آسفالتین

کنترل رسوبات آسفالتین در چاههای نفتی

رفع رسوبات آسفالتین در سازندهای تولید کننده نفت و سیستمهای تولیدی طی سالها یکی از مشکلات اصلی در صنعت نفت بوده است .

انتخاب عاملهای کنترل کننده شیمیایی در گذشته به بررسی انحلال توده ای آسفالتین در نمونه های بازیافت شده از سیستمهای تولیدی محدود شده بود . اخیراً روش مورد قبول برای حل این مشکلات استفاده از حلالهای آروماتیکی نظیرگزیلن ، تولوئن و غیره می باشد .

این روش به استفاده از مقادیر زیاد این حلالها نیاز دارد . همچنین این روش به تعداد دفعات زیاد باید انجام شود . این مقاله نتایج آزمایشات بر روی میدانهای نفتی و کاربرد مواد شیمیایی کنترل کننده آسفالتین و استفاده از تستهای آزمایشگاهی برای از بین بردن رسوبات آسفالتین و استفاده از مواد شیمیایی بازدارنده رسوبات آسفالتین را شرح می دهد .
آزمایشات اولیه قدرت پراکنده سازی ، با آزمایش پخش کردن آسفالتین در هگزان آغاز شده است . برخی مواد شیمیایی که نتایج امیدوار کننده ای در انحلال و پراش آسفالتینها در محیطهای نامحلول حاوی هگزان ارائه کرده اند ، برای استفاده در میدانهای نفتی یا برای تست اضافی در آزمایش رفع رسوبات جاری سنگ انتخاب شده اند .
دستگاه آزمایش جریان درون نمونه ( core flow test apparatus ) روشی را برای آشنا شدن با تشکیل رسوب آسفالتین و مطالعه در رابطه با رفع آن با استفاده از عاملهای شیمیایی ارائه کرده است . استفاده از نمونه های سنگ و آسفالتینهای بدست آمده از منابع تولیدی ، این فرصت را به ما می دهد که بهترین مواد شیمیایی رفع کننده رسوبات آسفالتین را انتخاب کنیم .

آسفالتین ها ترکیبات پیچیده ناجور اتم و درشت حلقه ای شامل کربن ، هیدروژن ، سولفور و اکسیژن هستند . آنها در طبیعت به صورت درشت بوده و به شدت آروماتیکی هستند و در نفتهای خام به صورت مایسلهای به هم چسبیده یافت می شوند . رزینها و مالتینها که پیشنیازهای مولکولی آسفالتینها هستند ، ذرات آسفالتین منتشر شده را به هم می چسبانند . در حالی که آسفالتینها توسط سرهای قطبی مالتینها و رزینها احاطه شده اند ، دنباله های آلیفاتیکی آنها بطور فزاینده ای در فازهای نفت هیدروکربنها در حال افزایش است . وقتی نیروهای شیمیایی یا مکانیکی به اندازه کافی بزرگ شوند ، این گونه های به هم چسبیده و محکم شکسته می شوند و ذرات آسفالتین برای واکنش با آسفالتین ناپایدار اصلی و تشکیل توده های بزرگ و نهایتاً ته نشینی آماده می شوند .
این عاملهای ناپایدار دارای یک پتانسیل جریانی هستند که این پتانسیل جریانی باعث جریان سیال در محیطهای متخلخل سازند می شوند . این توده های آسفالتین توسط پتانسیلهای الکتریکی ، عاملهای مکانیکی و یا توسط عاملهای خارجی دیگر بوجود آمده اند که این عاملها می توانند اسید یا دیگر محرکها یا سیالهای سخت یا گازهایی که برای کمک کردن به بازیافت استفاده می شوند مانند co2 و دیگر گازهای امتزاجی باشند . این مواد با تغییر PH یا دیگر مشخصات نفت خام می توانند آسفالتینها را ناپایدار کنند .
چون ذرات آسفالتینها قطبی هستند ، ممکن است این ذرات در اثر خاصیتهای القایی در توده های ثانویه ، باردار شوند . همانطور که تجمع ادامه پیدا کرد ، توده های ذرات درشت آسفالتین پیدا خواهند شد . تأثیرات نقطه حباب مهم است ، زیرا این تأثیرات مکانیسم دفع مواد شیمیایی از توده های ناپایدار توده با سرهای آلیفاتیکی رزینها و مالتینها باعث می شود که یک بی تعادلی لحظه ای در ماهیت محیط اطراف ایجاد شود . این عدم تعادل لحظه ای برای دفع رزینها و مالتینها و ایجاد ناپایداری کافی می باشد . فرایندهای مکانیکی با چندمین راه حل این کار را آسان نموده اند ، اما مهمترین این راه حلها جابجایی اولیه از یک نقطه با فشار مشخص به یک نقطه با فشار کمتر می باشد . جریانهای امتزاجی با ایجاد غلظت بیشتر سرهای ناپایدار توده آسفالتین ، مشکل را شدت می بخشند .

 تستهای آزمایشگاهی

تستهای آزمایشگاهی ارائه شده برای آشکار کردن طرز عمل مؤثر مواد شیمیایی و انتخاب این مواد جهت استعمال در میدانهای نفتی ، شامل سه گونه تست می باشند . برای انتخاب مواد شیمیایی ای که در درجه اول برای پراکندگی و پخش آسفالتین کاربرد دارند ، از نوع تست انتخاب مواد شیمیایی پراکنده ساز استفاده می شود .

