط الطين، والمرتبطة بخط الطين الأفقي، والصمامات الجانبية، والمرتبطة بالحفر المباشر. تقع أعمق شجرة تحت سطح البحر في خليج المكسيك على عمق 2700 متر تقريبًا. وبحسب الأرقام الفنية، فإن أقصى عمق يمكن تصله الشجرة يبلغ حوالي 3000 متر، في درجات حرارة تشغيل تتراوح بين -46 و177 درجة مئوية، وضغط يصل إلى 100 ميجا باسكال.

تتمثل الوظيفة الأساسية لشجرة الكريسماس في التحكم بتدفق السوائل، عادةً النفط الخام أو الغاز، عند خروجها من البئر. ويمكن أيضًا استخدام شجرة الكريسماس للتحكم في حقن الغاز أو الماء في بئر غير منتجة لزيادة معدلات إنتاج النفط من آبار أخرى. عندما تكون البئر والمنشآت جاهزة لإنتاج واستقبال النفط الخام أو الغاز، تُفتح صمامات شجرة الكريسماس ويُسمح لسوائل المكمن بالمرور عبر خط التدفق الذي يؤدي إلى مرافق المعالجة، أو الخزانات، أو خط أنابيب آخر يصل في النهاية إلى مصفاة أو مركز توزيع (للغاز). عادةً ما تصل خطوط التدفق في الآبار تحت سطح البحر إلى منصة إنتاج ثابتة أو عائمة، أو إلى سفينة تخزين أو بارجة، تُعرف باسم سفينة التخزين والتفريغ العائمة، أو وحدة المعالجة العائمة، أو سفينة الإنتاج والتخزين والتفريغ العائمة.

غالبًا ما تقوم شجرة الكريسماس بوظائف إضافية عديدة تشمل نقاط حقن المواد الكيميائية، ووسائل التدخل في الآبار، ووسائل تخفيف الضغط، ونقاط مراقبة المؤشرات مثل الضغط، ودرجة الحرارة، والتآكل، والتآكل السطحي، وكشف الرمال، ومعدل التدفق، وتركيب التدفق، ومعلومات عن وضع الصمامات بما صمامات الخنق. كما يمكن لشجرة الكريسماس أن تعمل كنقاط توصيل لأجهزة مثل محولات الضغط ودرجة الحرارة في قاع البئر. وفي الآبار المنتجة، يمكن حقن مواد كيميائية أو كحولات أو مشتقات نفطية لتجنب مشكلات الإنتاج مثل الانسدادات.

يمكن توسيع نطاق الوظائف باستخدام نظام التحكم الموجود على شجرة الكريسماس تحت سطح البحر لمراقبة وقياس بيانات أجهزة الاستشعار الموجودة على الشجرة أو حتى في قاع البئر، والاستجابة لها. ويمكن لنظام التحكم المثبّت على شجرة الكريسماس أن يتحكم بصمام الأمان الموجود أسفل البئر، حيث تعمل الشجرة كحلقة وصل وقناة لنقل نظام التحكم إلى صمام الأمان الموجود أسفل البئر.

ازدادت تعقيدات شجرة الكريسماس خلال العقود القليلة الماضية. فهي تُصنّع دفعة واحدة من كتل فولاذية تحتوي على صمامات متعددة، بدلًا من تجميعها من مكونات متفرقة. وهذا ينطبق بشكل خاص على العمليات تحت سطح البحر حيث لم يعد هناك تشابه مع شجرة الكريسماس نظرًا لتصميم أنظمة الإطار والدعم التي يتم دمج كتلة الصمام الرئيسية فيها.

تجدر الإشارة إلى أن شجرة الكريسماس وفوهة البئر هما قطعتان منفصلتان من المعدات، بحيث تُركّب شجرة الكريسماس أعلى فوهة البئر. كما أن فوهة البئر تُستخدم بدون شجرة الكريسماس أثناء عمليات الحفر، وكذلك في حالات ربط خطوط الأنابيب التي تُركّب فيها شجرة الكريسماس لاحقًا. أما الآبار التي تُنتج باستخدام مضخات مثل تلك المصمَّمة للرفع الهيدروليكي، فلا تستخدم عادةً أي شجرة كريسماس لعدم وجود متطلبات لاحتواء الضغط.

 الصمامات 
تتميز أشجار الكريسماس تحت سطح البحر والسطحية بتنوع كبير في تكوينات الصمامات وتشكيلاتها، سواءً كانت يدوية أو تعمل بالكهرباء (هيدروليكية أو هوائية). ويمكن الاطلاع على أمثلة في مواصفات معهد البترول الأمريكي 6A و17D.

تتكون شجرة الكريسماس السطحية التقليدية من صمامين أو ثلاثة صمامات يدوية (عادةً ما تكون صمامات تعمل كبوابة نظرًا لخصائص تدفقها، فمثلًا تساعد على خفض شدة تدفق السوائل عند فتحها بالكامل).

