متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینید متن کامل پایان نامه را در سایت منبع 2 fuka.ir می توانید ببینید

*12

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینید

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز
پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی گاز
” ارزیابی روشهای موجود تشکیل رسوب واکس و ارائه ی یک روش بهبود یافته”
توسط
محمد عشرتی (888595)
اساتید راهنما :
دکتر محمود مشفقیان
دکتر سید شهاب الدین آیت الهی
بهمن ماه 1390

به نام خدا
اظهارنامه
اینجانب محمد عشرتی (888595) دانشجوی رشته ی مهندسی گاز دانشکده ی مهندسی شیمی، نفت و گاز اظهارمی کنم که این پایان نامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهایی که از منابع دیگران استفاده کرده ام، نشانی دقیق و مشخصات کامل آن را نوشته ام. همچنین اظهارمی کنم که تحقیق و موضوع پایان نامه ام تکراری نیست و تعهد می نمایم که بدون مجوز دانشگاه دستاوردهای آن را منتشر ننموده و یا در اختیار غیر قرار ندهم. کلیه حقوق این اثر مطابق با آیین نامه مالکیت فکری و معنوی متعلق به دانشگاه شیراز است.
91436488541

تقدیم به مهربان فرشتگانی که
لحظات ناب باور بودن، لذت و غرور دانستن، جسارت خواستن، عظمت رسیدن و تمام تجربه های یکتا و زیبای زندگیم، مدیون حضور سبز آنهاست
تقدیم به خانواده عزیزم.

سپاسگزاری
به مصداق «من لم یشکر المخلوق لم یشکر الخالق » بسی شایسته است از استادان فرهیخته و فرزانه، آقایان دکتر محمود مشفقیان و دکتر سید شهاب الدین آیت الهی، که با کرامتی چون خورشید ، سرزمین دل را روشنی بخشیدند و گلشن سرای علم و دانش را با راهنمایی های کار ساز و سازنده بارور ساختند و انسان بودن را برایم معنا گشتند، تقدیر و تشکر نمایم. بر خود لازم می دانم که از اساتید گرانقدرم آقای دکتر علیرضا شریعتی و سرکار خانم دکتر رئیسی بابت راهنمایی های بی دریغشان کمال تشکر و قدردانی را بجای آورم.
پرودگارا، پدر و مادر عزیزم که نخواهم توانست موهایشان را که در راه عزت من سفید شد، سیاه کنم و نه برای دست های پینه بسته شان که ثمره تلاش برای افتخار من است، مرهمی دارم، توفیقی ده که هر لحظه شکر گزارشان باشم و ثانیه های عمرم را در عصای دست بودنشان بگذرانم.
همکاری و همدلی دوستان عزیزم مهندس محمد رنجبران و عادل محسن زاده و سایر عزیزانی که در انجام این پروژه مرا از دوستی بی ریای خویش بهره مند ساختند، را ارج نهاده و از خداوند منٌان توفیق روز افزون ایشان را خواستارم.

چکیده
ارزیابی روشهای موجود تشکیل رسوب واکس و ارائه ی یک روش بهبود یافته
به کوشش
محمد عشرتی
در این تحقیق سعی بر آن شده است که با ارزیابی مدل های ترمودینامیکی موجود برای توصیف فرآیند رسوب دهی واکس، مدل ووُن که از زیر گروه های مدل محلول جامد غیر ایده آل می باشد انتخاب گردیده و با استفاده از ضوابط بکار رفته در مدل پدرسن و اجرای محاسبات جداسازی آنی دو فازی به بهبود نتایج حاصل از این مدل پرداخته شد. در ادامه با استفاده از محاسبات جداسازی آنی سه فازی با حضور گاز به عنوان فاز سوم، تعادل سه فازی جامد-مایع-گاز را مورد بررسی قرار داده و نتایج مدلسازی جداسازی آنی سه فازی را در توافق مطلوبی با داده های آزمایشگاهی موجود مشاهده نمودیم. در همین راستا با بکارگیری مدل های مختلف محاسبه ضریب فعالیت از جمله مدل UNIQUAC و مدل NRTL جهت توصیف رفتار غیر ایده آل فازهای موجود در تعادل، بررسی اثر احتمالی حضور آب بر دمای تشکیل واکس مورد چالش قرار داده شد.
پس از اتمام مدلسازی قسمت ترمودینامیکی واکس، با بهره گیری از مدل دینامیکی متزین (Matzain) ارائه شده جهت تعیین ضخامت رسوب واکس، پارامتر تخلخل لایه ژلاتینی واکس رسوب کرده را که در مدل مزبور مورد استفاده قرار نگرفته بود وارد معادله اصلی محاسبه ضخامت لایه رسوب کرده و با اعمال فرضیاتی چند، بهبود نتایج این مدل پیش بینی کننده ضخامت رسوب مشاهده گردید.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC f h z t “Main Topic,1,Second,2,Sub Second,3” فصل یکمقدمه PAGEREF _Toc319251153 h 2فصل دواهمیت رسوب واکس2-1- مشکلات رسوب واکس PAGEREF _Toc319251156 h 52-2- توصیف واکس PAGEREF _Toc319251157 h 72-2-1 – تبلور واکس PAGEREF _Toc319251158 h 72-2-2- رسوب واکس(wax deposition) PAGEREF _Toc319251159 h 82-3- ماهیت واکس PAGEREF _Toc319251160 h 112-4- عوامل موثر در تشکیل رسوب واکس PAGEREF _Toc319251161 h 19فصل سهتئوری های واکس3-1- تئوری هیدرودینامیکی واکس PAGEREF _Toc319251164 h 243-1-1 نفوذ مولکولی PAGEREF _Toc319251165 h 253-1-2- نفوذ براونین PAGEREF _Toc319251166 h 253-1-3- پراکندگی برشی PAGEREF _Toc319251167 h 263-1-4- نشست گرانشی PAGEREF _Toc319251168 h 263-1-۵- ورقه ورقه شدن رسوبات واکسی PAGEREF _Toc319251169 h 273-2- مدل دینامیکی رسوب PAGEREF _Toc319251170 h 273-3- رسوب پارافین در سیستم های جریان تکفازی PAGEREF _Toc319251171 h 293-4- رسوب پارافین در سیستم های جریان چند فازی PAGEREF _Toc319251172 h 303-4-1-اثر ترکیب سیال PAGEREF _Toc319251173 h 323-4-2- اثر الگوی جریان PAGEREF _Toc319251174 h 323-5- مروری بر روش های ته نشینی واکس PAGEREF _Toc319251175 h 343-5-1- معرفی مدل ریگ، رایدال و رونینگسن PAGEREF _Toc319251176 h 343-5-2- مدل متزین(Matzain) PAGEREF _Toc319251177 h 373-5-3- مدل هیدرو(Hydro) PAGEREF _Toc319251178 h 403-5-4- مدل دانشگاه میشیگان(University of Michigan Model) PAGEREF _Toc319251179 h 423-6- شبیه سازی واکس توسط نرم افزار الگا(OLGA) PAGEREF _Toc319251180 h 433-7- پارامترهای واکس PAGEREF _Toc319251181 h 44فصل چهارتئوری های مختلف تعادل ترمودینامیکی رسوب واکس4-1- تعادل فازی PAGEREF _Toc319251184 h 484-2- بررسی ترمودینامیکی تشکیل رسوبات واکس PAGEREF _Toc319251185 h 534-2-1 مدل لیرا-گالنا PAGEREF _Toc319251186 h 544-2-2-مدل اریکسون PAGEREF _Toc319251187 h 554-2-3-مدل پدرسن و مدل های تصحیح شده ی آن PAGEREF _Toc319251188 h 554-2-4-مدل وُن PAGEREF _Toc319251189 h 564-2-5-مدل کوتینیو PAGEREF _Toc319251190 h 564-3-بررسی تفصیلی مدل های ارائه شده PAGEREF _Toc319251191 h 574-4- ترمودینامیک تعادل بخار،مایع و جامد PAGEREF _Toc319251192 h 64فصل پنجپیشینه ی تحقیقمقدمه PAGEREF _Toc319251195 h 675-1- پیشینه ی تحقیق PAGEREF _Toc319251196 h 67فصل ششانجام کارمقدمه PAGEREF _Toc319251199 h 746-1-مدل وُون(Won’s model) PAGEREF _Toc319251200 h 746-1-1-فرضیات مدل وُن PAGEREF _Toc319251201 h 746-2- توصیف مدل وون(وون 1986) PAGEREF _Toc319251202 h 756-3-مدل پدرسن(Pedersen ) PAGEREF _Toc319251203 h 806-3-1- مفروضات مدل پدرسن PAGEREF _Toc319251204 h 826-3-2- توصیف مدل پدرسن PAGEREF _Toc319251205 h 836-4- محاسبات جداسازی آنی سه فازی PAGEREF _Toc319251206 h 866-5- ارائه الگوریتم PAGEREF _Toc319251207 h 886-5-1- محاسبات جداسازی آنی دو فازی PAGEREF _Toc319251208 h 886-5-2 مقادیر حدس اولیه ی KiSL PAGEREF _Toc319251209 h 896-5-3- محاسبات جداسازی آنی دو فازی با استفاده از مدل وون PAGEREF _Toc319251210 h 906-5-4- محاسبات جداسازی آنی 3 فازی PAGEREF _Toc319251211 h 916-5-5- محاسبات تعادل سه فازی PAGEREF _Toc319251212 h 956-6- اصلاح مدل وون PAGEREF _Toc319251213 h 966-6-1- مفروضات مدل اصلاح شده PAGEREF _Toc319251214 h 976-6-2- مدل اصلاح شده وون PAGEREF _Toc319251215 h 986-6-3- روش حل برای استفاده از مدل اصلاح شده وون PAGEREF _Toc319251216 h 1036-7- محاسبات دینامیکی مدل ارائه شده PAGEREF _Toc319251217 h 1046-7-1-تغییر متغیر PAGEREF _Toc319251218 h 1146-8- مشخصه هپتان PAGEREF _Toc319251219 h 1166-8-1- ضریب شکست نور PAGEREF _Toc319251220 h 1176-8-2-ثابت گرانروی ثقلی PAGEREF _Toc319251221 h 1186-8-3- روش ریاضی-دابرت جهت تعیین مشخصه هپتان در محاسبات جداسازی آنی سه فازی PAGEREF _Toc319251222 h 1196-8-4-خواص بحرانی و ضریب بی مرکزی PAGEREF _Toc319251223 h 1216-9- بررسی اثر حضور آب بر دمای تشکیل واکس PAGEREF _Toc319251224 h 1236-9-1-شرح برنامه نویسی PAGEREF _Toc319251225 h 124فصل هفتنتایج7-1- بهینه سازی مدل وُون PAGEREF _Toc319251228 h 1297-2- پیش بینی محاسبات حاصل از جداسازی آنی سه فازی PAGEREF _Toc319251229 h 1377-3- شرح نتایج بررسی اثر حضور آب بر روی دمای تشکیل واکس PAGEREF _Toc319251230 h 1427-4- نتایج حاصل از مدلسازی دینامیکی جریان PAGEREF _Toc319251231 h 148فصل هشتنتیجه گیری و پیشنهادات8-1- نتیجه گیری PAGEREF _Toc319251234 h 155پیشنهادات PAGEREF _Toc319251235 h 158فهرست منابع PAGEREF _Toc319251236 h 160پیوست ها
پیوست (1) PAGEREF _Toc319251237 h 172پیوست (2) PAGEREF _Toc319251238 h 175

