Dewatering

مقدمه:

در عملیات حفاری به طور کلی حجم زیادی از سیلات پسماند محتوی آلاینده های مختلف وجود دارد ، که درمان و جداسازی بعضی از آنها بسیار مشکل و گران است. Dewatering ، فرآیندی است که طی آن سیالات نه تنها در حفاری با گل پایه آبی ، بلکه در حفاری با گل پایه روغنی نیز تصفیه شده و به حد قابل قبولی برای دفع در محیط زیست می رسد. از این فرآیند در میادین نفتی ایران ، به ویژه در میدان نفتی آزادگان برای درمان آب استفاده می شود. تکنولوژی Dewatering ، یک فرایند توسعه یافته و پذیرفته شده در صنایع مختلف است. فرایند Dewatering دارای مزایایی است ، از جمله :

  • توانایی رسیدن به حد قابل قبولی برای تخلیه
  • یک تخلیه صفر یا سیستم های حلقه بسته ایجاد می کند
  • استفاده از سیالات بازیافت شده برای عملیات رقیق سازی
  • کاهش رد باقی مانده از دکل
  • کاهش هزینه های گل
  • کاهش مصرف آب
  • کاهش هزینه های دفع و حمل و نقل
  • بهبود ROP و خواص گل
  • بهبود تدارکات و آماده سازی در مکان های دور
  • هزینه های پایین تر پروژه
  • بهبود HSE

Dewatering فرایندی است برای جدا کردن عمده ذرات در اندازه های کلوئیدی از یک سیال حفاری یا دیگر سیالات پسماند است. در این فرایند ذرات در اندازه های کوچکتر از 2 میکرونی توسط منعقد کننده ها و لخته کننده ها به صورت توده های بزرگتر در آمده و به وسیله سانتری فیوژها ، از سیال خارج می شود. سیستم Dewatering برای کاربردهای مختلفی استفاده می شود:

  • برای رسیدن به قوانین زیست محیطی سخت گیرانه تر
  • در مکان های کوچک در جایی که فضای مخزن ذخیره برای تولیدات گل محدودیت ایجاد می کند.
  • در مکان های که دارای ذخیره کمی از آب هستیم
  • در مکان های دور افتاده که تدارکات برای دفع و ذخیره مشکل هستند
  • برای کاهش هزینه های سیالات حفاری گران و بازیافت مایع باارزش آنها
  • برای کاهش نیاز به رقیق سازی و هزینه های تخلیه

در این فرایند باید پیش از عملیات ، یک طرح کلی ارائه داد که طی آن هدف خودمان را از پروژه به طور واضح تعریف کنیم. اینکه در پایان فرایند می خواهیم از سیالات بازیافت شده ، مجددا استفاده کنیم یا آنرا درون محیط زیست تخلیه کنیم. تعیین میزان خدمات و تجهیزات مورد استفاده و مقادیر و نوع مواد شیمیایی نیز در قالب این برنامه ریزی قرار می گیرد. همچنین بایستی یکسری تست های راهنما در صورت تغییر نوع گل و یا سازند حفاری شده انجام و افزودنی ها و میزان دز آنها دقیقا اندازه گیری می شود. هدف از این تست ها و برنامه ریزی ها پیش از انجام عملیات ، ایجاد یک درمان شیمیایی موثرتر و اقتصادی تر سیال حفاری است.

پایداری ذرات کلوئیدی :

جامدات در سیال حفاری و آب پسماند به یکی از سه گروه زیر تقسیم می شوند.

-       جامدات محلول   ته نشین نمی شوندو از صافی ها عبور می کنند. مانند، نمک های محلول.

-       جامدات کلوئیدی این جامدات پایدار هستند و به صورت یکنواخت در محل پخش می شوند. در محلول های آبی معمولا دارای بار منفی هستند. ته نشین نمی شوند، ابعاد آنها کوچکتر از 2 میکرون است و با تجهیزات کنترل جامدات استاندارد خارج نمی شوند.

-       جامدات معلق غیر محلولند و می توانند ته نشین شوند. مانند، جامدات حفاری شده (رس) و    افزودنی های گل.