هدف این آزمایش تهیه یک محلول خام اولیه حاوی ۵ گرم رسوب حل شده در ۱۰۰ میلیلیتر گزیلن می باشد . سپس ۱۰۰ میلیلیتر هگزان را در تعدادی استوانه مدرج ۱۰۰ میلیلیتری ریخته و مقادیری مشخص از مواد شیمیایی پخش کننده را در هر استوانه اضافه می کنیم . یک میلیلیتر از محلول خام شامل آسفالتین را به هر کدام از استوانه ها اضافه کرده و محتوی آنها را خوب به هم می زنیم . بعد از مدت یک ساعت ، یک نمونه ده میلیلیتری از سطح ۷۰ میلیلیتری برداشته و با ۳۰ میلیلیتر گزیلن مخلوط می کنیم . مقدار نفوذ این مواد شیمیایی تا ۶۴۰ نانومتر محاسبه شده و با نتایج عملکرد دیگر مواد شیمیایی با کمترین مقدار نفوذ برای معلق کردن هرچه بیشتر آسفالتینها در گزیلن مطلوب است .

بیشتر نسخه های آزمایش پراکنده سازی توده های آسفالتین می تواند برای انتخاب حلالها و عاملهای پراکندگی این توده ها مورد استفاده قرار گیرد . در این تست ، یک قرص از رسوب آسفالتین با قرار دادن ۲ گرم آسفالتین تحت فشار pellet press و شکل گیری قرص در فشار بالا ، تشکیل می شود .
در ساخت این قرص تفاوتهای سطح و شکافها در نظر گرفته نمی شود که ممکن است این تفاوتها در قسمتهایی از رسوب آسفالتین مورد استفاده برای آزمایش ، خود را نشان دهند . این فاکتورها ممکن است نتایج این آزمایش را تحت تأثر قرار دهند . ۱۰۰ میلیلیتر هگزان را همراه مواد شیمیایی درخواست شده در یک استوانه ۱۰۰ میلیلیتری رخته و خوب مخلوط می کنیم . قرص آسفالتین ساخته شده را در استوانه قرار داده و اجازه داده می شود تا محتوی استوانه برای یک دوره زمانی راکد باشد . مقدار آسفالتینهای پخش شده در هگزان که به صورت یک قسمت تیره پیداست از روی استوانه مدرج خوانده می شود . مواد شیمیایی که بیشترین مقدار آسفالتینهای پخش شده را در کوتاهترین زمان تهیه کرده اند ، انتخاب می شوند .

این آزمایش به انتخاب یک سری مواد شیمیایی کمک می کنند که این مواد می توانند رسوبات آسفالتین را تحت تأثیر قرار داده و باعث پخش شدن آنها شوند . این آزمایش می تواند برای انتخاب یک سری مواد شیمیایی برای آزمایش core flow test نیز استفاده شود .
Core flow test برای انتخاب مناسبترین مواد شیمیایی بدست آمده برای رفع رسوبات آسفالتین از مواد اولیه سازند و کمک به احیای تراوایی نسبی استفاده می شود . این دستگاه شامل یک Hastler core holder ، پمپ گرادیانی کروماتوگرافی مایعات فشار بالا ، طیف سنج فوتوالکتریکی بدون توقف جریان ، ترانس دیوسر فشار و یک سیستم کامپیوتری جهت ثبت داده ها می باشد . برای آزمایشهای مغزه از مغزه field یا مغزه استاندارد Berea استفاده می شود . امروزه آزمایشهای مغزه در دمای اتاق انجام می شود . بعد از استقرار شرایط water wet و تعیین تراوایی مؤثر یک مغزه آسیب ندیده و استفاده از گزیلن به عنوان یک حلال شوینده یا یک فاز پیوسته ، آسیب به مغزه با قرار دادن ۷۵ میلیلیتر فاز پیوسته گزیلن به درون مغزه ، ایجاد می شود که این فاز پیوسته دارای یک درصد پراکندگی آسفالتین می باشد .
پراکندگی آسفالتین با خرد کردن رسوبات آسفالتین و اضافه کردن آنها به گزیلن ایجاد می شود . اگر هیچ رسوبی موجود نباشد نتیجه می گیریم که آسفالتین توسط هگزان در نمونه نفت خام میدان نفتی ته نشین شده است .

