الأستحلاب – المستحلبات – عوامل الأستحلاب – كاسر الأستحلاب – قانون ستوك
المهندس رائد العبيدي
ما هو النفط الرطب؟
لا یحتوي النفط المنتج في بدایة عمر المكامن النفطیة على أیة نسبة من الماء والأملاح ، أو قد یحتوي على نسبة قلیلة جدا منھما، ولكن في المراحل المتقدمة من عمر المكمن سیحتوي النفط المنتج على نسب عالیة من الماء والأملاح. ورغم أن فرق الكثافة بین النفط والماء یضمن وجود الماء عادة تحت مستوى النفط ، ولكن بسبب أستمرار الإنتاج من المكمن فأن خروج كمیة من الماء مع النفط سوف یزداد تدریجیا مع مرور الوقت.
أن الغاية من إنشاء وحدات معالجة النفط الرطب هو بسبب التأثیرات السلبیة للماء والأملاح على المعدات المستخدمة في أنتاج ومعالجة وخزن النفط ، وكذلك على مواصفات المنتجات النفطیة ، كما أنه یؤثر على سعر النفط الخام المصدرّ.
یتم في عملیة معالجة النفط الرطب إزالة الملح والعوالق الأخرى من النفط ، حیث تكون الأملاح ذائبة في الماء المكمني في حين یكون الماء على شكل حر في النفط free water أو على شكل قطرات صغیرة منتشرة بكثرة في النفط الخام بشكل یجعل من الصعب فصلھا بطریقة فرق الكثافة . كما یحتوي النفط على الكلوریدات وكمیات مختلفة من العوالق الصلبة مثل أوكسیدات الحدید – الرمل – الملح المتبلور – الكاربون والكبریت، وبما أن الكثیر من ھذه المكونات ذائبة في قطرات الماء فأن نسبة كبیرة منھا ستُزال أثناء عملیة إزالة الأملاح. وسنذكر بأختصار التأثیرات السلبیة لوجود الماء والأملاح في النفط الخام ، وكیفیة أمتزاجه ، وطرق إزالته ، ومكوناته.
تأثير وجود الماء والأملاح في النفط الخام :
أ. ترسبات الأملاح في المبادلات الحراریة والأفران : أن وجود مثل ھذه الترسبات یؤدي الى تقلیل كفاءة ھذه الوحدات ، حیث أن وجود الأملاح سیؤدي الى ترسبھا في أنابیب المبادلات الحراریة والأفران على شكل كتل صلبة تؤدي الى تقلیل أقطار ھذه الأنابیب ومن ثم زیادة درجة حرارة القشرة Skin Temperature والتسبب بتضررھا وبالتالي تضرر ھذه الوحدات بالكامل مما یؤدي الى خسارة كبیرة في الإنتاج بسبب توقف ھذه الوحدات عن العمل لأغراض الصیانة.
ب. تكون حامض الھیدروكلوریك المسبب للتآكل HCl أن سبب تكون حامض الھیدروكلوریك ھو تحلل الكلوریدات أثناء عملیة التقطیر ، وھذا الحامض ذو فاعلیة تآكلیة كبیرة ، مما یسبب حدوث التآكل في الوحدات والمعدات.
ج. زیادة في أستھلاك الطاقة : أن وجود الماء في النفط الخام یؤدي الى زیادة في أستھلاك الطاقة ، حیث أن الماء یحتاج الى طاقة تعادل (٨) مرات الطاقة المستعملة لتبخر النفط الخام.
د. تأثیرات أخرى مختلفة: ومنھا تقلیل حجم الأنابیب الناقلة للنفط ، وحجم المعدات المستخدمة في المعالجة.
كيف يمتزج الماء المالح بالنفط الخام؟
أن الماء المالح ینتشر في النفط الخام كما ذكرنا بشكلین:
أ. الماء الحر Free water حیث ینتشر الماء على شكل جزیئات كبیرة من الماء داخل النفط الخام ، وینفصل عن الماء بسھولة بفعل فرق الكثافة وذلك بمجرد أستقرار المزیج لفترة مناسبة.
