رسوب‌زدایی از چاه نفت و گاز و خطوط لوله؛ روش‌های شیمیایی و مکانیکی

رسوب‌گذاری در چاه‌های نفت و گاز فقط یک مشکل ظاهری یا موضوعی مربوط به نظافت تجهیزات نیست؛ بلکه یکی از چالش‌های مهم در تولید، انتقال سیال، نگهداری تجهیزات و کنترل هزینه‌های عملیاتی به شمار می‌رود. تجمع تدریجی مواد معدنی و رسوبات حاصل از آب سازند، آب تزریقی، تغییرات فشار و دما و اختلاط آب‌های ناسازگار می‌تواند در tubing، پمپ‌ها، شیرآلات، تجهیزات سرچاهی، خطوط انتقال و تجهیزات سطحی ایجاد گرفتگی کند و ظرفیت عبور سیال را کاهش دهد.

از طرف دیگر، همه رسوبات رفتار یکسانی ندارند. کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، سولفات استرانسیم، ترکیبات آهن، سولفیدها و حتی رسوبات سیلیسی به روش‌های متفاوتی برای کنترل یا حذف نیاز دارند. به همین دلیل، انتخاب یک رسوب‌زدا صرفاً بر اساس عنوان «قوی‌ترین رسوب‌زدا» رویکرد مناسبی نیست و باید ابتدا نوع رسوب، ضخامت آن، شرایط عملیاتی، جنس سطح و سازگاری ماده شیمیایی بررسی شود.

پیشتر، به بررسی انواع حلال های پاک کننده نفتی در تجهیزات نفت و گاز پرداختیم. در این مقاله، انواع رسوبات رایج در چاه و خطوط لوله نفت و گاز، عوامل تشکیل آن‌ها، روش‌های شیمیایی و مکانیکی حذف رسوب، رسوب‌زدایی مخازن نفت خام و تجهیزات مرتبط با گل حفاری را بررسی می‌کنیم و در ادامه به معیارهای انتخاب یک رسوب‌زدای صنعتی مناسب می‌پردازیم.

همچنین بخوانید:

♣ رسوب زدایی بویلرها یا دیگ های بخار

♣  رسوب زدایی مبدل های حرارتی؛ انواع روش و کاربرد آن ها

رسوب در چاه نفت و گاز چگونه تشکیل می‌شود؟

رسوب نفتی و گازی معمولاً زمانی تشکیل می‌شود که شرایط شیمیایی سیال در طول مسیر تولید یا انتقال تغییر کند. کاهش فشار، تغییر دما، تغییر pH، تبخیر، تغییر ترکیب آب و اختلاط آب‌های ناسازگار می‌توانند حلالیت برخی مواد معدنی را کاهش داده و موجب رسوب‌گذاری شوند.

آب تولیدی و آب سازند می‌تواند حاوی یون‌هایی مانند کلسیم، منیزیم، باریم، استرانسیم، سولفات، کربنات و ترکیبات آهن باشد. هنگامی که شرایط شیمیایی برای تشکیل یک فاز جامد مناسب شود، کریستال‌ها تشکیل شده و به‌تدریج روی سطوح داخلی تجهیزات رشد می‌کنند.

برای مثال، کربنات کلسیم (CaCO₃) یکی از رسوبات رایج در سیستم‌های تولید نفت و گاز است. سولفات‌های کلسیم، باریم و استرانسیم نیز در شرایط مناسب می‌توانند باعث گرفتگی tubing، پمپ، perforation و تجهیزات سطحی شوند.

مهم‌ترین عوامل مؤثر بر تشکیل رسوب در لوله یا مخازن نفت و گاز

ترکیبات رسوب تا حد زیادی به عواملی مانند تعادل شیمیایی، زمان تماس، تبخیر و قدرت یونی، فشار، دما و pH بستگی دارد. این رسوبات، ترکیبی از عناصر مختلف همراه با وجود ترکیبات آلی مانند آسفالت و موم یا ترکیبات و رزین های حاوی گوگرد است. رایجترین نوع رسوب هایی که در صنعت نفت و گاز با آن روبرو می شوند، شامل کربنات ها، سولفات ها، اکسیدها یا هیدروکسیدها و سولفیدها هستند.

