معرفی آسفالتین

[nafasam 305]

آسفالتینها تركیبات پیچیده ای هستند . این تركیبات به دلیل اینكه ماهیت تركیبی آنها از یك مخزن به مخزن دیگر تغییر می كند ، دارای وزن مولكولی معینی نمی باشند . از طرف دیگر مواد آسفالتینی به دلیل دارا بودن ساختار حلقوی ، در حلالهای آروماتیكی و حلقوی مانند تولوئن ، بنزن و غیره به خوبی حل می شوند . اما در حلالهای شیمیایی نرمال آلكانها مانند نرمال هگزان یا نرمال هپتان حل نمی شوند . پس به منظور خارج كردن مواد آسفالتینی از فاز نفت خام ، آلكان اضافه می كنیم ....

 

آسفالتینها اغلب به تركیبات nso معروفند ، زیرا حاوی اتمهای o ، s و n می باشند كه بعضی از آنها جانشین كربن حلقه آروماتیكها می شوند . تركیبات nso بالاترین وزن مولكولی را دارند و سنگین ترین اجزای تشكیل دهنده نفتهای خام می باشند . عموماً آسفالتینها همراه با نفت خامهای آروماتیك سنگین یافت می شوند .

[nafasam 305]

آسفالتینها در اصل دارای هیدروژن و كربن همراه با یك تا سه اتم از نیتروژن ، اكسیژن یا گوگرد در هر مولكول هستند . ساختمان اولیه آنها دارای حلقه های هیدروكربنی آروماتیكی با سه تا ده و حتی بیشتر برای هر مولكول است . اتمهای غیر هیدروكربنی احتمال دارد كه بخشی از حلقه هیدروكربنی یا چسبیده به حلقه باشد .

دوگانگی های چشمگیری میان رزین ها و آسفالتین ها دیده می شود . آسفالتینها در نفت حل نمی شوند بلكه به شكل كلوئیدی پخش می شوند اما رزین ها به آسانی در نفت حل می شوند . آسفالتینهای خالص به گونه جامد ، خشك ، پودرهای سیاه و غیره ، فرار هستند اما رزین های خالص به شكل مایعات سنگین یا جامدات چسبنده و به فراریت هیدروكربن ها با داشتن یك اندازه مولكولی یافت می شوند . رزین ها با وزن مولكولی بالا ، قرمز رنگ هستند و رزین های سبك تر رنگ بسیار كمی دارند . از اینرو هنگامی كه به كمك تقطیر ، نفت به بخشهای جدا از هم تفكیك می شود آسفالتینها در سنگین ترین بخش به نام پسمان می مانند ولی رزین ها بر پایه فراریتشان در بخش های گوناگون پخش می شوند . رنگ این بخشها تا اندازه بالایی بستگی به بودن رزین ها دارد . رنگ پسمان به نسبت زیادی بستگی به بودن آسفالتینها دارد .

[nafasam 305]

یكی از مهمترین مسائلی كه به هنگام به كارگیری مراحل بازیافت نفت ایجاد می شود ، مشكل رسوب آسفالتین می باشد . آسفالتینها در نفت به وسیله رزین ها تحت شرایط مطلوب به صورت معلق نگاه داشته می شوند . در واقع می توان پدیده تعلیق و یا حلالیت ذرات آسفالتین در نفت خام را یك پدیده ترمودینامیكی تعادلی عنوان نمود و تغییر در هر عاملی كه این تعادل را بر هم زند می تواند حالت تعلیق را از میان برده و سبب بروز پدیده تجمع ذرات آسفالتین به یكدیگر و نهایتاً رسوب آنها شود . استخراج نفت بخصوص شیوه های به كار رفته در مراحل دوم و سوم بازیافت نفت اغلب باعث ایجاد برخی تغییرات در رفتار جریان ، خواص تعادلی فازها و خواص سنگ مخزن می شوند كه این تغییرات می توانند تعادل ترمودینامیكی را بر هم زنند و سبب تشكیل رسوب آسفالتین در سنگ مخزن شوند .

