وبلاگ

یكی از مهمترین مسائل در صنایع نفت، رسوب مواد آلی سنگین موجود در نفت خام است، كه طی مراحل تولید، حمل و نقل و فرآوری نفت رخ می‌دهد. رسوب این مواد در مخازن، چاههای نفت، پمپ‌ها، تانك‌های ذخیره‌سازی، لوله‌های انتقال و تجهیزات پالایش، باعث اتلاف هزینه‌های فراوان می‌گردد. با پیش‌بینی مكان تشكیل رسوب می‌توان به كمك روش‌های مكانیكی، شیمیایی و یا تغییر شرایط محیطی، برای از بین بردن یا كاهش رسوب اقدام نمود. كریستالیزاسیون و رسوب تركیبات واكسی منجر به بروز مشكلات زیادی در مراحل تولید، انتقال، ذخیره سازی و انجام فرآیندهای مختلف مربوط به نفت خام و یا مشتقات آن می‌شود.  شركت‌های نفتی در سراسر دنیا به دلیل كاهش تولید، هزینه‌ مواد شیمیایی مورد نیاز، انسداد خطوط لوله و افزایش انرژی مصرفی ناشی از ایجاد رسوبات، سالیانه میلیاردها دلار  زیان می‌بینند. با كاهش ذخایر موجود و افزایش بهره‌برداری از مخازن نفت‌های سنگین و مخازن نفتی دور از ساحل، استفاده از روش‌های جدید و كارآمد برای رفع این مشكلات به یك ضرورت تبدیل شده است.

نفت خامی كه از اعماق زمین استخراج می شود، شامل هیدروكربورهای سنگین و نیمه سنگین است كه اشكال مختلف و خصوصیات متفاوت دارد. هیدروكربورهای سنگین شامل واكس ها، مواد آسفالتنی و رزین ها هستند كه می توانند به صورت جامد، در تركیبات ظاهر شوند كه در این بین، واكس ها اهمیت خاصی دارند.تغییر عواملی مانند دما، فشار و تركیب اجزای سبك در تركیبات نفتی، سبب تشكیل رسوب های واكس پارافینی جامد در این تركیبات می شود. رسوب واكس تشكیل شده به طور عمده شامل پارافین ها، نفتن ها و به مقدار كمی از دیگر هیدروكربورها، مانند آروماتیك هاست. تشكیل این رسوبات در مرحله اول می تواند منافذ زیرزمینی را مسدود كرده، باعث كاهش شدید نفوذ پذیری آنها شده و راندمان استخراج نفت را كاهش دهد. در مراحل بعدی نیز تشكیل رسوبات، مشكلات زیادی را به دنبال خواهد داشت. به عنوان مثال تشكیل رسوبات واكس در خطوط انتقال نفت خام، می تواند باعث گرفتگی لوله ها و افزایش مقاومت در برابر جریان و در نتیجه افت فشار جریان شده و علاوه بر افزایش توان مورد نیاز جهت پمپ نمودن سیال، موجب استهلاك زودرس تاسیسات شود. تشكیل رسوبات واكس در تجهیزات پروسسی مانند مبدل های حرارتی و خطوط لوله كاهش كارآیی این تجهیزات را به دنبال دارد.با توجه به اینكه در فرآیندهای روغن سازی یكی از مراحل اصلی فرآیند، جداسازی واكس می باشد، اهمیت این پدیده مشخص می گردد. مساله تشكیل رسوب واكس و عوامل موثر بر آن، سالهای متمادی مورد بحث پژوهشگران بوده و اكثر روش ها و مدلهایی كه جهت توصیف و پیش بینی این پدیده ارائه شده اند، توافق ضعیفی با داده های آزمایشگاهی دارند و از هیچكدام نمی توان به عنوان یك راه حل عمومی، جهت پیش بینی این پدیده، استفاده كرد. این مدلها اغلب دمای پیدایش واكس و میزان رسوب تشكیل شده را بالاتر از مقدار تجربی و آزمایشگاهی آن، تخمین می زنند.با توجه به توضیحات یاد شده، پیش بینی دمای تشكیل رسوبات واكس و در نظر گرفتن این دما در طراحی تجهیزات مربوط به استخراج، تولید و بهره برداری از نفت خام یا برش های نفتی، اهمیت خاصی دارد. مدل سازی ترمودینامیكی، یكی از راههای بررسی این پدیده است.[1-6

اهمیت رسوب واكس

2-1- مشکلات رسوب واکس

با بوقوع پیوستن مشکل رسوب واكس، صنعت نفت برای چندین دهه دچار مشكل شده است، همزمان با ایجاد دو نگرانی اصلی -فنی و اقتصادی-. رسوب واکس می تواند خفیف، و یا می تواند به اندازه کافی شدید باشد كه آن را غیر فابل كنترل كند (شکل 2-1).