در جدول زیر، خلاصه ای ازین موارد را مشاهده می کنید:

چرا رسوب‌زدایی چاه نفت اهمیت دارد؟

تجمع رسوب در مسیر تولید می‌تواند سطح مقطع مؤثر جریان را کاهش دهد. در نتیجه، افت فشار افزایش پیدا کرده و ظرفیت انتقال سیال کاهش می‌یابد. رسوب همچنین می‌تواند عملکرد پمپ‌ها، شیرآلات، تجهیزات کنترلی و سایر اجزای سیستم تولید را تحت تأثیر قرار دهد.

در مطالعات مربوط به عملیات نفت و گاز، رسوب به‌عنوان عاملی برای گرفتگی tubing، perforation، پمپ‌ها و تجهیزات سطحی شناخته شده است.

بنابراین، مدیریت رسوب را می‌توان در دو گروه اصلی قرار داد:

1. جلوگیری یا کنترل تشکیل رسوب
2. حذف رسوبی که قبلاً تشکیل شده است

کنترل تشکیل رسوب با بازدارنده رسوب

اگر مشکل رسوب به‌صورت مداوم در یک چاه یا خط تولید اتفاق بیفتد، صرفاً حذف رسوب موجود ممکن است راهکار بلندمدتی نباشد.

در چنین شرایطی، از بازدارنده رسوب یا Scale Inhibitor برای جلوگیری از تشکیل یا رشد کریستال‌های رسوب استفاده می‌شود. این مواد می‌توانند به‌صورت تزریق مداوم یا در برخی پروژه‌ها به شکل درمان های دوره‌ای مانند scale squeeze استفاده شوند.

در روش scale squeeze، ماده بازدارنده به ناحیه موردنظر تزریق می‌شود تا در ادامه تولید، غلظت مؤثر آن در سیال تولیدی از تشکیل رسوب جلوگیری کند. این روش یکی از تکنیک‌های شناخته‌شده مدیریت رسوب در چاه‌های نفت و گاز است.

کاربرد رسوبزدا برای چاه نفت و گاز

در چاه، پمپ و خطوط لوله نفت و گاز معمولا رسوبات سولفات باریم (BaSO4)، سولفات کلسیم (CaSO4)، سولفات منیزیم (MgSO4) و سولفات استرانسیم (SrSO4) وجود دارد. بنابراین، باید یک رسوب زدای موثر برای چاه نفت و گاز، استفاده گردد که حاوی فلوریدهای خطرناک نباشد. همچنین جایگزینی ایمن و کاربردی برای تصفیه سنتی از طریق اسید کلریدریک و سایر تصفیه اسیدی میادین نفتی باشد. همچنین رسوب زدا برای چاه و نفت، باید کارامد در جهت از بین بردن رسوبات آهک و کلسیمی باشد.

با چه موادی از چاه نفت رسوب زدایی کنیم؟

محصولات رسوب زدا از چاه نفت و گاز، باید سازگار با محیط زیست باشد و همچنین این مواد، بر روی انواع سطوحی مانند آلومینیوم، برنج، فلز، مس، شیشه و فولاد بی خطر باشند. انتظار می‌رود بازار جهانی رسوب‌ زدای نفت و گاز، به دلیل افزایش تقاضا جهت تامین انرژی، به طور پیوسته در حال رشد باشد. به طور کلی، باید رسوب زدایی استفاده کرد که دارای خصوصیات زیر باشد:

• انواع رسوبات آب و آهک را حل می کند.
• قابل استفاده بر روی انواع سطوح
• قابل استفاده در دماهای سردتر
• عملکرد را بهبود می بخشد و عمر تجهیزات را افزایش می دهد.

روش‌های رسوب‌زدایی از چاه نفت و گاز

به‌طور کلی، حذف رسوب را می‌توان به دو روش اصلی انجام داد:

۱. رسوب‌زدایی شیمیایی

در روش شیمیایی، ماده‌ای انتخاب می‌شود که بتواند رسوب موردنظر را حل، تبدیل یا متفرق کند.

انتخاب ماده شیمیایی باید بر اساس موارد زیر انجام شود:

• ترکیب رسوب
• ضخامت رسوب
• دما و فشار
• زمان تماس
• جنس tubing و تجهیزات
• وجود آلیاژهای حساس
• حضور نفت و سایر مواد آلی
• امکان خوردگی
• ملاحظات HSE
• روش تخلیه و مدیریت پساب

برای رسوبات کربناته، اسیدها می‌توانند گزینه مناسبی باشند؛ در حالی که رسوبات سولفاته، به‌خصوص BaSO₄ و SrSO₄، رفتار متفاوتی دارند و ممکن است به روش‌های کیلیت‌کننده یا مکانیکی نیاز داشته باشند.