ب. الماء المستحلب Emulsified Water حیث ینتشر الماء داخل النفط على شكل قطرات محاطة بغشاء قوي بفعل عوامل الأستحلاب ، ولا یمكن فصل ھذا النوع من الماء بسھولة.
ما هو الأستحلاب Emulsificationوما هي المستحلبات Emulsions؟
الأستحلاب Emulsification: ھو وجود سائلین لا یذوبان في بعضھما ، بل یتشتت أحدھما في الآخر وتعتمد درجة أستقراریة المستحلب على طبیعة الخلط وعلى طبیعة السائلین من حیث التركیب الكیمیاوي واللزوجة ، كما أن لدرجة الحرارة تأثیر على أستقراریة المستحلبات ولكي یتكون مستحلب یجب توافر سائلین لا یمتزج أحدھما مع الآخر مع وجود عوامل الأستحلاب ومدة الخلط الكافیة لأنتشار الطور غیر المستمر في الطور المستمر.
وفي الصناعة النفطیة فأن النفط والماء سائلان لا یمتزج أحدھما مع الآخر ویكون عامل الأستحلاب ھو الجزیئات الصلبة ، المواد البارافینیة Parrafins ،المواد الأسفلتینیة Asphaltens ، الحوامض العضویة الذائبة في النفط ، ، المركبات الراتنجیة Resinous Substances بالأضافة الى المواد الصلبة المنتشرة في النفط مثل الرمل ، الكاربون ، الكالسیوم ، السلیكا ، الحدید ، الزنك ، سلفات الألومنیوم في حین یحصل المزج في الآبار والأنابیب وفي الصمامات الخانقة Choke Valves.
یختلف سمك ومكونات طبقة المستحلب تبعا لعدة عوامل وھي:
١. كمیة المواد المسببة لحدوث الأستحلاب الموجودة في النفط الخام.
٢. الشوائب الصلبة الموجودة في النفط الخام أو الماء.
٣. درجة أستحلاب الماء في النفط الخام.
٤. المكونات الشمعیة في النفط الخام Waxy Components
أن مدى صعوبة فصل الماء المستحلب تعتمد على أستقراریة ھذا المستحلب . وتعتمد أستقراریة المستحلب على العوامل التالیة:
١. فرق الكثافة بین الماء والنفط.
٢. حجم جزیئات الماء.
٣. اللزوجة Viscosity
٤. الشد السطحي Interfacial Tension
٥. وجود عوامل الأستحلاب.
أن فرق الكثافة یعتبر من أھم العوامل التي تحدد سرعة نزول قطرات الماء من الطور المستمر للنفط. حیث كلما زاد الفرق بین الكثافتین ستقل أستقرارية المستحلب وتزید سرعة نزول وأستقرار قطرات الماء.
كما یؤثر حجم القطرة على سرعة نزولھا ، حیث كلما زاد حجمھا زادت سرعة أستقرارھا ونزولھا في الطور المستمر. وحجم قطرة المستحلب یعتمد بشكل أساسي على درجة المزج التي یتعرض لھا المستحلب قبل المعالجة ، حیث أن التدفق عبر المضخات ، الصمامات الخانقة ، الصمامات الأخرى أو بعض المعدات السطحیة الأخرى یقلل حجم قطرات الماء.
أما اللزوجة فتلعب دورا أساسیا في هذه العملية حیث كلما أزدادت اللزوجة فأن سرعة حركة قطرات الماء ستقل ، مما یؤدي الى القليل من الاندماج Coalescence وبالتالي الى صعوبة المعالجة.
وفي حالة عدم وجود أي عامل أستحلاب ، فأن الشد السطحي بین النفط والماء سیزید مما یسھلّ أندماج قطرات الماء أما عند وجود عامل أستحلاب فأن الشد السطحي سیقل مما یؤدي الى تقلیل الأندماج بین قطرات الماء.