وقتی دیسپرسیون گزیلن / آسفالتین کاملاً مغزه را پر کرد ، حلال حامل گزیلن سراسر حجم چندمین مغزه را فرا خواهد گرفت تا بدین وسیله یک حد مبنا برای حذف گزیلن از رسوبات آسفالتین پیدا شود . از آنجایی که تعدادی از آسفالتینها تحت شرایط این آزمایش در گزیلن حل نمی شوند ، این حد مبنا بهترین حالتی که گزیلن می تواند رفع شود را برای آسفالتینهای مورد بررسی نشان می دهد و این حد مبنا به عنوان نقطه رفع مطلق گزیلن مشخص می شود . بنابراین نتیجه مواد شیمیایی انتخاب شده برای مقادیر مختلف عملی می باشد .
معمولاً در ابتدا یک pore volume برای تزریق تحت فشار در این راه کارهای شبیه سازی شده ، استفاده شده است . نتیجه این آزمایشات می تواند در شستشوی تحت فشار گزیلن به کار برده شود ، برای اینکه تأثیر مواد شیمیایی در رفع رسوبات داخل یک جریان نفتی مشخص شود . جریان داخل یک مغزه ممکن است به علت استفاده از راهکارهایی که در آنها مواد شیمیایی استفاده می شود ، معکوس شود . این معکوس شدن جریان درون مغزه از سمت تخلیه شده مغزه می باشد . خواسته شده که تزریق تحت فشار به کار رفته در یک چاه در طی یک ترتمان منطقه ای شبیه سازی شود . اگر درخواست شود که مغزه دوباره اشباع و جریان گزیلن دوباره از آن عبور داده شود ، یک مغزه می تواند برای چندین ساعت مورد بررسی و معالجه قرار گیرد .
فشار و نرخ جریان در یک مغزه اندازه گیری شده و در سیستم جمع آورنده داده ها ، ذخیره شده است . عبور سیال خروجی از مغزه به میزان ۴۳۰ نانومتر توسط دستگاه طیف سنج فوتو الکتریکی بدون توقف جریان اندازه گیری شده است . با رسم میزان عبور سیال خروجی از مغزه بر حسب غلظت تعیین شده با رقیق شدگی استاندارد آسفالتین در دیسپرسیون گزیلن برای داده های قرائت شده از سیال خروجی و مقایسه آنها با قانون بیر ، میزان آسفالتینهایی که رسوب شده اند ، رفع شده اند و در نمونه باقی مانده اند مشخص می شود .
توده آسفالتین بعد از هربار راندن رسوبات ، دوباره وارد مغزه می شود . جریان گزیلن دوباره مستقر می شود و تأثیر دیگر مواد شیمیایی بر روی مغزه بررسی می شود . تراوایی مؤثر با اندازه گیریهای جریان و فشار بدست آمده توسط این تست ، محاسبه می گردد . وقتی که تراوایی مؤثر نسبت به میزان رسوبات آسفالتین جدا شده رسم شود ، بهترین ماده شیمیایی برای درمان مخازن بدست می آید . برای نمونه نمودار رسم شده در شکل ۲ ، تراوایی اولیه بر اثر استفاده از گزیلن را ارائه می دهد . تراوایی به خاطر رسوبات آسفالتین نمونه ، کاهش می یابد و بهترین تراوایی بدست آمده تنها از بیرون راندن گزیلن و میزان جداسازی و رفع آسفالتین و اصلاح نتایج تراوایی بوسیله هر ماده شیمیایی تست شده ، ارائه می گردد .
در بسیاری از معالجات ( رفع رسوبات آسفالتین ) ، افزودن یک حلال متقابل تا حدود زیادی تراوایی نسبی را بهبود خواهد بخشید . هر چند ، افزایش ظرفیت حلال متقابل در خیلی موارد می تواند میزان جداسازی آسفالتین را کاهش دهد . حلال متقابل در اثر تماس مؤثر با رسوبات ، می تواند سبب water wetting ذرات آسفالتین شود ، ذرات آسفالتینی که در حلال قابل حل نفت ، مشکل زا می باشند .
گزیلن استفاده شده در core flow test به عنوان یک فاز حامل پیوسته ، برخی از رسوبات آسفالتینی خود را رفع کرده است . برای انجام آزمایشهای سخت در خلال آزمایش مواد شیمیایی ، هگزان می تواند به عنوان یک فاز حامل استفاده شود . هگزان هیچ رسوبی را رفع نخواهد کرد ، و سبب خواهد شد که رسوبات به صورت ته نشین شده باقی بمانند . نتایج آزمایش نشان می دهد که مواد شیمیایی انتخاب شده رفع رسوبات آسفالتین را کند خواهد کرد و تراوایی نسبی افزایش می یابد ، حتی وقتی هگزان به عنوان سیال حامل استفاده شده است .

روشهای به کار رفته در میدان نفتی برای رفع آسفالتینها

وقتی تولید چاه در اثر رسوبات آسفالتین کاهش می یابد ، رایجترین کار اجرای یک درمان با پاکسازی آسفالتینها با استفاده از یک حلال دارای ظرفیت آروماتیکی بالا می باشد . برای نتیجه بخش بودن کار ، حلال مورد استفاده باید قادر باشد که آسفالتین را در خود حل کرده و آنها را درسراسر محلول سیستم تولیدی نگه دارد . اگر آسفالتینها در محلول نگه داشته نشوند ، آنگاه رسوب کردن در هر جایی که فاکتورهای ضعیف کننده آزمایش شده اند ، ممکن است اتفاق بیفتد .
هرگاه رسوب آسفالتین اتفاق می افتد ، در ترمهای زمان تکمیل کار ، تولید به تأخیر افتاده و جایگزینی پمپها ، ممکن است خیلی زیان وارد شود ، به همان میزان نیز رفع علاج بخش آسفالتین و یا درمان توسط شبیه سازی پرهزینه می باشد . بنابراین حداکثر استفاده از برنامه درمان با مواد شیمیایی ، برای کاهش تکرار کارها در هر چاه مشکل دار ، مهم است .
انتخاب مواد شیمیایی درمانی مناسب به محل اتفاق افتادن مشکل ، علت به وجود آمدن مشکل و اینکه این مواد چه کاربردی داشته باشند ، بستگی دارد . اضافه بر آن ، تستهای آزمایشگاهی مورد استفاده برای دستیابی به انتخاب مواد شیمیایی مطلوب ، به میزان مشکل موجود و روال استعمال مواد شیمیایی ترجیح داده شده بستگی خواهد داشت . برای نمونه روش کاربردی در میدان شامل تمیزسازی چاه و سازند ، تحت فشار قراردادن سازند ، یا تزریق پیوسته برای جلوگیری یا به تأخیر انداختن بیشتر رسوب گذاری ، می باشد .
نتایج مواد شیمیایی انتخاب شده در درمان میدان نفتی در مناطقی که مشکلات رسوبات آسفالتین سبب مشکلاتی در عملیات بهره برداری شده است ، کاربردی تر نشان داده شده است . این موضوع مخصوصاً مهم است که تولید در عملیات بهره برداری به صورت یک جریان امتزاجی یا وارد شدن فاکتورهای ناپایداری آسفالتین کاهش یافته بود . رسوبات آسفالتین در جریانهای امتزاجی که توسط پمپهای الکتریکی فرو رونده بوجود آمده اند ، یک محل سخت ویژه ای را در نتیجه ناپایداری بوسیله حلالهای تغییر یافته ، یک برش مکانیکی حداکثر ، و افت فشار در پمپ را باعث می شوند . کاربرد نتایج بحث شده در اینجا ، در انواع عملیتهای بهره برداری موفقیت آمیز بوده است .