آسفالتین تركیبی است آروماتیك با چند حلقه بنزنی با وزن مولكولی بالا كه در نرمال هپتان ، نامحلول اما در تولوئن محلول می باشد . پارامترهای مؤثر در تشكیل رسوب آسفالتین شامل تركیب درصد یا غلظت ، دما ، فشار ، حلال تشكیل دهنده رسوب و مشخصه های هیدرودینامیكی و پتانسیل جریان و ... می باشد .

بررسی و مطالعه مقالات مختلف در مورد مسائل مربوط به رسوب آسفالتین در میادین نفتی بیانگر برخورد عمده با این مسئله در بخشهای عملیات بهره برداری از نفت و همینطور در روشهای ازدیاد برداشت از مخازن نفت و غالباً در تزریق های امتزاجی است

[nafasam 305]

آسفالتین بعنوان یک رسوب هیدروکربنی

 

به طور كلی آسفالتین به جامدات رسوب كرده حاصل از افزودن هیدروكربنهای سبك نظیر نرمال پنتان و نرمال هپتان به نفت اطلاق می شود . به عبارت دیگر آسفالتین یك مولكول پیچیده و غیر قابل حل در نرمال آلكانهای سبك و قابل حل در بنزن می باشد و می تواند از نفت یا زغال سنگ مشتق شود . رزین به عنوان كسر نامحلول در پروپان و محلول در نرمال هپتان معرفی شده است كه به مخلوط آن با آسفالتین ، آسفالت گفته می شود . مشخص شده كه عناصر تشكیل دهنده رسوب آسفالتین به توجه به عامل رسوب دهنده و مخزن نفت متغیر است . نسبت h/c بین 1.05 – 1.15 درصد و مقدار اكسیژن بین 0.3 – 4.9 درصد و مقدار نیتروژن بین 0.6 – 3.3 درصد و مقدار گوگرد بین 0.3 – 10.3 درصد تغییر می كند.

 

آسفالتین معمولاً به عنوان سنگین ترین و قطبی ترین تركیب نفت معرفی می شود . آسفالتین دارای مولكولی آماروف است كه ذوب نمی شود و در دمای بالاتر از 300 – 400 درجه سانتیگراد تجزیه می شود ، به طوری كه هیچ نقطه ذوبی مشاهده نمی شود . نتایج تحقیقات برخی از محققین نشان داده كه آسفالتین نتیجه اكسیداسیون رزین می باشد كه خود آنها از اكسیداسیون آروماتیك های سنگین بدست آمده اند . هیدروژناسیون رزین و آسفالتین منجر به تولید هیدروكربنهای سنگین می شود . به طور كلی دو نوع رسوب آسفالتین در میادین نفتی گزارش شده است . رسوب جامد سخت و درخشنده كه احتمالاً ناشی از تجمع آسفالیتن روی سطح محلول می باشد و لجنهای تیره كه به خاطر تشكیل مقادیر بزرگ آسفالتین در داخل محلول می باشد . در حقیقت محیطی كه آسفالتین در آن رسوب می كند مستقیماً بر طبیعت آسفالتین تأثیر می گذارد . به طوری كه در نسبتهای بالا از رسوب دهنده ، رسوب آسفالتین كریستالی تر بوده و تمایل به تجمع ناگهانی دارد . همچنین هر چه عدد كربنی این رسوب دهنده كوچكتر باشد ، رسوب كریستالی تر است . موقعی كه آسفالتین توسط تزریق عوامل رسوب دهنده از نفت جدا می شود رنگ قهوه ای تیره دارد . پس از جدا كردن اجزای سبكتر ، آسفالتینها رنگ سیاه تیره به خود می گیرند كه شدت آن به غلظت آسفالتین بستگی دارد.

