مقدمه
نفت:
Petroleum واژه ای لاتین است که البته در زبان فارسی معادل مناسبی برای آن وجود ندارد.
پترولیوم در واقع به آن دسته از مواد هیدروکربنی گفته می شود که به صورت طبیعی و در سنگهای رسوبی واقع می گردند. این ماده می تواند به صورت های گوناگون زیر در خلل وفرج و شکستگی های سنگ تجمع یابد:
1) فاز گازی (مانند گاز طبیعی natural gas )
2) فاز مایع (مانند نفت خام crud oil )
معمولا انباشته شدن مواد هیدروکربنی در زیر سطح زمین در سنگهایی صورت می گیرد که توانایی نگهداری و انتقال سیالات را داشته باشند .این سنگها اصطلاحا سنگ مخزن (reservoir) نامیده می شوند.
بطور کلی تجمع مواد هیدروکربنی به صورت اقتصادی در سنگ مخزن وابسته به وجود عوامل متعددی می باشد که در زیر به اختصار توضیح داده خواهند شد:
1) سنگ منشا بالغ و یا سنگ مادر (mature source rock or mother rock ):از نظر تعریف سنگ دانه ریز غنی از مواد آلی است که قادر است در اثر تکامل حرارتی تولید هیدروکربن نماید (به عبارتی می بایستی دما به اندازه کافی بالا باشد تا بتواند ماده آلی را تجزیه کند ). معمولا سنگهای منشاء سنگهایی از جنس شیل (silt & clay ) می باشند که تخلخل بالا ولی قابلیت عبوردهی پایینی دارند.
2) سنگ مخزن (reservoir rock) :
به طور کلی یک سنگ مخزن هیدروکربنی خوب سنگی است که دارای شرایط اصلی زیر باشد تا بتواند هیدروکربن را در درون خود جای دهد:
الٿ: تخلخل بالایی داشته باشد(یعنی بتواند نفت و گاز را در درون خود جای دهد).
ب: تراوایی بالایی داشته باشد (تا بتواند نفت و گاز را بخوبی از خود عبور دهد).
3) سنگ معبر (carrier bed) :
امروزه بجز در مورد شیل های نفتی اکثر مواد هیدروکربنی اغلب در سنگهای دانه درشت یافت می شوند که این به دلیل مهاجرت مواد هیدروکربنی می باشد. فرایندی که موجب انتقال و حرکت نفت و گاز از سنگهای دانه ریز منشاء به سنگهای دانه درشت و تراوای مخزن می گردد را در اصطلاح مهاجرت مواد هیدروکربنی گویند(migration). سنگ معبر ممکن است که از جنس سنگ مخزن باشد و یا ممکن است که از یک بخش کاملا مجزا تشکیل شده باشد. بنابراین یکی از شرایط اصلی برای تجمع اقتصادی مواد هیدروکربنی آن است که مهاجرت هیدروکربن بین سنگ منشاء و سنگ مخزن از طریق سنگ معبر (migration pathway) امکانپذیر باشد.
4) پوش سنگ (cap rock ) :
سنگهای ناتراوایی هستند که از خروج نفت و سایر مواد هیدروکربنی از داخل سنگ مخزن جلوگیری می نمایند.
5) تله نفتی (oil trap ) :
با توجه به اینکه نفت و گاز سبکتر از آبهای زیرزمینی هستند که به سمت بالا حرکت می نمایند و بر روی آب قرار می گیرند بنابراین می بایستی حرکت رو به بالای نفت خام کنترل شود لذا نفتگیر و یا همان تله نفتی یک سد طبیعی است که موجب تجمع و ذخیره اقتصادی نفت و سایر مواد هیدروکربنی می گردد
مخازن نفت :
مخزن نفت ساده ترین شکل جمع یک ذخیره نفتی در زیر زمین و کوچکترین واحد از نظر اقتصادی است . از خصوصیات هر مخزن آن است که فشار هیدرو استاتیک و یا فشار مخزن در تمام نقاط آن یکسان باشد و بخشهای نفت و یا گاز تحت آن میزان فشار قرار گیرند .
اندازه و سطح مخازن نفتی به مقادیر مختلف از چند متر مربع تا چندین صد متر مربع است . محتوای نفتی یک مخزن ممکن است گاز , گاز-نفت یا عمدتا نفت باشد . واﮊه مخازن عمده نفتی برای آندسته از مخازن بکار میرود که بطور قراردادی بیش از 50 میلیون بشکه نفت داشته باشند .