أن العوامل المذكورة أعلاه تحدد أستقراریة المستحلب ، أن بعض المستحلبات قد تستغرق أسابیع أو شھور لكي تنفصل إذا تركت لوحدھا في خزان وبدون معالجة ، أما بعض المستحلبات غیر المستقرة فقد تأخذ دقائق للفصل.
أن المستحلبات العادیة تتكون من النفط ﴿كطور مستمر أو خارجي ﴾ والماء ﴿كطور داخلي أو منتشر﴾ وقد یحصل الاستحلاب بشكل عكسي في بعض الحالات ﴿عند وجود نسبة عالیة من الماء﴾. وھنا نجد السؤال الذي یطرح نفسه ھو: ما ھو الشيء الذي یمكن أن یقوم به المصمم لتجنب المستحلبات قدر الإمكان؟
الجواب ھو: تقلیل سرعة التدفق ، وتقلیل التغیرات والتضیقّات المفاجئة في أتجاه الجریان.
یجب علینا التعرف على قانون ستوك Stock’s Law حيث أنه القانون الذي يحكم كل عمليات معالجة النفط الرطب ، ويكون كالآتي:
حيث أن
/secft سرعة قطرات الماء : V
ثابت : K
micron قطر القطرات المائیة : D
فرق الكثافة بین الماء والنفط : (dw-do)
التعجیل الأرضي : G
cp اللزوجة : μ
ما هي عوامل الاستحلاب Emulsifiers ؟
لعل من المھم جدا عند التفكیر بأستقراریة المستحلب ، أدراك أن المزیج المتكون من النفط النقي أو الماء النقي بدون وجود عامل أستحلاب وعدم وجود مزج ، سیؤدي الى تكون مستحلب سھل الفصل یمكن فصله بسھولة ، حیث أن طبیعة السوائل الممتزجة ھو الحصول على أقل تماس ممكن أو أقل مساحة سطحیة ممكنة ، ولذلك فأن الماء سینتشر على شكل قطرات كرویة ، والقطرات الصغیرة ستمیل الى الأندماج مع بعضھا لتكوین قطرات أكبر ، وفي حالة عدم وجود عامل أستحلاب ستستقر ھذه القطرات في الأسفل .
أما عوامل الاستحلاب فھي مواد نشطة سطحیا Active Surfactant ولھا میل للذوبان في أحد الطورین السائلین مما یؤدي الى زیادة تركیز الحد الفاصل ، وھناك العدید من الطرق التي یغیر بھا عامل الأستحلاب من نوعیة الأنتشار في المستحلب ، ویمكن تصور فعل عامل الأستحلاب بواحد أو أكثر من الأمور التالیة:
١. یزید من الشد السطحي لقطرة الماء ، مما یؤدي الى تكون قطرات صغیرة تأخذ وقتا أطول في الاندماج أو في تكوین قطرات كبیرة یسھل فصلھا.
٢. يكوّن غطاءاً لزجاً على القطرات مما یؤدي الى منعھا من الاندماج مع بعضھا وبالتالي زیادة زمن أستقرارھا.
٣. قد تكون المستحلبات جزیئات مستقطبة مما یجعلھا ترص نفسھا بطریقة تؤدي الى تكوین شحنة كھربائیة على سطح القطرات ، وكلما أنخفضت ھذه الشحنة فأن كل قطرتین ستجتمعان بقوة مناسبة وكافیة للتغلب على التنافر قبل حصول الأندماج.
أن المواد النشطة سطحیاً الموجودة بشكل طبیعي في النفط ستعمل كعوامل أستحلاب مثل : البارافینات ، الراتنجات Resins ، الحوامض العضویة Organic Acids ، الأملاح المعدنیة ، المواد الغرویة ، والأسفلتینات ﴿وھي المركبات الكیمیاویة الحاویة على الكبریت – النتروجین – الأوكسجین﴾ ، بالإضافة الى سوائل الحفر ، حیث یمكن لأي من ھذه المواد أن تكون عوامل أستحلاب.