[nafasam 305]

مهمترین سؤال اذهان اغلب محققین در این زمینه این است كه حالت حقیقی آسفالتین در مخزن اصلی آن چیست ؟ به عبارت دیگر حالت وجودی آسفالتین قبل از هر گونه اقدام برای جداسازی آن چگونه است ؟ لذا پیشگویی ماهیت آسفالتین در مخزن همواره مودر توجه بوده است . علیرغم تلاشهای فراوان انجام شده در 60 سال اخیر ، اختلاف نظر قابل ملاحظه ای در مورد ساختار و طبیعت آسفالتین در تعادل با نفت ، وجود دارد . توسعه مدلهای ترمودینامیكی ، حلالهای آسفالتین ، متوقف كننده های تشكیل رسوب آن و به طور كلی یافتن راهكارهای مناسب برای رفع مشكل تشكیل رسوب آسفالتین در مخازن نفتی مستلزم دانش كافی و دقیق از ماهیت حقیقی آن می باشد كه هنوز نیاز به تحقیق و مطالعه بیشتر در این خصوص احساس می شود .

تلاشهای فراوانی برای مشخص نمودن ساختمان شیمیایی آسفالتین و توسعه یك شكل ساختمانی انجام گرفته است . تعیین اندازه های ذرات یا مولكولهای آسفالتین همواره مورد مطالعه محققین بوده است و اثر عوامل مختلف بر آن مورد توجه و اهمیت قرار گرفته است . كاربرد روشهای دستگاهی sasx , esr , nmr , sans ftir ، روشهای تخریب حرارتی و هیدرولیز و اكسیداسیون آسفالتین نشان داده است كه آسفالتین از حلقه های آروماتیك و بنزن تشكیل شده است كه زنجیره جانبی متصل به آن هستند . این آروماتیك های كوچك با پیوندهای پلی متین همراه با اتمهای گوگرد فراوان به یكدیگر متصل هستند . بر این اساس اشكال ساختمانی متفاوت برای آسفالتینها ارائه شده است . اما استفاده از مكانیك مولكولی كه از توابع تحلیلی برای كشش پیوند استفاده می كند و انرژی ساختمانی را به حداقل می رساند ، پس از انجام چهارهزار مرحله مختلف ، ساختمان مولكولی ای را تأیید كرد كه به صورت سه بعدی نشان داده می شود . بدین ترتیب نشان داده شد كه بر خلاف نظرات قبل آسفالتین یك مولكول سه بعدی است . وقتی مولكول ساده است ، چند پارامتر برای توصیف شكل هندسی آن كافی است . اما اگر مولكول بزرگ و پیچیده باشد نظیر آسفالتین ، چون قطبیت در تمام سطح توزیع می شود ، نمی توان اینگونه عمل كرد .

[nafasam 305]

به هر حال وجود پلی آروماتیك ها در ساختمان مولكولی آسفالتین توسط بسیاری از محققین تأیید شده است

مطالعات انجام شده روی اندازه ذرات یا مولكولهای آسفالتین نشان داده است كه عوامل بسیاری در اندازه ذرات یا توزیع آنها مؤثرند . ملاحظه شده است كه افزایش جرم مولكولی حلال ، باعث كوچكتر شدن اندازه متوسط ذرات شده است . مطالعات درباره نسبت رسوب دهنده نشان داده است كه اندازه متوسط ذرات برای نسبتهای كوچك رسوب دهنده بزرگتر است . در حقیقت ثابت دی الكتریك رسوب دهنده كه بیانگر توانایی آن برای شكستن نیروهای جاذبه قطبی بین ذرات آسفالتین است ، نقش مهمی دارد . به طوری كه بزرگتر شدن این ثابت می تواند منجر به حل كردن كامل آسفالتین شود . طول زنجیر پارافینی نیز توزیع اندازه ذرات را كنترل می كند . افزایش دما با كاهش قدرت حلالیت نفت ، بر رسوب آسفالیت اثر می گذارد. بنابراین مولكولهای بزرگتر زودتر رسوب می كنند . نتایج ، نشان داده كه اندازه ذرات آسفالتین از یك توزیع نرمال لگاریتمی پیروی می كند . تغییرا دما بین صفر تا 100 درجه سانتیگراد ، اثر قابل توجهی را نشان می دهد . افزایش فشار موجب افزایش اندازه ذرات آسفالتین می شود . بطور كلی اندازه متوسط آن بین 266 تا 495 میكرون محاسبه شده است .