ساختمان شیمیایی آسفالتین و پارافین :
بخش اعظم رسوبات نفتی , پارافینها و آسفالتین ها میباشند . این رسوبات بر روی سطح تجهیزات یا درون چاهها و لوله ها بوجود آمده و سبب بروز مشکلات زیادی میشوند .
شدت این رسوبات بسته به ترکیبات نفتی و عمق چاه و افت فشار و گرمای بدنه چاه متفاوت میباشد . در بیشتر مواقع این رسوبات در چاههای کم عمق و با درجه API کم وجود دارند .
مهمترین دلایل برای جداسازی این مواد از نفت خام به شرح زیر است :
1 – انبساط گاز سبب کاهش دمای محصول میشود .
2 – نفت موجود را توسط انبساط گاز سرد کرده و نیروی لازم را برای بالا رفتن نفت به سطح چاه فراهم می آورند .
3 – محصول از نفت به گاز انتقال حرارت انجام داده و خنک میشود و گرمای منتقل شده به محیط داده میشود .
4 – گاز حل شده که درون محلول دچار نوسان میشود , سبب سرد شدن محلول میشود .
5 – کاهش دمای محلول به سبب وجود آب در سیستم میباشد .
6 – به منظور تبخیر مواد سبکتر , در حجم و دما تغییراتی ایجاد میکنند .
تمامی عوامل فوق سبب سرد شدن نفت و در نتیجه ایجاد رسوب پارافینی میشود
پارافین ها و آسفالتین ها از نظر شیمیایی :
پارافین و آسفالتین از نظر ساختمان شیمیایی تفاوت عمده ای دارند زیرا پارافینها آلکانهای نرمال یا شاخه داری هستند که دارای وزن مولکولی بالا بوده و فرمول عمومی آنها CnH2n-2 میباشد . پارافینهای قابل رسوب آلکانهایی هستند که بین 20 تا 60 زنجیره کربنی دارند و ترکیبی از آلکانها و دانه های ریز کریستالی میباشند که با هم تجمع میکنند , هرچه طول زنجیر پارافین بیشتر باشد پارافین سخت تر خواهد بود .
رسوبات پارافین همچنین شامل آسفالتینها , رزین ها , و مواد معدنی مثل شن و نمک هستند که همراه آنها یونهای کلسیم و آب نیز وجود دارد .
آسفالتین ها ترکیباتی اند که دارای رنگ سیاه بوده و وزن مولکولی بالایی دارند . این مواد در حالت طبیعی قطبی میباشند که این قطبیت به خاطر وجود مولکولهای اکسیژن , گوگرد , نیتروژن و فلزات گوناگون میباشد .
آسفالتینها همچنین شامل ترکیبات پلی حلقوی و آروماتیک میباشند .
مولکول فشرده آسفالتین
آسفالتین همراه رزین
مدل آسفالتین
آسفالتین در محلول های آروماتیکی مانند بنزن , تولوئن , تترا کلرید کربن و دی سولفات کربن قابل حل است اما در نفت سیاه , نفت گازی و هیدروکربن های سبک تر مثل پروپان و بوتان نامحلول است و یا دارای حلالیت کم میباشد .
دانه های آسفالتین معمولا کروی و قطر آنها حدودا 30 تا 65 آنگستروم میباشد .
وزن مولکولی آنها بین 10000 تا 100000 و دانسیته اشان 1.22 gr/cm3 است.
تئوری munir بیان میکند که ذرات آسفالتین در یک هسته از مجموعه مولکولها قرار گرفته اند که در اطراف آن هسته ترکیبات آروماتیک کمتر و سبک تری قرار دارند .
این تئوری میتواند دلیل قابل قبولی بر وجود آلکانها در پارافین باشد و این امر را واضح میسازد که ذرات آسفالتین در نفت به شکل کلوئیدی هستند .
تفاوت بین پارافین و آسفالتین
مومهای آسفالتین دارای مشخصات زیر هستند :
1 – به آهستگی ذوب میشوند و به تدریج نرم گشته تا به یک محلول لزج تبدیل میشوند .
2 – با دود بسیار سوخته و آشغال زیادی به جای میگذارند .
اما مومهای پارافینی :
1 – لزجت مایع داغ کم است .
2 – در محدوده کمی از حرارت ذوب میشوند .
3 – به سرعت سوخته و دود کمی تولید کرده و آشغال کمی بر جای می گذارند .
