نفت تولیدی از چاهها بر حسب وزن مخصوص آنها به دو دسته نفت سبک و سنگین تقسیم شده و بر حسب ترکیبهای گوگردی به دو نوع نفت شیرین و نفت ترش دسته بندی می‌شود. اگر نفت تولیدی به همراه خود آب هم داشته باشد، نفت نمکی است.
نفت استخراج شده از چاهها در بدو امر به دلیل به همراه داشتن مقدار زیادی گاز به صورت همراه یا محلول و ناخالصی‌های دیگر (مانند ترکیبات گوگرد و آب) به صورت خام قابل مصرف نیست، بنابراین قبل از ارسال به محلهای مصرف (پالایشگاهها و پایانههای صادرات) در تأسیسات گاززدایی، شیرینسازی و آبگیری می‌شود.
فراورش نفت خام از آن رو دارای اهمیت است که بدانیم ارتقاء کیفی نفت خام تولیدی طبق استانداردهای تعریف شده و متداول با بهینهسازی فرآیند تولید در تأسیسات از نظر میزان آب، میزان نمک و میزان هیدروژن سولفوره صورت میپذیرد.
در مرحله اول توسعه میدان نفتی پس از مشخص شدن محل چاه، عملیات حفاری شروع شده و در مقاطع مختلف حفاری، لولهگذاری تا عمق نهایی انجام می‌شود. پس از پایان حفاری و انجام عملیات مشبک کاری در لایه‌های تولیدی، به وسیله تسهیلات سیار سرچاهی، آزمایشهای لازم با جریان دادن چاه انجام شده و توان چاه از نظر میزان تولید، فشار سرچاهی و غیره مشخص می‌شود.
به منظور تعیین نحوه انتقال نفت تولیدی چاه، با توجه به نزدیکترین کارخانه بهرهبرداری موجود، برنامه‌ریزی انجام می‌شود و در صورتی که عملیات تولید در این مرحله در میدان تازه‌ای برنامه‌ریزی شود، همزمان واحد بهرهبرداری جدیدی نیز احداث می‌شود. هنگامی که چاه ظرفیت لازم (فشار کافی) برای انتقال به صورت چند فاز (نفت، گاز و آب به صورت مخلوط) به واحد بهرهبرداری را داشته باشد با انتخاب مناسب‌ترین مسیر (از نظر نزدیکی به سایر تأسیسات و لحاظ کردن اثرات زیست محیطی) در واحدهای مهندسی / طراحی، مناسب‌ترین قطر لوله انتخاب و عملیات احداث لوله‌ی جریانی توسط واحدهای اجرایی و پیمانکاران انجام می‌شود.
چنانچه بر مبنای محاسبات نرمافزاری، انتقال نفت چاه به واحد بهرهبرداری میسر نباشد با نصب تفکیک‌کننده در حوالی چاه مذکور، حداقل یک مرحله از جداسازی گاز از نفت (که باید در واحد بهرهبرداری انجام شود) در این تفکیکگر سرچاهی صورت میپذیرد؛ سپس گاز و نفت به وسیله‌ی خطوط لوله‌ی مجزا برای ادامه‌ی فرآورش به واحد بهرهبرداری ارسال می‌شود. در صورتی که بعد از نصب تفکیک کننده‌ی گاز از نفت در محل چاه، همچنان مشکل جریان دادن نفت و گاز جدا شده به واحد بهرهبرداری وجود داشته باشد با نصب تلمبه در ابتدای خطوط انتقال، مشکل انتقال نفت برطرف خواهد شد که در این صورت، گاز به ناچار در محل سوزانده می‌شود. البته برای رفع این مشکل نیز راهکارهایی وجود دارد، از جمله این‌که میتوان از تلمبههای چند فازی برای انتقال همزمان نفت و گاز استفاده کرد.
در بعضی مواقع سیال استخراجی از چند چاه با توجه به مجاورت آنها با یکدیگر، به یک تفکیک‌کننده‌ی سرچاهی گاز از نفت ارسال شده که در صورت وجود نداشتن ظرفیت کافی آن، تفکیک کننده‌ی دوم در نزدیکی تفکیک‌کننده‌ی موجود ساخته می‌شود.
