Akış Güvencesi

Akış güvencesi, akışkanların üretimi ve rezervden işleme tesisine taşınması için uygun maliyetli yaklaşımlar gerektirir. Ham petrolün üretimi ve taşınması sırasında, akışkan özelliklerinin ve çalışma şartlarının bilinmesi istenmeyen katı maddelerin (örneğin, hidratlar, mum, asfalten ve kireç) oluşumunu ve tortulaşmasını önlemek için çok önemlidir. Aşırı sıcaklık ve basınçlarda, metan gazı hidratlarının kristalleşmesi veya asfaltenin boru hatlarında çökelmesi mümkündür. Gerektiği gibi kontrol edilmediği takdirde, hidrat kristalleri, asfalten veya mum tanecikleri çökelip yığışarak sonuçta boru hattını tıkayabilir. Denizaltındaki bir boru hattında hidrat veya asfaltenden dolayı oluşan tıkanmaları gidermek çok pahalı ve tehlikeli olabilir.

Geleneksel petrol rezervlerinden terk edilmiş petrol sahalarına geçişten dolayı akış güvencesiyle ilgili zorluklar daha da artmaktadır. Petrol sahaları terk edildikçe su kısmı artar. Bazı durumlarda operatörler petrol kazanımını arttırmak için terk edilen petrol sahalarına su doldururlar. Ham petrol-su emülsiyonları akış güvencesi stratejilerini daha da karmaşık hale getirir. Çeşitli birikintiler veya doldurulan su kalsiyum karbonatla birlikte belirli koşullarda kireçlenmeye neden olabilir. Kalsiyum karbonat kireçlenmesi boru hattını tıkayabilir ve üretim ekipmanlarını kirleterek terk edilmiş petrol sahalarını daha az kârlı hale getirir. Su kesimi arttıkça, ticari olarak kullanılan hidrat inhibitörlerinin çoğu daha az etkili olur. Sonunda emülsiyonun petrol ile suyu ayırmak için çözülmesi gerekir. Fiziksel veya kimyasal yöntemlerle çözülen emülsiyonlar, özellikle asfalten gibi emülsiyon dengeleyici katı maddeler içeren ağır petrol emülsiyonlarında çok masraf çıkarabilir.

Dolayısıyla, bir petrol sahasının ekonomik ömrü boyunca ilgili riskleri en aza indirmek üzere katı maddeleri ve emülsiyonları kontrol altına almak için uygun maliyetli akış güvencesi stratejilerini araştırmak ve geliştirmek çok önemlidir.

Çok fazlı boru hattı akışı çoğunlukla aşırı sıcaklık ve basınç altında olur ve hat dışı numune alma ve analiz işlemlerini zor veya imkansız hale getirir. Hat dışı numuneler çoğu zaman çoklu faz bileşenlerini değiştirebilen seyreltme veya ayrıştırma işlemleriyle kullanılır. Gerçek zamanlı proses optimizasyonu ve kontrol kararları verilirken hat dışı ölçümler çoğunlukla uygulanamaz. ParticleTrack ve ParticleView gibi yerinde tanecik tanımlama teknolojisi sayesinde, taneciğin faz davranışı numune almadan hızlı şekilde yerinde ölçülebilir.

Akış güvencesi uygulamaları şunları içerir:

• Asfalten Çökelmesi
• Gaz Hidratı Oluşumu
• Emülsiyon Ayrışması
• Mum Görünümü Sıcaklığı ve Mum Kristali Morfolojisi

Asfaltenler; poliaromatik bileşiklerin demir, nikel ve vanadyum gibi organik metal maddelerle birlikte nitrojen, oksijen ve sülfür gibi heteroatomik türlerle karıştığı karmaşık karışımlardır. Asfaltenler genellikle alkanlarda (örneğin; n-heptan veya n-pentan) çözünemeyen, ancak aromatik çözücülerde (toluen veya benzen) çözünebilen ham petrolün bir kısmı olarak tanımlanır. Ham petrol bileşimi, basınç ve sıcaklık şartlarındaki değişiklikler asfaltenlerin istikrarını bozabilir. Örneğin, ham petrol üretimi sırasında basıncın boşaltılması, istenmeyen kuyu deliği ve rezervlerde asfalten çökelmesine ve birikmesine neden olabilir. Asfalten çökelmesi/tortulaşması; formasyonda bozulmaya, ayrışması zor kararlı emülsiyonlara ve boru hattının kısmen/tamamen tıkanmasına neden olur.