در نتیجه این جامدات در آب پارامتری مهم ، چون کدریت آب مطرح می شود. وجود کدری به دلیل اهمیت عوامل بیماری زا از قبیل ، ویروس ها و باکتری ها بسیار نگران کننده است. کلوئید در محلول کدر حفظ می شوند و پایدار باقی می مانند. ذرات کلوئیدی در آب دارای بار منفی هستند، که یکدیگر را دفع و از تجمع موثر ذرات جلوگیری می کنند و در نتیجه ذرات کلوئیدی پایدار و به صورت مجزا در محلول معلق باقی می مانند(شکل -----) به همین دلیل از منعقد کننده ها به عنوان بی ثبات کننده ساختار ذرات استفاده می کنند و به دنبال آن لخته کننده ها ذرات غیر پایدار را بع یکدیگر متصل  و باعث تجمع آنها می شوند. بی ثبات کردن کلوئیدها توسط منعقد کننده ها و لخته گذاری موفق می تواند باعث ایجاد 4 مکانیزم مختلف شود.

  • خنثی سازی بار :  در این مکانیزم از منعقد کننده های معدنی و پلی مرهای کاتیونی که سد انرژی کمتری برای جذب درون سطح ذرات دارند ، استفاده می شود. در نتیجه بار منفی ذرات را خنثی و نیروهای دافعه را خارج می سازد.
  • تله گذاری کلوئیدی : اگر از منعقد کننده های معدنی (چون آلوم و نمک های آهنی) با میزان دز بالا استفاده کنیم ، این حالت اتفاق می افتاد. آنها تشکیل رسوب های ژلاتینی هیدروکسیدهای فلزی نامحلول را می دهند در نتیجه ذرات کلوئیدی در این شبکه به دام     می افتند و با آنها سقوط می کنند و خارج می شوند.
  • انتقال بین ذرات (Bridging) : منعقد کننده معدنی و پلی مر های آلی با وزن مولکولی بالا می توانند باعث اتصال و چسبیدن ذرات به یکدیگر شوند. در نهایت توده های بزرگی تشکیل می شوند. این مکانیزم اکثرا در Dewatering با مکانیزم خنثی سازی بار استفاده می شود.
  • فشردگی لایه دوتایی : در غلضت بالایی از نمک ها مانند الکترولیت کلرید سدیم ایجاد     می شود. با کاهش یا از بین بردن نیروی دافعه سبب فشردگی لایه بار دار شده اطراف ذرات  می شود. این فرایند در Dewatering مناسب نیست. ولی معمولا در صنعت در جاهایی که یونهای دو و سه ظرفیتی وجود دارند ، مورد استفاده قرار می گیرند.

فرایند Dewatering در یک نگاه کلی :

  • پیش درمان سیال پسماند (رقیق سازی و تنظیم PH)
  • افزودن منعقد کننده ها برای خنثی سازی بارهای منفی و ناپایدار کردن کلوئید
  • هنگام مخلوط کردن منعقد کننده در سیال کلوئیدی میزان برش (سرعت مخلوط کردن) بالا (High Shear)
  • شروع تجمع ذرات با یکدیگر
  • افزودن لخته کننده های پلی مری به منظور تجمع ذرات با فرایندهای اتصال
  • سرعت مخلوط کردن لخته کننده در این بخش پایین ، به منظور جلوگیری از تجزیه توده های تجمع یافته
  • بزرگتر و محکم تر شدن توده های تشکیل شده
  • جدا سازی جامدات تجمع یافته از سیال توسط سانتری فیوژها

انعقاد         Coagulation :

انعقاد فرایندی پیچیده است ، اکثرا با استفاده از هیدرولیز نمک های فلزی چون سولفات آلومینیوم ، کلراید آهن، سا سولفات آهن برای تولید کاتیون های سه ظرفیتی ( Fe+3و AL+3) در محلول آبی انجام می شود. قدرت منعقد کنندگی یک یون وابستگی زیادی به ظرفیت و بار آن دارد. یک کاتیون سه ظرفیتی 10 – 20 برابر موثرتر از یون دو ظرفیتی که خود 30 – 60  برابر موثرتر از یون تک ظرفیتی است. این فرایند طی سه مرحله انجام می پذیرد.