مسائل فنی در ارتباط با رسوب موم عبارتند از :

کاهش تراوایی و آسیب سازند زمانی که در چاه و اطراف آن رخ می دهد.

کاهش در قطر داخلی و نهایتاً بسته شدن لوله های تولید جریان.

تغییرات در ترکیب مایع مخزن و رئولوژی مایع به علت جدایی فازها بواسطه ی رسوب  ماده جامد رسوب واكس.

فشار اضافی وارده برای پمپاژ بر تجهیزات برای جبران افت فشار در امتداد خط جریان در نتیجه ی تغییرات رئولوژیکی به جهت شروع به تبلور واكس.

از این رو، کنترل رسوب واكس ضروری است. برای پرداختن به موضوع رسوب واكس، سه پدیده ی مهم در نظر گرفته می شود : تشكیل رسوب واكس، نشست پویای واكس و انتقال حرارت از چاه. انسداد واكسی، که از رسوب واكس به دست آمده، ژلی است که حاوی بلورهای واكس جامد و مایع به دام افتاده.[7] رسوب واكس پدیده ی ترمودینامیکی است که منجر به رسوب بلورهای واكس جامد می شود. رسوب پویا ی واكس پدیده ای که در آن یک ژل با بلورهای واكس و مایع تشکیل شده، می باشد. رسوب واكس به منظور توسعه راه حل های کنترل رسوب موم در چاه باید دقیقاً توصیف گردد.

واكس یک اصطلاح کلی است برای توصیف تمام انواع ماده جامد كه رسوب كرده اند و یا در طی سرد یا گرم شدن در محلول حل شده اند، بكار می رود.درجه حرارت ظاهر شدن واكس(WAT) درجه حرارتی است که در آن بلور واكس برای اولین بار دیده می شود؛ آن را نیز نقطه ابری شدن می نامند.دمای تشكیل واكس نفت مخزن ذخیره (STO) با استفاده از Cross polar microscopy اندازه گیری شده و برای  نفت زنده live oil)) از high pressure cross polar microscopy استفاده می گردد.درجه حرارتی که در آن تمام بلورهای واكس به درون نفت برمی گردند به عنوان درجه حرارت انحلال واكس شناخته می شود (Wax Dissolution Temperature). دمای انحلال واكس معمولا بالاتر از دمای تشكیل واكس می باشد.

رسوب واکس در طول تولید نفت خام پارافینی و حمل و نقل آن، یکی از جدی ترین مشکلات در عملیات پایین دستی  و بالا دستی است كه با آن مواجه هستند. این رسوبات به طور عمده توسط نرمال پارافین ها (آلکان ها ی خطی) و مقدار کمی از پارافین شاخه دار و همچنین ترکیبات آروماتیك تشکیل می شود. نفتن ها (حلقوی ها) و پارافین های با زنجیره بلند نیز به تشكیل واكس میكروكریستالی کمک نموده و تأثیر قابل توجهی در الگوهای رشد میكروكریستال ها دارد. تعداد مولکول کربن پارافین ها ی موجود در لایه رسوب واكس از 15 اتم به بالاتر شناخته شده است. وقتی رسوب واكس شكل گرفت، به شکل کریستال خوشه ای است، كه تشکیل یک ساختار کریستالی می دهد. کریستالی ذاتاً ترمو-پلاستیك بوده و می تواند به صورت جامد و یا مایع در محلول، بسته به درجه حرارت و شرایط فشار نفت خام وجود داشته باشد. تکنیک های پیشرفته تحلیلی این امكان را بوجود آورده اند تا 160 اتم کربن در این رسوبات تشخیص داده شود.