مراجع :
1- کتاب خواص سیالات مخازی نفتی ( مک کین )
2- وبلاگ نفت ( نوشته های امین غلام زاده در مورد مهندسی نفت)
آزمایش اول
عنوان : اندازه گیری میزان آسفالتین در نفت خام
وسایل مورد نیاز : کاغذ صافی , boiler , کندانسور , ترازو , بشر
مواد لازم : نفت خام , نرمال هگزان , بنزن
تئوری آزمایش :
رسوبات آسفالتین :
اگر چه به گستردگی پارافینها نیستند ولی میتوانند به صورت رسوب درایند , همچنین آسفالتینها دارای خواص قطبی اند .
دو دانشمند به نامهای Kats و Beu در یک سری آزمایشات به این نتیجه رسیدند که رسوبات آسفالتین بر اثر یک پدیده الکتریکی بوجود می آیند . در
یکی از این آزمایشات , الکترود های فلز پلاتین را درون یک نفت آسفالتین دار قرار دادند , در ابتدا این نفت بدون رسوب بود . سپس توسط جریان برق ولتاژ 220 ولت در چند مرحله به نفت به آن نفت اعمال شد. در نتیجه الکترود منفی تمیز شد ولی الکترود مثبت توسط مواد آسفالتینی سیاه پوشیده شد . این نشان میدهد که اولا مواد آسفالتین قطبی اند و ثانیا بار این ذرات منفی میباشد , زیرا که جذب قطب مثبت الکترود های آزمایش شدند .
جلوگیری از رسوب آسفالتین :
چون آسفالتین در سنگهای رسوبی چاه رسوب میکند لذا جلوگیری از تشکیل
آنها بسیار مشکل است . یک روش جلوگیری از رسوب این است که محلول
فشرده شده نفتالین را بصورت فاصله های زمانی مشخص وارد این سنگهای رسوبی کرده و حلالیت آسفالتین در نفت را افزایش دهیم .
اگر آسفالتین در لوله رسوب میکند میتوان توسط یک تعداد توپی کوچک شیمیایی رسوب را از بین برد . این توپها ممکن است در یک سد صفحه ای مانند قرار گرفته و در قطر لوله ها و چاهها مورد استفاده قرار گیرند .
روش دیگر این است که نفت خام را از بستری شامل نفتهای کوچک مانع شونده عبور داده و در نتیجه رسوبات پارافین را کاهش داد و همچنین از تجمع کریستال های این رسوبات درون هسته مرکزی جلوگیری کرد .
یک راه حل جامع برای حل مشکلات ناشی از ایجاد رسوبات آسفالتین :
مناطق نفت خیزی به نام hassi messaoud وجود دارد که اکثر آزمایشاتی که برای مشابه سازی با آزمایشات درون آزمایشگاه ها انجام میگیرد در این مناطق نفت خیز انجام میگیرد .
ته نشین شدن مواد آسفالتین درون لوله چاهها در این مناطق مشکلات بسیاری را بوجود آورده است و این مسئله سبب شده که برای ادامه تولید , مکرر از شستشوی لوله چاهها و نیز تراشیدن رسوبات در طول لوله استفاده شود .
لذا منحنی ها و نمودارهایی بصورت سیستماتیک رسم شده است که میتوان از آنها بعنوان یک راهنما در مورد وضعیت دما و فشار در یک نقطه از رسوب و نیز در رابطه با تکامل و سیر شکل رسوب استفاده کرد .
بر اساس این گرافها و مشاهدات اگر دهانه چاهها محصول را بافشار کمتر تولید و به خارج هدایت نماید , میتوان از تعداد لوله های شوینده کمتری استفاده کرد که این سبب بهینه شدن هزینه های لازمه میگردد .
آسفالتین به خودی خود مشکل ساز نیست بلکه هنگامیکه رسوب میکند مشکل ساز میشود و این در صورتی است که رسوب آسفالتین به خلل و فرج آسیب برساند .
آسفالتین ماده چسبنده و لخته شده, توده های بزرگی است که خلل و فرج را مسدود کرده و باعث کاهش تولید میشود . آنالیز سارا یکی از آنالیزهایی است که نفت خام را در چهار طبقه بندی اصلی متفاوت در حلالیت و قطبیت تفکیک میکند .
آلیفاتیکها :
هیدروکربنهای غیرقطبی بدون باند دوگانه ای هستند اما شامل زنجیره اصلی و شاخه های آلکانی شبیه سیکلو آلکانها میشوند .
:: موضوعات مرتبط:
علمی،
،
تبادل
لینک هوشمند
<-PollName->
خبرنامه وب سایت:
آمار
وب سایت:
