مكانيسم رسوب آسفالتين در محيط متخلخل و ستون چاه
مكانيسم رسوب آسفالتين در محيط متخلخل و ستون چاه
مقدمه
آسفالتين معمولا از هيدرو كربنهاي چند حلقه اي وپليمري بزرگ داراي بار الكترونيكي منفي وبه صورت كلوئيدي تشكيل شده كه توسط ملكولهي مالتين احاطه شده است.در اصل ملكولهاي مالتين به صورت حفاظي در اطراف ملكولهاي اسفالين قرار دارند وباعث تعليق آنها در نفت شده كه از رسوب گذاري آنها جلو گيري ميكند. لذا هرگونه عمل فيزيكي و شيميايي كه باعث از بين رفتن حالت تعليق ذرات آسفالتين گردد منجر به مي كندلذا هرگونه عمل فيزيكي و شيمياي كه باعث از رفتن حالت تعليق ذرات آسفالتين گردد منجربه تشكيل ورسوب آنها خواهد كه پيامدهاي بعدي را به دنبال دارد بعضي از عواملي كه در رسوب ارئه شده است ولي بطور كلي معضل اسفالتين يكي از موارد است كه تاكنون در صنعت نفت به طور جدي حل نشده است و در حال حاضر در بعضي از ميادين (كه اين مشكل بيشتر در ميادين نفت سنگين به جود مي ايد ) چا ههاي توليدي كه مشكل توليد آسفالتين دارند توسط دستگاه لوله مغزي سيار تحت تعمير قرار ميگيرد و توسط حلال رفع مانع و تمييز سازي ميشوند. كه اين خود هزيناي گزافي را به دنبال دارد ولي بعد از مدتي دوباره جاه و خطوط لوله جرياني توسط رسوبات آسفالتين مسدود ميگردد وباعث كاهش ويا قطع جريان وتوليد ميگردد.
اثرات فشار روي رسوب آسفالتين به صورت مستقيم مي باشد و اثرات دبي جرياني به صورت غير مستقيم است. چنانچه فشار از فشار نقطه حباب خيل بالا باشد سيال به درون چاه مي آيد و اگر آسفالتيني تشكيل شود در اعماق الاتر خواهد بودولي اگر فشار نزديك نقطه حاب باشدرسوبگذاري در ته چاه انجام مي شود.
تغييرات دبي جرياني با عث تغيير پرو فايل فشار ستون چاه ميشود كاهش دبي جرياني باعث بالا آمدن محل نقطه حباب در چاه شده ورسوبگذاري در اعماق بالتر صورت ميگيرد.اگر كاهنده سرچ هي راحذف كنيم دبي جرياني افزايش و فشار سرچاهي مييابد ونقطه حباب در اعماق پايين تري حاصل ميشود ويك كاهنده طبيعي در ته چاه تشكيل مي شود كه خود با عث مي شود كه رسوب بگذارد در چاه كنترل شودكه رسوبگذاري درچاه كنترل شود.
آسفالتين اجزاي سياه در نفت خام هستند كه جرم مولكولا آنها بالا ست. ذرات قطبي كه قطبيت آنها بدليل وجود سولفور اكسيژن و فلزات مختلفي است كه در ساختمان آنها وجود دارد.آسفالين ها هدروكربن حلقوي آرو ماتيك هستند كه در حلا لها ي آو ماتيك حل نمي شود مثل تتراكار يد كربن يا دي سولفيد كربن رسوب مواد پارافيني بعلت كا هش دما صورت مي گيرد در جه حراتي كه اين ذرات شروع مي كنند به خارج شدن از سيستم را نقطه ابري شدن cloud point)) ميگويد با كا هش پوسته دما در يك درجه حرارتي كه به نقطه ريزش ( (puor point معروف است اين ذرات شروع به رسوب و ته نشيني آسفا لت از دو بخش آسفا لتين ومالتين تشكيل شده است ماتين در هدرو كربنهاي سبك ما ندن پنتان و بو تان و حل مي شود و از رزينها روغنها و واكسها تشكيل شده است آسفا لتينها در هدروكربنهاي پارافيني سبك غيرقا بل پار افيني سبك غيره قابل حل ولي در هدروكربنهاي آرو ماتيكي حل مي شود.