 معالجات انجام شده برای چند میدان مشکل دار

یک چاه جریانی در منطقه جنوب شرقی مکزیک در عمق ۱۹۶۰۰ فوتی ، به این مشکل ( رسوبات آسفالتین ) دچار شده بود . و این چاه در عمق ۱۹۰۲۹ فوتی تکمیل شده بود . دمای ته چاه این چاه در حالت بسته بود . مشخص شده بود که رسوبات آسفالتین در لوله ها به خاطر کمتر شدن تولید ، مشکل زا بود . معالجات اولیه در درجه اول شامل استفاده از گزیلن و دیگر افزودنی ها بود . معالجات در دوره های زمانی مختلف انجام گرفته و معمولاً شش ماه طول کشیده است . وقتی که معالجات شروع شد ، چاه با دبی ۴۳۶ بشکه نفت در روز تولید می کرد ولی بعد از چند بار معالجه ، تولید چاه به ۴۷۰۰ بشکه نفت در روز رسید .
مطالعات درباره عامل پخش کننده و تست core flow در آزمایشگاهی که نمونه های نفت خام و رسوبات درون لوله ها را مورد استفاده قرار می دهد ، نشان می دهد که استفاده از ماده شیمیایی رسوبات آسفالتین را از درون لوله ها حذف می کند و ماده شیمیایی آسیب سازند را برطرف نموده و تراوایی را به حالت اول بر می گرداند .
آسفالتینهای درون لوله ها پاکسازی شد . با رفع همه آسیبها ، سازند معالجه د و کارهایی صورت گرفت تا رسوب گذاری در آینده کاهش پیدا کند . با انجام این کارها معالجه چاه موفقیت آمیز بود . لوله های مارپیچ شده که برای اضافه کردن دیزل برای سوخت چاه استفاده می شود ، تا محل شعله کشیده شده است . وقتی لوله های مارپیچ شده به محدوده آسفالتینها در ۱۵۷۴۸ فوتی رسیدند ، مخلوطی شامل ۹۰ درصد گزیلن و ۱۰ درصد ماده شیمیایی ( حدود ۲۷۵ بشکه )  توسط یک سوخت پاش فشار بالا به سمت انتهای لوله های مارپیچ ، پمپ می شود .
با رفع رسوبات آسفالتین درون لوله ها با یک بار گذشتن مخلوط از درون این لوله ها ، معالجه موفقیت آمیز خواهد بود . بعد از محدوده لوله های مارپیچ که از رسوبات آسفالتین رفع شده اند ، سازند با استفاده از لوله های مارپیچ ، تحت فشار ۱۱۰۰ بشکه از یک سیال متقابل که به دنبال آن ۱۱۰۰ بشکه از ماده شیمیایی شماره ۳ ( product 3 ) که به صورت مخلوط ۱۰ درصد در گزیلن قرار دارد ، معالجه می گردد . نیتروژن برای تحت فشار قرار دادن سیالات درون سازند برای یک فاصله شعاعی ۸ فوتی از دهانه چاه مورد استفاده قرار می گیرد . در این حالت چاه بسته خواهد بود و برای نفوذ حلالهای تزریقی به مدت چهار ساعت فرصت داده می شود .
بعد از چهار ساعت ، چاه دوباره شروع به تولید خواهد کرد و دبی تولیدی اینبار به ۴۸۰۰ بشکه نفت در روز رسید . بررسی های دوره ای روی ۲۱ ماه آینده نشان داده است که تولید به تدریج به ۳۵۰۰ بشکه نفت در روز افت خواهد کرد .
چاه دوم در منطقه ای مشابه در جنوب شرقی مکزیک ، با عمق ۱۷۰۰۰ فوت و منطقه بهره برداری ۵۰ فوتی ، در فاصله زمانی مشخصی توسط آسفالتینها بر روی ستونک سر چاه کاملاً بسته شده بود . استفاده از عاملهای پخش کننده و core flow test در تستهای آزمایشگاهی نشان می دهد که مواد شیمیایی مشابه استفاده شده برای چاه قبلی می تواند برای رفع مشکل این چاه نیز استفاده شود . از آنجایی که لوله ها کاملاً بسته شده بودند ، لوله های مارپیچ شده نمی توانست برای معالجه چاه مورد استفاده قرار گیرد . یک کامیون نفت داغ به چاه متصل می باشد و مخلوط گزیلن و ۱۰ درصد ماده شیمیایی به صورتی مواج از بالای ستونک سر چاه به داخل فرستاده می شود . بعد از چندین ساعت آسفالتینها تا عمق ۱۱۵۰۰ فوتی رفع شدند و معالجه چاه با نفوذ این مواد به داخل برای مدت ۲۴ ساعت ادامه داشت .
چاه دوباره شروع به تولید کرد و تولید نفت از صفر به ۳۴۰۰ بشکه در روز رسید . تولید این چاه پس از ۲۱ ماه به ۲۹۰۰ بشکه در روز کاهش یافته بود . چاه سوم در منطقه ای مشابه در جنوب شرقی مکزیک با عمق مشابه چاه دوم ، مورد بحث می باشد . در این مورد نیز رسوبات آسفالتین در محدوده لوله ها باعث شده بود که تولید از ۲۶۰۰ بشکه در روز به ۲۸۰ بشکه در روز برسد . تستهای آزمایشگاهی بر روی رسوبات بدست آمده از این چاه نشان داد که معالجه ای شبیه آنچه در چاه قبلی انجام شد می تواند در این مورد نیز مؤثر واقع شود . به همان صورتی که برای چاه اول جهت رفع رسوبات از لوله ها و برگشت تراوایی به حالت اولیه شرح داده شد ، این چاه نیز معالجه شد .

بعد از معالجه ، تولید این چاه به ۱۴۰۰ بشکه در روز رسید ، این نرخ بعد از یک سال تولید متناوب نهایتاً به ۱۳۰۰ بشکه در روز رسید .

چاهی در لویی زیانای جنوبی نشان داد که کاهشی سریع در تولید از ۴۰۶ بشکه نفت در روز به ۵۳ بشکه نفت در روز ، مشاهده می شود . معالجات با گزیلن تولید را دوباره برای یک دوره زمانی کوتاه به ۱۰۱ بشکه در روز رساند ، با توجه به اینکه این نرخ به صورت پیوسته به ۶۶ بشکه در روز کاهش یافت . تست آزمایشگاهی ای که در آن از آزمایش عامل پخش کننده استفاده شده است نشان داده است که ماده شیمیایی می تواند معالجه مناسبی را ارائه دهد . معالجه با استفاده از ۴۴۰ گالن از ماده شیمیایی همراه ۴۴۰ گالن از یک حلال متقابل بر روی چاه صورت گرفت . لوله های مارپیچ شده واحد نیز ، برای این مورد استفاده قرار گرفت که معالجه در محل مورد نظر در بالای perforation صورت گیرد و نیتروژن مورد نیاز نیز جابجا شود . چاه در شب قبل بسته شده بود . تولید اولیه پس از اینکه چاه دوباره باز شده بود به ۱۵۲ بشکه در روز افزایش یافت . نرخ تولید چاه در ۹۱ بشکه نفت در روز برای پنج ماه ثابت ماند .

جریان CO2 در Permian Basin area نتیجه مسدود شدن پارافین و آسفالتین در محدوده نزدیک چاه و لوله های چاههای جریانی می باشد . رسوب از چاهها شامل مقدار تقریباً برابری از هر دو مورد پارافین و آسفالتین می باشد . معالجات سنتی که در آن از نفت داغ ، اسید یا آب داغ استفاده می شود نیز برای بعضی مواقع به کار برده می شود . تأثیر این گونه معالجات کمتر شده است به گونه ای که منجر به نرخهای تولید خاصی ، درست ۶ بشکه در روز می شد . آزمایشات انجام شده ماده شیمیایی را برای استفاده مناسب دانست .
بدنبال این معالجات تولید چاه به نرخ تولید قبل از رسوب ، در حدود ۸۳ بشکه در روز برگشت . این معالجه برای حدود شش هفته ، به صورت مداوم ادامه داشت . هزینه معالجه شیمیایی کمتر از ۷۰۰۰ $ بود ، مقایسه شود با هزینه معالجه اسیدی که ۲۰۰۰۰ $ هزینه در برداشت . با توجه به اینکه این ۷۰۰۰ $ در کمتر از یک هفته برگشت داده می شود .

استفاده از تست های آزمایشگاهی طراحی شده خاص ، برای انتخاب معالجات رفع آسفالتین می تواند هزینه محلولهای مؤثر برای کنترل مسائل ناشی از حضور آسفالتین که سر راه تولید قرار دارند را پیش بینی کند . این محلولها شامل مواد شیمیایی انتخاب شده مناسب هستند و کاربرد مواد شیمیایی انتخاب شده به صورتی شایسته طراحی شده است .

مشکلات رسوب آسفالتین در مراحل مختلف صنعت نفت و بحث راجع به رفع آنها

رسوب آسفالتین در برخی میادین نفتی نقاط مختلف جهان در خلال تولید و فراورش نفت از مسائل بسیار جدی محسوب می گردد . در بعضی از میادین جاههایی وجود داشته است که در آغاز بهره برداری ۳۰۰۰ بشکه در روز دبی تولیدی داشته اند اما ظرف مدت کوتاهی پس از تولید ، جریان نفت در آنها قطع شده است . هزینه تعمیر و رفع اشکال این چاهها از لحاظ اقتصادی بسیار قابل ملاحظه است . اغلب مشاهده شده است که پس از بستن موقت چاهها شده است .
در برخی از موارد نیز رسوب آسفالتین در داخل لوله های مغزی مشکلات متعددی ایجاد نموده است که شستشو یا تراشیدن و تمیز کردن لوله های مغزی را جهت حفظ سطح تولید ایجاب کرده است . در یک حالت دیگر مشکلات ناشی از آسفالتین ، از رسوب آن در خلال تولید اولیه گرفته تا رسوب و انعقاد آن در اثر اسید زنی به چاهها و تزریق انیدرید کربنیک برای ازدیاد برداشت از نفت مشاهده شده است . حتی برای مخازنی که رسوب آسفالتین در خلال تولید طبیعی یا اولیه گزارش نشده بود . این رسوب در حین پروژه های ازدیاد برداشت در لوله های مغزی چاههای تولیدی مشاهده گردیده است .
به عنوان مثال برخی میادین مشخص که با مشکل رسوب آسفالتین مواجه اند را بطور خلاصه معرفی می کنیم .

الف – میدان Prinos – شمال دریای اژه یونان

این میدان نفتی در سال ۱۹۷۴ کشف و در سال ۱۹۸۱ مورد بهره برداری قرار گرفت . جنس سنگ مخزن آن از نوع ماسه سنگ میوسن ، فشار نقطه حباب در حدود ۵۷۳۰ Psig ، دمای آن ۲۶۲ درجه فاز نهایت ، فشار نقطه حباب نفت در حدود ۱۲۵۰ Psig و GOR آن در حدود ۸۵۰ scf/BBL گزارش شده است . نفت این میدان دارای درصد بالایی از H2S ( در حدود ۴۰ درصد ) است . از اولین روزهای بهره برداری از این مخزن مسئله رسوب مواد آسفالتینی در بخشهای مختلف از قبیل خطوط لوله ، تفکیک گرها و پمپها مشاهده گردید و ایجاد مشکل نمود . محتوای آسفالتین در این میدان ۴٫۵ % بود اما مشکل تشکیل رسوب به اندازه ای شدید بود که می توانست از نظر اقتصادی پروژه را متوقف سازد . انجام عملیاتی مثل کاربرد لوله های دوگانه برای نمونه برداری و تزریق نفت برای چرخش مجدد توسعه تحقیقات آزمایشگاهی و نهایتاً کاربرد گزیلن به عنوان حلال و متوقف کننده تشکیل رسوب آسفالتین مؤثر واقع گشت .

ب – میادین Mata Acema و Boscan ، ونزوئلا

عمق میدان Mata Acema حدود ۳۵۰۵ و دمای مخزن آن ۱۳۵ درجه سانتیگراد بود . جنس سنگ مخزن آن از نوع ماسه سنگ میوسن بوده و ۲۵ % حجمی نفت موجود در مخزن شامل مواد سبک و باقیمانده آنرا C7 تشکیل می داده است . مشکل رسوب آسفالتین در این میدان بسیار شدید بود اما میدان نفتی Boscan که جنس سنگ مخزن آن از نوع ماسه سنگ میوسن نفت آن سنگین و دارای API در حدود ۹ – ۱۲ بوده است و در عمق ۲۵۹۱ متری با دمای ۸۲ درجه سانتیگراد قرار دارد ، با مشکل تولید آسفالتین مواجه نبود . اهمیت این مخزن نفتی در آن است که یکی از بزرگترین میادین تولید نفت سنگین می باشد . بسیار قابل توجه است که محتوای آسفالتین در میدان نفتی Mata Acema بین ۰٫۴ تا ۹٫۸ درصد وزنی است در حالی که محتوای آسفالتین در میدان نفتی Boscan ، ۱۷٫۲ درصد وزنی می باشد . تاکنون مسئله رسوب آسفالتین در آن مشاهده نگردیده است .

ج – میدان Hassi Messaoud ، الجزایر

اعماق چاههای این میدان ۱۱۰۰۰ فوت و از جنس ماسه سنگ میوسن می باشد . فشار مخزن ۶۸۲۵ Psi و فشار نقطه حباب ۲۸۸۰ Psig و میزان GOR در حدود ۱۲۰۰ scf/BBI می باشد . نفت این میدان دارای API حدود ۴۲٫۳ و میزان آسفالتین موجود در آن در حدود ۰٫۲ درصد وزنی می باشد . نفت حاصل از میدان حاوی ۴۰ درصد وزنی Gasoline بود . از آغاز بهره برداری از این میدان مسئله رسوب آسفالتین در لوله های جریانی چاههای تولیدی مشاهده و باعث ایجاد اشکالات عمده ای در بهره برداری از این مخزن گردید . بطوری که چاه حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد فشار اولیه خود را در ۱۵ تا ۲۰ روز اول تولید از دست داده و به این ترتیب کاهش قابل توجهی در تولید به وجود آمد . روش بکار برده شده برای تمیز سازی لوله های جریانی از آسفالتینها ، استفاده از حلالهای مناسب بوده است . بطوریکه در طی سال ۱۹۶۱ – ۱۹۶۲ در حدود ۴۰۰ بار تمیز سازی خطوط لوله جریانی گزارش شده است . در حالی که مشاهده گردید رسوب آسفالتین پس از رسیدن فشار به زیر نقطه حباب تشکیل نمی شود و رسوبات قبلی مجدداً در نفت حل می شود . همچنین اگر بتوان یک شوک مکانیکی در عمق کافی بوجود آورد جریان دو فلزی با حداقل رسوب آسفالتین بوجود می آید که نیازی به شستن لوله ها ندارد . این عمل در پنج چاه مختلف در این میدان انجام شد . به این ترتیب اعمال شوک و کاهش فشار ستونک سر چاه منجر به افزایش تولید گشت .

د – میدان Ventura Avenue ، کالیفرنیا

رسوب آسفالتین در میدان نفتی Ventura Avenue در تولید اولیه ، ثانویه و کاربرد روشهای ازدیاد برداشت مشاهده گردید . این مخزن در عمق ۲۵۹۰ متری قرار دارد . فشار مخزن این میدان حدوداً ۸۵۰۰ Psig و دمای آن در حدود ۲۱۲ تا ۳۵۰ درجه فارنهایت بوده است . فشار نقطه حباب در حدود ۴۵۰۰ Psig گزارش شده است . در این مخزن جهت جلوگیری و کاهش میزان رسوب آسفالتین از بازگردانی نفت استفاده شده است که در این میدان نفتی پس از کاهش فشار مخزن به فشار نقطه حباب از میزان رسوب این مواد کاسته شده است . در آغاز عملیات چرخش مجدد نفت با هدف کاهش رسوب آسفالتین به کار رفت .