أن نوع وكمیة عامل الأستحلاب له تأثیر آني على أستقراریة المستحلب كما أن ھناك عددا من العوامل الأخرى المؤثرة مثل سرعة أنتقال عامل الأستحلاب الى السطح الفاصل بین النفط والماء ومدى قوة الحد الفاصل.
أن المستحلبات (بعد المزج) وتكون البارافینات والأسفلتینات یمكن أن یكون أقل ثباتا وأسھل بالمعالجة إذا لم یكتمل وصولھا الى الحد الفاصل ، أما بقاء المستحلب لمدة أطول فیؤدي الى أن یصبح أصعب في المعالجة. وبأختصار فكلما تم الإسراع بمعالجة المستحلب كان ذلك أفضل ، لأن طول عمر المستحلب یؤدي الى ثباته.
لغرض تكون مستحلب مستقر بین سائلین ، یجب توفر ثلاثة شروط:
١. یجب أن یكون السائلین غیر ممتزجین.
٢. توفر طاقة كافیة لحصول التشتت لأحدھما في الآخر.
٣. توفر عامل أستحلاب Emulsifying Agent
ولكن ما ھو نوع الأضطراب المؤدي الى التشتت؟ الجواب ھو أن المستحلبات عادة ً لا توجد في المكمن ، ولكنھا تتشكل بسبب الأضطراب الحاصل في معدات الإنتاج بدءاً من المكمن حیث یتدفق النفط والماء من خلال صمام خانق Choke Valve مما يؤدي الى تعرض الموائع الى التھیج بسبب اضطراب الجریان مما یؤدي الى تسرب قطیرات الماء الى النفط .
كاسر الأستحلاب demulsifier
وھي مواد تستعمل لكسر الأستحلاب ویحمل أسماءا تجاریة مختلفة وھي في الغالب مواد بولیمریة ذات أوزان جزیئیة عالیة تعمل على معادلة تأثیر عوامل الأستحلاب وتقلیل الشد السطحي لقطرات الماء ، وتكون مواد نشطة سطحیا ، وأستخدامھا بشكل أكثر من اللازم مما یؤدي الى تكوین مستحلبات أكثر أستقرارا .
أن وجود ھذه المواد یساعد على فصل الماء عن النفط . أن كاسر الأستحلاب یجب أن تكون له القدرة على التنقل خلال طور النفط الى الحد الفاصل للقطرة ، حیث ستتعامل مع تركیز عال من عامل الأستحلاب ، وبھذا الشكل فأن مجامیع من القطرات تجتمع وفي ھذه الأثناء فأن غشاء المستحلب سیبقى مستمراً ، فإذا كان عامل الأستحلاب ضعیفاً فأن ھذا فأن ھذا سیؤدي الى تجمع القطرات.
وفي أغلب الحالات فأن كاسر الأستحلاب سیقوم بمعادلة عوامل الأستحلاب وسیساعد على كسر غشاء القطرة مما یساعد على التجمع. وعندما یكون عامل الأستحلاب في حالة غیر مستقرة فأن كسر غشاء القطرة یؤدي الى زیادة حجم قطرة الماء.