Asfalten çökelmesi, sıcaklık, basınç ve akışkan bileşimi gibi çeşitli parametrelere bağlıdır. Benzer şekilde, bir boru hattında asfalten tortulaşması da debiye, tanecikler arasındaki etkileşime, taneciklerle boru yüzeyi arasındaki etkileşime vb. unsurlara bağlı olabilir. 

Başlangıç oranı ve asfalten çökelmesi kinetikleri dört ham petrolde ve 190+ tortusunda araştırılmıştır. 40 g ham petrol bir cam deney şişesine konmuş ve 400 rpm'de çalkalanmıştır. N-heptan eklenirken asfalten çökelmesinin başlangıcını, kinetiklerini ve son noktasını araştırmak için ParticleTrack
kullanılmıştır.

• ParticleTrack, numune almayı gerektirmeden farklı ham petrollerin başlangıç oranını hızlı şekilde belirler
•  D-190+ tortusuna, farklı ppmV konsantrasyonlarında üç ticari katkı maddesi A, B ve C ilave edilmiştir
• Asfalten çökelmesini önlemek üzere en uygun katkı türünü ve konsantrasyonu hızlı şekilde filtrelemek için ParticleTrack kullanılmıştır
• Bilim adamları bu kinetik etkileri araştırarak çeşitli kaynaklara ait ham petroller için asfalten çökelmesini ve tortulaşmasını anlayıp kontrol edebilmektedir

Referans: Dufour ve ekibi. Energy Fuels, 2009, 23 (3), 1155-1161.

FMC ve Tulsa Üniversitesi ile birlikte yapılan bu ayrıntılı sunum; standart çalışma sıcaklıkları ve basınçlarında, numune almaya veya numune seyreltmesine gerek olmadan koyu ham petrolde keşif ve üretim masraflarını azaltmak üzere akış güvencesinde, ayrışmalar, kirlenme ve tortulanma yönetiminde optimizasyona ilişkin sektörden örnekler içermektedir.

Gaz hidratları, yüksek basınçlarda ve düşük sıcaklıkta petrol, gaz ve su arasındaki karmaşık etkileşimlerle oluşan, buza benzeyen kristal yapılarıdır. Gaz hidratlarında yapısal geçişlerle ilgili temel bilgiler, formasyon mekanizmaları ve formasyon kinetikleri hala net değildir.

Gaz hidratı kristalleşmesi için gerekli doğal şartlar çoğunlukla petrol boru hatlarında görülür. Hidrat tanecikleri çekirdeklendikten sonra, hidrat gelişir ve yığışma meydana gelir. Bu yığışmalar sonunda boru hattında hidrat tıkanmasına neden olacak kadar büyür. Hidrat tıkanması akışkanların akışını olumsuz etkiler, bazı aşırı durumlarda ise boru hattının tamamen tıkanmasına neden olur. Dolayısıyla, gaz hidratı oluşumu, akışın kısıtlanması veya tıkanma, ekipmanların zarar görmesi ve operatörler için güvenlik riskleri doğurmasından dolayı üretimde kesintiye neden olduğundan pahalıya mal olur.

