مقدمه
صنایع نفت و گاز مقدار زیادی پساب به عنوان محصول جانبی تولید می کنند در جزیره سیری سالیانه در حدود 10000000 بشکه آب همراه تولید می شود و این آب می تواند منبع اصلی آلودگی زیست محیطی دریایی باشد چون نهایتا این آب به دریا می ریزد. می توان با تصفیه این آب و حذف نفت همراه و رساندن میزان کدری به حد قابل قبول آن را همراه با آب تزریقی به چاهای تزریق فرستاد. ترکیب آب همراه متفاوت است (بسته به نوع مخزن ) و شامل مواد نفتی، مود آلی، جامدات معلق و حل شده و نمکها و فلزات می باشد.
از نظر تاریخی که در سال 1778 فیزیکدان فرانسوی بنام آنتوان نولت پدیده ای که در حال حاضر اسمزشناخته می شود را بیان کرد که در این فرآیند آب را در طول یک غشا نیمه تراوا از محلول آبی با ذرات کمتر به محلول آبی به ذرات بیشتر نفوذ می کند و به تعادل می رسد. دویست سال بعد محققان دریافتند که با صرف انرژی جهت این فرایند را می توان برعکس کرد و آب خالص بدست آورد آنها این پدیده را اسمز معکوس نامیدند.
در فرآیند مدلسازی غشایی تصفیه آب همراه سعی خواهد شد به طور بنیادی این فرایند مورد بررسی قرار گیرد و تاثیر عوامل مختلف فیزیکی بر روی بازدهی فرآیند تحقیق شود همچنین سعی خواهد شد مبنای مدلسازی فرایند الترافیلتراسیون باشد تا اینکه درصد جداسازی نفت و حذف کدری آب بررسی شود و با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردد.
بنابراین اهداف پروژه به شرح زیر است:
• حذف نفت باقیمانده در آب همراه بعد از تفکیک کننده و رساندن آن به میزان استاندارد
• بررسی مکانیسم رسوب ایجاد شده روی غشاهای مورد استفاده
• بررسی پارامترهای عملیاتی از قبیل دما، فشار، دبی جریان خوراک
• حفظ محیط زیست
در فصل 1 به بررسی آب همراه و روش های مختلف تصفیه آن اشاره خواهد شد، فصل 2 به شیمی غشا و خواص و ساختار غشاها و فصل سه راه های ازدیاد شار و انتخاب غشای مناسب در نهایت در فصل 4 مدل سازی و ارزیابی مدل، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

بررسی روشهای سنتی برای تصفیه آب همراه و مدلسازی فرایند غشایی برای تصفیه آب (آلترافیلتراسیون)

بررسی روشهای سنتی برای تصفیه آب همراه و مدلسازی فرایند غشایی برای تصفیه آب (آلترافیلتراسیون)

فهرست مطالب

چکیده ……………………………………………………………………………………………………………………… 1
مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………… 2

فصل 1 مقدمه ای بر تصفیه آب همراه

1. مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 4
1.1.سرچشمه آب همراه ………………………………………………………………………………………………….. 4
1.2.نسبت اجزای سازنده آب همراه ………………………………………………………………………………………. 5
1.3.تأثیر آب همراه روی محیط زیست ……………………………………………………………………………………. 6
1.4 مدیریت آب همراه و توافقات بین المللی ……………………………………………………………………………. 6

فصل 2 روشهای سنتی برای تصفیه آب همراه

1.1 جداسازی بر مبنای گرانش- شناورسازی …………………………… …………………………………………… 8
1.2 روشهای جداسازی گردشی (سیکلونی) …………………………………………………………………………. 8
1.3 تکنولوژی جداسازی بر مبنای فیلتراسیون ………………………………………………………………………… 9
1.4 رقابت های نوین در اداره آب همراه ………………………………………………………………………………… 9
2.1 جداسازی زیر دریایی ………………………………………………………………………………………………… 9
2.2 تکنولوژی درون چاهی ……………………………………………………………………………………………… 10
2.3 روش های مسدود کردن آب ……………………………………………………………………………………… 10
2.4 ایجاد مسیر های انحرافی ………………………………………………………………………………………… 10
3.1 جداسازی توسط فیلتراسیون …………………………………………………………………………………….. 11
3.2 تصفیه آب توسط استخراج ……………………………………………………………………………………….. 11
3.3 ازدیاد جداسازی نفت با استفاده از به هم پیوستگی (Coalescence) .ا…………………………………….. 12
3.4 روش ها بر مبنای جذب توسط بستر جامد ……………………………………………………………………… 12

