من طرف المستحلبات Emulsions:
لكي يتكون مستحلب يجب توافر سائلين لا يمتزج أحدهما مع الآخر ، ووجود عوامل الأستحلاب ومدة الخلط الكافية لأنتشار الطور غير المستمر في الطور المستمر.
في الصناعة النفطية فأن النفط والماء سائلان لا يمتزج أحدهما مع الآخر ، ويكون عامل الأستحلاب هو الجزيئات الصلبة ، المواد البارافينية Parrafins ، المواد الأسفلتينية Asphaltens ، المركبات الراتنجية Resinous substances ، الحوامض العضوية الذائبة في النفط ، بالأضافة الى المواد الصلبة المنتشرة في النفط مثل الرمل ، الكاربون ، الكالسيوم ، السليكا ، الحديد ، الزنك ، سلفات الألومنيوم.
في حين يحصل المزج في الآبار والأنابيب وفي الصمامات الخانقة Choke valves .
أن مدى صعوبة فصل الماء المستحلب تعتمد على أستقرارية هذا المستحلب . وتعتمد أستقرارية المستحلب على العوامل التالية:
1. فرق الكثافة بين الماء والنفط.
2. حجم جزيئات الماء.
3. اللزوجة Viscosity.
4. الشد السطحي Interfacial Tension.
5. وجود عوامل الأستحلاب.
أن فرق الكثافة يعتبر من أهم العوامل التي تحدد سرعة سقوط قطرات الماء في الطور المستمر للنفط. حيث كلما زاد الفرق بين الكثافتين ستزيد سرعة نزول وأستقرار قطرات الماء.
كما يؤثر حجم القطرة على سرعة نزولها ، حيث كلما زاد حجمها زادت سرعة أستقرارها ونزولها في الطور المستمر.
أن حجم قطرة المستحلب يعتمد بشكل أساسي على درجة المزج التي يتعرض لها المستحلب قبل المعالجة ، حيث أن التدفق عبر المضخات ، الصمامات الخانقة ، الصمامات الأخرى أو بعض المعدات السطحية الأخرى يقلل حجم قطرات الماء.
أما اللزوجة فتلعب دوراً أساسياً في نقطتين هما:
- أنه كلما أزدادت اللزوجة فأن ذك سيتطلب المزيد من المزج لجعل قطرات الماء أصغر حجماً في النفط. ولذلك فأن حجم قطرات الماء يزداد مع أزدياد اللزوجة.
- كلما أزدادت اللزوجة فأن سرعة حركة قطرات الماء ستقل ، مما يؤدي الى القليل من الأندماج Coalescence والى صعوبة المعالجة.
وفي حالة عدم وجود أي عامل أستحلاب ، فأن الشد السطحي بين النفط والماء سيزيد مما يسهّل أندماج قطرات الماء أما عند وجود عامل أستحلاب فأن الشد السطحي سيقل مما يؤدي الى تقليل الأندماج بين قطرات الماء.
أن العوامل المذكورة أعلاه تحدد أستقرارية المستحلب ، أن بعض المستحلبات قد تستغرق أسابيع أو شهور لكي تنفصل إذا تركت لوحدها في خزان وبدون معالجة ، أما بعض المستحلبات غير المستقرة فقد تأخذ دقائق للفصل.
أن المستحلبات العادية تتكون من النفط ﴿كطور مستمر أو خارجي ﴾ والماء ﴿كطور داخلي أو منتشر﴾ وقد يحصل الاستحلاب بشكل عكسي في بعض الحالات ﴿عند وجود نسبة عالية من الماء﴾.
وهنا نجد السؤال الذي يطرح نفسه هو: ماهو الشيء الذي يمكن أن يقوم به المصمم لتجنب المستحلبات قدر الأمكان؟
الجواب هو: تقليل سرعة التدفق ، وتقليل التغيرات والتضيّقات المفاجئة في أتجاه الجريان.
لماذا يتوجب إزالة الماء الحر؟1. تقليل حجم الأنابيب الناقلة للنفط ، وحجم المعدات المستخدمة في المعالجة.
2. تقليل كمية الحرارة المستخدمة في المعالجة حيث أن الماء يستهلك ضعف الحرارة المستخدمة للنفط.
3. تقليل التآكل حيث أن الماء الحر يتلامس مع سطح المعادن على عكس الماء المستحلب.
