۲-۴- عوامل موثر در تشکیل رسوب واکس
اگر چه نقطه ابری شدن ونقطه ریزش، خواص ترمودینامیکی مشخصی برای ترکیبات نفتی دارای واکس هستند، موقعیت نسبی آنها در دیاگرام P-T و هم چنین میزان رسوب تشکیل شده و تجمع آن، به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که از جمله مهمترین این فاکتور ها عبارتند از:
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
ترکیب یا Composition سیال، دما و سرعت سرد شدن، فشار، غلظت پارافین ها، و جرم مولکولی پارافین ها. وجود رسوبات دیگر مانند مواد اسفالتنی و یا ناخالصی های جامد، و مقدار آب موجود در ترکیب را نیز باید در نظر گرفت. تحقیقات انجام شده نشان می دهد که تشکیل رسوب واکس در مراحل اولیه، حساسیت بسیار زیادی به ترکیب سیال دارد.
واکس بخشی از نفت خام است که در محلول باقی می ماند تا زمانی که شرایط عملیاتی مطلوب جهت ریزش آن ناشی از تغییر در تعادل دما و فشار نفت خام بوجود آید.
پس از ریزش(تبلور)، واکس بر روی اجزای سیستم تولید و توسط مکانیسم های مختلف از جمله انتشار مولکولی، پحش تنش برشی، نفوذ براونیان، و نشست گرانشی رسوب می کند. نفوذ براونیان و حل و نشست گرانشی در حصول شرایط پویا در تولید نفت خام زیاد مهم نمی باشد. رسوب واکس در تمام سطوح سیستم تولید از جمله مخزن، چاه، لوله کشی، خط لوله، خطوط جریان، و تأسیسات روی سطح گزارش شده است.
رسوب واکس باعث از دست دادن تولید، کاهش قطر لوله، و افزایش توان مورد نیاز موتور، و تأثیر منفی در اقتصاد تولید می شود. اقدامات اصلاحی در دسترس عبارتند از روش های مکانیکی، شیمیایی، و تکنیک های حرارتی.
کاهش دما/از دست دادن حرارت یک عامل غالب در مسائل واکس است، زمانی رسوب واکس از نفت خام شروع می شود که درجه حرارت کاهش یابد و یا به زیر نقطه ابری شدن برسد(درجه حرارت ظاهرشدن واکس[WAT](. با این حال، عوامل دیگر مانند فشار، ترکیب نفت، نسبت نفت-گاز، نسبت آب و نفت، سرعت جریان و زبری سطح لوله نیز در مشکل رسوب واکس شرکت دارند.
همانطور که قبلا ذکر شد، جامدات هیدروکربنی بالقوه تمایل به رسوب گذاری در هر نقطه از مناطق نزدیک چاه و سوراخ چاه ها، امکانات سطح روی سازه، و خطوط لوله را دارند.
شکل ۵-۲ به صورت شماتیک مرزهای فاز هیدروکربنی بالقوه برای تشکیل فاز جامد را نشان می دهد.
شکل ۲-۶- یک نمونه از نمودار فازی (دما و فشار) نفت که ممکن است انواع انتقال فازها را تجربه کند[۱۱۶]
این نمودار به طورکل ممکن است برای تمام مایعات نفتی قابل استفاده نباشد، اما تصویر کلی از مراحل مختلف و انتقال فازهای ممکن را نشان می دهد و از یکدیگر متمایز می کند. نقاط موجود درشکل، نقاط ۱-۹ متناظر با تغییر فازهای ۱-۹ در جدول ۲-۳ می باشند.
جدول۲-۳ :نقاط شناخته شده و تعریف شده در گذار فازهای مواد نفتی[۱۱۶]
فصل سه
تئوری های واکس
۳-۱- تئوری هیدرودینامیکی واکس
رسوب ژل واکس در دیواره لوله به دنبال فرآیندی است که توسط پنج مرحله زیر شرح داده می شود: [۱۱]
۱٫تشکیل ژل از نفت واکسی (یا شکل گیری لایه ژل بدوی) روی سطح سرد.
-
- نفوذ واکس (هیدروکربن ها با تعداد کربن بیشتر از تعداد کربن بحرانی) به سمت لایه ژل از نفت.
-
- نفوذ داخلی این مولکولها از طریق نفت به تله افتاده[۹].
۴٫رسوب این مولکولها از طریق نفت به تله افتاده.
-
- نفوذ متقابل نفت خالی از واکس(dewaxed oil) (هیدروکربن با تعداد کربن کمتر از تعداد کربن بحرانی) از لایه ژل رسوب کرده.
مراحل ۳، ۴ و ۵ به عنوان عوامل افزایش در مقدار واکس جامد در لایه ی ژل (کهنگی رسوب واکس) گزارش شده اند.
طرز کار و مکانیزم رسوب واکس در اینجا با توجه به حمل و نقل جانبی ته مانده ی واکس در نظر گرفته شده است. اعتقاد بر این است که رسوب واکس به عنوان نتیجه حمل و نقل جانبی توسط نفوذ مولکولی، پراکندگی برشی، و نفوذ براونین رخ می دهد. نشست گرانشی است همچنین یک مکانیزم احتمالی حمل و نقل است.