__________________

[nafasam 305]

گروهی از محققین با كاربرد روش sans برای ساختمان مولكولی آسفالتین و برای حلالیت آن در تولوئن نشان دادند كه اندازه ذرات از تابع توزیع schultz پیروی می كند و افزایش دما موجب تجزیه شدن ذرات بزرگتر می شود . بطوری كه اندازه متوسط این ذرات تقریباً مستقل از دما است . در این شرایط تابع توزیع schultz به تابع توزیع gausslan تبدیل می شود . آزمایشات هدایت الكتریكی نیز این تابع توزیع را تأیید كرده است به طوری كه عدم وجود مكانهای باردار در سطح آسفالتین باعث عدم دستیابی به اجزای دیگر نفت شده است.

تلاش زیادی برای یافتن وزن مولكولی آسفالتین انجام گرفته و روشهای متفاوت نظیر vpu , sec , gpc , hplc برای انجام محاسبات به كار رفته اند اما وجود آروماتیك های متراكم باعث به وجود آمدن تمایل شدید آسفالتین به جذب سطحی روی ژل می گردد كه باعث می شود روشهای gpc نامعتبر شود . از سویی فراریت بسیار كم آن باعث ضعف روشهای اسپكتروسكوپی – جرمی می شود . در حقیقت vpo بهترین و مناسب ترین روش برای برآورد جرم مولكولی آسفالتین است .

__________________

[nafasam 305]

ماهیت اسفالتین در نفت

آسفالتینها جایگاه ویژه ای را در نفت خام اشغال كرده اند .

مشخص نمودن ماهیت آسفالتین در نفت ، هدف مطالعات بسیاری از محققین در چند دهه ی اخیر بوده است . گروهی از محققین معتقدند كه آسفالتین به صورت یك ساختار كلوئیدی در نفت وجود دارد كه توسط عوامل پایدار كننده 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 كه به صورت تركیبات قطبی با وزن مولكولی بین 250 تا 1000 گرم بر مول می باشند . این حالت آسفالتین توسط روشهای میكروسكوپی تأیید شده است كه در آن آسفالتین همراه با مولكولهای بزرگ زرین ، مایسلهایی را تشكیل می دهد كه در نفت به صورت معلق و پراكنده در می آید .

 

دسته دیگر از مطالعات بر اساس تشكیل مایسلهای آسفالتین در نفت و انجام واكنشهای پلیمریزاسیون به هنگام تشكیل رسوب انجام شده است .

آزمایشات تجربی فراوانی برای مشخص نمودن غلظت بحرانی مایسلها انجام گرفته است كه عمدتاً برای مخلوط آسفالتین و حلالهایی نظیر تولوئن بوده است . از روشهای اندازه گیری كشش سطحی برای تأیید این وضعیت آسفالتین استفاده شده است .

 

بسیاری از محققین هم معتقدند كه آسفالتین به صورت مولكولی در نفت حل می شود كه می تواند دارای ساختمان مشابه و یكسان برای تمام مولكولها باشد تا توزیعی از اندازه و وزن مولكولی داشته باشد . این مولكولها اساساً كروی هستند كه تمایل به خوشه ای شدن دارند . حضور آسفالتین در نفت به صورت مولكولی به شدت به حضور سایر اجزای نفت بستگی دارد . از آنجا كه حلالیت مولكولی پایه و اساس تعادل ترمودینامیكی است ، نتایج حاصل از مدلهای ترمودینامیكی بر این اساس و بازگشت پذیری فرایند تشكیل رسوب آسفالتین ، ماهیت مولكولی آن را در نفت تأیید كرده است

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

برخی از محققین هم معتقدند كه مولكولها یا ذرات آسفالتین در نفت می توانند به صورت حلالیت تلفیقی از حلالهای كلوئیدی وجود داشته باشند . نتایج تجربی نشان داده است كه رسوب آسفالتین حاصل از دو بخش كلوئیدی و مولكولی است كه هریك بطور مجزا عمل می كنند .