۲. رسوب‌زدایی مکانیکی

در رسوبات بسیار سخت یا رسوباتی که با روش شیمیایی به‌سادگی حل نمی‌شوند، روش‌های مکانیکی می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.

از جمله روش‌ها و تجهیزات مورد استفاده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Coiled Tubing
• milling
• high-pressure jetting
• ابزارهای wireline
• pigging در خطوط مناسب
• ابزارهای مکانیکی مخصوص داخل چاه

در برخی چاه‌های با شرایط دشوار، از جمله چاه‌های دارای رسوب سخت و محیط‌های sour، روش مکانیکی می‌تواند نقش مهمی داشته باشد.

رسوب‌زدایی از پایپ‌لاین‌های نفت و گاز

ترکیب رسوب در خطوط لوله مختلف می‌تواند کاملاً متفاوت باشد. به همین دلیل، استفاده از یک ماده شیمیایی یکسان برای تمام خطوط لوله لزوماً نتیجه یکسانی ایجاد نمی‌کند.

در پایپ‌لاین‌ها علاوه بر رسوبات معدنی، ممکن است ترکیبی از مواد زیر نیز وجود داشته باشد:

• رسوبات معدنی
• ذرات خوردگی
• اکسیدها
• سولفیدهای آهن
• مواد آلی
• موم
• آسفالتین
• ذرات جامد تولیدی

در چنین شرایطی، گاهی یک فرآیند چندمرحله‌ای شامل تمیزکاری اولیه، چربی‌زدایی، رسوب‌زدایی و شست‌وشوی نهایی مناسب‌تر از استفاده مستقیم از یک ماده شیمیایی است.

رسوب‌زدایی از خطوط لوله صنعتی

خطوط انتقال در پالایشگاه‌ها و واحدهای نفت و گاز ممکن است هم‌زمان با رسوبات معدنی و آلودگی‌های نفتی مواجه باشند. در نتیجه، انتخاب ماده شیمیایی باید علاوه بر قدرت رسوب‌زدایی، به سازگاری با فلز و شرایط عملیاتی نیز توجه داشته باشد.

رسوب‌زدا با چربی‌زدا یکسان نیست. اگر سطح موردنظر حاوی حجم زیادی از روغن و هیدروکربن باشد، ممکن است ابتدا به یک مرحله چربی‌زدایی یا پاک‌سازی آلی نیاز داشته باشد و سپس رسوب معدنی حذف شود.

رسوب‌زدایی از مخازن ذخیره‌سازی نفت خام

در مخازن ذخیره‌سازی نفت خام، رسوبات می‌توانند ترکیبی از مواد معدنی، ذرات جامد، مواد آلی، خوردگی و ترکیبات نفتی باشند.

نوع رسوب تعیین می‌کند که چه روش شست‌وشویی مناسب است. برای مثال، رسوبات کربناته معمولاً نسبت به رسوبات سولفاته رفتار متفاوتی دارند.

الف) رسوبات کربناته

کربنات‌ها، مانند CaCO₃، معمولاً قابلیت واکنش با اسیدها را دارند. با این حال، در یک رسوب چندجزئی ممکن است بخش‌هایی از رسوب در اسید حل نشوند؛ بنابراین آزمایش نمونه رسوب قبل از انتخاب ماده شیمیایی توصیه می‌شود.

ب) رسوبات سولفاته

رسوبات سولفاته، به‌ویژه BaSO₄، از جمله رسوبات سخت و کم‌حلال هستند و نمی‌توان آنها را مانند CaCO₃ صرفاً با یک اسید معمولی در نظر گرفت. برای این دسته از رسوبات ممکن است استفاده از مواد کیلیت‌کننده یا روش‌های مکانیکی/ترکیبی مناسب‌تر باشد.