فهرست جدول ها
عنوان صفحه
TOC f h z t “Table,1” جدول 2-1: خواص فیزیکی و شیمیایی واکس های پارافینی-میکروکریستال و پترولاتوم، PAGEREF _Toc318886099 h 10جدول 2-2: ترکیب درصد و خواص گروه های تشکیل دهنده واکس PAGEREF _Toc318886100 h 14جدول 2-3 :نقاط شناخته شده و تعریف شده در گذار فازهای مواد نفتی PAGEREF _Toc318886101 h 22جدول 6-1: ثابت های معادله ی 6-22 PAGEREF _Toc318886102 h 82جدول 7-1: ترکیب اجزاء نفت PAGEREF _Toc318886103 h 130جدول 7-2: اجزاء نفت استفاده شده در جداسازی آنی سه فازی PAGEREF _Toc318886104 h 138جدول 7-3: جدول 1: نفت شماره 2 هوآن کوآن و همکاران. PAGEREF _Toc318886105 h 141جدول 7-4: دمای تجربی تشکیل واکس برای [(1-x)nC14+xnC16]. PAGEREF _Toc318886106 h 143جدول 7-5: نتایج مدل جدیدبر مبنای محاسبه ضرایب فعالیت NRTL برای فاز مایع و UNIQUAC برای فاز جامد(16C-14C) PAGEREF _Toc318886107 h 144جدول 7-6: دمای تجربی تشکیل واکس برای[(1-x)nC14+xnC15]. PAGEREF _Toc318886108 h 145جدول 7-7: نتایج مدل جدیدبر مبنای محاسبه ضرایب فعالیت NRTL برای فاز مایع و UNIQUAC برای فاز جامد(15C-14C) PAGEREF _Toc318886109 h 145

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
TOC h z t “Figures,1” شکل 2-1- شدت رسوب واکس PAGEREF _Toc319420691 h 6شکل 2-2- نمونه های مولکول های تشکیل دهنده واکس PAGEREF _Toc319420692 h 13شکل 2-3- نحوه تشخیص دمای تشکیل PAGEREF _Toc319420693 h 15شکل 2-4- نمودار فازی دما-فشار برای رسوب واکس محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel PAGEREF _Toc319420694 h 16شکل 2-5- نمودار فشار-دما-ترکیب برای یک نمونه رسوب واکس، محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel، PAGEREF _Toc319420695 h 17شکل 2-6- یک نمونه از نمودار فازی نفت که ممکن است انواع انتقال فازها را تجربه کند PAGEREF _Toc319420696 h 21شکل 4-1- اختلاف پتانسیل شیمیایی جزء خالص i PAGEREF _Toc319420697 h 49شکل 4-2- دسته بندی مدلهای ترسیب واکس PAGEREF _Toc319420698 h 54شکل 4-3- مدل چند جامدی ارائه شده توسط لیرا گالنا و فیروزآبادی PAGEREF _Toc319420699 h 58شکل 6-1- تعادل جامد-مایع در مدل وون PAGEREF _Toc319420700 h 75شکل 6-2- تعادل جامد-مایع پدرسن PAGEREF _Toc319420701 h 83شکل 6-3- جداسازی آنی 3 فازی PAGEREF _Toc319420702 h 86شکل 6-4- حلالیت food g–e wax در حلال PAGEREF _Toc319420703 h 115شکل 6-5- مشکل تجمیع کردن PAGEREF _Toc319420704 h 117شکل 6-6- میزان کیفی سه فاز در حال تعادل در فرآیند تشکیل واکس PAGEREF _Toc319420705 h 124شکل 7-1- درصد واکس رسوب کرده بر حسب تابعیت دما برای نفت سیستمA PAGEREF _Toc319420706 h 131شکل7-2-مقایسه میزان درصد واکس برای سیستم A حاصل از مدل اصلاح شده و مدل های دیگر PAGEREF _Toc319420707 h 132شکل 7-3- میزان درصد واکس نفت B بر حسب دما PAGEREF _Toc319420708 h 133شکل 7-4- مقایسه میزان درصد واکس نفت B از مدل های مختلف PAGEREF _Toc319420709 h 134شکل 7-5- میزان درصد رسوب در دما های مختلف برای نفت سیستم C PAGEREF _Toc319420710 h 135شکل 7-6- مقایسه درصد رسوب واکس نفت C بر حسب دما برای مدل های مختلف PAGEREF _Toc319420711 h 136شکل 7-7- مقایسه پیش بینی حاصل از معادلات حالت PR و SRK PAGEREF _Toc319420712 h 139شکل 7-8- مقایسه پیش بینی حاصل از معادلات PR و ER PAGEREF _Toc319420713 h 140شکل 7-9- محاسبات میزان واکس رسوب کرده و فازهای موجود بر حسب دما PAGEREF _Toc319420714 h 142شکل 7-10-تغییرات در دمای تشکیل واکس با کسر مولی گلیکول در فاز آبی در کسرهای مولی مختلف C14برای حداکثر آب در نظر گرفته شده در کنار فاز آلی PAGEREF _Toc319420715 h 146شکل 7-11-تغییرات در دمای تشکیل واکس بر حسب میزان فاز آبی برای کسر مولی های مختلف C14 در فاز آلی (این اختلاف دما، اختلاف دمای تشکیل واکس در شرایط معلوم و حداقل حضور فاز آبی است.) PAGEREF _Toc319420716 h 147شکل7-12-تغییرات در حلالیت گلیکول در فاز آلی نسبت به میزان حداقل فاز آبی بر حسب مقدار فاز آبی برای کسر مولی های مختلف C14 در فاز آلی PAGEREF _Toc319420717 h 148شکل7-13-میزان نهایی آلفا(aspect ratio) برای کریستال های واکس در لایه ژل رسوب کرده به عنوان تابعی از شدت جریان و دمای دیواره PAGEREF _Toc319420718 h 149شکل7-14-تأثیرات دما بر روی ضخامت لایه رسوب برای540 Re=، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران PAGEREF _Toc319420719 h 150شکل7-15-تأثیر نرخ جریان بر روی ضخامت لایه برای دمای دیواره 3/8 سانتی گراد، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران PAGEREF _Toc319420720 h 150شکل7-16-تأثیر نرخ جریان بر روی ضخامت لایه برای دمای دیواره 3/8 سانتی گراد، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران PAGEREF _Toc319420721 h 151شکل 7-17-مقادیر آلفا برای دماهای مختلف دیواره جهت بهینه سازی نتایج کار حاضر PAGEREF _Toc319420722 h 152شکل7-18-نتایج مدلسازی پس از انجام بهینه سازی مقادیر آلفا و در نظر گرفتن انتقال حرارت با محیط PAGEREF _Toc319420723 h 153 TOC h z t “Figures,1”
فهرست نشانه های اختصاری
ضریب انتقال حرارت کلی U مایع L
غلظت مولی C بخار V
کسر محیط تر شده Swet جامد S
جرم مولکولی جزء واکس i MWi توده مایع b
درجه حرارت بحرانی Tc ترکیب جزء مایع x
دمای میانگین سیال Tm خوراک F
درجه حرارت T ترکیب جزء بخار y
دمای جوش Tb ترکیب جزء جامد s
دمای نقطه ذوب نسبت تعادل(ارزش K) K
میزان ماندگی مایع E زمان t
غلظت واکس درون محلول Ww ضریب شکست نور Ri
حجم مولار v عدد ناسلت Nu
ضریب نفوذ وایک و چانگ Dow عدد رینولدز Re
ضریب نفوذ مؤثر De عدد گراشف Gr
ضریب نفوذ D ضریب هدایت گرمایی Ke
شعاع داخلی بعد از رسوب dw ضریب انتقال حرارت hi
سرعت نفت vo جرم ویژه SG
فوگاسیته ی جزء i fi ثابت نرخ رسوب برشی K*
ثابت جهانی گازها R سطح موجود برای رسوب A عدد گراتز Gz نشانه های یونانی آنتالپی نقطه ذوب ظرفیت گرمایی ذوب تغییرات حجم ضریب فعالیت γ کسر حجمی جزء i φiپارامتر حلالیت δiضریب فوگاسیته Фضخامت لایه واکس δ چگالی متوسط واکس mρ تخلخل واکس ϕچگالی نفت oρ لزجت نفت μo,fپتانسیل شیمیایی خالص عدد پای π
فصل یک
مقدمهیکی از مهمترین مسائل در صنایع نفت، رسوب مواد آلی سنگین موجود در نفت خام است، که طی مراحل تولید، حمل و نقل و فرآوری نفت رخ می‌دهد. رسوب این مواد در مخازن، چاههای نفت، پمپ‌ها، تانک‌های ذخیره‌سازی، لوله‌های انتقال و تجهیزات پالایش، باعث اتلاف هزینه‌های فراوان می‌گردد. با پیش‌بینی مکان تشکیل رسوب می‌توان به کمک روش‌های مکانیکی، شیمیایی و یا تغییر شرایط محیطی، برای از بین بردن یا کاهش رسوب اقدام نمود. کریستالیزاسیون و رسوب ترکیبات واکسی منجر به بروز مشکلات زیادی در مراحل تولید، انتقال، ذخیره سازی و انجام فرآیندهای مختلف مربوط به نفت خام و یا مشتقات آن می‌شود. شرکت‌های نفتی در سراسر دنیا به دلیل کاهش تولید، هزینه‌ مواد شیمیایی مورد نیاز، انسداد خطوط لوله و افزایش انرژی مصرفی ناشی از ایجاد رسوبات، سالیانه میلیاردها دلار زیان می‌بینند. با کاهش ذخایر موجود و افزایش بهره‌برداری از مخازن نفت‌های سنگین و مخازن نفتی دور از ساحل، استفاده از روش‌های جدید و کارآمد برای رفع این مشکلات به یک ضرورت تبدیل شده است.
نفت خامی که از اعماق زمین استخراج می شود، شامل هیدروکربورهای سنگین و نیمه سنگین است که اشکال مختلف و خصوصیات متفاوت دارد. هیدروکربورهای سنگین شامل واکس ها، مواد آسفالتنی و رزین ها هستند که می توانند به صورت جامد، در ترکیبات ظاهر شوند که در این بین، واکس ها اهمیت خاصی دارند.تغییر عواملی مانند دما، فشار و ترکیب اجزای سبک در ترکیبات نفتی، سبب تشکیل رسوب های واکس پارافینی جامد در این ترکیبات می شود. رسوب واکس تشکیل شده به طور عمده شامل پارافین ها، نفتن ها و به مقدار کمی از دیگر هیدروکربورها، مانند آروماتیک هاست. تشکیل این رسوبات در مرحله اول می تواند منافذ زیرزمینی را مسدود کرده، باعث کاهش شدید نفوذ پذیری آنها شده و راندمان استخراج نفت را کاهش دهد. در مراحل بعدی نیز تشکیل رسوبات، مشکلات زیادی را به دنبال خواهد داشت. به عنوان مثال تشکیل رسوبات واکس در خطوط انتقال نفت خام، می تواند باعث گرفتگی لوله ها و افزایش مقاومت در برابر جریان و در نتیجه افت فشار جریان شده و علاوه بر افزایش توان مورد نیاز جهت پمپ نمودن سیال، موجب استهلاک زودرس تاسیسات شود. تشکیل رسوبات واکس در تجهیزات پروسسی مانند مبدل های حرارتی و خطوط لوله کاهش کارآیی این تجهیزات را به دنبال دارد.با توجه به اینکه در فرآیندهای روغن سازی یکی از مراحل اصلی فرآیند، جداسازی واکس می باشد، اهمیت این پدیده مشخص می گردد. مساله تشکیل رسوب واکس و عوامل موثر بر آن، سالهای متمادی مورد بحث پژوهشگران بوده و اکثر روش ها و مدلهایی که جهت توصیف و پیش بینی این پدیده ارائه شده اند، توافق ضعیفی با داده های آزمایشگاهی دارند و از هیچکدام نمی توان به عنوان یک راه حل عمومی، جهت پیش بینی این پدیده، استفاده کرد. این مدلها اغلب دمای پیدایش واکس و میزان رسوب تشکیل شده را بالاتر از مقدار تجربی و آزمایشگاهی آن، تخمین می زنند.با توجه به توضیحات یاد شده، پیش بینی دمای تشکیل رسوبات واکس و در نظر گرفتن این دما در طراحی تجهیزات مربوط به استخراج، تولید و بهره برداری از نفت خام یا برش های نفتی، اهمیت خاصی دارد. مدل سازی ترمودینامیکی، یکی از راههای بررسی این پدیده است.[1-6]

