- Trang Chủ
- Hoá dầu
- Cơ chế của quá trình lắng đọng sáp trong khai thác và vận chuyển dầu mỏ
Xem mẫu
- Cơ chế của quá trình lắng đọng sáp trong khai
thác và vận chuyển dầu mỏ
Nguyên nhân chính dẫn đến tích tụ sáp trong các thiết bị khai thác và
vận chuyển dầu là sự giảm khả năng hòa tan của sáp trong dầu thô. Sự
giảm của nhiệt độ hoặc áp suất hoặc cả hai góp phần làm sáp tích tụ
trong dầu thô. Sự giảm nhiệt độ và áp suất làm tách pha các
hydrocacbon nhẹ trong dầu thô và là nguyên nhân dẫn tới giảm khả năng
của dầu trong việc giữ các phân tử sáp tan trong đó và gây ra kết tủa sáp
từ dòng dầu khai thác.
“Khi trạng thái cân bằng giữa dầu thô và các phân tử sáp mất đi, quá
trình kết tủa sáp sẽ xảy ra. Sự mất cân bằng sẽ xuất hiện khi có sự giảm
về nhiệt độ và/hoặc áp suất của dòng chảy”.
I. Cơ chế quá trình lắng đọng sáp
Kết tủa sáp có thể xảy ra ở mọi điểm, từ đáy giếng tới các bồn chứa.
Nhiệt độ xuất hiện tinh thể sáp “Cloud point” và nhiệt độ đông đặc là hai
đại lượng chung đặc trưng cho tính chất của sáp. “Cloud point” là nhiệt
độ mà tại đó sáp bắt đầu kết tinh trong dầu lỏng. Khi nhiệt độ giảm, các
hạt sáp đã kết tủa này tương tác qua lại và hình thành mạng liên kết
không gian giữa các hạt sáp. Đến một nhiệt độ nào đó, dầu thô trở nên
đặc và không chảy được nữa. Nhiệt độ mà tại đó dầu thô không chảy
được gọi là điểm “đông” hay nhiệt độ đông đặc. Sự kết tủa sáp bắt đầu
tại nhiệt độ và áp suất xuất hiện sáp của lượng sáp tan trong dầu.
Sự suy giảm nhiệt độ, hoặc có thể xảy ra trên thành giếng hoặc trên hệ
thống vận chuyển do nguyên nhân giãn nở khí, hoặc có thể là tổn thất
nhiệt lượng qua ống chống, qua vành xuyến xi măng, qua vùng vỉa xung
quanh giếng và ra vùng xung quanh đường ống vận chuyển (đất, nước,
không khí). Trong suốt quá trình tích tụ, các phần tử sáp kết tinh từ dầu
thô dưới dạng các tinh thể riêng biệt. Các tinh thể này tồn tại trong dầu
lỏng dưới dạng pha phân tán và chúng có xu hướng tạo vật thể rắn quanh
- mầm kết tinh là các asphanten để hình thành các hạt sáp kích thước
tương đối lớn. Tích tụ sáp thường là kết quả của các cơ chế sau:
- Khuyếch tán phân tử
- Phân tán trượt
- Chuyển động Brownian
- Ảnh hưởng của trọng lực
- Ảnh hưởng của điện động học
Khuyếch tán phân tử xảy ra khi nhiệt độ của dòng chất lỏng trong ống
khai thác và đường ống vận chuyển hạ xuống thấp dưới nhiệt độ kết tinh
sáp và các phân tử sáp có xu hướng dịch chuyển về phía thành ống dưới
động lực của gradien nồng độ. Trong tất cả các điều kiện dòng chảy, dầu
sẽ được giả thiết ở chế độ chảy tầng hoặc là trong toàn bộ đường ống,
hoặc là ít nhất trong một lớp mỏng gần thành đường ống. Khi dầu bị
nguội đi, sẽ có một gradient nhiệt độ ngang qua lớp mỏng đó. Nếu nhiệt
độ này giảm xuống thấp hơn nhiệt độ xuất hiện tinh thể sáp rắn (WAT),
gradient nồng độ của sáp rắn hoà tan sẽ có hiệu lực và các chất hoà tan
sẽ dịch chuyển, hướng đến thành ống bởi sự khuếch tán phân tử.
Trong phân tán trượt xảy ra khi có sự biến thiên vận tốc từ tâm dòng
chảy tới thành đường ống dẫn. Xét trong một mặt phẳng đi qua tâm
đường ống, vận tốc dòng chảy đạt giá trị cao nhất tại tâm dòng chảy và
giảm dần về hai phía thành ống do bị ảnh hưởng bởi trở lực đường ống.
Khi nồng độ của các hạt cao và số lượng các hạt đủ lớn thì sự tương tác
qua lại của hạt xảy ra. Trong mỗi phân tử sáp tương tác với các phân tử
sáp ở gần chúng trong lớp chất lỏng chuyển động với vận tốc chậm hơn
hoặc nhanh hơn, gây ra chuyển động quay của hạt trong dòng chất lỏng.
Một hạt rắn trong dòng chất lỏng có khuynh hướng để đạt được vận tốc
ở tâm của dòng chảy. Tuy nhiên, khi hạt rắn (càng) gần với thành đường
- ống thì cả hai vận tốc dài và vận tốc góc đều giảm. Chính sự tương tác
phức tạp này dẫn tới sự phân tán của các phân tử sáp trong dòng chảy và
cuối cùng dẫn đến một sự dịch chuyển ngang và một sự tán xạ của các
hạt về phía thành đường ống.
Trong khuyếch tán phân tử, động lực là gradien nồng độ, còn trong phân
tán trượt động lực là gradien vận tốc. Theo Burger, “Khuyếch tán phân
tử sẽ chiếm ưu thế ở điều kiện nhiệt độ cao và tồn tại dòng nhiệt đáng
kể, trong khi đó phân tán trượt là cơ chế chiếm ưu thế khi nhiệt độ thấp
hơn và dòng nhiệt không đáng kể.
Trong chuyển động Browner, các phân tử của dầu tham gia chuyển động
nhiệt liên tiếp va chạm với các hạt sáp rắn và nhỏ. Các tinh thể wax kết
tủa và lơ lửng ở trong dầu tiếp tục bị tác động bởi các phân tử dầu
chuyển động nhiệt dẫn đến các chuyển động hỗn độn Brownian. Trong
sự ảnh hưởng của gradient nồng độ, chuyển động Brownian sẽ dẫn đến
một mạng lưới vận chuyển hướng đến thành đường ống tương tự như sự
khuếch tán phân tử.
nguon tai.lieu . vn
