بخشی از مقاله
بررسی چگونگی تاثیر گذاری co2 و H+ برتشکیل رسوب آسفالتین
چکیده
رسوب آسفالتین یک پدیده پیچیده است که شامل آسفالتین و رزین می باشد و معمولا از هیدرو کربن های چند حلقه ای و پلیمری بزرگ دارای بار الکتریکی منفی و به صورت کلوئیدی تشکیل شده است که توسط مولکول های مالتین احاطه می شود ، به همین دلیل رسوب آسفالتین و واکس در تولید بسیاری از مخازن نفتی ایران به یک معضل اساسی تبدیل شده است . رسوب آلی اجزای سنگین نظیر آسفالتین باعث افزایش فشار تزریق ، کاهش بسیار شدید تراوایی خلل و فرج ، گرفتگی و مسدود شدن محیط متخلخل، تغییر خاصیت ترشوندگی سنگ مخزن و در نهایت باعث کاهش تولید می شود . عواملی که باعث رسوب آسفالتین میشود یون H+ وگاز co2 میباشد. یون H+ موجود در نفت همراه با ذرات کلوئیدی آسفالتین ایجاد پیوند هیدروژنی میکند و باعث تشکیل رسوب آسفالتین میشود. یکی از راههای کنترل رسوب آسفالتین ، کنترل مقدار یون H+ موجود در نفت حاوی ذرات کلوئیدی آسفالتین است. تزریق امتزاجی co2 یکی از رایج ترین روش های ازدیاد برداشت از نفت میباشد که میتواند باعث تغییر خواص سیالات نفتی و نیز بروز برخی مشکلات مانند تشکیل رسوب آسفالتین میشود ،که باعث کاهش قابلیت تولید چاه های نفت و گرفتگی دهانه چاه یا تسهیلات سر چاهی میگردد.در این تحقیق به بررسی تاثیر گذاری H+ و CO2 بر رسوب گذاری آسفالتین پرداخته شده است.
واژه های کلیدی: -CO2 - H+ آسفالتین - رسوب آسفالتین - کلوئید ها .
مقدمه
آسفالتین برشی از یک نفت و یا دیگر منابع کربن دار می باشد که در حلالهای پارافینی با نقطه جوش پائین مثل نرمال هپتان نامحلول و در بنزن محلول می باشد . آسفالتین به دلیل اینکه حلالهای مختلف از منابع نفتی متفاوت تشکیل می شوند با یکدیگر کاملاً تفاوت داشته و لذا نمی توان تعریفی جامع از نقطه نظر ساختمان ترکیبی برای آن در نظر گرفت . آروماتیک های سنگین در اثر اکسیداسیون بتدریج رزین ها را بوجود می آورند که این رزین ها در اثر اکسیداسیون شدیدتر آسفالتین را تشکیل می دهند . در اثر حرارت در دمای 300-400 o C آسفالتین ها ذوب می شوند و تجزیه شده و کربن و محصولات فرار را بوجود می آورند. آسفالتین با اسید سولفوریک واکنش داده و بدلیل ساختمان آروماتیکی آنها تشکیل سولفونیک اسید می دهند . رنگ نفت خام و
برشهای سنگین آن بواسطه اثرات وجود رزین و آسفالتین می باشد.
رنگ تیره و سیاه بیشتر نفت خام ها و برش های سنگین مرتبط با آسفالتین میباشد زیرا آسفالتین ، ماده سیاه رنگ با وزن مولکولی نسبتا زیاد است که در نفت جود دارد. شکل (1) تصویری فرضی از یک زنجیره در هم پیچیده آسفالتین را نشان می دهد. این مواد قطبی هستند زیرا اکسیژن ، سولفور ، نیتروژن و برخی فلزات در ساختمان مولکولی آن ها وجود دارد. از نظر شیمیایی آسفالتین شامل حلقه های فشرده آروماتیک است و در حلال های آروماتیک مانند بنزن ، تولوئن ، زایلن ، تتراکلرایدکربن و دی سولفید کربن حل میشود ، ولی در محصولات تقطیر مانند نفت سفید و گازوییل قابل حل نیست. آسفالتین در حلال های هیدروکربن با وزن مولکولی کم مانند پروپان وبوتان حل نمیشود . ویدرسپون1 فرض کرد که آسفالتین در هسته یک مجموعه
وسیع از مولکول ها که آنها را مایسل2 نامید ، قرار دارد . اطراف هسته، مولکول های سبک با خواص آروماتیکی کمتر که نتیجه پیدا شدن پارافین ها از آلکان ها است ، این توضیح نشان می دهد که ذرات آسفالتین کلوئیدی هستند که فرضیه ویدرسپون در شکل ( (2 نشان داده شده است.همانطور که گفته شد یکی دیگر از عوامل رسوب دهی CO2 می باشد که پس از انجام عملیات سیلاب زنی بسیاری از مخازن نفتی سبک و متوسط در ازدیاد برداشت تحت تزریق گاز )CO2 به صورت امتزاجی یا نزدیک به آن ) یا گاز های هیدرو کربنی قرار می گیرند. با تزریق CO2 نفت باقی مانده در تخلخل های کوچکتر متورم و گرانروی آن کاهش میابد.