  1. تشکیل منعقد سازها : اکثر منعقد کننده های معدنی در حین و بعد از زمان مخلوط شدن تشکیل می شوند مانند سولفات آلومینیوم . بعضی از آنها مانند آهک به صورت مواد شیمیایی خشک (پودر) مستقیما اضافه می شوند. تعدادی از منعقد کننده ها پیش از اضافه شدن به صورت محلول یا معلق آماده می شوند مانند پلی آلومینیوم (PAC) و پلی آهن کلراید (PIC)
  2. بی ثبات کردن ذرات  : انعقاد یا انباشتگی زمانی اتفاق می افتد، که ذرات کلوئیدی از نظر شیمیایی ، با خنثی سازی بارهای الکترو استاتیکی سطحی شان توسط کاتیون های معدنی ، پلی مرهای کاتیونی و اسیدها ناپایدار شوند. برای تعیین مقدار مناسب برای اضافه کردن تست پایبوت نیاز است. (شکل----------)
  3. پیوند های درون ذره ای: در طول انعقاد باید شرایطی برای پراکندگی یکنواخت و سریع مواد شیمیایی و افزایش فرصت تماس بین ذرات با یک اختلاط سریع (flash mixing  ) ایجاد شود. معمولا فرایند کامل انعقاد در کمتر از یک ثانیه اتفاق می افتد و این به وسیله مخلوط کن استاتیک یا پمپ سانتری فیوژی انجام می پذیرد.

منعقد سازهای متداول :

نمک های فلزی معدنی :

طیف وسیعی از منعقد کننده های معدنی که در Dewatering  و درمان آب مورد استفاده قرار     می گیرند. اکثرا بر پایه نمک های کلراید و منیزیم هستند. از دیگر نمک های متداول می توان به آهک ، سولفات کلسیم و نیترات کلسیم نیز اشاره کرد. در صورت استفاده از این منعقد کننده ها هر چه بار کاتیون بیشتر باشد ، منعقد کننده بهتر عمل می کند. البته بستگی به PH و غلظت مواد افزودنی نیز دارد.

  1. سولفات آلومینیوم :  یا آلوم که بسیار در درمان آب مورد استفاده قرار می گیرد. به صورت پودر خشک یا مایع موجود است. آلوم در آب با هیدروکسیدها و بی کربنات ها واکنش      می دهد. آلوم در PH   5.5 – 7.8  موثر است ، در جایی که هیدروکسید آلومینیوم نسبتا نامحلول است. اما بهترین کارایی آن در PH  6.8 – 7.5  است، جایی که کمترین حلالیت را دارا است. رسوبات هیدروکسید به صورت AL(OH)3>   جامد خارج می شوند. آلوم یک آمفوتر است ، یعنی در محیط های باز و اسیدی محلول است، اما در PH های خنثی نامحلول است(شکل  ------ ) . در محلول های اسیدی و PH  کمتر از 5.5 آلوم تشکیل یک محلول اسیدی قرمز رنگ می دهد. در PH های خنثی یک محلول آبی رنگ با رسوب تیره تشکیل می شود. با افزایش یون هیدروکسیل تشکیل AL(OH)3 نامحلول در PH های متوسط را    می دهد.
  2. کلراید آهن :   بیشتر به صورت مایع یا جامد بی آب در دسترس است. کلراید آهن مایع بسیار خورنده است، و بایستی توسط فلزات خورده شدنی پوشیده می شود. کلراید آهن به عنوان یک اسید در آب برای کاهش قلیائیت عمل می کند. نه تنها به عنوان یک منعقد کننده و لخته کننده عمل می کند، بلکه نقش یک واکنش دهنده برای خارج کردن ناخالصی های آب را نیز ایفا می کند. کلراید آهن موثر تر از منعقد کننده های پایه سولفات به دلیل چگالی بار کاتیونی بیشتر و سفت و مجزا بودن از نظر فیزیکی، است.

دو ویژگی مهم دیگر در صورت استفاده از کلراید آهن یکی توانایی برای تشکیل توده ها در محدوده مختلفی از PH ( شکل ----- ) و دیگری حلالیت بسیار کم هیدروکسید آهن در مقایسه با هیدروکسید آلومینیوم است.

  1. سولفات آهن، Fe+3 و Fe2(so4) : دارای محصولات سف، سرعت ته نشینی توده ها بالا و PH بهینه در محدوده 4-12 است.
  2. سولفات آهن، Fe+2، Feso4 : بصورت ساختارهای آبدار موجود است. نوعی از آن دارای هفت ملکول آب است Feso4.7H2O که زاج مبنی نامیده می شود. برای واکنش سریع نیازمند یون هیدروکسید است واکنش در PHهای بیش از 9.5 اتفاق می افتد.
  3. هیدروکسید کلسیم آهک : آهک معمولاً به یک محیط قلیایی برای ایجاد یک PH بهینه در صورت استفاده از منعقد کننده های معدنی افزوده می شود.