فصل دو
اهمیت رسوب واکس2-1- مشکلات رسوب واکسبا بوقوع پیوستن مشکل رسوب واکس، صنعت نفت برای چندین دهه دچار مشکل شده است، همزمان با ایجاد دو نگرانی اصلی -فنی و اقتصادی-. رسوب واکس می تواند خفیف، و یا می تواند به اندازه کافی شدید باشد که آن را غیر فابل کنترل کند (شکل 2-1).
مسائل فنی در ارتباط با رسوب موم عبارتند از :
کاهش تراوایی و آسیب سازند زمانی که در چاه و اطراف آن رخ می دهد.
کاهش در قطر داخلی و نهایتاً بسته شدن لوله های تولید جریان.
تغییرات در ترکیب مایع مخزن و رئولوژی مایع به علت جدایی فازها بواسطه ی رسوب ماده جامد رسوب واکس.
فشار اضافی وارده برای پمپاژ بر تجهیزات برای جبران افت فشار در امتداد خط جریان در نتیجه ی تغییرات رئولوژیکی به جهت شروع به تبلور واکس.

شکل 2-1- شدت رسوب واکس [122]از این رو، کنترل رسوب واکس ضروری است. برای پرداختن به موضوع رسوب واکس، سه پدیده ی مهم در نظر گرفته می شود : تشکیل رسوب واکس، نشست پویای واکس و انتقال حرارت از چاه. انسداد واکسی، که از رسوب واکس به دست آمده، ژلی است که حاوی بلورهای واکس جامد و مایع به دام افتاده.[7] رسوب واکس پدیده ی ترمودینامیکی است که منجر به رسوب بلورهای واکس جامد می شود. رسوب پویا ی واکس پدیده ای که در آن یک ژل با بلورهای واکس و مایع تشکیل شده، می باشد. رسوب واکس به منظور توسعه راه حل های کنترل رسوب موم در چاه باید دقیقاً توصیف گردد.
واکس یک اصطلاح کلی است برای توصیف تمام انواع ماده جامد که رسوب کرده اند و یا در طی سرد یا گرم شدن در محلول حل شده اند، بکار می رود.درجه حرارت ظاهر شدن واکس(WAT) درجه حرارتی است که در آن بلور واکس برای اولین بار دیده می شود؛ آن را نیز نقطه ابری شدن می نامند.دمای تشکیل واکس نفت مخزن ذخیره (STO) با استفاده از Cross polar microscopy اندازه گیری شده و برای نفت زنده live oil)) از high pressure cross polar microscopy استفاده می گردد.درجه حرارتی که در آن تمام بلورهای واکس به درون نفت برمی گردند به عنوان درجه حرارت انحلال واکس شناخته می شود (Wax Dissolution Temperature). دمای انحلال واکس معمولا بالاتر از دمای تشکیل واکس می باشد.
رسوب واکس در طول تولید نفت خام پارافینی و حمل و نقل آن، یکی از جدی ترین مشکلات در عملیات پایین دستی و بالا دستی است که با آن مواجه هستند. این رسوبات به طور عمده توسط نرمال پارافین ها (آلکان ها ی خطی) و مقدار کمی از پارافین شاخه دار و همچنین ترکیبات آروماتیک تشکیل می شود. نفتن ها (حلقوی ها) و پارافین های با زنجیره بلند نیز به تشکیل واکس میکروکریستالی کمک نموده و تأثیر قابل توجهی در الگوهای رشد میکروکریستال ها دارد. تعداد مولکول کربن پارافین ها ی موجود در لایه رسوب واکس از 15 اتم به بالاتر شناخته شده است. وقتی رسوب واکس شکل گرفت، به شکل کریستال خوشه ای است، که تشکیل یک ساختار کریستالی می دهد. کریستالی ذاتاً ترمو-پلاستیک بوده و می تواند به صورت جامد و یا مایع در محلول، بسته به درجه حرارت و شرایط فشار نفت خام وجود داشته باشد. تکنیک های پیشرفته تحلیلی این امکان را بوجود آورده اند تا 160 اتم کربن در این رسوبات تشخیص داده شود.
2-2- توصیف واکس2-2-1 – تبلور واکستبلور به طور کلی فرآیند جداسازی فاز جامد از محلول همگن می باشد، فاز جامد جدا شده به صورت بلور(کریستال) است. پارافین ها (واکس) در محلول به عنوان اجزای طبیعی نفت خام باقی می ماند تا زمانی که درجه حرارت نزدیک و یا پایین تر از حد حلالیت آنها برسد. جدایی واکس (فاز جامد) از نفت (فاز مایع) در شرایط مطلوب غالب[8] به عنوان تبلور یا رسوب واکس اشاره شده است. دو نوع از کریستال های واکس متمایز شناخته شده اند.[9] واکس ماکرو-کریستالی تشکیل شده عمدتا از نرمال پارافین ها و واکس میکرو-کریستالی متشکل از ایزو-پارافین ها و نفتن ها ( پارافین های حلقوی).
تشکیل بلورهای واکس شامل دو مرحله هسته زایی است. هنگامیکه حد حلالیت نزدیک می شود، انرژی جنبشی مولکول های پارافینی در نتیجه ی کاهش درجه حرارت کاهش می یابد. نتیجه کاهش این انرژی جنبشی، مانع حرکت مولکول های واکسی شده، منجر به کاهش مستمر و بسته شدن فضای بین مولکول ها می شود. با توجه به ادامه ی این روند، مولکول های واکس درهم پیچیده، تشکیل خوشه های بزرگتر و با ثبات پس از رسیدن به یک اندازه بحرانی قطعی است. اندازه بحرانی وابسته به شرایط حاکم است. با این حال، خوشه دوباره زمانی که اندازه بحرانی به دست نیامده باشد حل شده ناپایدار می گردد.
این خوشه ها به عنوان هسته نامیده می شود. هسته هایی که به اندازه بحرانی خوشه می رسند تعداد فزاینده ای از مولکول ها به آنها تحت شرایط حاکم چسبیده، که منجر به افزایش اندازه بلورهای واکس می گردد. این فرآیند افزایش در اندازه، به عنوان “مرحله رشد کریستال واکس” شناخته شده است. هسته زایی و رشد در نفت به طور همزمان رخ می دهد ، حتی با وجود غالب بودن یکی از دو فرآیند در یک زمان نسبت به دیگری.
2-2-2- رسوب واکس(wax deposition)واکس های نفتی را بر حسب مواد اولیه ای که از آن بدست می آیند، می توان به سه دسته تقسیم کرد.
الف: واکس های پارافینی
این نوع واکس از مواد اولیه با نقطه جوش پایین به دست آمده و بیشتر ترکیبات سازنده ان از هیدرو کربن های پارافینی تشکیل شده است. بیشتر هیدروکربن های شاخه دار از نوع ایزومر پارافین ها هستند. هیدروکربن های سازنده واکس دارای 20 تا 40 اتم کربن می باشند و جرم مولکولی آن ها بین 280 تا 560 متغییر است. همچنین در دمای عادی جامد بوده و گرانروی آن حدود 35-45 (در 100 درجه سانتی کراد) و کریستال های آن به صورت سوزنی یا صفحه ای است.
ب: واکس های میکروکریستال
واکس های میکرو کریستال از واکس گیری مواد اولیه سنگین (مواد اولیه با نقطه جوش بالا) به دست می آیند. کریستال های آن از انواع پارافینی ریزتر بوده و جرم مولکولی آن حدود 450-800 و تعداد ترکیبات کربن سازنده آن بین 32-57 می باشد.
واکس های میکرو کریستال در مقایسه با انواع پارافین ها با اسید سولفوریک، اسید نیتریک و اسید سولفونیک بهتر ترکیب می شوند و علت این ترکیب، وجود هیدروژن، روی کربن نوع سوم است. انواع اکسید شده ی این واکس ها در صنایع تولیدی واکس کف اتاق استفاده می شود. همچنین در تولید رنگ به عنوان پیگمان سوسپانسیون به کار گرفته می شوند.
ج)پترولاتوم
اگر عمل واکس گیری بر روی مواد باقی مانده تقطیر انجام شود واکس حاصل را پترولاتوم می نامند. کریستال های آن از دو نوع قبلی ریزتر بوده و مقداری روغن را در خود نگه داری می کنند به طوری که معمولاً حالت ژلاتینی دارند.