فصل 3 فرایند غشایی

1. تعریف و دسته بندی فرایند های غشایی ………………………………………………………………………… 13
2. شیمی غشاء، ساختار و کاربردها ………………………………………………………………………………….. 18
2.1 فیلتر های ژرف در مقایسه با فیلترهای غربالی …………………………………………………………………. 18
2.2 غشاهای میکرو متخلخل در مقایسه با غشاهای نامتقارن ……………………………………………………. 21
2.3 پلیمرهای استفاده شده در ساخت غشاها …………………………………………………………………….. 23
2.3.1 پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) ….ا………………………………………………………………………………. 24
3. رسوبگیری و تمیزکاری ………………………………………………………………………………………………. 25
3.1 مشخصات رسوب …………………………………………………………………………………………………… 25
3.1.1 تغییر در خواص غشاء ……………………………………………………………………………………………. 25
3.1.2 تغییر در خواص خوراک ……………………………………………………………………………………………. 25
3.1.3 پلاریزاسیون غلظتی ……………………………………………………………………………………………… 25
3.1.3.1 شار آب ………………………………………………………………………………………………………….. 26
3.2 نتیجه رسوب ………………………………………………………………………………………………………… 27
3.3 فاکتورهای موثر بر رسوب ………………………………………………………………………………………….. 28
3.3.1 خواص غشاء ……………………………………………………………………………………………………… 28
3.3.1.1 آبدوستی ……………………………………………………………………………………………………….. 28
3.3.1.2 توپوگرافی سطح ………………………………………………………………………………………………. 30
3.3.1.3 تغییر روی غشاء ……………………………………………………………………………………………….. 31
3.3.1.4 اندازه حفره ها …………………………………………………………………………………………………. 32
3.3.1.5 اصلاح سطح …………………………………………………………………………………………………… 33
3.3.2 خواص مواد حل ………………………………………………………………………………………………….. 34
3.3.2.1 نمک ها …………………………………………………………………………………………………………. 34
3.3.2.3 چربی-روغن ها ……………………………………………………………………………………………….. 36
3.3.2.4 آنتی فوم ……………………………………………………………………………………………………… 37
3.3.2.5 مواد هیومیک ………………………………………………………………………………………………… 38
3.3.3 مهندسی فرایند ……………………………………………………………………………………………….. 38
3.3.3.1 دما ……………………………………………………………………………………………………………. 38
3.3.3.2 سرعت جریان و تلاطم …………………………………………………………………………………….. 39
3.3.3.3 فشار …………………………………………………………………………………………………………. 40
3.3.3.4 فاکتورهای طراحی که روی شار موثرند …………………………………………………………………. 41
4. انتخاب غشا مناسب فرآیند آلترافیلتراسیون …………………………………………………………………… 43
4.1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………… 43
4.2 انتخاب غشاء و راهکار افزایش بازدهی آن در فرایند آلترافیلتراسیون آب همراه …………………………. 44
4.3 اصلاح ویژگی آبدوستی غشاء …………………………………………………………………………………. 45
4.3.1 آماده سازی غشاهای PES/پلورنیک F127 ..ا……………………………………………………………….. 46
4.3.2 مشخص کردن و توصیف غشای PES/F127 .ا……………………………………………………………….. 47
4.3.3 عملکرد جداسازی غشا برای محلول امولسیون آب/روغن ………………………………………………….. 48
5. احیای غشا در تصفیه پساب نفتی و راهکار ازدیاد شار در خلال فرایند UF ا…………………………………… 49
5.1مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………. 50
5.2ازدیاد شار با تزریق گاز به غشا آلترافیلتراسیون پساب نفتی جریان متقاطع …………………………………. 50
5.2.1وابستگی فشار به شار تراوا ……………………………………………………………………………………… 50
5.2.2اثر تزریق گاز ………………………………………………………………………………………………………… 51
5.2.3 نتایج ……………………………………………………………………………………………………………….. 52