أن كبریتات الحدید وطین الحفر قد یكون مبلل بالماء مما یؤدي الى تركه للحد الفاصل interface وتشتته في قطرة الماء. أما البارافینات والأسفلتینات فمن الممكن أن تذوب أو تتبدل لجعل أغشیتھا أقل لزوجة لكي تتدفق خارجا أو قد تكون مبللة بالنفط مما یجعلھا منتشرة في النفط. أنه من غیر الطبیعي أن یقوم مركب كیمیاوي بالقیام بكل الأفعال الثلاثة اعلاه ، لھذا یستعمل خلیط من المركبات لتحقیق الموازنة الصحیحة، عند أختیار مادة كاسر الأستحلاب یجب التفكیر بنوع المنظومة ، فإذا كانت عبارة عن خزان تركید فأن المادة المستعملة یجب أن تكون مركب بطيء الفعل CompoundSlow-Acting للحصول على نتائج جیدة ، أما إذا كانت المنظومة ألكتروكیمیاویة (حیث یتوجب حدوث أضطراب وتجمع للقطرات مقترن بوجود مجال كھربائي كما یحصل في (Desalter أو dehydrator) ھناك حاجة الى أستعمال كاسر أستحلاب ذو فعل سریع Quick Acting وغالبا ما یتم فحص مواد كاسر الأستحلاب في قناني أختبار ، وتتضمن الطریقة مزج العدید من المواد الكیمیاویة مع نماذج من المستحلبات ، ومن ثم مراقبة النتائج حيث أن ھذه الفحوصات تكون مھمة وفاعلة في تحدید المواد الكیمیاویة وأختیار المناسب منھا.
أن ھذه الأختبارات مھمة أیضا في تقدیر كمیة كاسر الأستحلاب المستخدمة Demulsifier Dose ، یجب أن تستخدم ھذه الأختبارات على نموذج مثالي وبعد أخذ النموذج مباشرة ، كما یجب مراعاة أن تكون الظروف مقاربة قدر الإمكان الى الظروف الحقیقیة ، ولا یجب أستعمال الماء الصناعي بدلا عن الماء المنتج لأن الأخیر له خواص مختلفة تماما عن أي ماء آخر ، وقد یحتوي على بعض الشوائب التي لا تكون موجودة في الماء الصناعي. ویمكن تحدید المواد الكیمیاویة المرشحة للاستعمال والجرعات التقریبیة لأستعمالھا.
أن الطبیعة الدینامیكیة للمنظومة الحقیقیة للمعالجة تتطلب ترشیح العدید من المواد الكیمیاویة للأستخدام كمواد كاسر الأستحلاب في وحدات المعالجة ، وفي الظروف الحقیقیة فأن كاسر الأستحلاب سیخضع الى التغییر خلال مروره بصمامات السیطرة Control Valves بالإضافة الى التغیرات التي تحدث في عوامل الأستحلاب داخل وعاء المعالجة بسبب تراكیب الدخول Inlet Divertor أن قناني الأختبار لا یمكن أن تمثل الظروف الدینامیكیة الحقیقیة ، حیث كلما أختلفت الظروف التشغیلیة (التدفق على سبیل المثال) یختلف الأحتیاج الى كاسر الأستحلاب ، أما التغیرات الفصلیة فقد تؤدي الى حدوث مشاكل الأستحلاب البارافیني ، بالإضافة الى أن وجود المواد الصلبة یؤدي الى تغیر ثباتیة المستحلب. ولذلك من المھم معرفة مدى ملائمة كاسر الأستحلاب للمنظومة ولا یمكن أستعمال نفس النوعیة من كاسر الأستحلاب لمدة طویلة من الزمن.
ھناك ثلاث أماكن لحقن مادة كاسر الأستحلاب وھي:
١. قبل الصمام الخانق Choke Valve لحدوث مزج شدید فیه مع انخفاض الضغط ، وتعتبر ھذه النقطة ھي المكان المثالي للحقن.
٢. قبل صمام المزج Mixing Valve بسبب حدوث المزج في الصمام المذكور.
٣. یجب أن تكون نقطة الحقن على بعد ٦٠-٧٥ متر عن عازلة الماء Dehydrator .
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من كاسر الأستحلاب وهي:
1. كاسر الأستحلاب موجب الآیونیة Cationic.
٢. كاسر الأستحلاب سالب الآیونیة Ionic .
٣. كاسر الاستحلاب غیر الآیوني Nonionic .
