วิธีปรับปรุงอัตราการกู้คืนน้ำมันดิบด้วยสารทำความสะอาดคุณภาพสูง?

เหตุใดการเลือกสารทำความสะอาดจึงมีผลโดยตรงต่ออัตราการฟื้นฟูน้ำมันดิบ

การลดแรงตึงผิวระหว่างเฟสและการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการเปียกของพื้นผิว: กลไกหลักในการเคลื่อนย้ายน้ำมันตกค้าง

ตัวทำละลายทำงานโดยใช้กลไกสองประการที่เกื้อหนุนกันเพื่อกำจัดน้ำมันดิบที่เกาะแน่น ได้แก่ การลดแรงตึงผิวระหว่างพื้นผิวน้ำมันกับหิน และการเปลี่ยนลักษณะการโต้ตอบของชั้นสำรวจน้ำมันจากเดิมที่ดูดซับน้ำมันได้ดี ให้กลายเป็นดูดซับน้ำได้ดีแทน เมื่อแรงตึงผิวลดลง หยดน้ำมันเล็กๆ จะเคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้น เนื่องจากแรงแคปิลลารีที่เคยกักขังน้ำมันไว้ไม่เข้มแข็งเหมือนเดิม อีกทั้ง การเปลี่ยนแปลงสมบัติด้านการเปียกนี้ยังช่วยให้น้ำสามารถแทรกซึมผ่านโครงสร้างชั้นหินได้ดีขึ้น และผลักดันน้ำมันออกจากผนังรูพรุนต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลการทดสอบในสนามจริงแสดงให้เห็นว่า ผลกระทบแบบผสมผสานนี้สามารถลดปริมาณน้ำมันที่เหลือค้างในชั้นทรายได้ประมาณ 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ ตามรายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสารวิศวกรรม สำหรับบริษัทน้ำมันแล้ว แนวทางการโจมตีสองทางเช่นนี้ถือเป็นพื้นฐานของกระบวนการกู้คืนน้ำมันขั้นสูง (enhanced oil recovery) โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์มากในแหล่งผลิตน้ำมันเก่าที่การฉีดน้ำธรรมดาไม่สามารถให้ผลลัพธ์ที่คุ้มค่าอีกต่อไป และเริ่มให้ผลผลิตน้ำมันเพิ่มขึ้นน้อยลงเรื่อยๆ แม้จะลงแรงไปมากเท่าใด

เกณฑ์ประสิทธิภาพหลัก: สมดุล HLB, ความเสถียรทางความร้อน/เคมี, และความเข้ากันได้กับชั้นหินสะสม

เมื่อพูดถึงประสิทธิภาพของสารทำความสะอาดในสนามจริง แล้วมีอยู่สามปัจจัยหลักที่สำคัญที่สุด ได้แก่ สมดุลระหว่างน้ำกับไขมัน หรือเรียกย่อๆ ว่า HLB ความคงตัวของสารเหล่านี้เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิในชั้นกักเก็บ และความสามารถในการเข้ากันได้กับแร่ธาตุและน้ำเค็มที่พบในชั้นหิน การเลือกค่า HLB ที่เหมาะสมจะช่วยสร้างไมโครอิมัลชันที่มีเสถียรภาพ แม้อุณหภูมิและระดับเกลือจะเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละพื้นที่ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการคงความเสถียรที่อุณหภูมิสูงมากซึ่งอยู่ระหว่าง 250 ถึง 300 องศาฟาเรนไฮต์ เพราะหากไม่เช่นนั้น สารลดแรงตึงผิวจะเสื่อมสภาพลงในระหว่างกระบวนการฉีดไอน้ำ ประการที่สามคือการตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารทำความสะอาดเหล่านี้ไม่ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับไอออนทั่วไป เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียม ซึ่งมักจะก่อให้เกิดตะกรันและอุดตันรูพรุนในชั้นหิน ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่มีใครต้องการ เพราะจะนำไปสู่ปัญหาร้ายแรงเกี่ยวกับอัตราการฉีด เราได้เห็นหลักฐานจากภาคสนามจำนวนมากที่แสดงให้เห็นว่า เมื่อทั้งสามปัจจัยนี้สอดคล้องกันอย่างเหมาะสม อัตราการกู้คืนน้ำมันจะเพิ่มขึ้นประมาณ 20-25% ซึ่งดีกว่าผลลัพธ์ที่บริษัทต่างๆ ได้รับเมื่อมุ่งเน้นการปรับปรุงเพียงพารามิเตอร์เดียวในแต่ละครั้งมากนัก