Termodinamik inhibitörler (THI); yüksek maliyete, çevreyle ilgili endişelere ve fazla çalışma sürelerine rağmen hidrat önleme konusunda sektör standartlarıdır. Alternatif olarak, daha ucuz "Düşük Dozajlı Hidrat İnhibitörleri" (LDHI), endüksiyon süresini uzatabilir veya ana hidrat taneciklerinin yığışmasını önleyerek aktarılabilir bir bulamaç olmasını sağlayabilir. Hidratların oluşumunu tümüyle önlemek yerine bunları yönetmek için yeni, uygun maliyetli stratejiler geliştirmek için, hidrat kristalleşmesi, yığışması ve tortulaşmasıyla ilgili mekanizmaları iyi anlamak çok önemlidir.

Hidrat kristalleşmesini ve yığışmasını gerçek zamanlı olarak izlemek için yerinde uygulanan güvenilir teknolojileri kullanmak, operatörlere i) pahalı THI kullanımını optimize etme, ii) daha ucuz LDHI'nin güvenilirliğini değerlendirme ve iii) hem THI hem de KHI'den yararlanarak sağlam stratejiler geliştirme olanağı verir.

ParticleView, LDHI olmadan yerinde önemli hidrat yığışmalarını görsel hale getirir (soldaki resim). LDHI kullanımı, hidratları iyi dağıtılmış bir karışım halinde dengeler (sağdaki resim).

Referans: Duy Nguyen ve ekibi (Nalco ve METTLER TOLEDO işbirliği ile)

Prob esaslı ParticleTrack ve ParticleView teknolojileri, metan gazı hidratlarını, asfalten taneciklerini, tortuları ve petrol emülsiyonlarını tanımlamak için idealdir. Çoğu durumda, hidrat kristallerinin oluştuğu ve asfaltenlerin çökeldiği şartlar (yüksek basınç) bunlardan numune alınmasını son derece zor hale getirir. Tanecik ve damlacık sistemleri sıcaklık ve basınç değişikliklerine karşı son derece hassastır. Ayrıca hat dışı teknikler numunelerin seyreltilmesini gerektirir, bu da damlacık boyutunu değiştirebilir, hidrat yığışmasını ve asfaltenlerin çözünebilirliğini tersine çevirebilir. Numune alınabilecek şartlarda dahi, seyreltilen numunelerin ölçümü, asıl sistemi yansıtmaz ve çok sınırlı veriler sunar. FBRM ve PVM prob teknolojileriyle, araştırmacılar numune alma veya numune seyreltme işlemine gerek olmadan ham petrolde tüm dinamik tanecik ve damlacık sistemini, standart çalışma sıcaklıklarında ve basınçlarında izleyebilir.

Tuz giderme, ham petrol rafinasyonundan önce yapılan önemli bir adımdır; bu adımda ham petroldeki inorganik tuzlar ve yabancı maddeler su fazına aktarılır ve kaldırılır. Tuz gidericinin performansının zayıf olması, katı maddelerin taşınmasıyla rafineri ekipmanında kirlenmeye, asit oluşumundan dolayı petrol kulesinin paslanmasına ve petrolle taşınan atık tuzlu suyun arıtılması işlemlerinden dolayı masrafların artmasına yol açar.

ParticleTrack, çalkalama şiddeti değiştikçe damlacık sayısı ve boyutundaki değişikliklere karşı çok hassastır; fazla çalkalama ortalama boydaki damlacıkların azalmasına, küçük damlacıkların (<80 μm) artmasına neden olur.

• İdeal damlacık boyutu ve sayısı, depolama tanklarında karıştırma ve petrol-su ayrışması sırasında yabancı maddelerin su fazına geçişini doğrudan etkiler.
• ParticleTrack, kritik proses parametrelerini (örneğin; karıştırma, yıkama suyu akışı) hemen tanımlar ve yabancı madde ekstraksiyonunu maksimuma çıkarıp ayrışma süresini en aza indirmek için proses parametrelerinin kontrol edilmesine olanak verir.

Yüksek çözünürlüklü ParticleView görüntüleri 500 rpm'deki büyük damlacıkların 200 rpm'de daha küçük damlacıklar haline dönüşmesini doğrulamaktadır.