مهمترین وظایف تعریف شده مهندسی فرآورش عبارتند از:
- طراحی خطوط لوله‌ی انتقال از چاهها به واحدهای بهرهبرداری.
-چگونگی بکارگیری تفکیک‌گرهای سرچاهی و تعیین محل مناسب برای آنها.
-طراحی کارخانه‌‌های تفکیک نفت و گاز و تعیین تعداد مراحل تفکیک.
-بهینهسازی شرایط عملیاتی در واحدهای بهرهبرداری (تعیین فشار مراحل تفکیک).
-طراحی برج هیدروژن سولفورزدا.
-طراحی مجموعه‌‌های تفکیک و تقویت.
-مقایسه‌ی تأسیسات فرآورشی موجود با استانداردهای موجود و انجام تغییرهای مناسب در آنها.
-پیش بینی تسهیلات مناسب بهرهبرداری با توجه به برنامه‌‌های تولید.
-بررسی بهترین نحوه اختلاط و انتقال نفت خام حوزه‌‌های مختلف برای تأمین نفت سنگین و سبک صادراتی.
- بررسی و بکارگیری آخرین فناوریهای فرآیند در واحدها و تأسیسات موجود.
نمکزدایی
در یک مخزن نفتی، نفت معمولاً با آب نمک و گاز همراه است. با برداشت نفت از مخزن، سطح آب نمک بالا می‌آید و به قسمت بهرهبرداری چاه نزدیک می‌شود. پدیده‌ی مخروطی شدن نیز میتواند عامل تولید نفت نمکی باشد.
روشهای مقابله با نفت نمکی
الف) جلوگیری از تولید نفت نمکی
-بستن چاههایی که نفت نمکی تولید می‌کنند.
-مسدود کردن مشبکهای موجود و مشبک کاری در سطوح بالاتر.
- محدود کردن تولید از چاه و رفع پدیده‌ی مخروطی شدن.
- جدا کردن نفت نمکی و فرستادن آن به واحدهای نمکزدایی موجود.
ب) احداث واحد نمکزدایی
این بخش به سه قسمت تقسیم می‌شود که عبارتند از:
1- روشهای نمکزدایی.
2- تجهیزات نمکزدایی.
3- فرآیند تصفیه و تزریق پساب.
1- آشنایی با روشهای نمکزدایی
آب نمک همراه به دو صورت در نفت خام یافت می‌شود:
- محلول در نفت.
- نامحلول در نفت: شامل آب آزاد و آب امولسیونی.
1- آب آزاد: به صورت قطره‌های نسبتاً درشت تا کاملاً درشت در نفت وجود دارد. این قطره‌ها به دلیل سنگین بودن به شرطی که زمان کافی داده شود مطابق قانون استوک سقوط می‌کنند. در این رابطه با افزایش اندازه‌ی قطرات، سرعت سقوط افزایش می‌یابد.
2- آب امولسیونی: به صورت قطرات بسیار ریز در نفت پراکنده است. آب و نفت در مخزن به صورت امولسیون نیستند و امولسیون در حین مراحل تولید (هنگام عبور از خلل و فرج مخزن، خطوط انتقال، چوک، اوریفیس، شیر آلات، پمپها و تفکیک‌گرها) در اثر تلاطم تشکیل می‌شود.
امولسیون از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدار و از نظر فنی کاملاً پایدار است.
چگالی امولسیون بین چگالی آب و نفت است، بنابراین در مخازن در زیر لایه‌ی نفت و روی لایه‌ی آب همراه قرار می‌گیرد.
عوامل موثر بر پایداری امولسیون
- وجود مواد خاصی مانند مواد رزینی، آسفالتی و واکسی در نفت که بر سطح قطرات آب، جذب شده و مانع از تماس قطرات و به هم پیوستگی آنها می‌شود، این پدیده عامل اصلی تشکیل امولسیون است.