عوامل الأستحلاب
لعل من المهم جداً عند التفكير بأستقرارية المستحلب ، أدراك أن المزيج المتكون من النفط النقي أو الماء النقي بدون وجود عامل أستحلاب وعدم وجود مزج ، سيؤدي الى تكون مستحلب سهل الفصل يمكن فصله بسهولة ، حيث أن طبيعة السوائل الممتزجة هو الحصول على أقل تماس ممكن أو أقل مساحة سطحية ممكنة ، ولذلك فأن الماء سينتشر على شكل قطرات كروية ، والقطرات الصغيرة ستميل الى الأندماج مع بعضها لتكوين قطرات أكبر ، وفي حالة عدم وجود عامل أستحلاب ستستقر هذه القطرات في الأسفل مكونة ً مساحة سطحية صغيرة.
أما عوامل الاستحلاب فهي مواد نشطة سطحياً ولها ميل للذوبان في أحد الطورين السائلين مما يؤدي الى زيادة تركيز الحد الفاصل ، وهناك العديد من الطرق التي يغير بها عامل الأستحلاب من نوعية الأنتشار في المستحلب ، ويمكن تصور فعل عامل الأستحلاب بواحد أو أكثر من الأمور التالية:
1. يزيد من الشد السطحي لقطرة الماء ، مما يؤدي الى تكون قطرات صغيرة تأخذ وقتاً أطول في الاندماج وتكوين قطرات كبيرة يسهل فصلها.
2. يكوّن غطاءاً لزجاً على القطرات مما يؤدي الى الحفاظ عليها من الأندماج الى قطرات كبيرة وبالتالي زيادة زمن أستقرارها.
3. قد تكون المستحلبات جزيئات مستقطبة مما يجعلها ترص نفسها بطريقة تؤدي الى تكوين شحنة كهربائية على سطح القطرات ، وكلما أنخفضت هذه الشحنة فأن كل قطرتين ستجتمعان بقوة مناسبة وكافية للتغلب على التنافر قبل حصول الأندماج.
أن المواد النشطة سطحياً الموجودة بشكل طبيعي في النفط ستعمل كعوامل أستحلاب مثل : البارافينات ، الراتنجات Resins ، الحوامض العضوية Organic Acids ، الأملاح المعدنية ، المواد الغروية ، والأسفلتينات ﴿وهي المركبات الكيمياوية الحاوية على الكبريت – النتروجين - الأوكسجين﴾ ، بالإضافة الى سوائل الحفر ، حيث يمكن لأي من هذه المواد أن تكون عوامل أستحلاب.
أن نوع وكمية عامل الأستحلاب Emulsifying Agent له تأثير آني على أستقرارية المستحلب ، كما أن للحرارة تأثيراً على المستحلب عند تكوين البارافينات والأسفلتينات. كما أن هناك عدداً من العوامل الأخرى المؤثرة مثل سرعة أنتقال عامل الأستحلاب الى السطح الفاصل بين النفط والماء ومدى قوة الحد الفاصل.
أن المستحلبات (بعد المزج) وتكون البارافينات والأسفلتينات يمكن أن يكون أقل ثباتاً وأسهل بالمعالجة إذا لم يكتمل وصولها الى الحد الفاصل ، أما بقاء المستحلب لمدة أطول فيؤدي الى أن يصبح أصعب في المعالجة.
وبأختصار فكلما تم الأسراع بمعالجة المستحلب كان ذلك أفضل ، لأن طول عمر المستحلب يؤدي الى ثباته.
لغرض تكون مستحلب مستقر بين سائلين ، يجب توفر ثلاثة شروط:
1. يجب أن يكون السائلين غير ممتزجين.
2. توفر طاقة كافية لحصول التشتت لأحدهما في الآخر.
3. توفر عامل أستحلاب emulsifying agent.
الأضطراب المؤدي الى التشتت:
أن المستحلبات عادة َ لا توجد في المكمن ، ولكنها تتشكل بسبب الأضطراب الحاصل في معدات الأنتاج بدءاً بدءاً من المكمن حيث يتدفق النفط والماء من خلال صمام خانق choke valve ، حيث تتعرض الموائع الى التهيج بسبب اضطراب الجريان مما يؤدي الى تسرب قطيرات الماء الى النفط .
كاسر الأستحلاب Demulsifiers
وهي مواد تستعمل على لكسر الأستحلاب ويحمل أسماءاً تجارية مختلفة مثل Tretolite ™, Visco™, and Breaxit™ ، وهي في الغالب مواد بوليمرية ذات أوزان جزيئية عالية High Molecular weight polymers حيث تعمل على معادلة تأثير عوامل الأستحلاب وتقليل الشد السطحي لقطرات الماء ، وتكون مواد نشطة سطحياً ، وأستخدامها بشكل أكثر من اللازم مما يؤدي الى تكوين مستحلبات أكثر أستقراراً.
أن هناك العديد من الأمور يشترط وجودها لكي يكون عمل كاسر الأستحلاب في أفضل شكل:
1. الأنجذاب القوي الى الحد الفاصل بين النفط والماء.