وھذا التوزیع یعزى الى أن المواد المستحلبة ذات طبیعة كیمیاویة مختلفة ومن الضروري إجراء الفحوصات المختبریة على الخلیط المستحلب قبل أستعمال كاسر الأستحلاب للتعرف على طبیعته الآیونیة ویكون متوافق مع المواد الأخرى فعلى سبیل المثال لو أستخدم كاسر استحلاب طبیعته الكیمیائیة الآیونیة سالبة أي یحتوي على آیونات سالبة والمواد المراد فصلھا تحتوي على آیونات موجبة فسیتم التفاعل بین الآیونات السالبة والموجبة ویزُال تأثیر المستحلب.
وتتألف منظومة كاسر الأستحلاب عادة من خزان ومضخات ترددیة Plunger Pumps لأنه بوجود ھذا النوع من المضخات نحصل على تدفق قلیل وضغط عالي.
تكون عملية معالجة المستحلبات على ثلاث مراحل:
١. كسر المستحلب: تتضمن تمزیق وتكسیر الغشاء المحیط بقطرة الماء ، وتحتاج ھذه العملیة الى تعزیز بواسطة الحرارة وكاسر الأستحلاب.
٢. أندماج القطرات: ویتضمن أتحاد قطرات الماء والتي تصبح حرة بعد كسر المستحلب ، مكونة قطرات كبیرة. والأندماج دالة قویة للزمن حیث كلما زاد الزمن زاد الأندماج ویتم تعزیز ھذه العملیة بمجال ألكتروستاتیكي Electrostatic Field وعملیة الغسل بالماء Wash Water
٣. الترسب بفعل الجاذبیة أن القطرات الكبیرة الناتجة من عملیة الأندماج سوف تبدأ بالترسب بفعل الجاذبیة وتتجمع في الأسفل.
یجب أن تكون ھذه الخطوات بالترتیب والخطوة المحددة للعملیة ھي التي تعتمد بشكل أساسي على الزمن (الأبطأ) ، وھي خطوة الأندماج.
ویجب علینا أدراك أن كلا من المعالجة الكیمیاویة (كاسر الأستحلاب) والطریقة الحراریة (التسخین) تعمل على كسر المستحلب فقط ، في حین تقوم الطریقة الكھربائیة بتسریع أندماج القطرات ومن ثم ترسیبھا. وبتعبیر آخر فأن الطریقة الكھربائیة لا تقوم بكسر المستحلب لوحدھا، وكما أستنتجنا فیما سبق أن خطوة الأندماج ھي الخطوة الحاكمة وأنھا دالة للزمن لذا فأنه عند تصمیم عازلات النفط الرطب یراعى وضع بعض الوسائل التي من شأنھا أن تؤدي الى زیادة زمن الأندماج من خلال وضع تراكیب تسھل العملیة ، كما أن زیادة زمن المكوث Retention Time یؤدي الى كبر حجم قطرات الماء، لكن الى حد معین فقط ، حیث بعدھا لن یفید زیادة زمن المكوث بشيء ، أن التجارب العملیة أثبتت أن زمن المكوث المثالي ھو (١٠- ٣٠) دقیقة في حین یجب زیادة ھذا الزمن بالنسبة للنفوط الثقیلة.
العوامل المؤثرة على معالجة النفط الرطب :
تأثير الحرارة : أن تأثیر الحرارة یتجسد في تقلیل لزوجة النفط الخام مما یؤدي الى زیادة سرعة الفصل فكلما زادت درجة الحرارة قلت لزوجة النفط وبالتالي سرعة الفصل لأن سرعة الفصل تتناسب عكسیا مع لزوجة النفط وفقا لقانون ستوك . أن تأثیر الحرارة قد یؤدي الى تعزیز الأندماج من خلال زیادة حركة جزیئات الماء الصغیرة والتي ستشكل جزیئات كبیرة نتیجة لتصادمھا مع بعضھا ، وھذه القطرات ستكون سھلة الفصل طبقا لقانون ستوك ، وتؤدي الحرارة أیضا الى إضعاف غشاء المستحلب وبالتالي كسره ، كما تؤدي الحرارة الى إذابة بلورات البارافینات والأسفلتینات الصغیرة مما یقلل تأثیرھا كمواد تؤدي الى الأستحلاب.