- اندازه‌ی قطرات آب: هرچه قطرات آب ریزتر باشند امولسیون حاصل پایدارتر است.
- دما: با افزایش دمای نفت، امولسیون ناپایدارتر می‌شود.
- تلاطم: آشفتگی جریان علاوه بر این‌که از سقوط قطرات جلوگیری می‌کند ممکن است باعث ریزتر شدن قطرات نیز شود.
انواع روشهای نمکزدایی
1- روش ثقلی.
2- روش گرمایی.
3- روش شیمیایی.
4- روش الکترواستاتیکی.
5- روش ترکیبی و چند مرحلهای.
1- روش ثقلی (گرانشی)
این روش ساده‌ترین واساسی‌ترین روش جداسازی است ولی به زمان نسبتاً زیادی نیاز دارد. در ضمن تنها آب آزاد را میتواند جدا کند. روشهای دیگر جداسازی نیز تنها شرایط را برای به هم پیوستگی قطرات فراهم می‌کند تا در نهایت آب به روش ثقلی جدا شود.
2- روش گرمایی
افزایش دما موجب کاهش گرانروی نفت و در نتیجه افزایش سرعت ته نشینی می‌شود. از سویی افزایش دما باعث افزایش اختلاف چگالی آب و نفت می‌شود. مواد تعلیق شکن در دمای بالا بهتر عمل می‌کنند. در دمای بالا تحرک ذرات بیشتر شده، موادی که روی قطرات جذب شده‌اند پراکنده می‌شوند به همین دلایل واحدهای نمکزدایی در فصل تابستان بهتر کار می‌کنند.
محدودیتهای افزایش دما
-افزایش دمای نفت موجب آزاد شدن گاز در مخزن بهره برداری می‌شود.
- افزایش بیش از حد دما میتواند باعث سرسخت تر شدن امولسیون شود.
- گرمایش نفت هزینه‌ی عملیاتی را افزایش می‌دهد.
3- روش شیمیایی
مواد شیمیایی مولکولهایی شبیه مواد شوینده هستند که بر سطح قطرات آب جذب می‌شوند. مکانیزم عمل این مواد کاملاً معلوم نیست اما احتمالاً با جذب بر سطح قطرات آب، مواد تشکیل دهنده‌ی غشای محافظ را پراکنده می‌سازند تا درغیاب این مواد قطرات بتوانند به هم نزدیک شده و به هم بچسبند. معمولاً مواد تعلیق شکن را در ابتدای واحد بهرهبرداری و نیز ورودی نمک گیرهای برقی تزریق می‌کنند.
انواع مواد تعلیق شکن
مواد تعلیق‌شکن به دو نوع تقسیم می‌شوند:
الف) Slow Acting: تعلیق شکنهایی که به آرامی عمل می‌کنند ولی در مدت زمان بیشتری اثر می‌گذارند.
ب) Fast Acting: تعلیق شکنهایی که سریع عمل می‌کنند ولی خاصیت خود را به سرعت از دست می‌دهند.
بهتر است در چندراهه‌های بهرهبرداری و ابتدای خطوط لوله از مواد نوع اول و در ورودی نمک گیرهای برقی، از مواد نوع دوم استفاده شود.
غلظت تزریق مواد تعلیق شکن اهمیت زیادی دارد. معمولاً با افزایش غلظت، اثر تعلیق‌شکنی نیز افزایش می‌یابد. ولی ممکن است در غلظتهای خیلی بالا امولسیون سخت‌تر (Tight Emulsion) تشکیل شود. به این ترتیب قطرات آب ریزتر و امولسیون پایدارتر می‌شود. نوع ماده‌ی تعلیق شکن نیز دارای اهمیت است. ممکن است یک ماده‌ی تعلیق شکن بر روی نفت خاصی اثر عالی داشته باشد ولی بر نفت واحد دیگر بی اثر باشد یا حتی امولسیون آن را پایدارتر سازد. برای تهیه‌ی یک تعلیق شکن مناسب برای یک نفت خاص، ابتدا نمونه‌ای از نفت در اختیار سازنده‌ی تعلیق شکن قرار می‌گیرد. سازنده با ترکیب مواد گوناگون و آزمایش بر روی نفت، ترکیبی را که بهترین اثر را دارد انتخاب می‌کند. سپس ماده‌ی تولید شده توسط مصرف کننده مورد تست آزمایشگاهی و میدانی قرار می‌گیرد.