2. حدوث الأضطراب Turbulence.
3. تجمع القطرات.
وجود هذه العوامل يساعد على فصل الماء عن النفط . أن كاسر الأستحلاب يجب أن تكون له القدرة على التنقل خلال طور النفط الى الحد الفاصل للقطرة ، حيث ستتعامل مع تركيز عال من عامل الأستحلاب ، وبهذا الشكل فأن مجاميع من القطرات تجتمع (والتي تبدو تحت المجهر كمجموعات من بيض السمك). وسيأخذ النفط مظهراً أشد صفاءاً حيث أن القطرات الصغيرة المتبعثرة في النفط ستختفي.
في هذه الأثناء فأن غشاء المستحلب سيبقى مستمراً ، فإذا كان عامل الأستحلاب ضعيفاً فأن هذا فأن هذا سيؤدي الى تجمع القطرات.
ولكن هذا لا يحدث في أغلب الحالات لأن كاسر الأستحلاب سيقوم بمعادلة عوامل الأستحلاب وسيساعد على كسر غشاء القطرة مما يساعد على التجمع. وعندما يكون عامل الأستحلاب في حالة غير مستقرة فأن كسر غشاء القطرة يؤدي الى زيادة حجم قطرة الماء. أن الطريقة التي تؤدي الى معادلة كاسر الأستحلاب لعوامل الأستحلاب تعتمد على نوع هذه العوامل.
أن كبريتات الحديد وطين الحفر قد يكون مبلل بالماء مما يؤدي الى تركه للحد الفاصل interface وتشتته في قطرة الماء. أما البارافينات والأسفلتينات فمن الممكن أن تذوب أو تتبدل لجعل أغشيتها أقل لزوجة لكي تتدفق خارجاً أو قد تكون مبللة بالنفط مما يجعلها منتشرة في النفط.
أنه من غير الطبيعي أن يقوم مركب كيمياوي بالقيام بكل الأفعال الثلاثة اعلاه ، لهذا يستعمل خليط من المركبات لتحقيق الموازنة الصحيحة، عند أختيار مادة كاسر الأستحلاب يجب التفكير بنوع المنظومة ، فإذا كانت عبارة عن خزان تركيد فأن المادة المستعملة يجب أن تكون مركب بطيء الفعل slow-acting compound للحصول على نتائج جيدة ، أما إذا كانت المنظومة ألكتروكيمياوية (حيث يتوجب حدوث أضطراب وتجمع للقطرات مقترن بوجود مجال كهربائي كما يحصل في dehydrator أو Desalter) هناك حاجة الى أستعمال كاسر أستحلاب ذو فعل سريع quick acting.
غالباً ما يتم فحص مواد كاسر الأستحلاب في قناني أختبار ، وتتضمن الطريقة مزج العديد من المواد الكيمياوية مع نماذج من المستحلبات ، ومن ثم مراقبة النتائج أن هذه الفحوصات تكون مهمة وفاعلة في تحديد المواد الكيمياوية وأختيار المناسب منها.
أن هذه الأختبارات مهمة أيضاً في تقدير كمية كاسر الأستحلاب المستخدمة، يجب أن تستخدم هذه الأختبارات على نموذج مثالي وبعد أخذ النموذج مباشرة ً ، كما يجب مراعاة أن تكون الظروف مقاربة قدر الإمكان الى الظروف الحقيقية ، ولا يجب أستعمال الماء الصناعي بدلاً عن الماء المنتج لأن الأخير له خواص مختلفة تماماً عن أي ماء آخر ، وقد يحتوي على بعض الشوائب التي لا تكون موجودة في الماء الصناعي.
ويمكن تحديد المواد الكيمياوية المرشحة للاستعمال والجرع التقريبية لأستعمالها ، أن الطبيعة الديناميكية للمنظومة الحقيقية للمعالجة تتطلب ترشيح العديد من المواد الكيمياوية للأستخدام كمواد كاسر الأستحلاب في وحدات المعالجة ، وفي الظروف الحقيقية فأن كاسر الأستحلاب سيخضع الى التغيير خلال مروره بصمامات السيطرة Control valves بالإضافة الى التغيرات التي تحدث في عوامل الأستحلاب داخل وعاء المعالجة بسبب تراكيب الدخول inlet diverter.