در جدول زیر انواع بیشتری از نمک های فلزی معدنی و توصیه های کاربردی آنها آورده شده است:

 

 

نمک فلزی

فرمول

توصیه ها

کلراید آلومینیوم

ALCL3

استفاده برای خارج کردن فلزات، جداسازی گریس و روغن و شفاف سازی آب

کلرو هیدرات آلومینیوم

AL2(OH)5CL

بیشترین غلظت از PAC هشت ماه عمر مفید

نیترات کلسیم

Ca(No3)2

نیازمند محیط قلیایی کربنات برای تولید یک سوب کربنات کلسیم است

سولفات آلومینیوم آهن

AL2(SO4)3 , Fe2(SO4)3

مخلوطی از آلوم و سولفات آهن در محلول

کلراید آمونیاک کلسیم

5Ca(No3)NH4CL3

مخلوطی از نیترات آمونیاک و کربنات کلسیم

کلراید کلسیم

Cacl2

برای خارج کردن فلزات استفاده می شود، کاهش مواد آلی و درمان آب

هیدروکسید منیزیم

Mg(OH)2

برای کنترل PH استفاده می شود ( حداکثر ---- = PH ) و به کاهش حجم توده ها کمک می کند

سولفات آهن هیدروکسیل دار

Fe5(SO4)7(OH)

جایگزینی مابع برای آلوم خیلی اسیدی و خوانده است

نمک فلزی

فرمول

توصیه ها

کربنات سدیم

هیدروکسید سدیم

هیدروکسید پتاسیم

اسیدسولفوریک

Na2Co3

NaOH

KOH

H2So4

بسیار مورد استفاده برای تنظیم PH و یا ----- کردن

ادامه جدول صفحه قبل

  اثرات غلظت نمک های فلزی :

غلظت کلی نمک فلزی هیدرولیز شده روی فرآیند انعقاد اثر مشخصی دارد. برای مثال غلظت های پایین مقدار کمی از رسوب AL(OH3)، بین 5.8-65 PH، تشکیل می شود. ( شکل ---- ) در 6.1 PA، جایی که مقدار رسوب ---- حداکثر است AL(OH)4- و AL(OH)+2 محصولات اصلی هیدرولیز هستند که بیان کننده بیش از %70 AL کل در سیستم است. در این حالت خطر انتقال AL در سیال خروجی وجود دارد. در غلظت های بالا ( شکل ---- ) حداکثر رسوب AL(OH)3 در PH 4.5-9 است. در این حالت رسوب AL(OH)3 هیدروکسید عمده است. حجم زیادی از رسوب که به صورت نا محلول است تشکیل می شود . خطر کمتری در رابطه با انتقال AL نیز وجود دارد. سیستم بطور کلی ممکن به طرف 4 فاز جدا با افزایش غلظت منعقد کننده ها پیش رود:

فاز1. دز خیلی پایین از منعقد کننده :

در دزهای پایین منعقد کننده، ذرات به صورت باردار منفی و پایدار باقی می مانند. این حالت نشان دهنده واکنش محصولات هیدرولیز فلزی با محل های اتصال فلزی روی سطوح ذره است.

فاز2. میزان دز کافی برای خنثی سازی بار :

هنگامیکه کاتیون های فلزی چون، Fe+3 یا AL+3، کافی باشند، توسط برهم کنش استاتیکی درون ذرات برای خنثی سازی بار و بی ثباتی کردن ذرات کلوئیدی جذب می شوند. انباشتگی صورت می گیرد. بنابراین فرآیند اصلی خنثی سازی بار است. اکثراً محلول مورد نظر اقتصادی است کنترل دقیق میزان دز مورد نظر PH در این بخش ضروری است.

فاز3 افزورن بیش از نقطه الکترو استاتیکی خنثی:

در نتیجه درمان اضافی با منعقد کننده، کاتیون زیادی جذب می شوند. بار خالص روی ذرات کلوئید به بار مثبت تبدیل می شود، و محلول معلق دوباره پایدار می شود در این هنگام که دافعه الکترو استاتیکی از نیروهای جاذبه و اندرواس تجاوز می کند. ( شکل ----- )

فاز4 در غلظت های بسیار بالا :

در این محصولات هیدرولیز رسوب یافته، بری مثال  AL(OH)3 و Fe(OH)3، سنگین، چسبنده و بسیار بزرگترند از ذرات کلوئیدی که در محلول معلق ته نشین می شوند. این فرآیند را معمولاً لخته گذاری روبنده یا تله گذاری می نامند. محلول مورد نظر بسیار موثر به صرفه است. روسوبات آهن و آلومینیوم در این حالت دارای کمپلکس های بزرگ اند که به سرعت ته نشین می شوند. رسوبات پون های فلزی به صورت ترکیبات هیدروکسید خارج می شوند.( شکل ---- )

بنابراین اممکانیزم مختلف، خنثی سازی بار و تله گذاری کلوئید ( لخته گذاری روبنده ) طی این 4 فاز، بسته به PH و غلظت منعقد کننده اتفاق می افتد.