به این ترتیب می توان این بخش از نفت را تولید کرد، اما به صورت هم زمان تزریق CO2 می تواند باعث تشکیل رسوب آسفالتین شود. بنابراین ( چه در مدل ها ، چه در آزمایش ها ) باید بدانید آسفالتین چه موقع و چه اندازه تولید می شود .[1] مواد آسفالتینی درون نفت آن دسته از مواد آلی هستند که در نرمال آلکانها مانند نرمال هپتان نا محلول، در تولوئن و بنزن محلول هستند. در تزریق امتزاجی دی اکسید کربن متغییرهای مختلفی از قبیل دما ، فشار، ترکیب سیال مخزن ، ترکیب سیال تزریقی و نسبت حجم گاز به نفت می توانند برپارامتر حلالیت رسوب آسفالتین تاثیر گذار بوده و باعث تشدید یا مانع ته نشست آن در مخزن می شود.[2]
co 2 -1
1-1 دما
محققین در مورد چگونگی تاثیر دما بر رسوب آسفالتین در مخازن و چاه های بهره برداری نفت متفق القول نمی باشند به این معنی که بعضی نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که با افزایش دما رسوب بیشتری ایجاد می شود و نتایج بخشی دیگر از تحقیقات حاکی از کاهش میزان رسوب با افزایش دما می شود این تاثیر دوگانه دما بر رسوب آسفالتین مورد بررسی قرار گرفته است .
Peramanu و همکاران به مطالعه اثر افزایش دما بر رسوب آسفالتین در دو نوع بیتومن3 پرداختند. آنها در آزمایشات خود هپتان نرمال به عنوان رسوب دهنده استفاده نموده و دامنه تغییرات دما را از 60 تا 120 درجه سانتی گراد در نظر گرفتند . در ادامه آنها ملاحظه کردند در دماهای پایین با افزایش دما پایداری سیستم بیشتر شده ونتیجتاًبرای ایجاد رسوب نیاز به رسوب دهنده بیشتری دارد . اما در دماهای بالا با افزایش دما این پایداری کاهش یافته و به حلال کمتری جهت ایجاد رسوب نیاز است آنها این رفتار را با تئوری حلالیت و ساختار کلوئیدی نفت خام هماهنگ دانستند. بر این مبنا در دماهای پایین پدیده حل شدگی آسفالتین و در دماهای بالا حالت کلوئیدی آن غالب است بنابراین در دماهای پایین طبق تئوری حلالیت وقتی که دما افزایش می یابد، حلالیت آسفالتین بیشتر می شود اما در دماهای بالا بر مبنای تئوری ذرات کلوئیدی با افزایش دما پیوندها ی بین آسفالتین ورزین از بین می رود و در نتیجه باعث ناپایداری رسوب آسفالتین می شود. [3]
Hirschberg و همکاران در تحقیقی که انجام دادند به این نتیجه رسیدند که افزایش دما باعث کاهش پارامتر حلالیت و در نتیجه افزایش رسوب آسفالتین می گردد . محققین علت افزایش رسوب آسفالتین با افزایش دما را از هم گسیختگی مولکولهای آسفالتین - رزین ( که باعث پایداری آسفالتین می گردند) دانستند .این نتیجه خلاف یافته های قبلی که با افزایش دما، حلالیت افزایش می یابد است. زیرا آنها بدون توجه به پدیده حلالیت، عامل پایداری آسفالتین در نفت را پیوندهای بین مولکولهای آسفالتین و رزین بیان نموده اند . [4]
2-1 فشار
تغییر فشار به عنوان یکی از پارامترهای اصلی ترمودینامیکی می تواند سیستم کلوئیدی نفت را از حالت پایداری خارج نموده و به عنوان یک عامل بر رسوب آسفالتین تاثیر بگذارد . Hirschberg و همکاران با استفاده از مدل ترمودینامیکی و انجام برخی آزمایشات، تاثیر فشار بر روی رسوب آسفالتین را تشریح و حلالیت آسفالتین در یک نمونه نفت را با استفاده از مدلی
1- Witherspon 2- Micelle 3- Bitumen