أما شجرة الكريسماس السطحية المتطورة، فتتكون عادةً من أربعة أو خمسة صمامات على الأقل، مرتبة بشكل يشبه الصليب (ومن هنا جاء مصطلح "شجرة الكريسماس أو شجرة عيد الميلاد"). يُطلق على الصمامين السفليين الصمامان الرئيسيان (العلوي والسفلي على التوالي). ويكون الصمامان الرئيسيان عادةً في وضع الفتح الكامل، ولا يُفتحان أو يُغلقان أثناء تدفق البئر (إلا في حالات الطوارئ) لمنع تآكل الأسطح المسؤولة عن منع التسرب. يُشغَّل الصمام الرئيسي السفلي عادةً يدويًا، بينما يُشغَّل الصمام الرئيسي العلوي غالبًا هيدروليكيًا، مما يسمح باستخدامه كوسيلة لإغلاق البئر عن بُعد في حالات الطوارئ. يُستخدم صمام الجناح المُشغَّل هيدروليكيًا عادةً لإغلاق البئر أثناء التدفق، وبالتالي الحفاظ على الصمامات الرئيسية لضمان الإغلاق التام لأغراض الصيانة. تُصمَّم صمامات الجناح الهيدروليكية عادةً لتكون مغلقة في حالة انقطاع التدفق، أي أنها تتطلب ضغطًا هيدروليكيًا قويًا للبقاء مفتوحة. وهذه الميزة تعني أنه في حال فشل سائل التحكم، فسيتم إغلاق البئر تلقائيًا دون تدخل المشغّل.

يُطلق على الصمام الأيمن غالبًا اسم صمام جناح التدفق أو صمام جناح الإنتاج، لأنه يقع في مسار تدفق الهيدروكربونات إلى مرافق الإنتاج (أو مسار تدفق الماء أو الغاز من الإنتاج إلى البئر في حالة آبار الحقن).

يُطلق على الصمام الأيسر غالبًا اسم صمام جناح الإيقاف. ويُستخدم بشكل أساسي لحقن سوائل مثل مثبطات التآكل أو الميثانول لمنع تكوّن الهيدرات. في بحر الشمال، يُطلق عليه اسم الذراع الجانبي غير النشط، ويتم تشغيله عادةً يدويًا.

يُسمى الصمام العلوي بصمام التنظيف، ويقع في مسار عمليات صيانة الآبار مثل استخدام الأسلاك والأنابيب الملفوفة. في هذه العمليات، يتم طلي أعلى شجرة الكريسماس بمادة الشحم، ويتم إنزال السلك أو الأنبوب الملفوف عبره، مرورًا بصمام التنظيف، وصولًا إلى البئر. ويتم تشغيل هذا الصمام عادةً يدويًا.

تحتوي بعض أشجار الكريسماس على صمام تنظيف ثانٍ، حيث يكون الصمامان متتاليين فوق بعضهما. والهدف من ذلك هو السماح بإنزال المعدات من أعلى شجرة الكريسماس مع استمرار تدفق البئر، مع الحفاظ على قاعدة الحاجزين التي تُعنى بالسلامة. في حال وجود صمام تنظيف واحد فقط، يُغلق الصمام الرئيسي العلوي عادةً ليعمل كحاجز ثانٍ، مما يُجبر على إغلاق البئر ليوم واحد أثناء عمليات إنزال المعدات. ومع ذلك، فإن تجنب تأخير الإنتاج ليوم واحد عادة ما يكون مكسبًا ضئيلاً للغاية بحيث لا يستحق التكلفة الإضافية لوجود شجرة كريسماس بصمام تنظيف ثانٍ.

تتوفر أشجار الكريسماس تحت سطح البحر بتصميمات رأسية أو أفقية، مع توفر خيارات متخصصة إضافية مثل الفتحة المزدوجة، والفتحة الأحادية، والفتحة المركزية، والفتحة التي تخترق البئر، والفتحة التي تعمل بخط الطين، والفتحة بتتبع أو بدون تتبع. كما يمكن تخصيص الأنظمة الفرعية لأشجار الكريسماس تحت سطح البحر لتناسب احتياجات كل بئر على حدة. يتراوح حجم ووزن أشجار الكريسماس تحت سطح البحر من بضعة أطنان إلى حوالي 70 طنًا للعمليات عالية الضغط في المياه العميقة (أعمق من 910 أمتار أو 3000 قدم) والتي لا تتطلب تتبعًا. تحتوي أشجار الكريسماس تحت سطح البحر على العديد من الصمامات والملحقات الإضافية مقارنةً بأشجار الكريسماس السطحية. وعادةً، تحتوي شجرة الكريسماس تحت سطح البحر على صمام خانق (للتحكم في التدفق)، ووصلة خط التدفق، وواجهة تحكم تحت سطح البحر (هيدروليكية مباشرة، أو كهروهيدروليكية، أو كهربائية)، وأجهزة استشعار لجمع البيانات مثل الضغط، ودرجة الحرارة، وتدفق الرمال، والتآكل، والتدفق متعدد الأطوار، والتدفق أحادي الطور مثل الماء أو الغاز.

 صور أشجار الكريسماس النفطية السطحية وتحت سطح البحر 

 انظر أيضًا 

 عملية إتمام البئر – المرحلة الأخيرة لآبار النفط والغاز
 حقل النفط – مخزون جوفي من الهيدروكربونات
 بئر النفط – بئر محفورة لاستخراج النفط الخام و/أو الغاز

 مراجع 

 مصادر 

 API Specifications 6A and 17D.
 GE Oil & Gas XT
 ISO 10423:2009 Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Wellhead and Christmas tree equipment
 NORSOK STANDARD D-010, Well integrity in drilling and well operations

تصنيف:آبار النفط
تصنيف:إنتاج النفط
تصنيف:بترول