جرم مولکولی آن بین 560-980 و نقطه ی ذوب آن بین 55-85 درجه سانتی گراد است. در مواثعی که بخواهند پترولاتوم را بدون استفاده از حلال و حرارت پخش کنند، از پترولاتوم امولسیون شده در آب داغ استفاده می شود. جدول 2-1 خواص فیزیکی و شیمیایی واکس های پارافینی-میکروکریستال و پترولاتوم را نشان می دهد.
جدول 2-1: خواص فیزیکی و شیمیایی واکس های پارافینی-میکروکریستال و پترولاتوم [123]
نوع
خواص واکس
واکس پارافینی میکرو کریستال پترولاتوم
نقطه ذوب(سانتی گراد) 38-66 55-93 44-80
تعداد کربن موچود در هر مولکول گرم واکس 20-40 36-50 40-70
نقطه اشتعال(سانتی گراد) 380-510 500-580 –
گرانروی(SUS) 300-35 60-100 60-120
جرم مولکولی 300-350 500-700 560-980
درصد روغن 5/0-5 % تا15 % بیشتر از 10%
رنگ سفید سفید-زرد سفید-تیره
چگالی (20 درجه سانتی گراد) 93/0-88/0 94/0-89/0 899/0-896/0
فرم کریستال صفحه ای-سوزنی سوزنی ریز سوزنی بسیار ریز
گاهی اوقات در مقالات، عبارت رسوب(deposition) با عبارت بارش(precipitation) برابر تفسیر می شود ، اما مفهوم آنها متفاوت است. رسوب واکس تشکیل لایه ای از فاز جامد جدا شده بوده، و رشد نهایی این لایه، بر روی یک سطح در تماس با نفت خام است. رسوب واکس می تواند از فاز رسوب جامد حاضر (واکس) تشکیل گردد آنهم از طریق مکانیسم تنش پراکندگی،نشست گرانشی و حرکت براونیان، و یا از مولکول های واکس حل شده از طریق یک مکانیسم نفوذ مولکولی تشکیل شده است. ترسیب مولکول واکس لزوماً به رسوب منجر نمی شود، بنابراین، ترسیب، هر چند شرط مهم برای رسوب است، لزوماً برای رسوب واکس کافی نمی باشد.
سینگ و همکاران. [10] گزارش دادند که در فرآیند رسوب واکس دو مرحله وجود دارد: تشکیل ژل واکس و پس از آن کهنه شدن ژل واکسی رسوب کرده. لایه رسوب واکس نفت حاوی نفت خام، آب، چسب ها، رزین ها، شن و ماسه و آسفالتین ها، با توجه به ماهیت نفت خام مورد نظر که در طول فرایند تبلور و رسوب گیر افتاده، می باشد. نفت به دام افتاده باعث نفوذ مولکول های واکس به لایه ژلی و نفوذ متقابل نفت از لایه ژل، که یک فرایند وابسته به تعداد کربن بحرانی از نفت است، می شود. تعداد کربن بحرانی(حیاتی) برای نفت خام های واکسی مختلف منحصر به فرد است و بستگی به شرایط عملیاتی حاکم دارد .[11] روند نفوذ و نفوذ متقابل منجر به سخت شدن لایه رسوب، افزایش در میزان رسوب، و افزایش در مقدار واکس در لایه ژل شده، که به نام کهنگی(aging) معرفی می شود که بدان مرحله دوم رسوب واکس اطلاق می گردد.
2-3- ماهیت واکسمطالعه تعادلات جامد-مایع یکی از تکنیک های اصلی در طراحی و توسعه فرآیند های جداسازی از قبیل: کریستالیزاسیون و تجزیه می باشد. فرآیند کریستالیزاسیون در جداسازی مخلوط ها از یکدیگر کاربرد بسیار دارد. دانش تعادلات جامد-مایع همینطور برای طراحی خطوط لوله که در آنها تشکیل کریستال ها که سبب صدمات جبران ناپذیری می شود از اهمیت بسیاری برخوردار است. تشکیل رسوبات نفتی همواره یکی از مشکلات اصلی در زمینه انتقال و توزیع فرآورده های نفتی می باشد[12].
در اثر رسوب واکس در خطوط لوله مشکلات عدیده ای پیش می آید که از آن جمله می توان به: عدم توانایی در پیش بینی دقیق حجم، افزایش میزان جامد در خطوط لوله و تانک ذخیره، افزایش گرانروی مایع و افزایش هزینه های پمپ کردن نام برد. در نتیجه درک موضوع رسوب و نیز محاسبه میزان رسوب در خطوط لوله انتقال نفت به عنوان اولین مرحله در کاهش هزینه های انتقال می باشد.
به منطور بررسی جامع پدیده ی رسوب مواد سنگین هیدروکربوری، شناخت مکانیزم های ریزش رسوب امری اجتناب ناپذیر است و نیاز است این پدیده از دیدگاه ترمو دینامیکی و کلوئیدی مورد بررسی قرار گیرد. به طور طبیعی مواد سنگین هیدرو کربوری در طی سالیان متمادی در یک حالت تعادل حساس قرار دارند که هر گونه تغییر در شرایط ترمودینامیکی باعث بهم خوردن تعدل ترمودینامیکی و کاهش حلالیت برخی از مواد سنگین تشکیل دهند ه ی نفت خامی می شود و در نتیجه این مواد ریزش کرده و هسته های اولیه رسوب تشکیل و به دنبال آن پس از تشکیل هسته ها، کریستالیزاسیون واکس و خوشه ای شدن ترکیبات سنگین صورت می گیرد. بر اساس ماهیت شرایط عملیات بهره برداری، رسوب مواد نفتی در موارد زیر می تواند بوجود آید:
تغییر در ترکیب مواد نفت (تزریق امتزاج پذیر گاز)
دو فازی شدن نفت زیر فشار نقطه حباب ( در مخزن و در چاه تولیدی خطوط انتقال و تأسیسات نفتی)
کاهش فشار به نزدیکی نقطه حباب‌ ( در سازند های نفتی، چاه های تولیدی، خطوط انتقال و تأسیسات)
کاهش درجه حرارت ( خطوط انتقال نفت خام به خصوص در زیر سطح دریا و تأسیسات تولیدی نفت خام زیر نقطه تشکیل رسوب واکس)
در پدیده ی رسوب واکس، پارامتر درجه حرارت و کاهش آن زیر نقطه کریستالیزاسیون تأثیر بسیاری دارد حتا در برخی موارد به علت پدیده ژله ای شدن باعث انسداد کامل خط لوله می شود.
به ترکیب هایی که واکس را تشکیل می دهند می توان از دو بعد نظاره کرد، ماکروسکوپی و میکروسکوپی.
از بعد ماکروسکوپی واکس ها شامل ترکیبات نرمال پارافین ها می باشند که در کنار یکدیگر ساختار کریستالی برای تشکیل واکس ایجاد کرده ان و به آنها واکس های پارافینی نیز می گویند. اما در بعد میکروسکوپی واکس شامل پارافین، ایزوپارافین ( ترکیبات شاخه دار) و ترکیبات اروماتیکی می باشد که به این مدل میکروسکوپی، واکس های آمورف نیز گفته می شود. باید در نظر داشت که واکس های میکروسکوپی دارای وزن مولکولی، جرم ویژه و شاخص بازتابش نور بیشتری نسبت به واکس های ماکروسکوپی می باشند [13] و واکس های ماکروسکوپی مشکلات بیشتری نسبت به واکس های میکروسکوپی در خطوط انتقال ایجاد می کنند [14و16].
با آنکه در رسوبات نفتی ترکیبات غیر خطی، شاخه ای و حلقوی وجود دارند، اما مهم ترین بخش در رسوبات نفتی به صورت واکس را نرمال پارافین ها تشکیل می دهند [15 و 18].
به طور مثال تغلیظ نفت خام با افزایش میزان نرمال پارافین های سنگین (بیشتر از C24)، سبب افزایش دمای رسوب واکس می شود در حالی که افزایش میزان غلظت ترکیبات شاخه ای و حلقوی تأثیری در دمای رسوب ندارد مگر اینکه غلظت این ترکیبات در مخلوط بسیار بالا رود.[17]
نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که میزان رسوب نرمال پارافین ها در نفت خام به صورت یک تابع نمایی می باشد و در دماهای پایین تر، در بیشتر موارد ساختار ارتورومبیک ایجاد می شوند و هر کدام از این فازها دارای گستره وسیعی از پارافین ها با تعداد کربن های متفاوت می باشند.[19]
نمونه های مولکول های تشکیل دهنده واکس در شکل 2-2 دیده می شود

