كيفية كسر مستحلبات النفط الخام بكفاءة باستخدام مُستحلب عالي الجودة؟

لماذا يشكل النفط الخام مستحلبات مستقرة وما الذي يجعل المزيل المستحلب فعالاً

المستحلبات الطبيعية في النفط الخام: الأسفلتينات، الراتنجات، والأحماض النفثينية

النفط الخام الطبيعي يحتوي في الواقع على بعض المواد المدمجة التي تساعد في اختلاطه مع الماء. وتشمل هذه المواد مثلاً الأسفلتينات، والراتنجات، والأحماض النفثينية التي نتحدث عنها كثيراً. عندما يحدث هذا الاهتزاز والاختلاط الشديد أثناء الإنتاج، تميل هذه الجزيئات إلى التجمع عند الحد الفاصل بين النفط والماء. وتشكّل طبقات واقية حول القطرات الصغيرة من الماء العالقة في النفط، مما يمنع هذه القطرات من التجمّع مجددًا. وتُعدّ الأسفلتينات الكبيرة والمعقدة فعّالة بشكل خاص في ذلك لأنها تتراصف جيدًا على الأسطح. في المقابل، تعمل الأحماض النفثينية بطريقة مختلفة عن طريق تغيير شحنة السطح الفاصل وتقليل التوتر السطحي. ما يثير الاهتمام حقًا هو أنه حتى عند وجود كمية ضئيلة جدًا من الأسفلتين (أقل من 0.1٪ بالوزن)، يمكنها لا تزال تشكيل مستحلبات شديدة الثبات. وهذا يجعل الخليط بأكمله أكثر لزوجة بكثير مقارنة بالنفط الخام العادي، وأحيانًا تصل اللزوجة إلى خمسة أضعاف. وكلما زادت اللزوجة، صعب ضخ النفط وتجهيزه، مما يؤدي بطبيعة الحال إلى ارتفاع التكاليف التشغيلية بالنسبة لمصافي التكرير وشركات النقل على حد سواء.

آليات فصل المستحلبات الرئيسية: التخثر، الدمج، وانهيار فيلم الواجهة

يتم فصل المستحلبات بشكل فعال من خلال ثلاث مراحل مترابطة:

• التلبد حيث تتجمع القطرات عن طريق تحييد الشحنة أو الربط بواسطة البوليمرات؛
• الدمج ، مما يسمح للقطرات المندمجة بالنمو بما يكفي للفصل بفعل الجاذبية؛ و
• انهيار فيلم الواجهة ، حيث تقوم جزيئات فاصل المستحلب بإزاحة المواد المثبتة الطبيعية عند واجهة النفط-الماء بشكل تنافسي.

تعمل مزيلات الاستحلاب الكيميائية عالية الجودة بسرعة، حيث تمتص على الأسطح أسرع مما يحدث بشكل طبيعي، ثم تقوم إما بإذابة أو تخفيف تلك الأغشية العنيدة عند واجهات النفط والماء. ويؤدي هذا الإجراء إلى خفض اللزوجة عند هذه الواجهات بنسبة تتراوح بين 70 إلى ما يقارب 90 بالمئة في معظم الحالات. وسر فعالية هذه المنتجات يكمن في تحقيق التوازن المناسب بين الخصائص المحبة للماء والخصائص المحبة للنفط في تركيبتها. ويحدد هذا التوازن مدى كفاءة عملها الفعلية في كسر الاستحلابات وما إذا كانت ستكون متوافقة مع أنواع مختلفة من النفط الخام. وقد أظهرت الاختبارات الميدانية أنه عندما يتم ضبط جميع العوامل بدقة، يمكن أن تنخفض أوقات المعالجة في الفواصل بأكثر من 50٪، ما يجعل العمليات أكثر كفاءة بشكل عام.

اختيار مزيل الاستحلاب المناسب: كيمياء المضافات السطحية، مؤشر التوازن الهيدروفيلي-الليبوفي (HLB)، والتوافق المحدد حسب نوع النفط الخام

مزيلات الاستحلاب غير الأيونية مقابل الأيونية: مقايضات النشاط السطحي وتحمل الأملاح

يُظهر المُستحلبات غير الأيونية قدرة أفضل على التعامل مع المحتوى العالي من الأملاح في المياه المنتجة مقارنة بأنواع أخرى، رغم أنها لا تؤدي نفس الأداء الجيد في تكوين واجهات قوية بين النفط والماء. على الجانب الآخر، يمكن للمُستحلبات الأيونية أن تُفكك هذه الواجهات بشكل فعّال، خاصة عند التعامل مع مياه منخفضة الملوحة. ولكن احترس من حدوث مشكلات في البيئات المالحة، حيث قد تؤدي هذه الأنواع الأيونية إلى تكوين رواسب أو فقدان الفعالية تمامًا. يُعد نظام التوازن الهيدروفيلى-الليبيفى (HLB) أداة ملموسة تساعد المشغلين في اختيار المستحلب المناسب. يجد معظم الخبراء أن القيم تتراوح بين 4 و6 ضمن نظام HLB تكون فعّالة نسبيًا في تكوين مستحلبات ماء-في-نفط أثناء معالجة النفط الخام. إن اختيار توازن غير دقيق غالبًا ما يعني فصلًا غير كامل للماء عن النفط، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف التشغيلية بشكل كبير. وأظهرت بعض الدراسات المنشورة العام الماضي في مجلة علوم البترول زيادة في التكاليف تصل إلى نحو 15٪ بسبب سوء مطابقة قيمة HLB، وبالتالي فإن الدقة في هذا الاختيار تُعد أمرًا مهمًا جدًا بالنسبة للنتائج النهائية.

المستحلبات البوليمرية والهياكل المتفرعة لتحسين اختراق الفيلم

تتمكن المستحلبات البوليمرية سلسلة متفرعة من الدخول إلى الأغشية الغنية بالأسفلتين بسرعة تزيد بنسبة 40 بالمئة تقريبًا مقارنةً بنظيراتها الخطية، لأنها تمتلك نقاط تثبيت متعددة تسهم في تفكيك هيكل الغشاء بشكل أفضل. وتعمل هذه الهياكل البوليمرية بكفاءة حتى عند ارتفاع درجات الحرارة فوق 150 درجة مئوية، وهو ما يُعد أمرًا مهمًا جدًا في عمليات استخلاص النفط الحرارية مثل استخلاص الجاذبية المدعوم بالبخار (SAGD). وأظهرت الاختبارات الميدانية أن هذه النسخ المتفرعة تقلل من كمية المستحلب المطلوب إضافته بنسبة نحو 30%، وتُبقي مستويات الرطوبة والشوائب (BS&W) أقل من نصف بالمئة بشكل ثابت في النفط الخام المعالج عبر مواقع مختلفة.

التحقق من أداء المستحلب: أفضل ممارسات اختبار الزجاجة والارتباط الميداني

لا يزال اختبار الزجاجة هو الطريقة المخبرية المفضلة في الصناعة لفحص المواد المستحلبة بسرعة، على الرغم من أن نجاحه يعتمد على الالتزام الصارم بالبروتوكولات. للحصول على نتائج ذات معنى، نحتاج إلى عينات تمثيلية من النفط الخام تؤخذ مباشرة من خطوط الإنتاج الجارية بحيث تحافظ على خصائص مستحلبها الأصلية. عند إجراء الاختبارات، من المهم مطابقة الظروف المشابهة لتلك الموجودة في الخزانات الفعلية. وهذا يعني التحكم بدقة في درجات الحرارة ضمن نطاق خمس درجات مئوية، وتطبيق قوة القص المناسبة من خلال طرق الهز القياسية، ومطابقة نسب كمية الماء المستخرجة التي تُلاحظ في عمليات الحقل الفعلية. ما نقوم بتقييمه يشمل سرعة الفصل المقاسة بالمليلتر في الدقيقة، وكمية الرواسب والشوائب المائية المتبقية بعد الاستقرار (ويُفضّل أن تكون أقل من نصف بالمئة)، ودرجة وضوح السطح الفاصل بين الطبقات. وإذا بقي غموض ملحوظ، فإن ذلك عادةً ما يشير إلى وجود مواد صلبة متبقية أو مشكلة في دمج القطرات بشكل كامل.

لا تكفي اختبارات المختبر عندما نحاول مطابقة ما يحدث في العمليات الواقعية حيث تصبح الأمور معقدة بسبب عوامل مثل قوى القص في خطوط الأنابيب، وفقاعات الغاز العالقة، وأوقات الانتظار غير المتوقعة داخل فواصل الإلكتروليت. لهذا السبب غالبًا ما تختلف نتائج اختبارات الزجاجة (Bottle Test) تمامًا عن ما يحدث فعليًا في الموقع. على سبيل المثال، شهد أحد المصافي الكبيرة انخفاضًا في كفاءة الفاصل الكهربائي بنسبة تقارب 40٪ بعد التحول من خلطات نفط خفيف إلى خلطات أثقل. إذًا، كيف يمكننا إصلاح هذا؟ ابدأ بالتحقق الميداني على مراحل: ابدأ بنصف الجرعة المقترحة في اختبارات المختبر، وراقب أداء الفاصل لمدة ثلاثة أيام متواصلة، ثم قم بتعديل الجرعات تدريجيًا مع متابعة مدى جفاف النفط الخام وجودة المياه المنتجة. يساعد هذا الأسلوب التكراري في تجنب المشكلات الناتجة عن استخدام كميات زائدة من المواد الكيميائية العلاجية، التي قد تؤدي إلى تراكم الرواسب على المعدات وزيادة تكاليف التخلص من النفايات، أو على العكس، الاستخدام غير الكافي الذي يؤدي إلى حالات إيقاف تشغيل المنشآت ومشاكل التآكل. باختصار، لا يُقبل الاكتفاء باختبارات كافية في بيئات مضبوطة عندما تكون الظروف متغيرة باستمرار في الحقل.

قسم الأسئلة الشائعة

ما الذي يسبب الاستحلاب المستقر في النفط الخام؟

تحدث الاستحلابات المستقرة في النفط الخام بسبب مواد مستحلبة طبيعية مثل الأسفلتينات والراتنجات والأحماض النفثينية، والتي تُكوّن طبقات واقية حول قطرات الماء وتمنعها من الالتحام.

كيف يمكن تحسين عمليات فصل المستحلبات؟

يمكن تحسين فصل المستحلبات باستخدام آليات مثل التخثر والاندماج وتفكيك فيلم الواجهة السطحية باستخدام مزيلات الاستحلاب الكيميائية التي تقلل بشكل فعال من اللزوجة السطحية.

ما دور التوازن المحب للماء والكاره للماء (HLB) في اختيار المستحلبات؟

يساعد التوازن المحب للماء والكاره للماء (HLB) في تحديد المستحلب المناسب لمعالجة النفط الخام، حيث تكون القيم بين 4 و6 مناسبة لتكوين مستحلبات ماء-في-نفط، مما يقلل من التكاليف التشغيلية وعدم الكفاءة.

متى يُفضل استخدام المستحلبات البوليمرية؟

يُفضل استخدام المستحلبات البوليمرية، وخاصة المتفرعة منها، لاختراق أفضل للفيلم في درجات الحرارة العالية مثل طرق استرداد النفط الحرارية.

لماذا تعد الاختبارات الواقعية حاسمة للتحقق من صحة المُسْتحلِبات؟

تعد الاختبارات الواقعية حاسمة لأنها تأخذ في الاعتبار تعقيدات مثل قص الأنابيب، والفقاعات الغازية، والظروف المتنوعة التي غالبًا ما لا تستطيع الاختبارات المعملية محاكاتها، مما يضمن التحقق الدقيق والكفاءة في العمليات.