فصل 4 مدلسازی فرایند غشایی

1. چکیده …………………………………………………………………………………………………………………. 56
2. مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………… 56
3. فیلتراسیون غشایی ………………………………………………………………………………………………… 57
4. آنالیز داده ها …………………………………………………………………………………………………………. 66
5. مدل سازی تصفیه فرایند UF آب همراه و…………………………………………………………………………… 71
5.1 ناحیه ای که توسط فشار کنترل می شود: ……………………………………………………………………… 73
5.1.1 پلاریزاسیون غلظتی …………………………………………………………………………………………….. 77
5.2 مدل انتقال جرم (تئوری فیلم) …………………………………………………………………………………….. 79
5.3 مدل مقاومتی ………………………………………………………………………………………………………. 80
5.3.1 مقاومت غشا Rm ..ا……………………………………………………………………………………………… 82
5.3.2 انسداد حفره ها Rp(z) و تشکیل لایه کیک Rc(z) …ا…………………………………………………………. 82
5.3.3 رسوبگیری (Rsc(z و پلاریزاسیون غلظتی (Rcp(z ..ا………………………………………………………….. 82
5.4 مدل فشار اسمزی برای برای شار محدود شده ………………………………………………………………….. 84
6. مدلسازی داده های آزمایشگاهی بر اساس مدل رسوبی ………………………………………………………… 86
7. پیش بینی شار تراوا با استفاده مدل های هرمیا ………………………………………………………………….. 89
7.2.1 تجزیه و تحلیل انسداد استانداد حفره ……………………………………………………………………………. 91
7.2.2 آنالیز انسداد کامل حفره ………………………………………………………………………………………….. 92
7.2.3 آنالیز انسداد میانی حفره ها …………………………………………………………………………………….. 93
7.2.4 آنالیز تشکیل کیک ………………………………………………………………………………………………… 94
7.2.5 مدل ترکیبی ………………………………………………………………………………………………………. 95

فصل 5 ارزیابی مدل

1.. ارزیابی مدلسازی تصفیه فرایند UF آب همراه …………………………………………………………………. 97
2. ارزیابی مدلسازی رسوب غشا …………………………………………………………………………………… 99
2.1 مشخصات تراوا …………………………………………………………………………………………………… 99

فصل 6

نتایج ………………………………………………………………………………………………………………… 103
علائم ………………………………………………………………………………………………………………… 105
منابع …………………………………………………………………………………………………………………. 106
چکیده انگلیسی ……………………………………………………………………………………………………. 107
پیوست ………………………………………………………………………………………………………………. 108

فهرست جدول ها

جدول1: مشخصات فرایند های غشایی ………………………………………………………………………………14
جدول 2: زیر لیستی از موادی که در ساخت غشاء استفاده می شود…………………………………………….24
جدول 3: زاویه تماس برای مواد غشایی ………………………………………………………………………………30
جدول 4: فرمول محلول ریخته گری …………………………………………………………………………………….. 45

جدول 1: پارامترهای برای طراحی ماژول غشا ……………………………………………………………………… 61

جدول 2: مشخصات ……………………………………………………………………………………………………… 68
جدول3: فاکتورها و سطح های انتخاب شده. …………………………………………………………………………. 68

جدول 4: شرایط آزمایش …………………………………………………………………………………………………. 68

جدول5: مقاومت ذاتی سه غشا استفاده شده ………………………………………………………………………. 86

جدول 6: نتایج آزمایش های شار بر حسب زمان. ……………………………………………………………………. 88

جدول 7: خلاصه ای از معادله های مشخصه برای قوانین فیلتراسیون فشار ثابت …………………………………… 90
جدول 1: نتایج آنالیز خوراک و تراواجدول 2: مقایسه 2R برای مدل های هرمیا ……………………………………….99
جدول 3: مقایسه بین پیش بینی مدل ها و نتایج آزمایشگاهی بعد از 90 دقیقه………………………………………100