4- روش الکترو استاتیکی
در این روش جریان نفت و آب همراه از یک میدان الکتریکی قوی (مستقیم یا متناوب یا ترکیبی از هر دو) عبور می‌کند. قطرات آب و نمک که در حالت عادی کروی هستند در میدان الکتریکی به صورت بیضویهای دو قطبی کشیده می‌شوند. سپس قطبهای غیرهمنام همدیگر را جذب کرده، قطرات بزرگتری را (که می‌توانند از نفت جدا شوند) تشکیل می‌دهند. در این روش هرچه ولتاژ بالاتر باشد اثر بهتری روی جداسازی آب از نفت دارد ولی اگر ولتاژ از حد معینی بالاتر باشد قطرات ریزتر و امولسیون سخت‌تر می‌شود. فشار داخل دستگاه باید آن قدر بالا باشد که هیچ گازی در آن آزاد نشود.
5- روش ترکیبی و چند مرحلهای
هیچ یک از روشهای فوق به تنهایی بکار نمیروند و در عمل ترکیبی از این روشها و به صورت چند مرحلهای مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال در بیشتر واحدهای نمکزدایی موجود در کشور از چند مرحله جداسازی ثقلی (در تفکیک‌گرهای سه فازی، مخازن گاز زدا و ائتلاف کننده‌های ثقلی) و یک مرحله جداسازی الکترواستاتیکی استفاده می‌شود. تزریق مواد تعلیق شکن نیز در چند مرحله و گرمایش در یک مرحله انجام می‌شود.
تزریق آب رقیق کننده به نفت نمکی
معمولاً قبل از هر مرحله جداسازی در مخزن ثقلی یا نمک‌گیر برقی مقداری آب شیرین به نفت نمکی اضافه می‌شود. آب شیرین با قطرات نفت مخلوط می‌شود و شوری آب را کاهش می‌دهد. بنابراین میزان نمک در نفت خروجی کم می‌شود. برای این‌که استفاده از آب رقیق‌کننده بهترین نتیجه را بدهد، باید به صورت قطرات ریز و میزان کافی به نفت اضافه و با آن مخلوط شود تا قطرات آب شیرین و آب امولسیون با هم برخورد کرده و شوری آب همراه کاهش یابد. بهترین روش برای ریز کردن قطرات و مخلوط کردن با نفت، عبور از یک شیر کنترل است. افت فشار دو سر شیر باید یک تا دو بار باشد تا بتواند تلاطم لازم را ایجاد کند. اندازه‌ی قطرات آب شیرین باید در حدود اندازه‌ی قطرات آب در امولسیون باشد. اگر قطرات آب شیرین درشت‌تر باشند به خوبی با قطرات آب همراه مخلوط نمی‌شوند. درضمن اگر قطرات آب ریزتر از این میزان باشند امولسیونی با قطرات ریز حاصل می‌شود که جداسازی آن بسیار دشوار است.
استفاده از آب برگشتی
در سیستم‌های دو مرحلهای معمولاً آب شیرین را تنها به مرحله‌ی دوم تزریق می‌کنند و پساب خروجی مرحله‌ی دوم را در ورودی مرحله‌ی اول تزریق و به این ترتیب از مزایای سیستم‌های متقابل استفاده می‌کنند. دو مزیت عمده‌ی این روش عبارتند از:
- کم شدن میزان مصرف آب شیرین
- تولید پساب کمتر در اثر کاهش مصرف آب شیرین
البته استفاده از برگشت پساب ممکن است موجب افزایش هزینه‌ی عملیاتی شود. اگر استفاده از برگشت پساب توجیه اقتصادی نداشته باشد از آن استفاده نمی‌شود.
2- آشنایی با تجهیزات نمکزدایی
نظر شما