در جدول زیر می توانیم تعدادی از مزایا و معایب منعقد کننده های معدنی را مشاهده کنیم :

 

منعقد کننده های پلی مری :

آنها پلی مرهای کاتیونی با وزن ملکولی نسبتاً پایین هستند. معمولاً به تنهایی کار نمی روند و در ترکیب با منعقد کننده ها یا لخته کننده ها استفاده می شوند. بازدهی شان شدیداً به طبیعت ذرات منعقد شده، مقدار ذرات موجود، و میزان آشفتگی در طول انعقاد بستگی دارد. دارای فرآیندی ساده اند زیر که خنثی سازی بار تنها مکانیزو انعقاد است. در این فرآیند میزان دز پلی مر امری بحرانی است. اگر محلول بیش از اندازه درمان شود، بار ذره معکوس و به مثبت تبدیل می شود، و در نتیجه باعث پایداری مجدد ذره کلوئیدی می شود.

دو نوع متداول از منعقد کننده های پلی مری از گروه آمین های چند جزئی هستند؛ epi-DMA و Poly DADMAC. هر دو به صورت محلول آبی هستند. آمین های چهار جزئی شامل یک اتم نیتروژن که به چهار اتم کربن متصل شده است و دارای یک بار مثبت است.

 

 

مزایا و معایب منعقد کننده های پلی مری :

مزایا

معایب

میزان دز پایین تر از منعقد کننده های معدنی ( بیش از %90 کمتر )

به میزان دز های غیر دقیق حساس اند. درمان مضاعف دوباره کلوئید ها را پایدار می کند.

حجم پایین تر توده ها ( %50-%90 ) نسبت به مواد معدنی

توده ها راحتر آبگیری می شوند

تمیزی پساب معمولاً کمتر از منعقد کننده های معدنی است. برای NTu<0 نیاز به استفاده از منعقد کننده های معدنی است.

به PH حساس نیستند

بدون جامدات اضافی

برای خارج کردن مواد آلی ( سیال پلی مر دار ) مناسب نیست. در این صورت باید از منعقد کننده های معدنی استفاده کرد.

بدون انتقال فلزات

جدول مزایا و معایب منعقد کننده های پلی مری

عوامل موثر بر انعقاد سیالات یا پسماندهای حفاری :

-1 نوع سیال حفاری : سیالات حفاری با افزودنی های مختلف که هر کدام برای کنترل و حفظ خواص مورد نیاز هستند موجود است. که این افزودنی ها بسته به شرایط چاه و سازند حفاری شده اضافه می شوند. علاوه بر این کنده های حفاری نیز ممکن باعث تغییرات در خواص فیزیکی و شیمیایی سیال شوند. بنابراین ماهیت کنده های حفاری و افزورنی های سیال ممکن فرآیند انعقاد را تحت تأثیر قرار دهد. به طور مثال، پراکنده سازها و تیزه ها که برای کنترل ویسکوزیته بکار می روند، به طور مستقیم با انعقاد مخالف می کنند. نمک ها و آنیوین های دو و سه ظرفیتی PH بهینه را به میزان کمتر تغییر دهند و ویسکوزی فایرها از تشکیل توده و ته نشینی آنها ممانعت به عمل می آورد.

-2PH : PH عامل بسیار مهم و با اهمیت در فرآیند انعقاد است. زیرا بر روی بار سطحی ذرات کلوئیدی، منعقد کننده ها و ذرات انباشته شده اثر می گذارد. و همچنین بر روی حلالیت منعقد کننده تأثیر گذار است.

-3 میزان انرژی مخلوط کردن : منعقد کننده ها نیاز به اختلاط سریع برای اطمینان از انتشار کامل مواد شیمیایی دارند. معمولاً یک دقیقه اختلاط با مقدار g، 300 s-1 متداول است.

-4 مقدار جامدات :  مقدار جامدات یک رابطه ی خطی با میزان دز منعقد کننده مصرفی دارد. در صورتی که مقدار جامدات بیش از %5 شود باید میزان دز منعقد کننده را نیز افزایش داد.