پیشنهادی تفسیر نمودند . نتایج این تحقیقات تایید می کنند که حلالیت آسفالتین بالای نقطه حباب با افزایش فشار افزایش می یابد . آنها دلیل این امر را با استفاده از پارامتر حلالیت و حجم مولی آسفالتین در فاز مایع بیان نمودند . در زیر نقطه حباب با افزایش فشار گاز بیشتری در مایع حل خواهد شد و ترکیب نفت تغییر می کند که در نتیجه پارامتر حلالیت مایع کاهش می یابد و باعث رسوب می گردد . بنابراین مقدار حلالیت آسفالتین در نفت درنقطه حباب کمترین مقدار را داراست و در نتیجه بیشترین مقدار رسوب را خواهد داشت . [3]
3-1 ترکیبات نفت
یکی ازعوامل پایداری آسفالتین در نفت رزین ها می باشند . نسبت حجمی رزین به آسفالتین در نفت های مختلف متفاوت و می تواند دارای گستره 1 تا 20 باشد. دراین حالت سیستم پایدار است. .اگر این نسبت کمتر از 1 و حجم رزیها کمتر از آسفالتین شود ، آسفالتین از حالت پایدار خارج و ذرات به هم چسبیده و تشکیل توده بزرگتر و در نهایت رسوب می کند. Peramanu و همکاران در تحقیقی نسبت حلال رسوب دهنده (به بیتومن) مورد نیاز برای شروع رسوب آسفالتین را بر حسب تعداد کربن رسوب دهنده ها (آلکان های نرمال ) به دست آورده و به این نتیجه رسیدند که ابتدا این نسبت با افزایش تعداد کربن افزایش و پس از عبور از یک مقدار ماکزیمم که درn - c10 است،کاهش می یابد . آن ها این رفتار را مرتبط با خصوصیات ا نحلالی و کلوئیدی آسفالتین در نفت دانسته اند . [4]
4-1 اثر تاثیر گاز CO2 بر فشار شروع رسوب آسفالتین
تزریق دی اکسید کربن می تواند به دلیل کاهش PH و خارج شدن نفت از حالت پایدار ایجاد رسوب آسفالتین را به همراه داشته باشد.
Srivastava و همکاران آزمایشات استاتیکی ته نشست آسفالتین را برای سه نمونه نفت خام نوسازی شده با استفاده از یک محفظه دما- حجم- فشار بالا در دمای مخزن 145 -138) فارنهایت ) انجام دادند . سیال نوسازی شده به وسیله ترکیب نفت جداساز و نمونه های گاز با یک نسبت GOR ، SCF/bbl 129،107،180 تهیه شدند . نتایج آنها نشان دهنده این بوده که فشار شروع انعقاد آسفالتین در حدودغلظت % mol 46-39 گاز CO2 برای 3 مجموعه داده است .[5]
Takahashi و همکاران ، ته نشست آسفالتین را در طی تزریق گاز CO2 در یک نمونه نفت خام تهیه شده از یک مخزن کربناته خاورمیانه بررسی کردند.فشار شروع انعقادآسفالتین برای این نفت در یک محفظه PVT با استفاده از تکنیک Light-Scatting با نزدیکی اشعه مادون قرمز به وسیله افزایش تدریجی فشار ترکیب درغلظت های از قبل تعیین شده گاز CO2 اندازه گیری شد . نتایج آنها نشان داد هنگامی که غلظت گاز CO2 متجاوز از %50mol می شود مقدار ته نشست آسفالتین قابل توجه شده است . [6]
Verdier و همکاران ،مطالعه ای بر روی رفتار فازی آسفالتین بعد از تزریق CO2 درون دو نمونه نفت مرده (آمریکای جنوبی و خاومیانه) با استفاده از یک محفظه فشار بالا ویک تکنیک تصفیه انجام دادند. آنها دریافتند که هنگامی که فشار افزایش می یابد آسفالتین پایداری بیشتری دارد. هرچند در تزریق گاز CO2 هنگامی که دما کاهش می یابد آسفالتین پایدارتر است .[7]
-1نسبت5گازبهنفت
تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان از افزایش ته نشست رسوب آسفالتین با رشد حجم گاز به نفت دارد.
Sunit Kokal و همکارانش در بررسی ته نشست آسفالتین در چاه های با نسبت گاز به نفت بالا در یافتند که شروع ته نشست آسفالتین نسبتا" در نسبت های گاز به نفت پایین اتفاق می افتد. و مقدار ته نشست رسوب آسفالتین به دلیل افزایش حجم گاز یا نسبت حجم گاز به نفت افزایش می یابد .[8]
H+ -2
1-2 رسوب آسفالتین
آزمایش انجام شده به وسیله کتز4 و بیو5 نشان می دهد که رسوب آسفالتین ممکن است یک پدیده ی الکتریکی باشد .[9] رسوب آسفالتین در سازند ماسه ای نزدیک حفره ی چاه باعث ترشوندگی سازند نسیت به نفت می شود و نفوذ پذیری نسبی را کاهش می دهد عقیده ی عمومی بر این است که آسفالتین دارای ذرات کلوییدی است که در حقیقت پرتکنده شده است و دارای خواص عمومی مشترک با مواد معلق کلوییدی است . واکنش های شیمیایی و الکتریکی یا مکانیکی باعث عدم تثبیت ذرات لخته شدن در آسفالتین می شود . دما و فشار و ترکیب شیمیایی نفت و تاثیر جریان الکتریکی در حفره چاه و آشفتگی همگی بر رسوب آسفالتین موثر هستند . همچنین یاداور می شود که هیدروکلرید و پارافین با وزن مولکولی کم مانند پنتان باعث رسوب آسفالتین می شود . رسوب بدست آمده به وسیله ی این ترکیب سبک غلیظ و چسبناک است ولی آسفالتین خالص به صورت جامد و پودر خشک می باشد. رزین ها و آروماتیک ها به صورت مواد تثبیت کننده آسفالتین عمل می کنند. این مواد به طور کل در هیدروکربن های که نقطه ذوب پایینی دارند حل می شوند . نتیجه عدم تثبیت آسفالتین تجمع و رسوب کردن آن است . رقیق کردن نفت با بوتان و سایر الکل ها با وزن مولکولی کم ، سبب رسوب آسفالتین همراه با رزین و آروماتیک های دارای وزن مولکولی زیاد نفتان شده و رسوب غلیظ به وجود می آورد.می توان انتظار داشت که وقتی فشار نفت به زیر نقطه ی حباب کاهش می یابد آسفالتین رسوب کند رسوب. آسفالتین عموماٌ در جریان های تک فازی ایجاد می شود
.[9]
2-2 کلوییدها و فازها
کلوییدها مخلوط های هستند که بعضی از ویژگی های محلولها را دارا می باشند،برای مثال،می توان آنها را مانند محلولها از کاغذ صافی عبور داد، ولی بر خلاف محلولها می توان از درون غشاهای سلول های زنده عبور کنند.در سال 1861،توماس گراهام عبور اجسام مختلف را از درون فنرهای تراوا بررسی کرد.او دریافت که گروهی از اجسام به آسانی از درون غشا عبور می کنند و گروهی دیگر به هیچ وجه ازآن نمی گذرند . این دانشمند اجسام گروه اول را کریت لویید ( شبه بلور ) و گروه دوم را کلویید نامیید. کلویید به معنی شبه چسب است. چسب یکی از اجسامی است که به آسانی از درون غشا عبور نمی کند گراهام تصور می کرد که توانایی یا عدم توانایی گذر از درون غشا به اندازه اولیه ذره بستگی دارد.بعد ها کشف شد که هر جسم می تواند کلویید تشکیل دهد امروزه کلویید ها به عنوان مخلوط های تعریف می شوند که از دو فاز ماده ، یعنی فاز پرکننده و فاز پیوسته تشکیل شده اند.این مخلوط ها حد واسط بین سوسیانسیون ها و محلولها هستند.ذرات کلوییدی (فاز پراکنده) بزرگتر از اتم ها،یون ها یا مولکول های محلول می باشند.این ذرات کوچکتر از ذرات سوسپانسیون ها بوده و آنها را به کمک میکروسکوپ می توان دید . براثر ماندن ته نشین می شوند کلوییدها را بر مبنای حالت فازی پراکنده و پیوسته طبقه بندی می کنند. [01] برای جدا کردن یون ها از ذرات کلوییدی می توان از غشاهای نیمه تراوا استفاده کرد.یون ها از درون غشاها می گذرند ولی ذرات کلوییدی به علت بزرگتر بودن از آن عبور نمی کنند .[00]