بحث
پارافينيها هيدرو كربنها زنجيره اي يا خطي يا هيدرو كربنهاي سيره شده با جرم مولكول بالا مي باشد رسوبات پارا فيني مخلو طي از هدروكربنها هستند كه براي تشكيل دانه هاي ريز روي هم انبا شته مي شود هر قدر تعداد كربنهاي زجيره هيدرو كربني بيشتري باشد رسو بات سخت تر هستند
بطور كلي آسفا لت از دو بخش ما لتين تشكيل شده است مالتين در هيدروكروبنهاي زنجيره اي سير شده خطي قا بل حل است ولي آسفا لتين در هيدركربنها حلقوي آروماتيك حل مي شود آسفالتينها هيدروكربنها ي پليمري بزرگ با بار منفي وبصورت كلوئيدي كه توسط مالتينها احاطه شده اند وآنها را به صورت معلق نگه داشته و از رسوب آنها جلو گيري مي كند. يكي از عوامل رسوب آسفالتين وجود هيدروكربنهاي زنجيره اي خطي با جرم كم مانند پروپان و بوتان است كه طي رسيدن نفت به فشار نقطه حباب مالتينهاي حل شده و آسفالتين ها رسوب مي كنند. افزايش درجه حرارت با حلال يت آسفالتين در نفت ارتباط مستقيم دارد. اثرات دبي جرياني بر روي رسوبگذاري به صورت غير مستقيم است. به اينصورت كه تغير دبي پروفايل فشار در ستون چاه را عوض مي كند كه اين امر محل نقطه حباب را در ستون چاه تغيير مي دهيد. متداولترين نوع رسوبگذاري در ستون چاه است و عاملي كه باعث شود محل نقطه حباب در ستون عوض شود اين است كه شرايط به زير نقطه حلال تغيير يابد.
عوامل رسوبگذاري آسفالتين
رسوبگذاري مواد پارافيني وقتي رخ مي د هد كه رفتار تعادلي فازها در نفت خام به هم بخورد ذرات واكسي از لحاظ كريستالي سوزي شكل هستند ودر اين حالت تما يل به پخش بودن در نفت خام را دارند تا اينكه بخوا هند روي سطحي جمع شوند چنا چنه هسته اصلي وجود داشته باشد كه ذرات روي آن جمع شوند اين هسته مركزي تجمع مي كنند ذرانند به هسته مركزي باشد عبارتند از ذرات ريز جدا شده از سازند ماسه و غيره كا هش درجه حرارت در به هم پيوستن كريستالها ومواد پارافيني نقش دارد افزايش دبي توليدي نفت با عث مي شود كه درجه حرارت افت زيادي داشته باشد كه منجر به ته نشيني ذرات شود حد مطلوبي از برش آب مي توا ند اثر عمده اي روي
كاهش رسو بات داشته باشد چرا كه اگر سطح لوله ها انتقال و خطوط Water wet باشد از نشست ذرات جلو گيري مي كند ولي اگر زياد باشد مشكلات ديگري از قبيل خوردگي را بد نبال دارد يكي از موارد ديكه ذكر شد در رسوب آسفالتين مو ثر است هيدروكربنهاي زنجيره اي با جرم ملكولي كم است با توجه به موارد ذكره شده مي توان انتظار داشت اضافه شدن متان اتان وپروتان به نفت با عث لخته شدن آسفا لتين ميگردد جذب اين گازها در نفت باعث ميشود كه گاز هاي نامبرده بصورت هيدرو كربنهاي مايع با كششه سطحي كم وقا بل امتزاج با نفت عمل نموده و باعث از بين رفتن پوشش حفا ظتي
آسفالتين گرد ند با توجه به موارد فوق انتظار مي رود كه آزاد شدن گاز از نفت باعث افزايش كشش سطحي نفت ودر نتيجه افزايش تثبيت مولكول هاي آسفا لتين شده و نه تنها از رسوب جلو گيري كند بلكه باعث حل مجدد رسوبات نيز در نفت گردد.
اثرات فشار
فشار حباب يك نقطه كليدي در تاثير اين عامل بر رسوبگذاري آسفا لتين مي باشد با آزاد شدن گازهاي سبك از نفت خام ميزان رسوب گذاري آفا لتين كاهش مي يابد يعني يكي رسوبگذاري در نفت تك فاز و در شرايط بالاي نقطه حباب رخ مي دهد. پس تغير پروفايل فشار در ستون چاه و انتقال نقطه حباب به اعماق پاينتر باعث انحلال رسوبات قبلي وتعليق دوباره انها مي شود.
اثرات دبي جرياني
اثرات تغيير دبي جرياني بر روي پروفايل فشار و دما در ستون چاه مي باشد .كاهش دبي باعث بالا آمدن محل نقطه حباب در ستون چاه شده كه با عث مي شود رسوبات در اعماق بالاتري تشكيل شوند از طرفي افزايش دبي باعث ايجاد تلاطم و انحلال مجدد رسوبات در نفت و كمك به كاهش تشكيل رسوبات مي كند در صورتي كه فشار چاه از فشار حباب بيشتر باشد در ستون چاه يك لايه نازك رسوبات تشكيل شده و با تجمع آنها يك كاهنده طبيعي تشكيل مي شود و اين تاعث شده كه نقطعه حباب به داخل ستون چاه منتقل شود و ديگر رسوبي در بالاي اين كاهنده طبيعي تشكيل نخواهد شد يا حذف كاهنده سرچاهي دبي افزايش، و فشار سر چاهي كاهش نقطه حباب به عمق پايين تر منتقل مي شود و رسوبات بالاي اين كاهنده در نفت حل شده و رسوبگذاري در چاه كنترل ميگردد.