بالرغم من التأثیرات الایجابیة للحرارة ، فأن ھناك بعض السلبیات التي تسببھا ، فقد تؤثر الحرارة تأثیرا مھما في فقدان المركبات الخفیفة في النفط مما یؤثر على حجم النفط ، على سبیل المثال عند تسخین نفط ذو API مساو ل 35من 100 °F الى 150 °F فأن هذا قد يؤدي الى فقدان 1% من حجم النفط وتقليل الحجم النوعي كما يجب أن نأخذ كلفة معدات التسخين وكلفة غاز الوقود المستخدم للتسخين لذا یستحسن أستعمال القلیل من الحرارة في عملیة المعالجة.بأختصار فأن لدرجة حرارة النفط الداخل الى العازلات أھمیة كبیرة وتأثیر كبیر على عملیة العزل. أن درجة الحرارة التصمیمیة تؤدي الى تقلیل لزوجة النفط وبالتالي زیادة فرق الكثافة بین النفط الخام مما یسرعّ من عملیة الفصل. وتؤدي درجات الحرارة الأعلى الى تأثیرات سلبیة. فقد تسببّ تحرر المكونات الھیدروكاربونیة الخفیفة مما یؤدي الى حدوث أضطراب یعرقل تجمع قطیرات الماء. كما أن قطرات البخار الصغیرة سوف تندفع الى أعلى ، مما یعیق أستقرار قطرات الماء مع النفط الخارج.
تأثير الضغط : لا تتأثر العازلات بالتغیرات الطفیفة في الضغط.
الأستقرار : أن تأثیر الجاذبیة ھو المیكانیكیة الأساسیة في عملیة فصل الماء عن النفط الخام وتكون ھذه العملیة أكثر سھولة في حالة وجود اختلاف بین كثافة الماء والنفط الخام ، وتزداد صعوبة الفصل كلما أزداد الفرق بین الكثافتین المذكورتین.
الطريقة الكيمياوية : سبق شرح عوامل الأستحلاب وكاسر الأستحلاب ولكن بقي علینا أن نقول أنه في ھذه الطریقة تدخل مادة كاسر الأستحلاب بین طبقة الماء والنفط وأثناء العملیة تستبدل السطح بمواد أخرى (لأن مواد السطح السابقة تكون من أسباب أستقراریة المستحلب) ، فالمستحلب یكون مستقرا عندما توجد طبقة من غشاء تعزل بین الماء والنفط التي تمنع عملیة الأندماج ، ویلعب الزمن وأضطراب الجریان دورا كبیرا في نشر جزیئات كاسر الأستحلاب في مواد المستحلب.
وفقا لقانون ستوك فأن حجم قطرات الماء العالقة في النفط یؤثر بشكل كبیر على سرعة الفصل فسرعة فصلھا أو أستقرارھا تتناسب طردیا الى مربع أقطارھا ، فإذا تضاعف قطر القطرة فأن سرعة الفصل تزید أربع مرات ، وھكذا فأن أندماج القطرات الصغیرة الى قطرات كبیرة سیعجلّ عملیة الفصل.
الطريقة الكهربائية : لھذه الطریقة الدور الأكبر في أندماج قطرات الماء الصغیرة المنتشرة في النفط الخام والتي تنشط لغرض الأندماج أثناء تسلیط مجال كھربائي عالي علیھا. حیث توجد على عازلتي الماء والأملاح محولات كھربائیة یتم فیھا تولید فرق جھد كھربائي لأستقطاب قطرات الماء الصغیرة العالقة في النقط وتتصل الأقطاب بالمحولات عادة بواسطة سلك یمر خلال أنبوب مغلق بصورة كلیة یسمى Bushing .