همچنین بخوانید:

♣ رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی؛ معرفی، روش ها و انواع آن

♣ رسوب زدایی تجهیزات حرارتی شناورهای دریایی

حل رسوب ناشی از آب شور در مخازن نفت

به علت ترکیبات پیچیده ناشی از آب شور مخازن، حذف رسوب از خطوط لوله دشوار است. اگرچه هر دو روش شیمیایی و مکانیکی برای حذف رسوب محبوب هستند، ولی به دلیل هزینه ‌های زیاد مرتبط با تکنیک‌های مکانیکی، رسوب‌زدایی ترجیحاً با روش‌های شیمیایی انجام می‌شود. در روش های شیمیایی از چندین ماده شیمیایی معدنی و آلی مانند HCl، اسیدهای آلی و عوامل کیلیت کننده برای رسوبزدایی از چاه نفت و گاز استفاده می شود. جنس و استحکام رسوبات، نقش مهمی در انتخاب روش حذف مناسب دارند. بنابراین، دانستن ترکیب دقیق رسوب و خواص فیزیکی و شیمیایی آن بسیار مهم است.

گل حفاری چیست؟

گل حفاری یا Drilling Fluid یکی از اجزای مهم عملیات حفاری است و تنها وظیفه آن خارج کردن بقایای حفاری نیست.

وظایف مهم سیال حفاری شامل موارد زیر است:

• کنترل فشار سازند
• انتقال cuttings به سطح
• خنک‌کاری و روانکاری مته
• کمک به پایداری دیواره چاه
• کنترل اتلاف سیال
• ایجاد شرایط مناسب برای عملیات حفاری

سیالات حفاری را می‌توان به گروه‌های اصلی پایه آب، پایه روغن و پایه سنتزی تقسیم کرد. سیالات پایه آب می‌توانند از سیستم‌های ساده آب و رس تا فرمولاسیون‌های پیچیده‌تر تشکیل شوند؛ سیالات غیرآبی نیز ممکن است بر پایه روغن معدنی، استرهای زیست‌تخریب‌پذیر، اولفین‌ها و سایر مواد باشند.

انواع اصلی سیال حفاری

انواع مختلفی از سیال حفاری وجود دارد، که هر کدام ویژگی خاص خود را دارند. در یک طبقه بندی کلی، سیال حفاری از دو نوع اصلی تشکیل شده است: گل پایه آب و گل پایه نفت. در جدول زیر، انواع گل حفاری نشان داده شده است:

باریت نیز یکی از مواد متداول برای افزایش چگالی سیال حفاری است و در سیستم‌های مختلف حفاری به‌عنوان weighting agent استفاده می‌شود.

رسوبزدایی از گل حفاری

انواع مختلفی از گل حفاری وجود دارد که قبل از رسوبزدایی از چاه نفت و گاز، باید به دقت تجزیه شوند. نفت و مایعاتی که از طریق چاه های حفر شده به سمت بیرون حرکت می کنند، بقایا را نیز از چاه خارج می کنند. حمل این ضایعات به شکل، وزن و اندازه آنها بستگی دارد و اگر مقدار بقایا، بزرگ و سنگین باشند، به سمت کف چاه حرکت می کنند. برای جلوگیری از این امر، گل حفاری را به چاه اضافه می کنند تا با افزایش غلظت مایعات، آلاینده ها نتوانند پایین بیایند. در نتیجه: مایعات با ویسکوزیته بالا برای نظافت چاه مناسب هستند.

نکات کلیدی رسوب زدایی از گل حفاری

به جز نکاتی که در فوق درباره رسوب زدایی از گل حفاری بیان شد، نکات زیر نیز حائز اهمیت هستند:

• سرعت چرخش بالا باعث انتقال بقایا می شود. در این مایعات، نرخ جابجایی باید حداقل 50 درصد باشد.
• غلظت بالای مایعات می تواند چاه را به خوبی تمیز کند، حتی اگر سرعت چرخش بالایی نداشته باشد، اما ممکن است بر فشار داخلی چاه تأثیر منفی بگذارد.
• در صورت افزایش فشار محتویات چاه، باید غلظت گل حفاری را نیز افزایش داد تا با ایجاد تعادل، پایداری دیواره های چاه حفظ شود. عدم تعادل در فشار محتویات چاه ممکن است به دیواره چاه آسیب برساند. مهمترین ماده موجود در گل ها باریت است.

استفاده از دیسکلر در گل حفاری

گل پاک کن مورد استفاده در میادین نفتی، برای حذف گل‌هایی با وزن‌ بالا مورد استفاده قرار می گیرد، که دارای تجهیزات ترکیبی (shale shaker, desander, desilter) می باشد. این تجهیزات، مواد جامد حفاری مانند گل (به اندازه سیلت یا خاک رس) را حذف می کند، بنابراین از تجمع جامدات جلوگیری می کند. البته در عین حال، بیشتر فاز مایع گل را حفظ می کند.