شکل2-2- نمونه های مولکول های تشکیل دهنده واکس[117]طی تحقیقات بیشاپ و همکاران [20] در سال 1995، در ترکیب واکس مولکول های با تعداد کربن بیش از 50 بسیار نادر می باشند.
باید دانست که در تشکیل واکس پارافین های بدون شاخه و یا با تعداد شاخه بسیار کم با غلظت بسیار بالا شرکت می کنند و عموماً پارافین های با تعداد کربن بین 20 تا 50 را اجزای تشکیل دهنده ی واکس جامد در نظر می گیرند.
واکس های نفتی مخلوط های پیچیده ای شامل: نرمال آلکان ها، ایزو الکان ها و سیکلو آلکان ها با تعداد کربن در گستره ی بین 18 تا 65 کربن می باشند.[21] تصویر شاخه های تشکیل دهنده واکس در شکل 1-1 دیده می شود که به ترتیب نرمال پارافین، ایزو پارافین و سیکلوپارافین می باشند. میزان درصد هر یک از گروه ها در تشکیل واکس در جدول 2-2 مشاهده می شود.
جدول 2-2: ترکیب درصد و خواص گروه های تشکیل دهنده واکس [121]
گروه واکس و خصوصیاتش واکس پارافینی واکس میکرو کریستالی
نرمال پارافین 80-95 0-15
پارافین شاخه دار 2-15 15-30
سیکلو پارافین 2-8 65-75
دمای ذوب(سانتی گراد) 50-65 80-90
جرم متوسط مولکولی 350-430 500-800
تعداد کربن 18-36 30-60
بلورینگی 80-90 50-65
موسر و کیلپاتریک [22] آزمایشاتی را بر روی 16 ترکیب نفتی مختلف انجام دادند و مشاهد کردند که واکس های ماکروسکوپی جرم مولکولی بین 350 تا 600 دارند در حالیکه واکس های میکروسکوپیک مقدارشان بین 300 تا 2500 می باشد، که در این آزمایشات 5 مخلوط خواص میکروسکوپیک و 6 مخلوط خواص ماکروسکوپیک و 5 مخلوط نیز دارای هر دو نوع رسوب واکسی بودند.
در شکل 2-3 نحوه تغییر دمای تشکیل واکس به طور آزمایشگاهی دیده می شود که در این نقطه با تغییرات زیاد در فشار تغییرات کمی در دما مشاهده می گردد.

شکل 2-3- نحوه تشخیص دمای تشکیل [117]در مخازن، هنگامی که شرایط ترمودینامیکی در مخزن تغییر می کند و میزان حلالیت واکس ها کاهش می یابد، واکس تشکیل می شود. ذرات واکس رسوب نمی کنند و امکان دارد که به طورت کریستال بر روی سطح سیال جمع شوند و در هنگامی که میزان این ذرات افزایش پیدا می کند و یا ذرات دیگری به مانند آسفالتن ها، رزین ها و حتی مواد حاصل از خوردگی به عنوان هسته های اولیه در مخلوط وجود داشته باشد، کریستال های واکس بهم متصل شده و ذرات بزرگتر را تشکیل می دهند و این ذرات بزرگ می توانند از مخلوط جدا شده و رسوبات واکس را تشکیل دهند.
در شکل 2-4 یک نمونه نمودار فازی رسوب واکس در محورهای دما-فشار را نشان می دهد.
30632403893185WDE: Wax Deposition Envelope
00WDE: Wax Deposition Envelope

شکل 2-4- نمودار فازی دما-فشار برای رسوب واکس محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel [1]همانطور که از شکل فوق پیداست، مرزهای بین فازهای جامد و مایع بسیار به خط عمودی نزدیک است و میزان حساسیت این خط به دما بسیار بیشتر از فشار می باشد. اما همین تغییرات کم شیب با فشار موجب ایحاد تغییرات زیادی در میزان دمای رسوب واکس می شود. کاهش دما دلیل اصلی ایجاد رسوبات نفتی می باشد زیرا با کاهش میزان دما در مخلوط های نفتی میزان حلالیت واکس در سیال هیدروکربنی کاهش پیدا می کند.همچنین بر اثر برداشت از مخازن و انبساط نفت و کاز درون مخزن، دمای آن افت پیدا می کند و پایین می آید و با جداسازی گازهای حل نشده در مخلوط نفتی نیز میزان رسوبات افزایش می یابد. البته همواره در مخلوط های نفتی مواد سبکتر را به عنوان حلال های رسوبات واکس نام می برند.

شکل 2-5- نمودار فشار-دما-ترکیب برای یک نمونه رسوب واکس، محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel، [1]تشکیل رسوبات نفتی دارای رسوبات 2 مرحله کاملاً متفاوت می باشد. تشکیل هسته ها و رشد کریستال ها. اگر دمای مایع تا نقطه تشکیل واکس پایین آورده شود، مولکول های واکس شروع به تشکیل خوشه ها می کنند و مولکول های واکس به هم متصل می شوند و این مرحله خوشه ای شدن را آنقدر ادامه می دهند تا بتوانند به مرحله پایداری برسند و در این مرحله هسته ها تشکیل شده اند و به این مرحله هسته گذاری می گویند. و اگر دما همچنان پایین تر از دمای رسوب واکس باشد، کریستال ها شروع به رشد می کنند و ساختاری صفحه ای را تشکیل می دهند [23].
نرمال الکان ها ساختارهای متفاوتی در هنگام تشکیل فاز واکس از خودشان نشان می دهند. ساختارهای شش تایی، اُورتوروموبیک، تریکلینیک و مونو کلینیک. نرمال آلکان های دارای تعداد کربن فرد بین 11 تا 43 و نرمال آلکان های بین 22 تا 42 در هنگام تشکیل فاز جامد ساختار شش تایی تشکیل می دهند. این ساختار دارای درجه آزادی چرخشی بالایی می باشد و از لحاظ فیزیکی نور را از خود عبور می دهد، سایر ساختار ها از لحاظ درجه چرخش محدودیت دارند. آلکان های با تعداد کربن زوج بین 12 تا 20 یک ساختار تری کلینیک تشکیل می دهند و سایر آلکان های با تعداد کربن بیشتر از 43 ساختار ارتورومبیک دارند. ساختار مونوکلینیک نیز بصورت مستقیم اجاد نمی شود بلکه با سرد کردن آلکان های با تعدا د کربن زوج از ساختارهای هگزاگونال یا ارتوروموبیک ایجاد می شود.
در یک مخلوط دو تایی از دو هیدروکربن متفاوت باید شرایط را در نظر گرفت زیرا ساختار تشکیل شده توسط این مخلوط دو تایی بسیار به مولکول های سازنده و به فرد و زوج بودن دو ماده و اینکه یک ماده زوج و دیگری فرد باشد بستگی دارد. اگر هر دو مولکول از لحاظ ساختاری و نحوه تشکیل دارای یک ساختار کریستالی و در حالت خاص خود باشند این بدین معنی است که یک ساختار جامد تکفازی تشکیل می شود. در هنگامی که اختلاف طول بحرانی مولکول ها کمتر از 6% باشد. در نرمال آلکان های دارای بین 18 تا 35 کربن اختلاف صول بحرانی بین 2 تا 6 اتم کربن می باشد [24].
در یک ترکیب دو تایی بین یک آلکان فرد و آلکان زوجی با اختلاف طول مولکولی کمتر از 2 %، حالت پایدار در دماهای پایین عموماً بطورت ساختار اورتوروموبیک می باشد [25].
رفتار ساختاری اجزای یک مخلوط نفتی می تواند از رفتار ساده در تشکیل ساختارهای ساده تا رفتار پیچیده در هنگام تشکیل واکس از مخلوط ها وجود داشته باشد و توسعه ی هر مدل ترمودینامیکی برای تعیین شرایط رسوب تشکیل واکس از مخلوط های نفتی بستگی به ساختاری دارد که مدل می شود و برای این کار باید مدل های مختلف و پارامترهای بسیاری تست شوند تا بتوان بهترین و ساده ترین مدل را انتخاب کرد.
ساده ترین مدل ها بر مبنای سیستم های تک جزیی و تکفازی جامد نوشته می شوند. این مدل ها برای مواد خالص و سیستم هایی که بتوان تمام اجزای جامد را در یک فاز درنظر گرفت به کار می رود و مدل جامد محلول بر همین اساس ترکیب چند جزیی در فاز جامد را یک فاز در نظر می گیرد که روابط هر جز خالص جامد را در ترکیبات دوتایی و چند تایی بکار می برند.
لیرا-گالنا و همکاران اولین بار این تئوری را مطرح کردند که در این تئوری فرض می شود که فاز جامد متشکل از چندین فاز غیر قابل حل در یکدیگر می باشد که هر کدام از این فازها یک جزء خالص می باشد.
در صنایع نفتی، حلالیت نرمال آلکان ها به مانند سایر مواد مانند آروماتیک ها و نفتنیک ها، بسیار مهم می باشد. اما اکثر این مطالعات در شرایط استاندارد و در فشار اتمسفری می باشد.[26-37] در حالیکه در صنایع نفتی در اکثر موارد فشار بالاست و پدیده ی رسوب در فشار های بالا همواره مشکلات بسیاری برای سیستم اایجاد می کند و مطالعه رسوب در فشارهای بالا یکی از اولویت های اکثر شرکت های نفتی می باشد.
مدل های ترمودینامیکی زیادی توسط محققان ارائه شده است، اکثر این مدل ها در شرایط اتمسفری و فشارهای پایین دارای جواب های مناسبی می باشند، و مدل هایی که در فشارهای بالا ارائه شده اند دارای پارامتر های برازش شده بسیاری در هر ترکیب دو تایی می باشند.[38]
2-4- عوامل موثر در تشکیل رسوب واکساگر چه نقطه ابری شدن ونقطه ریزش، خواص ترمودینامیکی مشخصی برای ترکیبات نفتی دارای واکس هستند، موقعیت نسبی آنها در دیاگرام P-T و هم چنین میزان رسوب تشکیل شده و تجمع آن، به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که از جمله مهمترین این فاکتور ها عبارتند از:
ترکیب یا Composition سیال، دما و سرعت سرد شدن، فشار، غلظت پارافین ها، و جرم مولکولی پارافین ها. وجود رسوبات دیگر مانند مواد اسفالتنی و یا ناخالصی های جامد، و مقدار آب موجود در ترکیب را نیز باید در نظر گرفت. تحقیقات انجام شده نشان می دهد که تشکیل رسوب واکس در مراحل اولیه، حساسیت بسیار زیادی به ترکیب سیال دارد.
واکس بخشی از نفت خام است که در محلول باقی می ماند تا زمانی که شرایط عملیاتی مطلوب جهت ریزش آن ناشی از تغییر در تعادل دما و فشار نفت خام بوجود آید.
پس از ریزش(تبلور)، واکس بر روی اجزای سیستم تولید و توسط مکانیسم های مختلف از جمله انتشار مولکولی، پحش تنش برشی، نفوذ براونیان، و نشست گرانشی رسوب می کند. نفوذ براونیان و حل و نشست گرانشی در حصول شرایط پویا در تولید نفت خام زیاد مهم نمی باشد. رسوب واکس در تمام سطوح سیستم تولید از جمله مخزن، چاه، لوله کشی، خط لوله، خطوط جریان، و تأسیسات روی سطح گزارش شده است.
رسوب واکس باعث از دست دادن تولید، کاهش قطر لوله، و افزایش توان مورد نیاز موتور، و تأثیر منفی در اقتصاد تولید می شود. اقدامات اصلاحی در دسترس عبارتند از روش های مکانیکی، شیمیایی، و تکنیک های حرارتی.
کاهش دما/از دست دادن حرارت یک عامل غالب در مسائل واکس است، زمانی رسوب واکس از نفت خام شروع می شود که درجه حرارت کاهش یابد و یا به زیر نقطه ابری شدن برسد(درجه حرارت ظاهرشدن واکس[WAT](. با این حال، عوامل دیگر مانند فشار، ترکیب نفت، نسبت نفت-گاز، نسبت آب و نفت، سرعت جریان و زبری سطح لوله نیز در مشکل رسوب واکس شرکت دارند.
همانطور که قبلا ذکر شد، جامدات هیدروکربنی بالقوه تمایل به رسوب گذاری در هر نقطه از مناطق نزدیک چاه و سوراخ چاه ها، امکانات سطح روی سازه، و خطوط لوله را دارند.
شکل 5-2 به صورت شماتیک مرزهای فاز هیدروکربنی بالقوه برای تشکیل فاز جامد را نشان می دهد.