آزمايشات:
يكي از عواملي كه انتظار ميرود در رسوب آسفالتين موثر باشد تغيير درجه حرارت مخزن تا دهانه چاه باشد ميزان رسوب براساس آزمايشات اندازه گيري شد كه نمودار آن درFig 2 نشان داده شده است. ميزان ميزان نفت استفاده شده است. ميزان نفت استفاده شده يك گرم مي باشد كه با كاهش دما ميزان رسوب آسفالتين افزايش ميابد.
در حالت ديناميكي ميزان رسوب آسفالتين مكانيسم پيوسته اي است كه اين ميزان تابعي از زمان جريان سيال در مغزه مي باشد براي اين كار از مغزه اي استفاده شده است كه تراوايي آن در محدوده 3000-2000 ميلي دارسي باشد ميزان رسوب طبق نمودار گراف 1 برار است با سطح هاشور خورده زير نمودار كه از لحاظ عددي انتگرال تابع آن مي باشد. در اين نمودار C* برابر است با غلظت آسفالتين در خروجي از مغزه (با توجه به اينكه در يك زمان فرصت داده شده كه آسفالتين رسوب كند) واين كار در زمانهاي مختلف نجام گرفته است. Co غلظت آسفالتين در ورودي مغزه در همان دما مي باشد. دما توسط گرم كننده اي كه در اطراف مغزه پوشانده شده است ثابت نگاه داشته شده است.
در Fig .3 منحني جذب ديناميكي حاصل آسفالتين ppm1000 در مغزه در دماي اتاق مي باشد بر خلاف رفتار جذب استاتيك، در ناحيه ديناميكي سيستم آسفالتين-سنگ قادر نيست به حالت اشتباع (C*=Co) برسد حتي پس از تزريق 120pv براي بررسي اثرات تغييرات دما روي رسوب آسفالتين دما پس از يك مرحله كه ثابت بوده تغيير داده مي شود و دوباره آزمايش در دماي ثابت تكرار مي شود.
بااستفاد از حلا لهاي شيميا يي كه مستعد تر از آسفا لتين هستند براي جذب درسنگ مخزن مي توان رسوب را كاهش داد وقتي حلال ي با اين شرايط در مخزن تزريق شود خواه نا خواه جذب آسفالتين روي ديواره محيط متخلخل كم ميشود بنا بر اين رقا بتي براي آسفالتين و مواد شيميايي بوجود مي آيد گمان ميرود كه انتخاب مواد شيميايي مستعد تر براي جذب بر روي سنگ بر اساس ا نرژي آزاد گيبس آنها نسبت به ا نرژي آزاد گيبس آسفا لتين / سنگ در دما و فشار سنگ مخزن باشد تا براساس ميزان جذب بتوان تشخيص داد كدام مواد براي تزريق عملكرد بهتري دارند. براساس آزمايشگاتي كه انجام شد پس از طي مراحلي ذكر شده و تزريق مواد شيميايي مختلف درون مغزه و بعد از آن تزريق محلول آسفالتين-تولوئن درمغزه مشاهده شدكه ميزان جذب آسفالتين روي ديواره خلل و فرج مغزه كاهش پيدا كرد البته ميزان رسوب و جذب آسفالتين بستگي به زمان جريان دادن محلول درون مغزه دارد كه با طولاني نمودن مدت زمان آزمايش جذب آسفالتين از ابتدا كم وبيش انجام شده و پس از مدتي مواد آسفالتيني روي موادي كه قبلا حين جريان جذب شده اند ،جذب و انباشته مي شوند و اين چيزي طبيعي است بدليل اينكه پس از گذشت مدتي از جريان ديواره خلل وفرج از سنگ نيست بلكه سنگ به مواد آسفالتيني ا ندوده شده البته اكثر رسوبات در يك شعاعي از ديواره چاه در داخل مخزن رخ مي دهد وچون افت فشار ودما بيشتراست ودر شعاعهاي
دورتر از چاه افت چنداني وجود ندارد ، پس مي توان تزيق مواد شيميايي را به شعاع چند متري از دهانه چاه محدود نمود.البته روشهاي ديگري از قبيل Electro Magnetic Heating براي حرارت دادن و گرم نگه دادشتن مخزن وجود دارد. ولي به دليل اينكه اين روشها از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيستند بكار برده نمي شوند.
منبع