أن قناني الأختبار لا يمكن أن تمثل الظروف الديناميكية الحقيقية ، حيث كلما أختلفت الظروف التشغيلية (التدفق على سبيل المثال) يختلف الأحتياج الى كاسر الأستحلاب ، أما التغيرات الفصلية فقد تؤدي الى حدوث مشاكل الأستحلاب البارافيني ، بالإضافة الى أن وجود المواد الصلبة يؤدي الى تغير ثباتية المستحلب. ولذلك لا يهم مدى ملائمة كاسر الأستحلاب للمنظومة ولا يمكن أستعمال نفس النوعية من كاسر الأستحلاب لمدة طويلة من الزمن.
وهناك ثلاث أماكن لحقن مادة كاسر الأستحلاب وهي:
1. قبل الصمام الخانق choke valve لحدوث مزج شديد فيه مع انخفاض الضغط ، وتعتبر هذه النقطة هي المكان المثالي للحقن.
2. قبل صمام السيطرة على المستوى Level control في العازلة بسبب حدوث المزج في الصمام المذكور عند انخفاض الضغط.
3. في حالة عدم احتواء محطة المعالجة على عازلة الغاز يجب أن تكون نقطة الحقن على بعد 60-75 متر عن عازلة الماء Dehydrator.
خطوات معالجة المستحلبات:
1. كسر المستحلب: تتضمن تمزيق وتكسير الغشاء المحيط بقطرة الماء ، وتحتاج هذه العملية الى تعزيز بواسطة الحرارة وكاسر الأستحلاب.
2. أندماج القطرات: ويتضمن أتحاد قطرات الماء والتي تصبح حرة بعد كسر المستحلب ، مكونة ً قطرات كبيرة. والأندماج دالة قوية للزمن ويتم تعزيز هذه العملية بمجال ألكتروستاتيكي electrostatic field وعملية الغسل بالماء water washing.
3. الترسب بفعل الجاذبية أن القطرات الكبيرة الناتجة من عملية الأندماج سوف تبدأ بالترسب بفعل الجاذبية وتتجمع في الأسفل.
يجب أن تكون هذه الخطوات بالترتيب والخطوة المحددة للعملية هي التي تعتمد بشكل أساسي على الزمن (الأبطأ) ، وهي خطوة الأندماج.
ويجب علينا أدراك أن كلاً من المعالجة الكيمياوية (كاسر الأستحلاب) والطريقة الحرارية (التسخين) تعمل على كسر المستحلب فقط ، في حين تقوم الطريقة الكهربائية بتسريع أندماج القطرات ومن ثم ترسيبها. وبتعبير آخر فأن الطريقة الكهربائية لا تقوم بكسر المستحلب ، وكما أستنتجنا فيما سبق أن خطوة الأندماج هي الخطوة الحاكمة وأنها دالة للزمن لذا فأنه عند تصميم عازلات النفط الرطب يراعى وضع بعض الوسائل التي من شأنها أن تؤدي الى زيادة زمن الأندماج من خلال وضع تراكيب تسهل العملية ، أو توفير قوة مركزية للمستحلب تؤدي الى تعزيز العزل ، توفير التيار الكهربائي في الجزء الخاص بالترسيب.
كما أن زيادة زمن المكوث residence time يؤدي الى كبر حجم قطرات الماء ، لكن الى حد معين فقط حيث بعدها لن يفيد زيادة زمن المكوث بشيء ، أن التجارب العملية أثبتت أن زمن المكوث المثالي هو (10-30) دقيقة في حين يجب زيادة هذا الزمن بالنسبة للنفوط الثقيلة.
تأثير الحرارة على عملية الفصل:
أن تأثير الحرارة قد يؤدي الى تعزيز الأندماج من خلال زيادة حركة جزيئات الماء الصغيرة والتي ستشكل جزيئات كبيرة نتيجة لتصادمها مع بعضها ، وهذه القطرات ستكون سهلة الفصل طبقاً لقانون ستوك ، كما أن الحرارة تؤدي الى إضعاف غشاء المستحلب وبالتالي كسره ، كما تؤدي الحرارة الى إذابة بلورات البارفينات والأسفلتينات الصغيرة مما يقلل تأثيرها كمواد تؤدي الى الأستحلاب.
بالرغم من من كل ما ذكر من التأثيرات الأيجابية للحرارة ، فأن هناك بعض السلبيات التي تسببها ، فقد تؤثر الحرارة تأثيراً مهماً في فقدان المركبات الخفيفة في النفط مما يؤثر على حجم النفط ، على سبيل المثال أن تسخين نفط ذو API مساو لـ 35 من 100 F الى 150 F قد يؤدي الى فقدان 1% من حجم النفط وتقليل الوزن النوعي API (تقليل النوعية وبالتالي تقليل السعر) ، كما يجب أن نأخذ بنظر الأعتبار كلفة معدات التسخين وكلفة غاز الوقود Fuel gas المستخدم للتسخين. لذا يستحسن أستعمال القليل من الحرارة في عملية المعالجة.