-5 انتخاب منعقد کننده : انتخاب منعقد کننده موثر یک عامل مهم و بحرانی است. این کار به وسیله جار تست تعیین می شود.

لخته شدگی Flocculation :

لخته کنندگی معمولاً به دنبال انعقاد انجام می گیرد و به این صورت تعریف می شود که، اتصال یا تجمع شیمیایی و فیزیکی ذرات منعقد شده درون ساختار سه بعدی متخلخل طی این فرآیند لخته کننده ها با یک اختلاط آهسته به ذرات تا زمانیکه مجزا شوند و تشکیل توده های معلق دهند، اضافه می شوند. پس از اینکه پلی مرها با زنجیره طولانی ذرات را گرفتند و توده ها به اندازه کافی بزرگ شدند، جداسازی مایع از جامدات تجمع یافته توسط سانتری فیوژها صورت می گیرد. پلی مرهای سنتری مورد استفاده در لخته کنندگی دارای وزن ملکولی بالا هستند و بسته به نوع بار روی زنجیره پلی مری شان به سه دسته آنیونی، کاتیونی و غیریونی تقسیم می شوند. ( شکل ------ )

 

مکانیزم لخته شدگی :

لخته گذاری اتصالی، با استفاده از پلیمر با وزن ملکولی بالا، فرآیندی پیچیده است. توده های تشکیل یافته در نتیجه اتصال پلی مری به متغیرهایی چون، وزن ملکولی پلی مر، روش و سرعت اختلاط با سیال کلوئیدی و غلظت نسبی پلی مر و ذرات بستگی دارد. فرآیند لخته کنندگی درون دو فاز صورت می گیرد. فاز ول که مرحله ای بحرانی در فرآیند است، جذب ذره به سطح ذرات کلوئیدیست. فاز دوم وارفتگی پلی مر درون سطح ذرات برای پوشش سطح است، که در نهایت باعث تشکیل توده ها می شود. جذب پلی مر درون ذرات کلوئید ممکن است به خاطر بارهای مخالف سطح ذره با پلی مر یا به دلیل زنجیره های هیدروژنی که اغلب در پلی مرهای غیریونی دیده می شود، صورت گیرد. ابته اگر بارها نیز همنام باشند، به دلیل ساختار ناهمگن روی سطح جامدات، جذب می شوند. ولی در این حالت توده ها حالتی ------ دارند. تشکیل توده ها براساس دو فرضیه است یکی چسبیدن پلی مر همزمان به دو ذره با دو انتهای خود که این تئوری عملاً غیر محتمل است، زیرا ملکول پلی مر خطی نیستند. ( شکل ----- ) دیگر فرضیه چسبیدن پلی مر از چند نقطه به سطح ذره است در این صورت ملکول پلی مر کاملاً روی سطح جذب می شود. این احتمالاً در غلظت های بالای پلی مر اتفاق می افتد. این تئوری پذیرفته تر است. ( شکل ----- )

 

فاکتورهای موثر در لخته کنندگی :

-1 میزان دز پلی مر : یک میزان بهینه برای دز لخته کننده وجود دارد، که بیشتر از آن باعث کاهش بازدهی می شود. این دز بهینه از میزان ته نشینی در جای تست تعیین می شود.

-2PH : PH یک عامل مهم در لخته کنندگی است. PH بالا می تواند چگالی بار و حلالیت پلی مر را افزایش دهد. پلی مرهای آنیونی در PH پایین چگالی شان از دست می رود.

-3 غلظت ذرات کلوئیدی : میزان جامدات زیاد در لخته گذاری ایجاد مشکل می کند و باعث افزایش غلظت لخته کننده می شود مخصوصاً زمانی که ذرات بیش از %5 حجمی باشند. براساس (شکل ----- ) مقدار لخته کننده از 325 ppm در %4.85 حجمی جامدات به 600 ppm در %5.1 می رسد.

-4 وزن مولکولی : در پلی مرهایی با وزن مولکولی پایین، درجه لخته کنندگی با افزایش پلی مر کاهش می یابد. در پلی مرهایی با وزن مولکولی بالا مقدار جذب بیشتر است و میزان دز بهینه و ته نشینی با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد.

-5 اثر سرعت اختلاط : یک انرژی و سرعت پایین در لخته کنندگی نیاز است. هنگامی که توده ها بزرگ می شوند برای برش مستعدند، و اگر سرعت کاهش یابد تغییر حالت نمی دهند.