شکل 2-6- یک نمونه از نمودار فازی (دما و فشار) نفت که ممکن است انواع انتقال فازها را تجربه کند[116]این نمودار به طورکل ممکن است برای تمام مایعات نفتی قابل استفاده نباشد، اما تصویر کلی از مراحل مختلف و انتقال فازهای ممکن را نشان می دهد و از یکدیگر متمایز می کند. نقاط موجود درشکل، نقاط 1-9 متناظر با تغییر فازهای 1-9 در جدول 2-3 می باشند.

-32385523875جدول2-3 :نقاط شناخته شده و تعریف شده در گذار فازهای مواد نفتی[116]00جدول2-3 :نقاط شناخته شده و تعریف شده در گذار فازهای مواد نفتی[116]

فصل سه
تئوری های واکس3-1- تئوری هیدرودینامیکی واکسرسوب ژل واکس در دیواره لوله به دنبال فرآیندی است که توسط پنج مرحله زیر شرح داده می شود: [11]
1.تشکیل ژل از نفت واکسی (یا شکل گیری لایه ژل بدوی) روی سطح سرد.
2. نفوذ واکس (هیدروکربن ها با تعداد کربن بیشتر از تعداد کربن بحرانی) به سمت لایه ژل از نفت.
3. نفوذ داخلی این مولکولها از طریق نفت به تله افتاده.
4.رسوب این مولکولها از طریق نفت به تله افتاده.
5. نفوذ متقابل نفت خالی از واکس(dewaxed oil) (هیدروکربن با تعداد کربن کمتر از تعداد کربن بحرانی) از لایه ژل رسوب کرده.
مراحل 3، 4 و 5 به عنوان عوامل افزایش در مقدار واکس جامد در لایه ی ژل (کهنگی رسوب واکس) گزارش شده اند.
طرز کار و مکانیزم رسوب واکس در اینجا با توجه به حمل و نقل جانبی ته مانده ی واکس در نظر گرفته شده است. اعتقاد بر این است که رسوب واکس به عنوان نتیجه حمل و نقل جانبی توسط نفوذ مولکولی، پراکندگی برشی، و نفوذ براونین رخ می دهد. نشست گرانشی است همچنین یک مکانیزم احتمالی حمل و نقل است.
3-1-1 نفوذ مولکولیبرای تمام شرایط جریان، نفت یا در طول لوله، و یا حداقل در زیر لایه آرام در مجاورت دیواره لوله در جریان آرام می باشد. هنگامی که نفت سرد می شود یک گرادیان دمایی در سراسر زیر لایه آرام وجود دارد. اگر درجه حرارت پایین تر از دمایی که در آن بلورهای جامد واکسی شکل می تواند رسوب کند، سپس عناصر جریان نفت حاوی رسوب ذرات جامد باشند، و فاز مایع در حالت تعادل با فاز جامد فرض گردد، این مایع از واکس محلول، اشباع است. نمودار درجه حرارت در نزدیکی دیواره سبب ایجاد گرادیان غلظت از واکس حل شده می شود، و این مواد حل شده به سمت دیوار با مکانیزم نفوذ مولکولی حرکت می کند. هنگامی که این مواد به سطح تماس جامد/مایع می رسد، از محلول رسوب می کنند.
3-1-2- نفوذ براونین
کریستالهای کوچک جامد واکسی مانند، هنگامی که در نفت به حالت تعلیق هستند، به طور مداوم توسط مولکولهای نفتی آشفته ی حرارتی(thermally agitated) بمباران می شوند. این برخوردها به حرکت های کوچک تصادفی براونی از ذرات معلق منجر می شود. اگر شیب غلظت از این ذرات وجود داشته باشد، حرکت براونی به حمل و نقل خالص منجر می شود، که در طبیعت و شرح ریاضی به نفوذ مولکولی شبیه است.
3-1-3- پراکندگی برشیهنگامی که بلورهای واکس در نفت جریان به حالت معلٌق است، ذرات واکس با متوسط سرعت و جهت نفت حرکت می کنند. تنش برشی مایع نزدیک به دیوار لوله نیز شامل حرکت جانبی ذرات واکس بوده و به عنوان پراکندگی برشی شناخته شده. به این ترتیب واکس رسوب کرده از هسته جریان آشفته به دیواره لوله منتقل می شود. بلورهای واکس درنفت به سمت دیوار جایی که آنجا رسوب گذاری می کنند، مهاجرت نموده، به دلیل سرعت پایین تر در نزدیکی دیواره نسبت به مرکز لوله، در دیواره ممکن است واکس رسوب خود را در آن تشکیل دهد یا پیوندی توسط مکانیزم نفوذ مولکولی با واکسی که از قبل شکل گرفته دهد [39].
پارامترهای به احتمال زیاد اثر گذار بر مکانیزم پراکندگی برشی [10]:
نرخ تنش برشی دیواره
مقدار واکس محلول
شکل و اندازه ذرات واکس
پراکندگی برشی زمانی مهم می شود که محتوای واکس رسوب کرده در هسته ی آشفته بالا است. این هنگامی که دمای نفت زیر دمای تشکیل واکس باشد رخ می دهد. افزایش سرعت تنش برشی منجر به بیشتر پراکنده شدن ذرات واکس به سمت دیواره می شود، اما افزایش متناظر با تنش برشی در دیواره ممکن است باعث شود مقادیری از واکس روی دیواره جدا شده و با جریان نفت همراه گردد [39].
3-1-4- نشست گرانشیرسوب کریستالهای واکسی چگالتر از فاز مایع نفتی اطراف است. از این رو ، اگر ذرات غیر عامل باشند، در یک میدان گرانشی ته نشین شده و می تواند در انتهای لوله ها یا مخازن رسوب کنند.
3-1-۵- ورقه ورقه شدن رسوبات واکسیهنگامی که تنش برشی سیال در دیواره از مقاومت تسلیم رسوبات تجاوز کند انتقال آنها به درون جریان را راحت می سازد. این اثر ورقه ورقه شدن ضخامت رسوبات را کاهش می دهد. این مطلب همچنین مکانیزم غالب در حین راه اندزای خطوط لوله متصل به نفت ژلاتینی نیز میباشد.
3-2- مدل دینامیکی رسوببرگر و همکاران 4 مکانیزم در جهت تشکیل رسوب را مشاهده نمودند(1981).نتایج حاصل از آزمایشات انجام شده بر روی سیستم خط لوله ترانس آلاسکا (Trans Alaska pipeline sys–)، (TAPS) نشان داد که رسوب واکس درون TAPS در نتیجه ی نفوذ مولکولی جزء واکسی، تنش برشی و نفوذ براونین از درون نفت خام به سمت جداره سرد لوله رخ می دهد، نشست گرانشی هم به عنوان یک مکانیزم مشخص وارد محاسبات گردید. بر اساس مشاهدات برگر و همکاران یک مدل تئوری با استفاده از نفوذ مولکول واکس حل شده به همراه استفاده از نفوذ براونین و تنش برشی اجزای ته نشین شده از قبل جهت پیش بینی رسوب واکس TAPS ارائه دادند.
نتایج آزمایشات میدانی نشان دادند که در دماهای پایین و شار حرارتی کم، تنش برشی پدیده حاکم است. در مقابل نفوذ مولکولی در دماها و شار حرارتی بالاتر پدیده ی غالب می باشد.
سینگ و همکاران (2000) پدیده ی پیری (aging) و رشد (growth) را درون خطوط جریان بررسی نمودند. در این آزمایشات دما پایین تر از دمای تشکیل واکس قرار داده شد. نفت مورد استفاده 67% در صد وزنی واکس حل شده درون مخلوط 3 به 1 نفت معدنی و کروزین (mineral oil & kerosene) می باشد.
در فواصل 2 اینچی فشار سنج هایی نصب گردید که بر اساس اختلاف فشار، میزان ضخامت اندازه گیری می شود. واکس بدست آمده بوسیله ی کروماتوگرافی آنالیز شده و مشخص شد که واکس یک شبکه ی 3 بعدی شامل کریستالهای واکس و میزان قابل توجهی نفت محبوس درون ساختارش می باشد. میزان واکس درون ژل رسوب کرده با زمان و گرادیان دمایی در طول لوله افزایش می یابد. این پروسه ی کهنه شدن بر اثر نفوذ متقابل مولکول های واکس به درون لایه و نفوذ مولکول های نفت به درون جریان از سمت لایه مزبور می باشد. سپس یک مدل ریاضی برای پیش بینی رشد لایه و ترکیب واکس رسوب بر روی دیواره ی سرد ارائه دادند. از آنجاییکه آنها رژیم آرام را مد نظر گرفتند، جداسازی لایه ای یا ورقه ورقه شدن(shear removal)، پخش براونین و نشست گرانشی در مقایسه با پدیده ی غالب یعنی نفوذ مولکولی قابل صرفنظر کردن می باشد.