Has çalkalama hızı için ParticleTrack çubuk uzunluğu dağılımı, tuz gidericinin performansını iyileştirmek üzere damlacık dağılımının hedeflenmesine olanak verir.

ParticleTrack ve ParticleView proses araçlarından alınan veriler, taşınan/petrolle gelen katı maddeleri azaltmaya, kimyasal katkı maddesi kullanımını optimize etmeye, tuz gidericinin çalışmasını hızlandırmaya ve sonuçta, paslanma ve kirlenmeden dolayı masraflı tuz giderici arızalarını önlemeye yardımcı olur.

Petrol-su ayrışması için emülsiyon çözücü çoğunlukla şişe testi ile değerlendirilir; bu, damlacık boyutunu ve emülsiyon özelliklerini dikkate almayan görsel bir tekniktir. Bu araştırmada, emülsiyon çözücünün %30 petrol (API ~30) + %70 tuzlu su karışımındaki etkisini izlemek için ParticleTrack ve ParticleView probları kullanılmıştır.

a. t= 15 m: Emülsiyon çözücü olmadan, gerçek zamanlı ParticleView görüntüleri, emülsiyonun 15 dakikalık deney süresince kararlı şekilde kaldığını göstermektedir. ParticleView probu, emülsiyon kararlılığının/kararsızlığının hızlı şekilde görsel olarak doğrulanmasına yardımcı olur.

b. t= 0 m: Emülsiyon çözücü kullanıldığında başlangıçta daha büyük damlacıklar gözlemlenir. Numune alma işlemiyle damlacıkların fiziksel bütünlüğü etkilenmeden, damlacıklar yerinde doğal ortamlarında görülür.

c.t=3 m zaman içinde, küçük damlacıklar birleşerek morfolojik bir değişimle daha büyük damlacıklar oluştururlar. ParticleView, damlacıkların gelişimini gerçek zamanlı olarak izler, damlacık dinamikleriyle ve emülsiyon çözücü kullanıldığında meydana gelen dönüşümle ilgili temel bilgiler sağlar.

d.t = 6 m son olarak büyük damlacıklar ayrışır, geride tuzlu suda küçük petrol damlacıkları kalır. Yerinde ParticleView görüntüleri, ayrışmadan sonra petrol ve su fazının yalınlığını hızlı şekilde değerlendirmek için kullanılabilir.

ParticleTrack dağılımları, emülsiyon çözücü kullanıldığında damlacıklardaki değişiklikleri belirler. Damlacık boyutu petrol-su ayrışma prosesini doğrudan etkiler; damlacık boyutunun ölçülmesi hızlı şekilde filtrelemeye/emülsiyon çözücünün etkili şekilde tasarlanmasına olanak verir

• Petrol-su ayrışmasında emülsiyon çözücünün etkisini anlamak petrol taşıma ve rafine etme maliyetinden tasarruf etmek için çok önemlidir
• Hat içi izleme, daha hızlı ve daha kolay petrol-su ayrışma işlemleri için emülsiyondaki değişiklikleri hassas şekilde takip ederek ve ideal emülsiyon çözücüyü formüle ederek prosesleri izlemek için doğrudan bir yöntem sağlar

Referans: Duy Nguyen ve ekibi (Nalco ve METTLER TOLEDO işbirliği ile)

ParticleView ve ParticleTrack, önder şirketler ve araştırma grupları tarafından petrol ve gaz üretimi için Akış Güvencesi'nde kullanılmıştır. Aşağıdaki çeşitli referansları inceleyin.

Gaz Hidratı Oluşumu

Aline Melchuna, Ana Cameirão, Yamina Ouabbas, Jean-Michel Herri, Philippe Glenat. Yüksek su kesiminde hidrat bulamacının aktarılması. 8. Uluslararası Gaz Hidratları Konferansı, Temmuz 2014, Pekin, Çin. pp.T5-16, 2014.