[nafasam 305]

کنترل رسوبات آسفالتین در چاه های نفتی

 

 

رفع رسوبات آسفالتین در سازندهای تولید كننده نفت و سیستمهای تولیدی طی سالها یكی از مشكلات اصلی در صنعت نفت بوده است . انتخاب عاملهای كنترل كننده 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 مشكلات استفاده از حلالهای آروماتیكی 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 كاربرد مواد شیمیایی كنترل كننده 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 پراكنده سازی ، با آزمایش پخش كردن آسفالتین در هگزان آغاز شده است . برخی مواد شیمیایی كه نتایج امیدوار كننده ای در انحلال و پراش آسفالتینها در محیطهای نامحلول حاوی هگزان ارائه كرده 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 تشكیل رسوب آسفالتین و مطالعه در رابطه با رفع آن با استفاده از عاملهای شیمیایی ارائه كرده است . استفاده از نمونه های سنگ و آسفالتینهای بدست آمده از منابع تولیدی ، این فرصت را به ما می دهد كه بهترین مواد شیمیایی رفع كننده رسوبات آسفالتین را انتخاب كنیم .

مقدمه

آسفالتینها تركیبات پیچیده ناجور اتم و درشت حلقه ای شامل كربن ، هیدروژن ، سولفور و اكسیژن هستند . آنها در طبیعت به صورت درشت بوده و به شدت آروماتیكی هستند و در نفتهای خام به صورت مایسلهای به هم چسبیده یافت می شوند . رزینها و مالتینها كه پیشنیازهای مولكولی آسفالتینها هستند ، ذرات آسفالتین منتشر شده را به هم می چسبانند . در حالی كه آسفالتینها توسط سرهای قطبی مالتینها و رزینها احاطه شده اند ، دنباله های آلیفاتیكی آنها بطور فزاینده ای در فازهای نفت هیدروكربنها در حال افزایش است . وقتی نیروهای شیمیایی یا مكانیكی به اندازه كافی بزرگ شوند ، این گونه های به هم چسبیده و محكم شكسته می شوند و ذرات آسفالتین برای واكنش با آسفالتین ناپایدار اصلی و تشكیل توده های بزرگ و نهایتاً ته نشینی آماده می شوند .

 

این عاملهای ناپایدار دارای یك پتانسیل جریانی هستند كه این پتانسیل جریانی باعث جریان سیال در محیطهای متخلخل سازند می شوند . این توده های آسفالتین توسط پتانسیلهای الكتریكی ، عاملهای مكانیكی و یا توسط عاملهای خارجی دیگر بوجود آمده اند كه این عاملها می توانند اسید یا دیگر محركها یا سیالهای سخت یا گازهایی كه برای كمك كردن 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 كنند .

 

چون ذرات آسفالتینها قطبی هستند ، ممكن است این ذرات در اثر خاصیتهای القایی در توده های ثانویه ، باردار شوند . همانطور كه تجمع ادامه پیدا كرد ، توده های ذرات درشت آسفالتین پیدا خواهند شد . تأثیرات نقطه حباب مهم است ، زیرا این تأثیرات مكانیسم دفع مواد شیمیایی از توده های ناپایدار توده با سرهای آلیفاتیكی رزینها و مالتینها باعث می شود كه یك بی تعادلی لحظه ای در ماهیت محیط اطراف ایجاد شود . این عدم تعادل لحظه ای برای دفع رزینها و مالتینها و ایجاد ناپایداری كافی می باشد . فرایندهای مكانیكی با چندمین راه حل این كار را آسان نموده اند ، اما مهمترین این راه حلها جابجایی اولیه از یك نقطه با فشار مشخص به یك نقطه با فشار كمتر می باشد . جریانهای امتزاجی با ایجاد غلظت بیشتر سرهای ناپایدار توده آسفالتین ، مشكل را شدت می بخشند