ولكن ما الذي يسببه التيار الكهربائي داخل العازلة؟
أن المجال الكھربائي العالي المتولد بواسطة محولات Transformer داخل كل من عازلة المرحلة الأولى Dehydrator وعازلة المرحلة الثانیة Desalter یتألف من شبكة من الأقطاب من سبیكة Carbon–steel وتكون المحولات منصوبة أعلى العازلتین. أن مستحلب النفط/الماء عند جریانه خلال ھذه الأقطاب یصبح مشحوناً بشحنة كھربائیة لذا ستبدأ قطرات الماء المشحونة بالتجاذب والتنافر مع القطرات الأخرى مما یؤدي الى تصادمھا وبالتالي تكون قطرات ماء كبیرة سھلة الفصل بالجاذبیة وذلك لثقل وزنھا.
ھذه العملیة یمكن تحقیقھا بتعریض (الماء في المستحلب النفطي) الى مجال كھربائي ذو فولتیة عالیة High electro-static field عندما یكون سائل ما غیر موصل (النفط) یحتوي على سائل آخر موصل (الماء) ویتم تعریض ھذا المزیج الى مجال ألكتروستاتیكي فأن قطرات الماء ستتحد مع بعضھا بأحد الظواھر الفیزیاویة الثلاثة الآتیة:
– أن ھذه القطیرات تصبح مستقطبة وتمیل الى صف نفسھا مع خطوط المجال الكھربائي وبسبب العزم فأن القطرات الموجبة والسالبة تتصادم مع بعضھا مما یسھلّ تجمعھا.
– أن القطرات تنجذب نحو الشبكة بسبب المجال الكھربائي وبسبب العزم فأن القطرات الصغیرة تھتز لمسافة أكبر من القطرات الكبیرة مما یؤدي الى تجمعھا.
– أن المجال الكھربائي یؤدي الى إضعاف وبالتالي كسر غشاء المستحلب حیث أن القطرة تستطیل أفقیاً وعمودیاً بسبب زیادة الشد السطحي بین قطرات النفط والماء المستحلب ٠
نسبة ماء الغسل Wash Water Ratio
أن الغرض من الغسل بالماء ھو لإزالة الأملاح من النفط الخام حیث أن إضافة الماء سیؤدي الى خفض تركیز الملح في المحلول الملحي مما یساعد على أستخلاص كمیات كبیرة من الأملاح الموجودة في النفط الخام لذا یضاف ماء ذو درجة ملوحة أقل من ملوحة الماء الموجود في النفط الخام ، وعادة ما تحدث عملیة المزج بین ماء الغسیل والمستحلب في صمام للحصول على خلط جید ولا بد من الأنتباه الى أن ھبوط الضغط الكبیر قد یؤدي الى استحلاب ماء الغسل.
أن استعمال كمیة غیر كافیة من ماء الغسل تؤدي الى تقلیل (عملیة إزالة الأملاح). بسبب قلة الماء اللازم لإذابة الأملاح.
أما زیادة كمیة ماء الغسل أكثر من اللازم تؤدي لزیادة في كمیة التیار أمبیریة عالیة (Excessive Current) أو حدوث بین الأقطاب Short Circuit حیث أن زیادة الماء تؤدي الى خلق مسارات لتسرب الفولتیة مع حدوث حمل إضافي للماء مع النفط الخارج من العازلة الملحية كما أنه یؤدي الى تقلیل زمن مكوث النفط داخل العازلة.
فرق الضغط خلال صمام المزج Differential Pressure across Mixing Valve
أن درجة مزج النفط وماء الغسل هي دالة لفرق الضغط خلال صمام المزج ، وأفضل قيمة لفرق الضغط خلال هذا الصمام هي
(5-15) psig
أقرأ ايضاً معالجة النفط الرطب – الجزء الثاني