-6 نقطه افزورن پلی مر : نقطه افزورن دقیق پلی مر عاملی بحرانی است. این عامل به پلی مر، سیال پردازش و نوع سانتی فیوژ بستگی دارد. ( شکل ------ )

لخته کننده های پلی مری و انواع بار آنها :

پلی مرهای مورد استفاده در فرآیند لخته کنندگی براساس بار باقی مانده روی پلی مر از محلول به سه دسته تقسیم می شوند :

پلی مرهای غیریونی : یک گروه یونی ساده ندارند. به آرامی بار دار می شوند. یک نوع از آنها پلی اکریل آمیدها ( PAA ) هستند. کاربردی شبیه به پلی مرهای آنیونی دارند.

پلی مرهای آنیونی : این نوع پلی مرها می توانند از اختلاف چگالی بار بین یک پلی مر غیر یونی و پلی مر آنیونی خیلی قوی ساخته شوند. چگالی بار متوسط آنها بسیار مفید است. لخته کننده های متداولی هستند و اکثرا از دو مونومر اکریلیک و اکریل آمید ساخته می شوند. پلی مرهای آنیونی قادرند ذرات لخته شده بزرگ ایجاد کنند. معمولاً به همراه منعقد کننده های معدنی استفاده می شوند. در گل های پایه نشاسته ای و گل های بنتونایتی، لخته کنندگی موثری از خود نشان می دهند.

پلی مرهای کاتیونی : این نوع پلی مرها دارای محدوده گسترده ای به لحاظ نوع، چگالی بار و وزن مولکولی هستند. ای نوع پلی مرها ممکن نیازی به منعقد کننده ها نداشته باشند. در انواع گل ها نمکی       ( KCL، Nacl و آب دریا ) بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع پلی مرها :

-1 پلی مرهای پودری شکل :

 این نوع پلی مرها به شکل پودرهای دانه ای سفید رنگ هستند و بسته به روش ساختشان دارای مدت نگه داری بیش از یک سال هستند. کنش ---- بالا و در حدود %80 - %90 دارند. از آنجا که مرطوب کردن آنها مشکل و حل شدن آنها آرام است باید قبلاً مرطوب شوند. زمان ---- شدن آنها حداقل 30 دقیقه است.

-2 پلی مرهای مایع :

کنترل آنها بسیار آسانتر از پلی مرهای پودری خشک است و نیازی به پیش اختلاط ندارند. عمر مفیدشان 1-2 سال است. متداول ترین آنها پلی آمین ها، آمین های رزیتی و Poly DADMAC هستند. تنها در وزن های ملکولی پایین تا متوسط به دلیل محدودیت های ویسکوزیته ( 0 – 600 ---- ) موجود هستند. در صد فعالیتشان %6 - %50 است. وزن مخصوص 1.01 – 1.18 و PH شان معمولاً اسیدی است                 ( PH 4 – 6 ) (شکل ------- )

پلی مرهای امولسیونی :

در این حالت ذرات پلی مر در روغن پخش می شوند. دارای وزن مولکولی بسیار بالایی هستند. محدوده جامدات کل در آنها %28 - %52 است. 6 – 9 ماه عمر مفید یا مدت نگه داری آنهاست. اغلب قبل از استفاده باید در آب مخلوط یا فعال شوند. فعال سازی آنها دو مرحله دارد : وارونگی امولسیون و کهنه شدن محلول.

وارونگی در آب امولسیون ابتدا درون قطرات نفت مجزا پراکنده می شود. این فرآیند در زمان کوتاه و با سرعت اختلاط بالا صورت می گیرد و پلی مرهای هیدرولیز شده جزیی را رها می کند و اجازه می دهد آنها درون آب پخش شوند.

وارونگی کامل فرآیندی پیچیده و شامل چند مرحله است، پراکندگی، بار کردن، انفجار و رها سازی. در نهایت امولسیون به صورت قطرات ریز نفت پراکنده در آب معکوس می شوند.

کهنگی محلول : زمان برای مولکول پلی مر که از حالت مارپیچ خارج شود ایجاد می کند، که با یک سرعت پایین و میزان برش کم یا حالت خاموش انجام می شود. اکثر امولسیون ها در مدت 20 – 30 دقیقه کاملاً فعال می شوند اگر تماماً معکوس شوند. ( شکل ---- )

 

لخته کنندگی سیالات پایه روغنی :

گل های پایه روغنی دارای امولسیون معکوس هستند که در آنها نفت فاز پیوسته یا خارجی و آب فاز گسسته یا داخلی است. میزان آب در این گل ها به بیش از %50 نیز می رسد. مکانیزم لخته کنندگی در سیالات پایه روغنی متفاوت از سیالات آبی است. در اینجا براساس خاصیت تر شوندگی پلی مرهای آبدوست به جامدات آبدوست نظیر، باریت و جامدات حفاری شده می چسبند. برا ی تغییر تر شوندگی جامدات در این نوع سیالات ممکن از سورفاکنانت ها استفاده کنند.

سورفاکنانت ها همچنین پایداری امولسیون را کاهش می دهند. موفقیت لخته گذاری در گل های پایه روغنی زمانی اتفاق می افتد که دانسیته گل به کمتر از 0.95 sg و در صد آب نیز کاهش یابد. به ای منظور از تکنولوژی احیا ------------؟؟؟؟؟

 

تست پایلوت:

هدف از تست پایلوت تعیین درمان شیمیایی موثرتر و اقتصادی تر برای سیستم سیال مورد نظر به خصوص زمانی که هیچ سابقه ای از سیال Dewatering شده در دست نداریم. پس از انجام تست های راهنما ، نتایج را بایستی طبقه بندی کنیم. مهم ترین تست پایلوت جارتست است. این آزمایش سریعترین و مقرون به صرفه ترین روش برای دست یابی به اطلاعاتی معتبر از متغیرهایی است که بر Dewatering ، فرایند درمان و پارامترهای طراحی تاثیر می گذارد. دستگاه این آزمایش شامل چندین همزن ، چند شیشه (Jar) یا بشر پلاستیکی و یک موتور برای به حرکت درآوردن همزمان آنها است. این تست برای ارزیابی منعقدکننده ها و لخته کننده ها و تعیین متغییرهای مختلفی چون سرعت اختلاط ، طول مدت همزدن ، نوع و مقدار ماده منعقد کننده و لخته کننده ، PH ، دما و ..... پیش از انجام فرایند است. در هر بار انجام تست تنها باید یک متغییر مورد ارزیابی قرار گیرد. جار تست نشان داده شده در شکل ------ برای تست همزمان 6 سال طراحی شده است. مثلا اگر بخواهیم بهترین دز از منعقد کننده را برای گل خاصی مشخص کنیم ، کافی است که در هر یک از بشرها حجم مساوی از گل نمونه و آب رقیق کننده ریخته و مقادیر مختلفی از منعقد کننده مورد نظر را در هر یک از بشرها بریزیم و موتور را روشن کنیم تا اینکه همزن ها شروع به کار کنند. پس از گذشت مدت زمانی معینی موتور را خاموش و اجازه می دهیم ذرات درشت تر شروع به ته نشینی ، زلال بودن محلول نهایی و نیز حجم لجن تولید شده در هر یک از بشرها می تواند به آزمایشگر کمک کند که نتیجه بگیرد، کدامیک از دزهای منعقد کننده مناسب اند.

خروج جامدات لخته شده توسط سانتی فیوژها :

در محل دکل در صورت استفاده از فرآیند Dewatering همواره یک سانتری فیوژ مخصوص برای جدا سازی ذرات لخته شده از مایع وجود دارد. طبق شکل ... ( فصل 5 ) ، پس از ورود سیال به دلیل اختلاف سرعت بین کاسه و پره های نقاله ( ∆RPM ) ، جامدات از بخش بالایی سانتری فیوژ و مایعات از بخش پایینی خارج می شوند. البته سانتری فیوژها به طور معمولی در محل دکل یکی از تجهیزات کنترل جامدات استاندارد هستند. ولی در فرآیند Dewatering  میزان خارج سازی جامدات آنها به دلیل لخته شدگی بیشتر از حالت معمولی است. مرحله جداسازی ذرات در عملیاتDewatering ، توسط سانتری فیوژهای سر ریزی طولانی است و معمولاً حدود 99% زمان جداسازی در این بخش صورت می گیرد. به فرآیند جداسازی انواع سیالات توسط سانتری فیوژها در فصل دوم به طور کامل پرداخته شده است.

سیستم Dewatering و اجزای آن :

هدف کلی سیستم Dewatering پردازش پسماند حفاری است. کاربردهای مختلفی دارد :

(i)                کاهش حجم پسماند مایع تولیدی

(ii)              بازیافت سیال به سیستم فعال گل

(iii)            دفع بهینه

(iv)  &

/ 0 نظر / 290 بازدید