لكي يتكون مستحلب يجب توافر سائلين لا يمتزج أحدهما مع الآخر ، ووجود عوامل الأستحلاب ومدة الخلط الكافية لأنتشار الطور غير المستمر في الطور المستمر.
في الصناعة النفطية فأن النفط والماء سائلان لا يمتزج أحدهما مع الآخر ، ويكون عامل الأستحلاب هو الجزيئات الصلبة ، المواد البارافينية Parrafins ، المواد الأسفلتينية Asphaltens ، المركبات الراتنجية Resinous substances ، الحوامض العضوية الذائبة في النفط ، بالأضافة الى المواد الصلبة المنتشرة في النفط مثل الرمل ، الكاربون ، الكالسيوم ، السليكا ، الحديد ، الزنك ، سلفات الألومنيوم.
في حين يحصل المزج في الآبار والأنابيب وفي الصمامات الخانقة Choke valves .
أن مدى صعوبة فصل الماء المستحلب تعتمد على أستقرارية هذا المستحلب . وتعتمد أستقرارية المستحلب على العوامل التالية:
1. فرق الكثافة بين الماء والنفط.
2. حجم جزيئات الماء.
3. اللزوجة Viscosity.
4. الشد السطحي Interfacial Tension.
5. وجود عوامل الأستحلاب.
أن فرق الكثافة يعتبر من أهم العوامل التي تحدد سرعة سقوط قطرات الماء في الطور المستمر للنفط. حيث كلما زاد الفرق بين الكثافتين ستزيد سرعة نزول وأستقرار قطرات الماء.
كما يؤثر حجم القطرة على سرعة نزولها ، حيث كلما زاد حجمها زادت سرعة أستقرارها ونزولها في الطور المستمر.
أن حجم قطرة المستحلب يعتمد بشكل أساسي على درجة المزج التي يتعرض لها المستحلب قبل المعالجة ، حيث أن التدفق عبر المضخات ، الصمامات الخانقة ، الصمامات الأخرى أو بعض المعدات السطحية الأخرى يقلل حجم قطرات الماء.
أما اللزوجة فتلعب دوراً أساسياً في نقطتين هما:
- أنه كلما أزدادت اللزوجة فأن ذك سيتطلب المزيد من المزج لجعل قطرات الماء أصغر حجماً في النفط. ولذلك فأن حجم قطرات الماء يزداد مع أزدياد اللزوجة.
- كلما أزدادت اللزوجة فأن سرعة حركة قطرات الماء ستقل ، مما يؤدي الى القليل من الأندماج Coalescence والى صعوبة المعالجة.
وفي حالة عدم وجود أي عامل أستحلاب ، فأن الشد السطحي بين النفط والماء سيزيد مما يسهّل أندماج قطرات الماء أما عند وجود عامل أستحلاب فأن الشد السطحي سيقل مما يؤدي الى تقليل الأندماج بين قطرات الماء.
أن العوامل المذكورة أعلاه تحدد أستقرارية المستحلب ، أن بعض المستحلبات قد تستغرق أسابيع أو شهور لكي تنفصل إذا تركت لوحدها في خزان وبدون معالجة ، أما بعض المستحلبات غير المستقرة فقد تأخذ دقائق للفصل.
أن المستحلبات العادية تتكون من النفط ﴿كطور مستمر أو خارجي ﴾ والماء ﴿كطور داخلي أو منتشر﴾ وقد يحصل الاستحلاب بشكل عكسي في بعض الحالات ﴿عند وجود نسبة عالية من الماء﴾.
وهنا نجد السؤال الذي يطرح نفسه هو: ماهو الشيء الذي يمكن أن يقوم به المصمم لتجنب المستحلبات قدر الأمكان؟
الجواب هو: تقليل سرعة التدفق ، وتقليل التغيرات والتضيّقات المفاجئة في أتجاه الجريان.
لماذا يتوجب إزالة الماء الحر؟1. تقليل حجم الأنابيب الناقلة للنفط ، وحجم المعدات المستخدمة في المعالجة.
2. تقليل كمية الحرارة المستخدمة في المعالجة حيث أن الماء يستهلك ضعف الحرارة المستخدمة للنفط.
3. تقليل التآكل حيث أن الماء الحر يتلامس مع سطح المعادن على عكس الماء المستحلب.
