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. [۱۰] گزارش دادند که در فرایند 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 .[۱۱] 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.
۲-۳- ماهیت واکس
مطالعه تعادلات جامد-مایع یکی از تکنیک های اصلی در طراحی و توسعه فرایند های جداسازی از قبیل: کریستالیزاسیون و تجزیه می باشد. فرایند 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[۱۲].
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 [۱۳] و واکس های ماکروسکوپی مشکلات بیشتری نسبت به واکس های میکروسکوپی در خطوط انتقال ایجاد می کنند [۱۴و۱۶].
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 [۱۵ و ۱۸].
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.[۱۷]
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^[۱] ایجاد می شوند و هر کدام از این فازها دارای گستره وسیعی از پارافین ها با تعداد کربن های متفاوت می باشند.[۱۹]
نمونه های مولکول های تشکیل دهنده واکس در شکل ۲-۲ دیده می شود

شکل۲-۲- نمونه های مولکول های تشکیل دهنده واکس[۱۱۷]
طی تحقیقات بیشاپ^[۲] و همکاران [۲۰] در سال ۱۹۹۵، در ترکیب واکس مولکول های با تعداد کربن بیش از ۵۰ 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 ۲۰ تا ۵۰ 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 ۱۸ تا ۶۵ کربن می باشند.[۲۱] تصویر شاخه های تشکیل دهنده واکس در شکل ۱-۱ 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 ۲-۲ مشاهده می شود.
جدول ۲-۲: ترکیب درصد و خواص گروه های تشکیل دهنده واکس [۱۲۱]

گروه واکس و خصوصیاتش

واکس پارافینی

واکس میکرو کریستالی

نرمال پارافین

۸۰-۹۵

۰-۱۵

پارافین شاخه دار

۲-۱۵

۱۵-۳۰