ونکاتزان(2004) کار سینگ را گسترش داد و این کار را با در نظر گرفتن جریان آشفته برای مدلسازی انجام داد. در جریان آرام، نرخ جریان آرام بوده و نرخ رسوب مولکول های واکس از فاز نفتی نسبتاً سریع می باشد، که می توان بر این اساس سینتیک تشکیل رسوب قابل صرفنظر کردن می باشد (در جریان آرام). با این حال این سینتیک در جریان آشفته به عنوان پدیده ی غالب بیان می گردد، در نتیجه این مدل، سینتیک رسوب را وارد محاسبات می نماید، اگرچه آزمایشات نشان داد که از این مورد هم می شود در جریان آشفته صرفنظر نمود.
هرناندز و همکاران (Hernandez 2004) مدل لایه نازک (thin-film) را بهبود بخشیدند. آنها جداسازی ورقه ورقه ای و سینتیک مقاومتی را برای نفوذ مولکول های واکس به درون لایه واکسی در نظر گرفتند. ترم مقاومت سینتیکی (kinetic resistance) اجازه می دهد که غلظت واکس در سطح تماس متفاوت باشد. نتایج حاصل از آزمایشات با استفاده از برش میعانی نشان داد که بدون استفاده از ترم مقاومتی مدل سینگ میزان ضخامت را زیاد پیش بینی می کند و همچنین میزان واکس موجود در لایه را نیز کمتر از حد معمول تخمین می زند.
رسوب پارافین افت فشار اصطکاکی در لوله را با کاهش قطر موثر لوله، dw، افزایش می دهد. برخی از محققان گزارش می دهند که زبری موثر نیز افزایش قابل توجهی با توجه به رسوب پارافین دارا می باشد (برن و همکاران). هر گونه افزایش در زبری در نتیجه افزایش ضریب اصطکاک (تحت جریان آشفته)، f ، که در نتیجه افزایش افت فشار همانطور که در معادله (3-الف)نشان داده شده است می گردد. معادله فانینگ برای افت فشار اصطکاکی در لوله ها.
(3-الف)∆P∆L=2 f ρovodw
رسوب پارافینی در جریان چند فاز به نحو ضعیفی فهمانده شده است. برای جریان تک فاز نفت خام حاوی واکس، با وجود مقدار قابل توجهی از مطالعات که در مقالات وجود دارد، مکانیسم رسوب هنوز هم به طرز صحیح درک نمی شود.
3-3- رسوب پارافین در سیستم های جریان تکفازیتعدادی از محققان پدیده رسوب پارافین را در سیستم های تک فاز جریان نفت بررسی کرده اند. متزین(1996) و لوند (1998) بررسی کاملی از مقالات موجود در تئوری رسوب واکس در طول جریان تک فاز را گزارش دادند. چهار مکانیسم به عنوان علل احتمالی وقوع رسوب واکس به ترتیب نفوذ مولکولی، پراکندگی برشی ، نفوذ براونی و نشست گرانشی شناخته شدند.
همودا و دیویدسن در (1995)، و ایتون و وییتر نشان داده اند که مکانیزم پراکندگی برشی بر اساس مشاهدات تجربی، قابل صرفنظر می باشد. کریک و همکاران. (1999) نیز اذعان دارند که پراکندگی برشی، انتشار براونی ونشست گرانشی عوامل مؤثری در پدیده رسوب نیست.
3-4- رسوب پارافین در سیستم های جریان چند فازیرسوب پارافینی در جریان چند فازی بطور ناچیز درک شده است. در این قسمت ، همه منابع اشاره به جریان های چند فازی اساساً متشکل از جریان گاز طبیعی و نفت خام دارند. اثر فاز آب در رسوب پارافین مورد بررسی قرار نمی گیرد. در سیستم های چند فاز، فاز گاز اضافی به پیچیدگی درک پدیده های رسوب موم می افزاید.
ریگ و همکاران.(1998)[40] و داوسون مدل هایی برای رسوب پارافین چند فازی ارائه داده اند، اما مدل ارائه شده شامل مفروضاتی چند و البته نا صحیح که با داده های تجربی مناسب بوده و هرگز تایید نگردید، می باشد. فورسدیک [41] و متزین و همکاران [42] واَپته و همکاران [43] ارائه شرحی از اثرات احتمالی جریان های چند فاز در رسوب پارافین را فراهم نمودند.آنها پیشنهاد دادند که اثرات اصلی جریان های چند فاز در رسوب واکس مؤثر از ترکیب اجزاء و الگوهای جریان است.اَپته [44] با انجام یک تحقیق مقدماتی رسوب واکس، متوجه شد که رسوب واکس مختص الگوی جریان است. یک شبیه ساز جهت پیش بینی رسوب واکس در محیط های چند فازی توسعه داده شد و با اطلاعات جمع آوری شده آزمایش گردید.
ریگ و همکاران. فرض کردند که گرادیان دمای شعاعی در مخلوط جریان دو فازی سبب می شود واکس حل شده از جریان نفت به سمت دیواره نفوذ کند. فرایند نفوذ در زیر لایه جریان آرام رخ می دهد. ریگ و همکاران فرض نمودند که سطح داخلی محیط مرطوب به الگوی جریان محلی و ماندگی مایع بستگی دارد. به عنوان اولین تقریب برای جریان حلقوی، حباب پراکنده و حبابی و متناوب، و الگوهای جریان ناشی از اسباب گرداننده، فرض شده است محیط کل مرطوب می شود. این تقریب باعث این می شود که نرخ تشکیل لایه رسوب به شدت وابسته به شیب غلظت، که وابسته به گرادیان درجه حرارت شعاعی بین جریان مخلوط دو فاز نفت و دیواره لوله است، شود. داوسون [45] نرخ رسوب پارافین در محیط جریان های چند فاز را با استفاده از یک ضریب انتقال جرم محلی از پارافین حل شده در یک کانال بسته تعریف نمود. ضرایب انتقال جرم بین سطحی از مایع به دیوار برای هر قطعه لوله بسته با توجه به شرایط محلی جریان و تعیین خواص سیال، بدست آمد. با استفاده از قیاس چیلتون-کالبرن رابطه بین جرم و انتقال حرارت را فراهم می کند، عوامل بهبود دهنده انتقال حرارت در جریان چند فاز را برای انتقال جرم اعمال کرد. ضریب انتقال جرم با استفاده از این روش محاسبه، با احتساب اصلاح اثرات جریان های چند فازی با جایگزینی درست قطر لوله با قطر هیدرولیک، جهت به حساب آوردن بخشی از لوله که توسط مایع اشغال شده بود، محاسبه گردید.
محققان بسیاری پیشنهاد کردند که روش برآورد رسوب پارافین در جریان تک فاز توان اعمال شدن در جریان چند فازی را با اعمال شرایط جریان و مشتمل نمودن مکانیسم رسوب مانند اثرات ترکیبات سیال، الگوی جریان و میزان تماس با فاز مایع با دیواره لوله، دارد. اصلاح یک مدل شبه تکفاز می تواند برای تمام الگوهای جریان استفاده می شود، و نرخ رسوب را می توان در یک روش شبیه به مدل جریان تک فاز شبیه سازی نمود. در یک مایع تک فاز، نفوذ مولکولی به طور کلی در مکانیزم غالب در نظر گرفته می شود، در حالی که اثرات برش پراکندگی ناچیز در نظر گرفته شده است. با این حال ، در جریان چند فازی، محتمل است که عامل غالب و مؤثر، تنش جدا کننده ی لایه رسوب باشد. طبیعت مخلوط های چند فاز و ترکیب مایع ممکن است حلالیت پارافین را تحت تأثیر قرار دهد.
3-4-1-اثر ترکیب سیالفشار و درجه حرارت در امتداد خط لوله جریان چند فازی اثرات قابل توجهی در ترکیب مایع دارد. فشار در امتداد خط لوله، حتی با نادیده گرفتن تغییرات ارتفاع، به دلیل تلفات اصطکاکی متفاوت خواهد بود. همانطور که فشار داخلی در امتداد خط، نسبت گاز به نفت درجا را افزایش می دهد. به طور مشابه، همزمان با افت دما در امتداد خط، نسبت گاز به نفت بسته به ترکیب مایع ممکن است افزایش یا کاهش یابد. این تغییرات در دما و فشار ممکن است بر ترکیب سیال و سایر خواص مایع مانند جرم ویژه، گرانروی و ظرفیت حرارتی تاثیر گذارد. اگر این تغییرات منجر به افزایش گاز اضافی حاصل از گاز حل شده شود، گاز اضافی می تواند درجه حرارت و نرخ جریان درجا را افزایش دهد. در این واقعیت که فاز گاز تحت فشار است، بدان معنی است که نفت خام زنده تری داریم و در نتیجه حلال بهتری برای پارافین هاست. به عنوان یک نتیجه، حلالیت پارافین و دمای رسوب پارافین در امتداد خط ممکن است متفاوت باشد. سرعت جریان بیشتر گاز نیز می تواند تنش برشی دیواره را، که ممکن است به افزایش نرخ جداشدن لایه های رسوب از دیوار کمک کند، افزایش دهد.
