سوب آسفالتین در مخازن نفتی ، یکی از موارد بسیار مهم در تولید از مخازن می باشد. انصداد در محیط متخلخل سازند نفتی، دهانه چاه و تأسیسات فرآورشی از مشکلات جدی تولید نفتهای آسفالتینی می باشد.

ساخت مدل پیش بینی رسوب از آن جهت بسیار با اهمیت است که می توان براساس نتایج آن سیستم هایتزریقی و تولیدی را به گونه ای طراحی نمود که رسوب آسفالتین تشکیل نشده و یا مقدار آن به حداقل کاهش یابد. ولی اغلب مدل های پیشنهادی دارای دقت بالایی برای تمامی مخازن نمی باشند و نمی توان از آن در همه مواردی که رسوب آسفالتین وجود دارد استفاده نماییم چون, رسوبات آسفالتین دارای ترکیبات ناشناخته ای هستند و نمی توان برای این ملکول ها ساختار یکسانی در نظر بگیریم و اصولاً ساختار این مواد در مخازن مختلف متفاوت می باشد. پیدیده مافوق صوت Ultrasonic Cavitations)) یکی از روش های فیزیکی حذف رسوبات آسفالتین می باشد که از این روش می توان در تمامی موارد رسوب بخوبی استفاده نمود و میزان رسوب را تا اندازه ای کاهش داد.

?- مقدمه

یکی از شناخته شده ترین و مهم ترین مشکلات در صنعت نفت و استخراج، پدیده رسوب آسفالتین می باشد که باعث بروز مشکلات بسیاری از قبیل افزایش هزینه های استخراج و کاهش میزان برداشت نفت از مخازن می شود. رسوب آسفالتین در مخازن نفتی ، یکی از مشکلات بسیار مهم در تولید از مخازن می باشد . انسداد در محیط متخلخل سازند نفتی، دهانه چاه و تأسیسات فرآورشی از مشکلات جدی تولید نفتهای آسفالتینی م ی باشد . ساخت مدل پیش بینی رسوب از آن جهت بسیار با اهمیت است که می توان براساس نتایج آن سیستم های تزریقی و تولیدی را به گونه

ای طراحی نمود که رسوب آسفالتین تشکیل نشده و یا مقدار آن به حداقل کاهش یابد . ولی اغلب مدل های پیشنهادی دارای دقت بالایی نمی باشد و نم ی توان از آن در همه مواردی که رسوب آسفالتین وجود دارد از این روش ها استفاده نماییم چون , رسوبات آسفالتین دارای ترکیبات ناشناخته ای هستند و نمی توان برای این ملکول ها ساختار یکسانی در نظر بگیریم و اصولاً ساختار این مواد در مخازن مختلف متفاوت می باشد . پدیده م افوق صوت یکی از روش های فیزیکی حذف رسوبات آسفالتین می باشد که از این روش می توان در تمامی موارد رسوب بخوبی استفاده نمود و میزان رسوب را به طور قابل توجهی حذف نمود.

آسفالتین ها به طور کلی ترکیبات سنگینی هستند که در نفت یافت می شو ند. این ترکیب دارای ساختار مولکولی پیچیده ای است که میتوان از آن به عنوان مجموعه مولکولهای غیر هیدروکربنی قابل حل در بنزن و غیرقابل حل در حلال های با جرم مولکولی کم و نیز نرمال آلکانها یاد کرد

بر اساس مطالعات آزمایشگاهی متعدد گمان می رود این ترکیبات به صورت پاره ای حل شده و پاره ای در حالت کلوئیدی در نفت وجود دارند . عوامل تشکیل رسوب در مخازن،تغییرات فشار، دما و ترکیب نفت می باشد .این عوامل سبب به هم خوردن تعادل شیمایی موجود در مخزن می گردد

که نتیجه آن به صورت تشکیل رسوب خواهد بود . در ایران مخازن متع ددی دچار مشکل رسوب ترکیبات سنگین شامل آسفالتین می باشند . رسوب آسفالتین در مخازن نفتی باعث کاهش نفوذپذیری و تغییر ترشوندگی سنگ مخزن و در نهایت کاهش تولید نفت از مخزن می گردداز این رو بررسی روشی که بتواند رسوب آسفالتین را حذف نماید از اهمیت خاصی بر خورد ار است . با وجود این مشکلات، فقدان اطلاعات دقیق از ساختار و مکانیسم تشکیل و حتی جرم مولکولی دقیق آسفالتین که خود نیز بدلیل عدم وجود آگاهی از نیروهای بین مولکولی می باشد، شناخت این پدیده را دشوار تر و در عین حال حیاتی تر کرده است.