عوامل الأستحلاب
لعل من المهم جداً عند التفكير بأستقرارية المستحلب ، أدراك أن المزيج المتكون من النفط النقي أو الماء النقي بدون وجود عامل أستحلاب وعدم وجود مزج ، سيؤدي الى تكون مستحلب سهل الفصل يمكن فصله بسهولة ، حيث أن طبيعة السوائل الممتزجة هو الحصول على أقل تماس ممكن أو أقل مساحة سطحية ممكنة ، ولذلك فأن الماء سينتشر على شكل قطرات كروية ، والقطرات الصغيرة ستميل الى الأندماج مع بعضها لتكوين قطرات أكبر ، وفي حالة عدم وجود عامل أستحلاب ستستقر هذه القطرات في الأسفل مكونة ً مساحة سطحية صغيرة.
أما عوامل الاستحلاب فهي مواد نشطة سطحياً ولها ميل للذوبان في أحد الطورين السائلين مما يؤدي الى زيادة تركيز الحد الفاصل ، وهناك العديد من الطرق التي يغير بها عامل الأستحلاب من نوعية الأنتشار في المستحلب ، ويمكن تصور فعل عامل الأستحلاب بواحد أو أكثر من الأمور التالية:
1. يزيد من الشد السطحي لقطرة الماء ، مما يؤدي الى تكون قطرات صغيرة تأخذ وقتاً أطول في الاندماج وتكوين قطرات كبيرة يسهل فصلها.
2. يكوّن غطاءاً لزجاً على القطرات مما يؤدي الى الحفاظ عليها من الأندماج الى قطرات كبيرة وبالتالي زيادة زمن أستقرارها.
3. قد تكون المستحلبات جزيئات مستقطبة مما يجعلها ترص نفسها بطريقة تؤدي الى تكوين شحنة كهربائية على سطح القطرات ، وكلما أنخفضت هذه الشحنة فأن كل قطرتين ستجتمعان بقوة مناسبة وكافية للتغلب على التنافر قبل حصول الأندماج.
أن المواد النشطة سطحياً الموجودة بشكل طبيعي في النفط ستعمل كعوامل أستحلاب مثل : البارافينات ، الراتنجات Resins ، الحوامض العضوية Organic Acids ، الأملاح المعدنية ، المواد الغروية ، والأسفلتينات ﴿وهي المركبات الكيمياوية الحاوية على الكبريت – النتروجين - الأوكسجين﴾ ، بالإضافة الى سوائل الحفر ، حيث يمكن لأي من هذه المواد أن تكون عوامل أستحلاب.
أن نوع وكمية عامل الأستحلاب Emulsifying Agent له تأثير آني على أستقرارية المستحلب ، كما أن للحرارة تأثيراً على المستحلب عند تكوين البارافينات والأسفلتينات. كما أن هناك عدداً من العوامل الأخرى المؤثرة مثل سرعة أنتقال عامل الأستحلاب الى السطح الفاصل بين النفط والماء ومدى قوة الحد الفاصل.
أن المستحلبات (بعد المزج) وتكون البارافينات والأسفلتينات يمكن أن يكون أقل ثباتاً وأسهل بالمعالجة إذا لم يكتمل وصولها الى الحد الفاصل ، أما بقاء المستحلب لمدة أطول فيؤدي الى أن يصبح أصعب في المعالجة.
وبأختصار فكلما تم الأسراع بمعالجة المستحلب كان ذلك أفضل ، لأن طول عمر المستحلب يؤدي الى ثباته.
لغرض تكون مستحلب مستقر بين سائلين ، يجب توفر ثلاثة شروط:
1. يجب أن يكون السائلين غير ممتزجين.
2. توفر طاقة كافية لحصول التشتت لأحدهما في الآخر.
3. توفر عامل أستحلاب emulsifying agent.
الأضطراب المؤدي الى التشتت:
أن المستحلبات عادة َ لا توجد في المكمن ، ولكنها تتشكل بسبب الأضطراب الحاصل في معدات الأنتاج بدءاً بدءاً من المكمن حيث يتدفق النفط والماء من خلال صمام خانق choke valve ، حيث تتعرض الموائع الى التهيج بسبب اضطراب الجريان مما يؤدي الى تسرب قطيرات الماء الى النفط .
كاسر الأستحلاب Demulsifiers
وهي مواد تستعمل على لكسر الأستحلاب ويحمل أسماءاً تجارية مختلفة مثل Tretolite ™, Visco™, and Breaxit™ ، وهي في الغالب مواد بوليمرية ذات أوزان جزيئية عالية High Molecular weight polymers حيث تعمل على معادلة تأثير عوامل الأستحلاب وتقليل الشد السطحي لقطرات الماء ، وتكون مواد نشطة سطحياً ، وأستخدامها بشكل أكثر من اللازم مما يؤدي الى تكوين مستحلبات أكثر أستقراراً.
أن هناك العديد من الأمور يشترط وجودها لكي يكون عمل كاسر الأستحلاب في أفضل شكل:
1. الأنجذاب القوي الى الحد الفاصل بين النفط والماء.