رسوب‌زدایی کک و رسوبات سخت نفتی

کک نفتی یا Petroleum Coke محصولی از فرآیندهای پالایش نفت است و کاربردهای صنعتی مختلفی دارد. با این حال، تجمع کک و سایر رسوبات سخت هیدروکربنی روی تجهیزات فرآیندی می‌تواند عملکرد مبدل‌های حرارتی و تجهیزات پالایشگاهی را تحت تأثیر قرار دهد.

در چنین شرایطی، نباید کک نفتی را با رسوبات معدنی معمول مانند CaCO₃ یکسان در نظر گرفت.

رسوبات سخت نفتی ممکن است به شست‌وشوی حلالی، چربی‌زدایی، روش مکانیکی یا یک فرآیند ترکیبی نیاز داشته باشند و انتخاب روش باید بر اساس ترکیب واقعی آلودگی انجام شود.

قوی‌ترین رسوب‌زدا برای چاه نفت چیست؟

پاسخ این سؤال یک محصول یا ماده شیمیایی ثابت نیست. قوی‌ترین رسوب‌زدا لزوماً مناسب‌ترین رسوب‌زدا نیست.

برای انتخاب ماده مناسب باید حداقل این پنج عامل بررسی شود:

1. نوع و ترکیب رسوب
2. جنس تجهیز و آلیاژ
3. ضخامت و سختی رسوب
4. دمای عملیاتی و زمان تماس
5. خطر خوردگی و الزامات HSE

برای مثال، ماده‌ای که برای CaCO₃ عملکرد مناسبی دارد، الزاماً برای BaSO₄ انتخاب مناسبی نیست. همچنین استفاده از اسید قوی بدون بررسی جنس فلز و شرایط عملیاتی می‌تواند خطر خوردگی یا آسیب به تجهیزات را افزایش دهد.

بنابراین، در پروژه‌های صنعتی بهتر است قبل از اجرای عملیات اصلی، نمونه رسوب در آزمایشگاه بررسی و تست سازگاری و اثربخشی انجام شود.

آیا رسوب‌زدایی شیمیایی بهتر از روش مکانیکی است؟

این دو روش را نمی‌توان به‌صورت مطلق با عبارت «بهتر» یا «بدتر» مقایسه کرد.

در رسوبات قابل حل و شرایطی که دسترسی مناسب به سیستم وجود دارد، روش شیمیایی می‌تواند گزینه مناسبی باشد. از سوی دیگر، برای رسوبات بسیار سخت، کم‌حلال یا گرفتگی‌های شدید، روش مکانیکی ممکن است ضروری شود.

در بسیاری از پروژه‌ها نیز استفاده از روش ترکیبی منطقی‌تر است؛ برای مثال، ابتدا حذف مکانیکی بخش ضخیم رسوب و سپس شست‌وشوی شیمیایی برای پاک‌سازی باقی‌مانده رسوب.

کلام آخر

یک رسوب‌زدا برای تمام انواع رسوبات مناسب نیست. کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، ترکیبات آهن، سیلیس و رسوبات آلی هرکدام رفتار شیمیایی متفاوتی دارند و ممکن است به روش‌های متفاوتی برای کنترل یا حذف نیاز داشته باشند.

بهترین نقطه شروع، شناسایی ترکیب رسوب و بررسی شرایط عملیاتی است. پس از آن می‌توان میان روش شیمیایی، مکانیکی یا ترکیبی تصمیم گرفت. در مواردی که تشکیل رسوب به‌صورت مداوم اتفاق می‌افتد نیز استفاده از برنامه‌های بازدارنده خوردگی می‌تواند در کنار رسوب‌زدایی دوره‌ای، به مدیریت بلندمدت مشکل کمک کند.

صنایع آرال شیمی با ارائه محصولاتی همچون دسکالین، دسکالین ۲۰۱ و دسکالین ۲۰۲ در حوزه رسوب‌زدایی صنعتی، بخشی از راهکارهای مورد استفاده در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی را پوشش می‌دهد. برای انتخاب محصول مناسب، بررسی نوع رسوب و شرایط تجهیز پیش از مصرف اهمیت دارد و می‌توان بر اساس مشخصات پروژه و نمونه رسوب، گزینه مناسب را بررسی کرد.

⇐ بروزرسانی در مهر ۱۴۰۵