ประสิทธิภาพของตัวทำความสะอาดที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว: หลักฐานจากภาคสนามและอัตราการกู้คืนที่เพิ่มขึ้น

กรณีศึกษาตัวทำความสะอาด D2132: เพิ่มอัตราการกู้คืนเฉลี่ย 23% ในชั้นดินทรายนอกชายฝั่ง

ใช้สารทำความสะอาด D2132 เป็นตัวอย่างของสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อการออกแบบที่ดีมาพบกับสภาพแวดล้อมจริง การทดสอบภาคสนามในแหล่งกักเก็บน้ำมันจากทรายนอกชายฝั่งหลายแห่งแสดงผลลัพธ์ที่น่าประทับใจพอสมควร: เพิ่มการกู้คืนน้ำมันโดยรวมได้ประมาณ 23% เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น? เพราะสารนี้ทำงานพร้อมกันสองด้าน ทั้งการลดแรงตึงผิวระหว่างของเหลว และเปลี่ยนวิธีที่หินมีปฏิสัมพันธ์กับน้ำและน้ำมัน สิ่งที่น่าพอใจมากคือ มันยังคงประสิทธิภาพได้ดีแม้ในสภาวะที่รุนแรง กล่าวคือ บ่อน้ำมันที่มีความดันตั้งแต่ 1,500 ถึง 4,200 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว อุณหภูมิระหว่าง 60 ถึง 85 องศาเซลเซียส อีกหนึ่งข้อได้เปรียบสำคัญคือ D2132 เกาะผิวควอตซ์หรือดินเหนียวในระดับต่ำ ซึ่งหมายความว่าอัตราการฉีดสามารถคงไว้ได้ดีตลอดเวลา โดยไม่จำเป็นต้องล้างเบื้องต้นซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงและกินงบประมาณ คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้สอดคล้องตามข้อกำหนดของมาตรฐาน API RP 135 และ ISO 10427 สำหรับสารเคมีเพิ่มการกู้คืนน้ำมัน แต่ผู้ปฏิบัติงานให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพจริงมากกว่าการแค่ตอบสนองข้อกำหนดตามเอกสาร

การควบคุมความอิ่มตัวของน้ำมันเหลือค้างเทียบกับข้อแลกเปลี่ยนด้านสิ่งแวดล้อม: การสร้างความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความยั่งยืน

การเร่งลดแรงตึงผิวและเปลี่ยนความสามารถในการเปียกนั้นช่วยเพิ่มอัตราการฟื้นคืนได้อย่างชัดเจน แต่เราจำเป็นต้องรักษาน้ำหนักให้สมดุลกับการดูแลสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะเมื่อทำงานในพื้นที่นอกชายฝั่งที่มีความละเอียดอ่อน สารซักฟอกประสิทธิภาพสูงหลายชนิด เช่น D2132 เพิ่งได้รับการปรับปรุงให้ผ่านมาตรฐานความปลอดภัยทางทะเลที่เข้มงวด ซึ่งต้องสามารถสลายตัวได้อย่างน้อย 60% ภายในสี่สัปดาห์ตามการทดสอบ OECD 301B และต้องแสดงผลเสียขั้นต่ำต่อกุ้งเค็ม (brine shrimp) ในความเข้มข้นเกิน 100 มก./ลิตร บริษัทต่างๆ จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังเปลี่ยนไปใช้ระบบวงจรปิด (closed loop systems) ที่แยกเฟสระหว่างกระบวนการผลิต ซึ่งช่วยให้สามารถกู้คืนและนำสารเคมีกลับมาใช้ใหม่ได้ประมาณ 95% ประโยชน์ที่ได้มีอย่างมาก ปริมาณของเสียลดลงประมาณ 90% ในขณะที่ยังคงเดินหน้าก้าวหน้ากว่ากฎระเบียบใหม่จากองค์กรต่างๆ เช่น องค์การการเดินเรือระหว่างประเทศ (International Maritime Organization) เกี่ยวกับสารเคมีที่สามารถใช้งานนอกชายฝั่งได้ รวมถึงกฎระเบียบอื่นๆ เกี่ยวกับสารอันตรายที่คงอยู่ในสิ่งแวดล้อมเป็นเวลาหลายปี

การเพิ่มประสิทธิภาพของสารทำความสะอาดผ่านการบูรณาการกระบวนการ

การเสริมด้วยคลื่นอัลตราซาวด์: การเกิดฟองสุญญากาศร่วมกับการสร้างไมเซลล์ที่ความถี่ 20–40 กิโลเฮิรตซ์

เมื่อเราผสมผสานคลื่นอัลตราซาวด์ความถี่ต่ำที่มีค่าระหว่าง 20 ถึง 40 กิโลเฮิรตซ์ เข้ากับสารทำความสะอาดที่สูตรพิเศษ สิ่งที่น่าสนใจมากจะเกิดขึ้นในระดับโมเลกุล คลื่นเสียงจะสร้างฟองเล็กๆ ที่แตกตัวและสร้างแรงดันสูงอย่างรุนแรงประมาณ 10,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว บริเวณใกล้เคียงกับรูพรุนของพื้นผิว ฟองที่แตกตัวเหล่านี้จะช่วยทำลายชั้นไขมันที่ฝังแน่นออกเป็นชิ้นเล็กๆ และช่วยให้สารเคมีทำความสะอาดสามารถแทรกซึมเข้าไปในช่องแคบได้ลึกยิ่งขึ้นและเร็วกว่าวิธีการเทใส่โดยตรง การทดสอบแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้ช่วยให้ตัวทำความสะอาดสามารถซึมผ่านได้ดีขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเทคนิคการฉีดทั่วไป สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้นคือกระบวนการนี้สามารถลดแรงตึงผิวระหว่างสารต่างๆ ลงต่ำกว่า 0.1 มิลลินิวตันต่อเมตร ซึ่งทำให้อนุภาคไขมันในระดับจุลภาคเริ่มเคลื่อนตัวผ่านช่องเล็กๆ ในวัสดุได้ การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่าการใช้เทคโนโลยีอัลตราซาวด์ร่วมกับสารทำความสะอาด D2132 สามารถลดปริมาณน้ำมันตกค้างได้ตั้งแต่ 18 ถึง 22 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการทั้งหมดทำงานที่อุณหภูมิปกติ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ความร้อน จึงทำให้โดยรวมใช้พลังงานน้อยลงประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีการสกัดด้วยน้ำร้อนแบบดั้งเดิม

การบำบัดของเสียจากน้ำโคลนชนิดน้ำมัน: การรีไซเคิลน้ำมันแบบวงจรปิด (อัตรา 87%) โดยใช้สารซักฟอกในการล้างสลารี่

สารทำความสะอาดไม่ได้ใช้เพื่อรักษาประสิทธิภาพของแหล่งน้ำมันอีกต่อไป แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการจัดการของเสียจากกระบวนการขุดเจาะชั้นต้นด้วย เมื่อจัดการกับของเสียจากโคลนเจาะแบบน้ำมัน สารซึมผ่านพิเศษที่ผสมลงในสเลอร์รี่จะช่วยแยกไฮโดรคาร์บอนออกจากของแข็งได้มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีดั้งเดิม การทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่าแนวทางนี้สามารถแยกน้ำมันออกจากรอยแตกของการขุดเจาะได้ประมาณ 87% สิ่งที่น่าประทับใจคือ น้ำมันดิบที่ได้กลับคืนมาสามารถผ่านมาตรฐานอุตสาหกรรมที่สำคัญเกี่ยวกับความหนาแน่น (ASTM D1298) และปริมาณกำมะถัน (D4294) ได้หลังจากการกรองขั้นพื้นฐานเท่านั้น ระบบทำงานได้ดีแม้ในสภาวะที่ยากลำบาก เช่น ระดับ pH ระหว่าง 4 ถึง 10 และความเข้มข้นของเกลือสูงถึง 200,000 ppm ทำให้เหมาะสมกับแทบทุกไซต์การขุดเจาะ โดยเฉลี่ยแล้ว แต่ละชุดอุปกรณ์บำบัดสามารถผลิตน้ำมันที่ขายได้ประมาณ 500 บาร์เรลต่อวัน ในขณะที่ลดของเสียอันตรายลงได้เกือบ 95% บริษัทยังประหยัดค่าใช้จ่ายด้วย เนื่องจากต้นทุนตลอดอายุการใช้งานต่ำกว่า 40% เมื่อเทียบกับการส่งของเสียไปฝังกลบหรือเผาทิ้งนอกสถานที่ ดังนั้นการเลือกสารทำความสะอาดที่เหมาะสมจึงไม่ใช่แค่การปฏิบัติที่ดี แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อผลกำไรและเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมพร้อมกัน