2. حدوث الأضطراب Turbulence.
3. تجمع القطرات.
وجود هذه العوامل يساعد على فصل الماء عن النفط . أن كاسر الأستحلاب يجب أن تكون له القدرة على التنقل خلال طور النفط الى الحد الفاصل للقطرة ، حيث ستتعامل مع تركيز عال من عامل الأستحلاب ، وبهذا الشكل فأن مجاميع من القطرات تجتمع (والتي تبدو تحت المجهر كمجموعات من بيض السمك). وسيأخذ النفط مظهراً أشد صفاءاً حيث أن القطرات الصغيرة المتبعثرة في النفط ستختفي.
في هذه الأثناء فأن غشاء المستحلب سيبقى مستمراً ، فإذا كان عامل الأستحلاب ضعيفاً فأن هذا فأن هذا سيؤدي الى تجمع القطرات.
ولكن هذا لا يحدث في أغلب الحالات لأن كاسر الأستحلاب سيقوم بمعادلة عوامل الأستحلاب وسيساعد على كسر غشاء القطرة مما يساعد على التجمع. وعندما يكون عامل الأستحلاب في حالة غير مستقرة فأن كسر غشاء القطرة يؤدي الى زيادة حجم قطرة الماء. أن الطريقة التي تؤدي الى معادلة كاسر الأستحلاب لعوامل الأستحلاب تعتمد على نوع هذه العوامل.
أن كبريتات الحديد وطين الحفر قد يكون مبلل بالماء مما يؤدي الى تركه للحد الفاصل interface وتشتته في قطرة الماء. أما البارافينات والأسفلتينات فمن الممكن أن تذوب أو تتبدل لجعل أغشيتها أقل لزوجة لكي تتدفق خارجاً أو قد تكون مبللة بالنفط مما يجعلها منتشرة في النفط.
أنه من غير الطبيعي أن يقوم مركب كيمياوي بالقيام بكل الأفعال الثلاثة اعلاه ، لهذا يستعمل خليط من المركبات لتحقيق الموازنة الصحيحة، عند أختيار مادة كاسر الأستحلاب يجب التفكير بنوع المنظومة ، فإذا كانت عبارة عن خزان تركيد فأن المادة المستعملة يجب أن تكون مركب بطيء الفعل slow-acting compound للحصول على نتائج جيدة ، أما إذا كانت المنظومة ألكتروكيمياوية (حيث يتوجب حدوث أضطراب وتجمع للقطرات مقترن بوجود مجال كهربائي كما يحصل في dehydrator أو Desalter) هناك حاجة الى أستعمال كاسر أستحلاب ذو فعل سريع quick acting.
غالباً ما يتم فحص مواد كاسر الأستحلاب في قناني أختبار ، وتتضمن الطريقة مزج العديد من المواد الكيمياوية مع نماذج من المستحلبات ، ومن ثم مراقبة النتائج أن هذه الفحوصات تكون مهمة وفاعلة في تحديد المواد الكيمياوية وأختيار المناسب منها.
أن هذه الأختبارات مهمة أيضاً في تقدير كمية كاسر الأستحلاب المستخدمة، يجب أن تستخدم هذه الأختبارات على نموذج مثالي وبعد أخذ النموذج مباشرة ً ، كما يجب مراعاة أن تكون الظروف مقاربة قدر الإمكان الى الظروف الحقيقية ، ولا يجب أستعمال الماء الصناعي بدلاً عن الماء المنتج لأن الأخير له خواص مختلفة تماماً عن أي ماء آخر ، وقد يحتوي على بعض الشوائب التي لا تكون موجودة في الماء الصناعي.
ويمكن تحديد المواد الكيمياوية المرشحة للاستعمال والجرع التقريبية لأستعمالها ، أن الطبيعة الديناميكية للمنظومة الحقيقية للمعالجة تتطلب ترشيح العديد من المواد الكيمياوية للأستخدام كمواد كاسر الأستحلاب في وحدات المعالجة ، وفي الظروف الحقيقية فأن كاسر الأستحلاب سيخضع الى التغيير خلال مروره بصمامات السيطرة Control valves بالإضافة الى التغيرات التي تحدث في عوامل الأستحلاب داخل وعاء المعالجة بسبب تراكيب الدخول inlet diverter.
أن قناني الأختبار لا يمكن أن تمثل الظروف الديناميكية الحقيقية ، حيث كلما أختلفت الظروف التشغيلية (التدفق على سبيل المثال) يختلف الأحتياج الى كاسر الأستحلاب ، أما التغيرات الفصلية فقد تؤدي الى حدوث مشاكل الأستحلاب البارافيني ، بالإضافة الى أن وجود المواد الصلبة يؤدي الى تغير ثباتية المستحلب. ولذلك لا يهم مدى ملائمة كاسر الأستحلاب للمنظومة ولا يمكن أستعمال نفس النوعية من كاسر الأستحلاب لمدة طويلة من الزمن.