۳-۱-۱ نفوذ مولکولی
برای تمام شرایط جریان، نفت یا در طول لوله، و یا حداقل در زیر لایه آرام در مجاورت دیواره لوله در جریان آرام می باشد. هنگامی که نفت سرد می شود یک گرادیان دمایی در سراسر زیر لایه آرام وجود دارد. اگر درجه حرارت پایین تر از دمایی که در آن بلورهای جامد واکسی شکل می تواند رسوب کند، سپس عناصر جریان نفت حاوی رسوب ذرات جامد باشند، و فاز مایع در حالت تعادل با فاز جامد فرض گردد، این مایع از واکس محلول، اشباع است. نمودار درجه حرارت در نزدیکی دیواره سبب ایجاد گرادیان غلظت از واکس حل شده می شود، و این مواد حل شده به سمت دیوار با مکانیزم نفوذ مولکولی حرکت می کند. هنگامی که این مواد به سطح تماس جامد/مایع می رسد، از محلول رسوب می کنند.
۳-۱-۲- نفوذ براونین
کریستالهای کوچک جامد واکسی مانند، هنگامی که در نفت به حالت تعلیق هستند، به طور مداوم توسط مولکولهای نفتی آشفته ی حرارتی(thermally agitated) بمباران می شوند. این برخوردها به حرکت های کوچک تصادفی براونی از ذرات معلق منجر می شود. اگر شیب غلظت از این ذرات وجود داشته باشد، حرکت براونی به حمل و نقل خالص منجر می شود، که در طبیعت و شرح ریاضی به نفوذ مولکولی شبیه است.
۳-۱-۳- پراکندگی برشی
هنگامی که بلورهای واکس در نفت جریان به حالت معلٌق است، ذرات واکس با متوسط سرعت و جهت نفت حرکت می کنند. تنش برشی مایع نزدیک به دیوار لوله نیز شامل حرکت جانبی ذرات واکس بوده و به عنوان پراکندگی برشی شناخته شده. به این ترتیب واکس رسوب کرده از هسته جریان آشفته به دیواره لوله منتقل می شود. بلورهای واکس درنفت به سمت دیوار جایی که آنجا رسوب گذاری می کنند، مهاجرت نموده، به دلیل سرعت پایین تر در نزدیکی دیواره نسبت به مرکز لوله، در دیواره ممکن است واکس رسوب خود را در آن تشکیل دهد یا پیوندی توسط مکانیزم نفوذ مولکولی با واکسی که از قبل شکل گرفته دهد [۳۹].
پارامترهای به احتمال زیاد اثر گذار بر مکانیزم پراکندگی برشی [۱۰]:
نرخ تنش برشی دیواره
مقدار واکس محلول
شکل و اندازه ذرات واکس
پراکندگی برشی زمانی مهم می شود که محتوای واکس رسوب کرده در هسته ی آشفته بالا است. این هنگامی که دمای نفت زیر دمای تشکیل واکس باشد رخ می دهد. افزایش سرعت تنش برشی منجر به بیشتر پراکنده شدن ذرات واکس به سمت دیواره می شود، اما افزایش متناظر با تنش برشی در دیواره ممکن است باعث شود مقادیری از واکس روی دیواره جدا شده و با جریان نفت همراه گردد [۳۹].
۳-۱-۴- نشست گرانشی
رسوب کریستالهای واکسی چگالتر از فاز مایع نفتی اطراف است. از این رو ، اگر ذرات غیر عامل باشند، در یک میدان گرانشی ته نشین شده و می تواند در انتهای لوله ها یا مخازن رسوب کنند.
۳-۱-۵- ورقه ورقه شدن رسوبات واکسی
هنگامی که تنش برشی سیال در دیواره از مقاومت تسلیم رسوبات تجاوز کند انتقال آنها به درون جریان را راحت می سازد. این اثر ورقه ورقه شدن ضخامت رسوبات را کاهش می دهد. این مطلب همچنین مکانیزم غالب در حین راه اندزای خطوط لوله متصل به نفت ژلاتینی نیز میباشد.
۳-۲- مدل دینامیکی رسوب
برگر و همکاران ۴ مکانیزم در جهت تشکیل رسوب را مشاهده نمودند(۱۹۸۱).نتایج حاصل از آزمایشات انجام شده بر روی سیستم خط لوله ترانس آلاسکا (Trans Alaska pipeline system)، (TAPS) نشان داد که رسوب واکس درون TAPS در نتیجه ی نفوذ مولکولی جزء واکسی، تنش برشی و نفوذ براونین از درون نفت خام به سمت جداره سرد لوله رخ می دهد، نشست گرانشی هم به عنوان یک مکانیزم مشخص وارد محاسبات گردید. بر اساس مشاهدات برگر و همکاران یک مدل تئوری با بهره گرفتن از نفوذ مولکول واکس حل شده به همراه استفاده از نفوذ براونین و تنش برشی اجزای ته نشین شده از قبل جهت پیش بینی رسوب واکس TAPS ارائه دادند.
نتایج آزمایشات میدانی نشان دادند که در دماهای پایین و شار حرارتی کم، تنش برشی پدیده حاکم است. در مقابل نفوذ مولکولی در دماها و شار حرارتی بالاتر پدیده ی غالب می باشد.