3-4-2- اثر الگوی جریان
الگوهای جریان مخلوط جریان های چند فاز در خطوط لوله افقی و تقریبا افقی به طور معمول به چهار دسته طبقه بندی شده: لایه ای (صاف و موجی)، متناوب (حباب کشیده)، حلقه ای، و حباب پراکنده. الگوهای جریان مخلوط چند فازی در یک لوله عمودی نیز به طور معمول به چهار دسته زیر دسته بندی شده اند :حبابی، حباب پراکنده، متناوب و حلقوی. این الگوهای جریان به نرخ جریان، ابعاد لوله و زاویه شیب بستگی دارند. بریل و همکاران [46و47] شرح کاملی از جریان های چند فاز در چاه و خطوط لوله و روش های موجود برای پیش بینی پارامترهای جریان های چند فاز به عنوان مثال الگوهای جریان، گرادیان فشار و ماندگی مایع ارائه داده اند. مدل مکانیستی توسط شیائو و همکاران.[48] ارائه شده است که اغلب مورد استفاده برای پیش بینی الگوهای جریان ، شیب فشار و ماندگی مایع برای زاویه شیب لوله از15- درجه تا 15+ درجه است. مدل های مکانیکی توسط کایا [49] و انصاری و همکاران. [50] به طور گسترده ای مورد استفاده برای پیش بینی الگوهای جریان، گرادیان فشار و ماندگی مایع برای زاویه شیب لوله از 15 درجه تا 90درجه نسبت به افق،می باشد.
منابع منتشر شده که به طور خاص پیش بینی رسوب پارافین در خط لوله چند فازی و یا چاه ها را مورد بررسی قرار داده اند در واقع بسیار محدود است. نرخ رسوب پارافین تحت شرایط جریان های چند فازی در گذشته کمتر ازهمان میزان برای جریان تک فاز فرض می شده است، به دلایل زیر:
حلالیت بیشتر واکس در نفت خام زنده دما ی تشکیل رسوب را کاهش می دهد.
سرعت جریان بالاتر به دلیل وجود گاز زمان اقامت و ظرفیت گرمایی ویژه را کاهش می دهد، بنابراین افزایش نمودار درجه حرارت را سبب می شود.
سزعت جریان بالاتر باعث افزایش تنش برشی در دیواره لوله می شود.
حضور گاز زمان تماس نفت با دیواره لوله را کاهش می دهد.
فرضیه فوق، با این حال، با داده های تجربی تائید نشده است. واضح است که نیاز به یک ابزار قابل اطمینان تر جهت پیش بینی برآورد رسوب پارافین در محیط های چند فاز جریان وجود دارد.
3-5- مروری بر روش های ته نشینی واکسفرآیند رسوب گذاری ، فرآیندی از نظر تئوری پیچیده، از نظر آزمایشگاهی رضایتبخش و از نظر داده های میدانی ناقص می باشد‍.[51] در حال حاضر مدلهای رسوب گذاری متفاوتی برای پیش بینی رسوب واکس در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. هدف مدل رسوب گذاری این می باشد که مدل قادر به محاسبه ی مکان تشکیل رسوب وتعیین سرعت لایه گذاری بر روی دیواره داخلی لوله باشد. افت فشار درون لوله و تعیین چگونگی حذف رسوب واکس نیز به همان اندازه اهمیت دارد [52].
مدل های رسوب واکس بر اساس مکانیزم های متفاوت رسوب واکس پایه نهاده شده اند، و به منظور پیش بینی میزان رسوب واکس مهم است که کدام مکانیزم باعث ایجاد یا حذف رسوب می باشد. نکته مهم این است که حتی امروز، مکانیسم رسوب واکس به طور کامل مشخص و یا درک نشده است.
علاوه بر این، در اینجا ارائه چهار مدل رسوب واکس ارائه می گردد. مدلRRR و مدل Hydro حاصل از کاربردهای صنعتی است. مدل دانشگاه تولسا و دانشگاه میشیگان توسط گروه های دانشگاهی که پیشرو در زمینه تحقیقات رسوب واکس هستند، توسعه یافته است
3-5-1- معرفی مدل ریگ، رایدال و رونینگسن
مدل (Rygg, Rydahl and Ronningsen)RRR، مدل رسوب جریان چند فازی است. با توجه به این مطلب که این مدل برای جریان آرام کارایی ندارد رسوبات را درون خطوط لوله و چاه پیش بینی می کند.[53] یک مدل جریان استاندارد و پایای چند فازیست که برای پیش بینی افت فشار و ماندگی مایع در خط لوله استفاده می شود. تأثیر رسوب بر روی افت فشار و دما توسط انتگرال گیری در زمان بدست می آید. مدل واکس چند جزیی به طور متوالی ترسیب واکس در طول خط لوله را تخمین می زند و همچنین گرانروی مخلوط را محاسبه می کند. رسوب گذاری واکس با توجه به گرادیان دمایی و تنش برشی، توسط نفوذ واکس از درون مخلوط به سمت دیواره تخمین زده می شود. اصطکاک دیواره داخلی با توجه به رسوب واکس متغییر می باشد [54].
مدل رسوب واکس به زیر گروه های مجزا تقسیم می شود، جاییکه هر زیر گروه تکنیک خاصی را لحاظ نموده است و اجزا به صورت مشخص و جداگانه مورد بررسی قرار می گیرند [54].
زیر گروه ها:
مدل جریان :
●رژیم جریان و افت فشار را محاسبه می کند
مدل ترمودینامیکی واکس:
●تعداد فازها و خواص آنها را برای هر قسمت معین می کند
مدل گرانروی(viscosity):
●گرانروی را محاسبه می کند
مدل رسوب واکس (wax deposition model):
●میزان رسوب واکس ته نشین شده در یک بخش از لوله را پیش بینی می کند
فرآیند تجمیع رسوب واکس فرآیندی آرام تر از آشفتگی های جریان در یک خط لوله می باشد. بنابراین یک مدل نیمه ایستا برای دوره های طولانی تر جهت تخمین رسوب واکس انتخاب می شود. مدل نیمه ایستا (semi-stationary) با تغییرات شرایط مرزی مانند نرخ جریان، فشار و دما تعیین می گردد و البته با تغییر قطر داخلی لوله این امر محاسبه می شود.
خط لوله به بخش های متعددی تقسیم گردیده که در آن فشار و ترکیب اجزا درون بخش ثابت در نظر گرفته می شود. گرادیان دما از مرکز لوله شروع و بر روی دیواره پایان می پذیرد. موازنه گرمایی دمای مخلوط و دیواره را تعیین می کند. همه ی بخش ها شبیه سازی گردیده و افت قشار تمامی قسمت ها نیز محاسبه شده و با جمع نمودن این افت فشارها، افت فشار کلی لوله بدست می آید [54].
رسوب گذاری مدل RRR بر اساس مکانیزم نفوذ مولکولی و تنش برشی بوده که این دو مکانیزم باعث بهبود رسوب واکس می شوند.[54] نرخ حجمی رسوب واکس توسط مکانیزم مولکولی برای جزء i تشکیل دهنده ی واکس به صورت زیر بیان می شود
(3-1)Volwaxdiff=i=1NWAXDiCib-CiwSwetMWiδρi2πrL
که در آن Cib و Ciw به ترتیب غلظت مولی جزء i واکس حل شده در فاز نفتی موجود در توده ی نفت و در دیواره می باشد(mol/m3)، Swet برابر با کسر محیط تر شده می باشد، NWAX تعداد اجزای واکس می باشد، MWi جرم مولکولی جزء واکس i می باشد(kg/kmol)، iρ چگالی جزء i واکس(kg/m3)، r شعاع داخلی قسمتی از لوله در حال انجام تست(m)، و L طول لوله می باشند. D ضریب نفوذ بر اساس رابطه ی هایدوک-مینهاس(Hayduk-Minhas) (m2/s).[55]

متن کامل و مطالب مشابه در سایت هماتز

« (Previous Post)
(Next Post) »

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *