بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر مطالعات زیادی جهت استفاده از امولسیونهای پایدار در فرآیندهای ازدیاد برداشت نفت انجام شده است. امولسیون آب در نفت و نفت در آب به طور وسیعی در فرآیندهای ازدیاد برداشت استفاده میشوند. امولسیونهای آب در نفت دارای ویسکوزیته بیشتری نسبت به فاز نفت هستند و جهت ازدیاد برداشت نفتهای سنگین مورد استفاده قرار میگیرند. در این تحقیق پایداری امولسیون آب در نفت توسط نانو سیلیکای آبگریز با نام تجاری اروزیل آر - Aerosil R972 - 972 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در این تحقیق آزمایشگاهی تأثیر نسبت آب به نفت و غلظت نانوسیلیکای آبگریز بر روی پایداری امولسیون آب در نفت بررسی شد. پایداری امولسیون آب در نفت به روش لوله آزمایش1 برای هر مورد تحقیق شد. نتایج نشان داد که استفاده از نانو سیلیکای آبگریز پایداری امولسیون را افزایش می دهد. همچنین با افزایش غلظت نانو سیلیکای آبگریز پایداری امولسیون آب در نفت افزایش یافته و افزایش نسبت آب به نفت جهت ساخت امولسیون، باعث کاهش پایداری امولسیون میشود.
.1 مقدمه و مبانی نظری
امروزه صنعت نفت به عنوان یکی از اساسی ترین و مهم ترین صنایع بوده که بخش عمده ای از انرژی را در جهان تأمین میکند؟ با رشد روز افزون جامعهی صنعتی میزان مصرف انرژی به صورت چشمگیری دارای رشد فزایندهای بوده که این موضوع، افزایش تقاضا برای نفت خام را به دنبال داشته است. رشد روز افزون تقاضا برای نفت به دو روش میتواند رفع شود:
-1 کشف میدان های نفت × -2 افزایش بهره برداری از میدان های شناخته شده و در حال تولید
در دهه های اخیر روند اکتشاف حوزههای نفتی جدید به شدت کاهش یافته و مخازن موجود نیز در آخرین مراحل تولید خود هستند و با کاهش نرخ تولید و افزایش هزینهها مواجه هستند و×این اهمیت بهبود روشهای ازدیاد برداشت را بیش از پیش نشان میدهد. در سالهای اخیر مطالعات زیادی جهت استفاده از امولسیونهای پایدار در فرآیندهای ازدیاد برداشت نفت انجام شده است. امولسیونها ممکن است به صورت آب در نفت2، نفت در آب3، و یا به صورت مرکب مثل آب در نفت در آب و یا نفت در آب در نفت باشند .[1] امولسیونهای نفت در آب و آب در نفت به طور وسیعی در فرآیندهای ازدیاد برداشت نفت استفاده میشوند . نوع امولسیونی که تولید میشود به عوامل متعددی بستگی دارد. ترکیب شیمیایی نفت، شوری آب، نوع مواد فعال سطحی، اسیدیته، کسر حجمی آب و نفت، و روشی که امولسیون تهیه میشود همگی میتوانند بر اینکه کدام فاز پیوسته باشد تأثیر گذارند .[2] ویسکوزیته امولسیونهای آب در نفت از ویسکوزیته فاز پیوسته آن - فاز نفت - بیشتر میباشد و برای انتقال نفت سنگین با ویسکوزیته بالا در مخازن مؤثر میباشند. در اینجا باید به این نکته بسیار ضروری اشاره کرد که به کار بردن امولسیونهای آب در نفت و نفت در آب در فرآیندهای ازدیاد برداشت نفت مستلزم این میباشد که این امولسیونها به صورت پایدار تولید شوند و بتوانند پایداری خود را نیز حفظ کنند. به طور کلی امولسیونها از نظر ترمودینامیکی ناپایدار میباشند که دلیل آن کشش بین سطحی دو فاز است. اما امکان تشکیل امولسیونهایی که از نظر سینتیکی پایدارند با استفاده از امولسیون کنندهها و پایدار کنندهها وجود دارد ]َ.[ نانوذرات دارای خواص بالقوه مفیدی برای پروسههای بازیافت نفت میباشند. فناوری نانو این قابلیت را دارد که تمام بخشهای صنعت نفت را متحول کند. با توجه به پیشرفت های فناوری نانو در چند سال اخیر میتوان برداشت نهایی از مخازن را به طور قابل توجهی افزایش داد. با افزودن نانو ذرات به یک سیال میتوان خواص سیال از قبیل چگالی، گرانروی و... را بهینه کرد. نانو ذرات که دارای اندازه بسیار کوچکتری نسبت به جامدات کلوئید هستند میتوانند در میان گلوگاههای فضاهای خالی در سنگهای رسوبی حرکت کنند. بررسی پایداری امولسیونهای تشکیل شده توسط نانوذرات میتواند نقش مهمی را در فرآیند سیلاب زنی توسط امولسیون ایفا کند. تامب وشارما4 در سال 1994 به بررسی فاکتورهای کنترل کننده در پایداری امولسیون توسط ذرات کلوئیدی پرداختند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که: الف - پایداری امولسیون بهصورت آشکار، تابعی از غلظت ذراتی میباشد که جهت امولسیونسازی از آنها استفاده شده است. ب - حداقلی از ذرات نیاز میباشد قبل از اینکه امولسیون پایداری را بتوان ساخت. ج - جامدات آبدوست و جامدات نفتدوست به ترتیب تمایل به پایدار کردن امولسیونهای نفت در آب و آب در نفت دارند. د - ترشوندگی ذرات کلوئیدی نوع امولسیون را تعیین میکنند. ه - اندازه ذرات تأثیر بسیار مهمی در ساختن امولسیون پایدار را ایفا میکنند به عبارتی دیگر این ضروری میباشد که سایز ذرات بسیار کوچکتر از سایز قطرات امولسیون باشد. بهطورکلی، ذرات کوچکتر در پایداری امولسیون تأثیر گذارتر میباشند . در سال 2005قَنم5 در مورد پایداری امولسیون آب در نفتخام تحقیقاتی را انجام داد. نتایج بدست آمده به شرح زیر میباشد: امولسیون آب در نفت در غیاب عامل امولسیون کننده به شدت ناپایدار میباشد. با افزودن سورفکتانت تریتون ایکس 100 ، پایداری امولسیون آب در نفت به طور قابل ملاحظهای افزایش مییابد. با افزایش غلظت آب، پایداری امولسیون آب در نفت به تدریج کاهش مییابد. سرعت همزدن پایداری امولسیون را بهبود میدهد و هرچه سرعت همزدن بالاتر رود پایداری امولسیون آب در نفت بیشتر میشود. دمای بالا باعث کاهش پایداری میشود. همچنین افزایش نمک در حضور سورفکتانت باعث افزایش پایداری میشود فو و مامورا6 در سال 2010 به مطالعه بهبود بازیافت نفت سنگین توسط تزریق امولسیون آب در روغن موتور کارکرده پرداختند. دلایل آنها برای استفاده از روغن موتور به جای نفت خام جهت ساختن امولسیون این بود که دوده - کربن آلی - حاصل از تجزیه روغن موتور، ذرات جامد بسیار خوبی را برای پایدار کردن امولسیون ایجاد میکند. ثانیاً، ویسکوزیته متوسط آن این اجازه را میدهد که وقتی امولسیون تشکیل میشود ویسکوزیته آن بهینه باشد]ٍ.[
.2 مواد و روش آزمایش
نانو ذره سیلیکای آب گریز با نام تجاری اروزیل آر - Aerosil R972 - 972 از شرکت دگوسا تهیه شد. نانو سیلیکای آبگریز در واقع یک نمونه فیومسیلیکا میباشد که سطح آن توسط دیمتیلدیکلروسیلان پوشش داده شده است و متوسط اندازه قطر قطرات آن 16 نانومتر میباشد. خصوصیات این ماده در جدول1 آورده شده است. نفت خام استفاده شده دارای درجه سنگینی - - API برابر 29 میباشد. جهت ساختن امولسیون در تمام آزمایشات از آب دیونیزه شده استفاده گردید. جهت ساختن امولسیون آب در نفت، ابتدا نانو سیلیکای آبگریز با درصدهای وزنی متفاوت 0/02 - ، 0/05 و - 0/1 توسط دستگاه اولتراسوند در نفت پراکنده شد. نفت شامل نانوسیلیکا را در داخل بشر ریخته و آب را به صورت تدریجی به نفت اضافه کرده و توسط دستگاه همزن مغناطیسی به مدت 30 دقیقه با سرعت 1600 دور بر دقیقه همزده شد. سپس نمونه را در لوله آزمایش 25 سیسی ریخته و در اون در دمای 65 درجه سانتیگراد قرار گرفت. برای انجام تست پایداری از روش لوله آزمایش استفاده شد. بدین صورت که میزان آب جدا شده از امولسیون نسبت به زمان به عنوان معیار پایداری در نظر گرفته شد.
جدول :1 خصوصیات نانو سیلیکای آبگریز
.3 ارائه و تحلیل نتایج
شکل1 پایداری امولسیون ساخته شده بدون افزودن نانوسیلیکا را نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میشود امولسیونهای تشکیل شده بسیار ناپایدار بوده و در مدت زمان کوتاهی میزان قابل توجهی آب از امولسیون جدا میشود. همچنین با افزایش میزان آب موجود در امولسیون، پایداری امولسیون کاهش مییابد. شکل2 الی شکل 4 به ترتیب پایداری امولسیون در غلظتهای 0/02، 0/05 و 0/1 درصد وزنی نانوسیلیکای آبگریز را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود وجود نانوسیلیکای آبگریز باعث افزایش پایداری امولسیون آب در نفت شده و هر چه غلظت نانوسیلیکا بیشتر شده است پایداری به صورت قابل ملاحظهای افزایش یافته است، در مقابل با افزایش درصد آب موجود در امولسیون پایداری امولسیون به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