در این مرحله ، عملیات با حلال ( عموماً آروماتیکها ) موفق نبود . مشکل این میدان نفتی پس از رسیدن فشار به فشار پایینتر از نقطه حباب ، کاملاً از بین رفت و چاههای آن بدون داشتن مشکل ، تولید کردند . بهر حال حفر چاههای زیاد در ابتدای برداشت از این میدان مسائل اقتصادی فراوان به این پروژه تحمیل کرد . همچنین آزمایش تطابق سیالات تزریقی EOR و تخریب چاه با سیال مخزن ، بخصوص در نفتهای آسفالتینی تأیید شده است .
از آنجاییکه سیلاب زنی امتزاجی دارای پتانسیل بازیابی نفت بیشتری نسبت به روشهای معمول تزریق آب می باشد ، در ایران به دلیل دارا بودن بیش از ۱۳ درصد کل مخازن گاز دنیا اکثراً به منظور ازدیاد برداشت از روش تزریق گاز طبیعی استفاده می شود . به عنوان مثال می توان به واحدهای تزریق گاز در منطقه جایزان ، تزریق گاز خروجی کارخانه NGL 1000 آغاجاری و تزریق گاز پازنان توسط کارخانه NGL 900 گچساران جهت تحریک میادین نفتی اشاره کرد . نفت با جذب گاز به مانند هیدروکربنی مایع با کشش سطحی پایین عمل می کند که با رزین ها قابل امتزاج است . بدین ترتیب اجسام حافظ ( رزین ها ) از آسفالتینها جدا شده و آسفالتینها پس از انعقاد بعنوان یک فاز سنگین رسوب می کنند . گاز به عنوان حلال تشکیل دهنده رسوب ، عامل بر هم زننده تعادل ترمودینامیکی شناخته می شود .
در پاره ای از میادین ، پارامترهای مؤثر دیگر در تشکیل رسوب آسفالتین مانند دما ، فشار و . . . می تواند عامل جابجایی تعادل ترمودینامیکی و مسبب تشکیل رسوب آسفالتین شناخته شوند .
احتمال بسته شدن منافذ و کم شدن یا از بین رفتن نفوذ پذیری سیال از درون بستر متخلخل سنگ در اثر به وجود آمدن رسوب یاد شده باعث می شود که به پروژه های ازدیاد برداشت با دید احتیاط نظر شده و به عوارض جانبی در کنار اثرات مثبت آنها در بالا بردن میزان نفت قابل برداشت نیز توجه شود .
لازم بود برای رفع مشکلات ناشی از رسوب آسفالتین که سبب انسداد مخازن نفتی ، کاهش تراوایی ، هزینه های عملیاتی و از دست دادن منابع نفی می شود ، کارهای تحقیقاتی و مطالعاتی انجام گیرد . در کارهای تحقیقاتی و مطالعاتی که تاکنون انجام شده ، اغلب سیستمهای ناپیوسته و فاقد و محیط متخلخل مدنظر بوده که اصولاً هدفشان پاسخ به این سؤال می باشد که چه وقت و چه مقدار رسوب تحت شرایط مشخص تشکیل خواهد شد . لذا مدلهای ترمودینامیکی را به کار گرفتند که فقط قادرند رفتار سیستم را به هنگام تعادل پیش بینی کنند و از ارائه رفتار سیستم نسبت به زمان عاجزند .
عدم توجه به سرعت سیال و بستر متخلخل سنگ مخزن ، یکی از جمله عواملی بود که سبب می شد تا معمای بسته شدن اطراف دهانه چاه بدون جواب بماند . در کار حاضر ملاحظه خواهید نمود که این معضل صرفاً در محدوده مکانیک سیالات ، طبیعت رسوب آسفالتین و ساختار محیط متخلخل بوده و تنها کاری که در اینجا از مدلهای ترمودینامیکی پیشنهاد شده بر می آید ، این است که مشخص می نماید که در شرایط موجود رسوبی تشکیل می شود یا خیر و اگر می شود میزان آن چقدر است ؟
مدلهای ترمودینامیکی پیشنهاد شده از طرف شرکت شل و پروفسور منصوری از دانشگاه ایلینوی آمریکا راحت به این سؤال پاسخ می دهند که « تحت چه شرایط ترمودینامیکی رسوب آسفالتین تشکیل می شود ؟ » ولی قادر نیستند با توجه به مقدار و طبیعت ذرات رسوب ، پیش بینی کنند حرکت نفت در سازند چگونه بوده و تأثیر آن در بازیافت نهایی چه خواهد بود .
از نظر مهندسی مخزن ، مهم خطر آفرینی رسوب آسفالتین از نقطه نظر تشکیل و میزان آن نیست بلکه مهم اینست که رسوبات ایجاد شده به شکلی ، از محیط متخلخل تخلیه شده و باعث بسته شدن منافذ سنگ مخزن نگردند . چنانچه بوجود آمدن و عبور ذرات ایجاد شده در محیط متخلخل طوری باشد که سیستم متخلخل مخزن مواجه با کاهش تراوایی نسبت به زمان نگردد ، نگرانی که از ناحیه رسوب آسفالتین متوجه مخزن می باشد ، بدون پایه خواهد بود . لذا در کار حاضر از این زاویه به مسئله نگریسته شده و با استفاده از یک دستگاه نیمه صنعتی آزمایشگاهی بطور تجربی در محیط متخلخل ، آن هم بطور پیوسته ، حرکت نفت در سازند و تأثیر آن در بازیافت نهاییی با توجه به مقدار و طبیعت ذرات رسوبی بررسی می شود .
بنابراین در کار حاضر روند کار بدین قرار است که پس از موفقیت در طراحی ، نصب و کارآیی سیستم در فشارهای مختلف ، میزان تراوایی بستر متخلخل در شدت جریانهای مختلف بر حسب زمان طبق قانون دادرسی محاسبه می شود . سپس مدلی بسیار جالب که دو تئوری « اضافه بر سطح » و « به دام افتادن مکانیکی » را همزمان به کار می برد ، ارائه می گردد که در نهایت به کمک این مدل ، سیستم توسط یک برنامه قابل انعطاف رایانه ای شبیه سازی می گردد . در ضمن نتایج آزمایشها با پیش بینی های مدل مقایسه و مورد بحث واقع می شوند . تئوری « اضافه بر سطح » ، پدیده جذب سطحی آسفالتین و تئوری « به دام افتادن مکانیکی » ، پدیده های نشست ، کنده شدن ، گلوله برفی و پل زدن را در بستر متخلخل توجیه می کنند .
در این مدل از پدیده های طبیعی و تکنیکهای کلاسیک برای محاسبه پارامترهای مورد نیاز استفاده شده است . این روش در حال حاضر تنها ابزار موجود در بررسی عملکرد و رفتار حرکت نفت در سازند ، با توجه به مقدار و طبیعت ذرات رسوب می باشد که قادر است تأثیر این مقدار رسوب را در بازیافت نهایی پیش بینی کند .
محققینی چون پروفسور منصوری ، رسام دانا ، نیک آذر و غیره با ارائه مدلهای ترمودینامیکی قصد دارند ضمن شناخت پارامترهای مؤثر در تشکیل رسوب ، میزان آن را در مخازن نفتی و تجهیزات فرایندی پیش بینی کنند لیکن در اینجا سعی می شود که با تنظیم شدت جریان ، رسوبات ایجاد شده از سیستم تخلیه شوند تا سبب کاهش تراوایی یا از دست دادن آن و هزینه های عملیاتی نظیر اسید زنی ، پاکسازی و غیره نشوند .
در کار حاضر ضمن پی بردن به راز بسیاری از مجهولات در زمینه طبیعت رسوب آسفالتین ، محیطهای متخلخل و مخازنی که با مشکل رسوب مواجه اند ، پس از شناخت دقیق مکانیسم تراوایی و پارامترهای مؤثر بر آن ، راه حلهای مناسبی برای کاهش نشست یا افزایش تراوایی مانند انتخاب سیال مناسب جهت ازریق ، تنظیم شدت جریان با تنظیم فشار چاه ، تنظیم فشار تزریقی ، تعبیه سوراخهای مناسب در لوله های جداری چاه ، استخراج نفت در چند نقطه مخزن و غیره ارائه می شود که باعث کاهش هزینه های عملیاتی و حفظ منابع زیر زمینی برای نسل آینده خواهد شد .