?- رسوب آسفالتین

تنوع موا د و گوناگونی شیمیایی از خصوصیات نفت خام می باشد . از جهت دیگر مطالعه رسوب آسفالتین این مواد میتوانند به دو گروه تقسیم شوند:

?- هیدروکربنهای غیر قطبی مثل پارافین ها, نفتن ها و آروماتیک ها با وزن ملکولی متوسط

?- مواد پلی آرو ماتیکی

آروماتیک ها ی قطبی شامل فلزات و نیتروژن که قسمت انتهایی و غیر فرار نفت خام هستند و می توانند به رزین ها و آسفالتین ها تقسیم گردند . رزین ها از آسفالتین ها دارای قطبیت کمتری هستند و تحت شرایط خاص از نفت خام رسوب می نمایند . ساختار شیمیایی وخواص شیمی فیزیکی آسفالتین ها ورزین ها به خوبی قابل درک و فهم نمی  باشند . محدودیت های عملیاتی آسفالتین ها و رزین ها بر پایه حلالیت در رقیق کننده های مختلف می باشد ساختار فضایی یک ملکول آسفالتین برای نمونه به صورت زیر نمایش داده شده است:

برای آسفالتین یک ساختار مشخص و معین وجود ندارد لذا برای آن ساختار مولکولی متوسط تعریف می شود. نسبتH/C و قطبیت زیاد باعث می شودکه ساختاری آروماتیکی همراه مقادیری هترواتم برای آسفالتین پیشنهاد شود. تعداد و نحوه قرارگیری حلقه های بنزنی تعیین کننده ساختار و خواص متفاوت برای مدل های مختلف آسفالتین می شود.

همانطوری که از ساختار آسفالتین دیده می شود ساختار دارای ملکول های نیتروژن, اکسیژن و سولفور می باشد که این امر باعث می شود این مواد محدوده وسیعی از خواص فیزیکی را شامل شود , این محدوده گسترده از خواص فیزیکیباعث می شود که بتوان از روشهای حذف فیزیکی متعددی بر روی رسوب استفاده نماییم.

?- روش های حذف رسوب آسفالتین

3-1- روش های شیمیایی

در روش شیمیایی می توان از حلال هایی همچون زایلن و تولوئن برای حل رسوب آسفالتین درنفت خام استفاده نماییم

3-2- استفاده از شوینده های آسفالتین

این شوینده ها یک نوع از عوامل فعال سطحی هستند که باعث شکستن رسوب آسفالتین شده و مانع چسبیدن دوباره ذرات آسفالتین به همدیگر می شود.

3-3- Crystal modifiers

پلیمر هایی هستند که باعث کاهش رشد کریستالی واکس و آسفالتین می شوند . موقع استفاده از روشهای شیمیا یی باید به کلیه مشکلات زیست محیطی, سمی بودن و خطرات آنها بر چاهها و خطوط لوله دقت کافی اعمال گردد.

3-4- روش های مکانیکی

در این روش ها از برسها و تیغه ها برای از بین بردن رسوب آسفالتین استفاده می گردد . در روش های مکانیکی برس یا تیغه بوسیله کابل هایی به خ طوط لوله فرستاده شده و رسوب آسفالتین را از بین می برند . ازمحدودیت های این روش این است که امکان استفاده از آن در مخازن نمی باشد و دیگر اینکه به علت تماس برس با دیواره لوله باعث افزایش سریع خوردگی لوله می گردد.

3-5- روش های حرارتی (thermal methods)

الف )  Hot Oiling

این روش شامل تزریق نفت داغ به مخزن برای از بین بردن رسوب آسفالتین می باشد .در صورتی که میزان رسوب زیاد اشد این روش نه تنها باعث کاهش میزان رسوب آسفالتین نمی شود بلکه باعث افزایش رسوب نیز می گردد.

ب)استفاده از هیترهای ته چاهی

از معا یب این روشها هزینه زیاد و نگهداری از این هیترها می باشد . همچنین مصرف الکتریسیته این دستگاه ها خیلی بالا می باشد.

ج)استفاده از مواد شیمیایی که انرژی گرمایی آزاد می کنند

این فراین شامل تزریق کلرید آمونیم و نیترات سدیم است . برای به تاخیر انداختن واکنش گرمازا از نیتروژن استفاده میگردد. از معایب این روش گران بودن استفاده از این روش نسبت به روشهای دیگر و عدم کنترل بر واکنش می باشد.

د(استفاده از بخار آب یا آب داغ

?- استفاده از پدیده مافوق صوت

دلیل فیزیکی بودن این روش به این دلیل است که از روشهای شیم یایی , فیزیکی , حرارت دادن یا استفاده از بازدارنده ا استفاده نمی شود , هیچ تغییر شیمیایی در سیال به وجود نمی آید , تغییر شیمایی در فرایند کریستالیزاسیون به وجود ی آید و در نهایت از نیروی فرکانس خارجی برای شکستن رسوب استفاده می شود.

پدیده مافوق صوت پدیده ای است که در آن امواج صوتی بالاتر از حد شنوایی انسان ایجاد می گردد  که این صوتتوسط انسان شنیده نمی شود. این آستانه از 20000 سیکل بر ثانیه شروع شده و تا 100000 سیکل بر ثانیه ادامه دارد.فرکانس معمول مورد استفاده در آزمایشات بین 20000 تا 50000 سیکل بر ثانیه می باشد. زمانی که دامنه صوت افزایش پیدا  می کند در مایع این صدا غیر قابل انعطاف می باشد که در مایعات باعث پدیده گسستن پیوند ها می شود , که این مر باعث به وجود آمدن فشار منفی می شود و منجر به اتفاق پدیده ای به نام کاویتاسیون می گردد.

دراین روش با استفاده از پدیده مافوق صوت ذرات حباب در درون لوله های دارای رسوب ایجاد می گردد , به گونه ای که انرژی انتقال داده شده از این پدیده باعث می شود که ذرات نفت خام درون لوله بصورت حباب در آمده یا به عبارت یگر پدیده کاویتاسیون صورت گیرد.

این حباب ها هنگام تشکیل شدن به سطح لوله رسیده و ناگهان می ترکند که این پدیه در مقیاس بالا مقدار انرژی بالایی تولید می نماید این انرژی باعث کنده شدن ذرات رسوب از جایی که رسوب تشکیل شده است می شود.

بدین ترتیب می توان رسوب را حذف کرد ولی این پدیده , پدیدهای قابل برگشت بوده و باعث می گرددکه ذرات بسیار ریز رسوب دوباره با آرام شدن جریان , مثلاً در مخازن نگهداری دوباره رسوب تشکیل گردد , ولی روشی مناسب برای حذف موضعی رسوب از محل انسداد می باشد.

همانطوری که صوت در مایع پیش می رود حباب های پدید آمده از کاویتاسیون در مایع نوسان کرده و رشد می کنندتا اینکه به یک حد غیر قابل پایدار می رسند و در نهایت حباب ها با قدرت و شدت بالا متلاشی می شوند . مکانیسم این فرآیند در شکل زیر نشان داده شده است:

شکل ? پدیده کاویتاسیون و اثر آن بر روی تمیز سازی رسوب از سطح

میزان حذف رسوب در نمودار های زیر با توجه به فرکانس صوت و نوع جریان و مدت زمان قرار گرفتن در معرض پدیده آلتراسونیک مورد بررسی قرار می گیرد:

شکل ? درصد حذف رسوب بر حسب توان الکتریکی بکار برده شده در آلتراسونیک(در Re=55 and 80 ) برای مدت زمان ?,? ساعت در فرکانس ????? سیکل بر ثانیه

شکل ? درصد حذف رسوب بر حسب توان الکتریکی بکار برده شده در آلتراسونیک(در Re=55 and 80) برای مدت زمان یک ساعت ساعت در فرکانس ????? سیکل بر ثانیه

تصاویر زیر که قبل و بعد از پدیده آلتراسونیک گرفته شده میزان حذف رسوب را در دمای ? درجه سانتیگراد از نفتخام نشان می دهد.

شکل ? لوله حاوی رسوب در دمای ? درجه سانتیگراد قبل از در معرض قرار دادن پدیده آلتراسونیک میزان رسوب باقی مانده بعد از عملیات آلتراسونیک در لوله انتقال نفت خام در تصویر زیر نشان داده شده است:

شکل ? بعد از انجام عملیات آلتراسونیک را نشان می دهد

نتیجه گیری

با توجه به مطالعه و مقایسه مدل های ذکر شده، نتایجی به شرح ذیل بدست آمده است:

در اکثر مدل های ارائه شده برای مدلسازی رسوب آسفالتین در نفت خام به داده های تجربی نیاز می باشد و در مواردی که این اطلاعات مورد نیاز نیست، خروجی های مدل, تطبیق خوبی با واقعیت نخواهد داشت. به این ترتیب استفاده از حذف فیزیکی به روش آلتراسونیک روشی مناسب و جدید می باشد .

از مزایای این روش کاربرد برای نفت مخازن مختلف می باشد و احتیاج به مدل های ترمودینامیکی پیچیده نمی باشد. و از آنجایی که ما در مخازن نفتی و لوله های انتقال نفت و امکانات فرآورشی دارای رسوب هستیم و این پدیده ای اجتناب ناپذیر است پس این روش نسبت به مدل هایی که بر پایه معادلات ترمودینامیکی بنا شده اند و توانایی آنها در تطبیق داده های کمی حاصل از آزمایش با تئوری ضعیف است مناسب می باشد.

منابع:

[1]. Firoozabadi, A., Thermodynamics of hydrocarbon reservoirs, McGraw-Hill, USA (1999).

[2]. Xiangjun Qin., “Modeling Asphaltene Precipitation in Reservoir Simulation “,Ind. Eng.

Chem. Res. 2000, 39, 2644-2654

[3]. B. Aguilera-Mercado,” Mesoscopic Simulation of Aggregation of Asphaltene and Resin

Molecules in Crude Oils “ , Energy & Fuels 20 Oct, 2005,

[4]. Stanislaw, Malanowski., Aderzj, Anderko., Modeling Phase Equilibria Thermodynamic

Background and Practical Tools, John Wiley , New York(1992).

[5] Bae, Y. C.; Shin, J. J.; Soane, D. S.; Prausnitz, J. M. "Representation of Vapor- Liquid and

Liquid-Liquid Equilibria for Binary Systems Containing Polymers: Applicability of an Extended

Flory-Huggins equation". J. Appl. Polym. Sci. 1993, 47, 1193-1206.