وهناك ثلاث أماكن لحقن مادة كاسر الأستحلاب وهي:
1. قبل الصمام الخانق choke valve لحدوث مزج شديد فيه مع انخفاض الضغط ، وتعتبر هذه النقطة هي المكان المثالي للحقن.
2. قبل صمام السيطرة على المستوى Level control في العازلة بسبب حدوث المزج في الصمام المذكور عند انخفاض الضغط.
3. في حالة عدم احتواء محطة المعالجة على عازلة الغاز يجب أن تكون نقطة الحقن على بعد 60-75 متر عن عازلة الماء Dehydrator.
خطوات معالجة المستحلبات:
1. كسر المستحلب: تتضمن تمزيق وتكسير الغشاء المحيط بقطرة الماء ، وتحتاج هذه العملية الى تعزيز بواسطة الحرارة وكاسر الأستحلاب.
2. أندماج القطرات: ويتضمن أتحاد قطرات الماء والتي تصبح حرة بعد كسر المستحلب ، مكونة ً قطرات كبيرة. والأندماج دالة قوية للزمن ويتم تعزيز هذه العملية بمجال ألكتروستاتيكي electrostatic field وعملية الغسل بالماء water washing.
3. الترسب بفعل الجاذبية أن القطرات الكبيرة الناتجة من عملية الأندماج سوف تبدأ بالترسب بفعل الجاذبية وتتجمع في الأسفل.
يجب أن تكون هذه الخطوات بالترتيب والخطوة المحددة للعملية هي التي تعتمد بشكل أساسي على الزمن (الأبطأ) ، وهي خطوة الأندماج.
ويجب علينا أدراك أن كلاً من المعالجة الكيمياوية (كاسر الأستحلاب) والطريقة الحرارية (التسخين) تعمل على كسر المستحلب فقط ، في حين تقوم الطريقة الكهربائية بتسريع أندماج القطرات ومن ثم ترسيبها. وبتعبير آخر فأن الطريقة الكهربائية لا تقوم بكسر المستحلب ، وكما أستنتجنا فيما سبق أن خطوة الأندماج هي الخطوة الحاكمة وأنها دالة للزمن لذا فأنه عند تصميم عازلات النفط الرطب يراعى وضع بعض الوسائل التي من شأنها أن تؤدي الى زيادة زمن الأندماج من خلال وضع تراكيب تسهل العملية ، أو توفير قوة مركزية للمستحلب تؤدي الى تعزيز العزل ، توفير التيار الكهربائي في الجزء الخاص بالترسيب.
كما أن زيادة زمن المكوث residence time يؤدي الى كبر حجم قطرات الماء ، لكن الى حد معين فقط حيث بعدها لن يفيد زيادة زمن المكوث بشيء ، أن التجارب العملية أثبتت أن زمن المكوث المثالي هو (10-30) دقيقة في حين يجب زيادة هذا الزمن بالنسبة للنفوط الثقيلة.
تأثير الحرارة على عملية الفصل:
أن تأثير الحرارة قد يؤدي الى تعزيز الأندماج من خلال زيادة حركة جزيئات الماء الصغيرة والتي ستشكل جزيئات كبيرة نتيجة لتصادمها مع بعضها ، وهذه القطرات ستكون سهلة الفصل طبقاً لقانون ستوك ، كما أن الحرارة تؤدي الى إضعاف غشاء المستحلب وبالتالي كسره ، كما تؤدي الحرارة الى إذابة بلورات البارفينات والأسفلتينات الصغيرة مما يقلل تأثيرها كمواد تؤدي الى الأستحلاب.
بالرغم من من كل ما ذكر من التأثيرات الأيجابية للحرارة ، فأن هناك بعض السلبيات التي تسببها ، فقد تؤثر الحرارة تأثيراً مهماً في فقدان المركبات الخفيفة في النفط مما يؤثر على حجم النفط ، على سبيل المثال أن تسخين نفط ذو API مساو لـ 35 من 100 F الى 150 F قد يؤدي الى فقدان 1% من حجم النفط وتقليل الوزن النوعي API (تقليل النوعية وبالتالي تقليل السعر) ، كما يجب أن نأخذ بنظر الأعتبار كلفة معدات التسخين وكلفة غاز الوقود Fuel gas المستخدم للتسخين. لذا يستحسن أستعمال القليل من الحرارة في عملية المعالجة.