 ماهیت آسفالتین در نفت

همانطور که از شکل زیر پیداست ، آسفالتینها جایگاه ویژه ای را در نفت خام اشغال کرده اند .

مشخص نمودن ماهیت آسفالتین در نفت ، هدف مطالعات بسیاری از محققین در چند دهه ی اخیر بوده است . گروهی از محققین معتقدند که آسفالتین به صورت یک ساختار کلوئیدی در نفت وجود دارد که توسط عوامل پایدار کننده به صورت معلق در آمده است . افزودن حلال باعث جدا شدن این عوامل از سطح آسفالتین و در نتیجه بر هم خوردن این پایداری می گردد . این عوامل همان رزینها هستند که به صورت ترکیبات قطبی با وزن مولکولی بین ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ گرم بر مول می باشند . این حالت آسفالتین توسط روشهای میکروسکوپی تأیید شده است که در آن آسفالتین همراه با مولکولهای بزرگ زرین ، مایسلهایی را تشکیل می دهد که در نفت به صورت معلق و پراکنده در می آید .
دسته دیگر از مطالعات بر اساس تشکیل مایسلهای آسفالتین در نفت و انجام واکنشهای پلیمریزاسیون به هنگام تشکیل رسوب انجام شده است . آزمایشات تجربی فراوانی برای مشخص نمودن غلظت بحرانی مایسلها انجام گرفته است که عمدتاً برای مخلوط آسفالتین و حلالهایی نظیر تولوئن بوده است . از روشهای اندازه گیری کشش سطحی برای تأیید این وضعیت آسفالتین استفاده شده است .
بسیاری از محققین هم معتقدند که آسفالتین به صورت مولکولی در نفت حل می شود که می تواند دارای ساختمان مشابه و یکسان برای تمام مولکولها باشد تا توزیعی از اندازه و وزن مولکولی داشته باشد . این مولکولها اساساً کروی هستند که تمایل به خوشه ای شدن دارند . حضور آسفالتین در نفت به صورت مولکولی به شدت به حضور سایر اجزای نفت بستگی دارد . از آنجا که حلالیت مولکولی پایه و اساس تعادل ترمودینامیکی است ، نتایج حاصل از مدلهای ترمودینامیکی بر این اساس و بازگشت پذیری فرایند تشکیل رسوب آسفالتین ، ماهیت مولکولی آن را در نفت تأیید کرده است .

برخی از محققین هم معتقدند که مولکولها یا ذرات آسفالتین در نفت می توانند به صورت حلالیت تلفیقی از حلالهای کلوئیدی وجود داشته باشند . نتایج تجربی نشان داده است که رسوب آسفالتین حاصل از دو بخش کلوئیدی و مولکولی است که هریک بطور مجزا عمل می کنند .

آسفالتین

منبع:

 [۱] Leontaritis, K. PARA-Based (Paraffin-Aromatic-Resin-Asphaltene) Reservoir Oil Characterizations. in SPE International Symposium on Oilfield Chemistry. 1997. Houston, Texas: Society of Petroleum Engineers.
[۲] Narve, A., Characterization of crude oil components Asphaltene Aggregation and Emulsion Stability by mean of Near Infrared Spectroscopy and Multivariate Analysis, 2002.
[۳] A. Pina, P.M.a.E.B., Characterisation of Asphaltenes and Modelling of Flocculation – State of the Art. Oil & Gas Science and Technology, 2006. 61(3): p. 319-343.
[۴] Hirschberg. A., De Jong. L. , Schiper. B. A. , Meijer. J. G. , Influence of temperature and pressure on asphaltene flocculation, Soc. Pet. Eng. J. , June ,pp. 1948
[۵] Wang, J. X., Predicting Asphaltene Flocculation in Crude Oils. Ph.D. Thesis, New Mexico Institute of Mining & Technology, 2000.
[۶] Burke, N.E., Hobbs, R.E. and Kashou, S.F., Measurement and Modeling of Asphaltene Precipitation, JPT, November 1990, pp.1440.
[۷] Escobedo, J., Mansoori, G.A., 1995. Viscometric determination of the onset of asphaltene flocculation: a novel method. SPE Prod. Facil., 115–۱۱۸, May.
[۸] C. Ijogbemeye Oseghale and F. O. Ebhodaghe, (2001). Asphaltene Deposition and Remediation in Crude Oil Production: Solubility Technique. Journal of Engineerind and Applied Scinces 6 (4): 258-261, 2011.

۹- حسین رضایی