Greaves  D,  Boxall  J,  Mullingan  J,  Sloan  ED, Koh  CA.   Yüksek  Su İçeriği  Ham Petrol  Emülsiyonlarında  Hidrat  Oluşumu.  Chemical Engineering Science, vol. 63. 2008. p. 4570-4579.

Turner D, Miller K ve Sloan E. Ham petrolde su damlacıklarını metan hidrata doğrudan dönüşmesi. Chemical Engineering Science, 2009 vol: 64 (23) pp: 5066-5072. 10.1016/j.ces.2009.08.013

Asfaltenler

Marugán J,  Calles J,  Dufour J,  Giménez-Aguirre R,  Peña J, &  Merino-García D. Odaklanmış Lazer Yansımasıyla Asfalten Başlangıç Bölgesini Tanımlama: Katkı Maddesi Filtrelemeye Yönelik Bir Araç. Energy & Fuels. 2009 vol: 23 (3) pp: 1155-1161. 10.1021/ef800626a.

Ruidiaz EM, Koroishi ET, Kim NR, Trevisan OV, Soares-Bassani G ve Merino-Garcia D. Asfalten Tortulaşmasını Değerlendirme - Sistemli Bir Araştırma ve Rezerv Koşullarında Hat İçi Odaklanmış Işın Yansıma Ölçümünü Doğrulama; FBRM®. J Pet Environ Biotechnol 2018, Vol 9(2): 364.  DOI: 10.4172/2157-7463.1000364

Javier Dufour, José A. Calles, Javier Marugán, Raúl Giménez-Aguirre, José Luis Peñaand Daniel Merino-García. Ham Petrolde Hidrokarbon Dağılımının ve Asfalten Kararlılığında Atıkların Etkisi. Energy Fuels, 2010, 24 (4), pp 2281–2286. DOI: 10.1021/ef900934t.

Petrol-Su Emülsiyonları

Boxall J,  Koh C,  Sloan E,  Sum A,  Wu D. Tanecik Video Mikroskobu ve Odaklanmış Işın Yansıma Yöntemiyle Petrol-Su Emülsiyonlarında Damlacık Boyutu Dağılımlarının Ölçümü ve Kalibrasyonu. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2010 vol: 49 (3) pp: 1412-1418. DOI10.1021/ie901228e.

Less S, & Vilagines R. Ham petrol emülsiyonlarında damlacık çapı dağılımının ışık hüzmesi yansımasıyla ölçümü, Fuel, 2013 vol: 109 pp: 542-550. DOI10.1016/j.fuel.2013.03.048.

Wang W,  Li K,  Wang P,  Hao S,  Gong J. Arayüzeyle ilgili genleşme reolojisinin seyreltilmiş petrol–su emülsiyonunda dağınık damlacıkların kopması üzerindeki etkisi. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014 vol: 441 pp: 43-50. DOI10.1016/j.colsurfa.2013.08.075.

Kireç

N. Al Nasser, Waleed & Pitt, Kate & J. Hounslow, Michael & D. Salman, Agba. (2013). Odaklanmış ışın yansıma ölçümü kullanarak ultrason ışınlama yapıldığında kalsiyum karbonat yığışmasını ve kireçlenmesini izleme. Powder Technology. 238. 151–160. 10.1016/j.powtec.2012.03.021.

N. Al Nasser, Al Salhi F. Hat içi tekniği ile kalsiyum karbonatın kireçlenme ve yığışma kinetiklerini belirleme. Chemical Engineering Science, 2013 vol: 86 pp: 70-77. 10.1016/j.ces.2012.05.018

Rosário, F.F.,MONTALVÃO, V.T.K., PEREIRA, M.L.O., & J. F. CAJAIBA DA SILVA (2012) Gerçek Zamanlı FTIR ve FBRM Analizleri Kullanılarak Yapılan Kalsiyum Karbonat Çökelmesi Kinetik Araştırması. 13. Uluslararası Petrol Fazı Davranışı ve Kirlenme Konferansı, Saint Petersburg, Florida.