فهرست شکلها

شکل1: نمونه ای از پروفیل تولید در یک میدان نفتی ……………………………………………………………………….. 4

شکل 2 : تزریق مجدد آب جداشده از نفت در یک تاسیسات فراساحل …………………………………………………… 5
شکل 1: نمای شماتیکی از یک هیدرو سیکلون …………………………………………………………………………….. 8

شکل2: یک واحد زیر دریایی بهره برداری نیمه صنعتی ……………………………………………………………………. 10

شکل3: مثال تصویری از چاه های انحرافی …………………………………………………………………………………. 11
شکل 1: محدوده مفید فرایندهای گوناگون جداسازی ……………………………………………………………………… 14

شکل 2: فرایندهایی با نیرو محرکه فشار به همراه مشخصات جداسازی شان. ……………………………………….. 15

شکل 3: مقایسه فیلتراسیون و فیلتراسیون غشایی ……………………………………………………………………… 16

شکل 4: چند مثال از جداسازی اجزای حل شده توسط فرایندهای غشایی …………………………………………… 17

شکل 5: اصول اولیه عملیات فرایند غشایی ………………………………………………………………………………. 18

شکل 6: دسته بندی فیلترها ………………………………………………………………………………………………. 20

شکل 7: نمای شماتیکی از فیلتر ژرف، ………………………………………………………………………………….. 20

شکل 8: نمایی از یک فیلتر چند مرحله ای ژرف …………………………………………………………………………. 21

شکل 9: نمایی از فیلترهای غربالی که ذرات باقیمانده روی سطح شان جمع شده است. ……………………….. 21

شکل 10: مقایسه بین فیلتر ژرف و فیلتر غربالی…………………………………………………………………………… 22

شکل 11: نمایی از یک غشاء میکرو متخلخل حفره ای. ……………………………………………………………………. 22

شکل 12: نمای شماتیکی از یک یک غشاء غیر متقارن (پوسته ای). ………………………………………………………. 23 شکل13: نمایی از سطح مقطع یک غشاء غیر متقارن پلی سولفون. ……………………………………………………… 23

شکل 14: غشاء پلی وینیلیدن فلوراید ………………………………………………………………………………………….25
شکل 15 نمونه ای از الگوی رسوب گیری که در فرایند UF آب پنیر مشاهده شده است……………………………………26
شکل 16: رسوب غشاء UF توسط محلول 0.1% BSA در pH 5 و 25°C, 100 kPa. همه غشاهای پلی سولفون……………………………………………………………………………………………………………………………….27
شکل17 :زاویه تماس……………………………………………………………………………………………………………….28
شکل18 : ساختار سطح غشاء RO پلی اتر آمین………………………………………………………………………………29
شکل 19 : ساختار سطح غشاء RO کامپزیتی فیلم نازک بر مبنای پلی آمید……………………………………………….31
شکل20 : فرایند UF رنگ کاتدی PPG با ماژول استاندارد Romicon XM-50 و ماژول فیبر توخالی CXM…ا……………………………………………………………………………………………………………………………….32
شکل21 : تاثیر اندازه حفره های غشاء بر شار. سمت چپ: شار لحظه ای نسبت به زمان……………………………….32
شکل22 : تاثیر اندازه حفره ها بر رسوب غشاء…………………………………………………………………………………33
شکل 23: مکانیسم رسوب غشاء توسط ذرات، شکل تاثیر حفرات در رابطه با اندازه ذرات را نشان می ده……………………………………………………………………………………………………………………………………33.
شکل24 : رسوب در غشاء UF توسط نمک های موجود در شیر……………………………………………………………….34
شکل25 : نمونه ای از الگوی رسوب در فرایند UF…ا……………………………………………………………………………35
شکل26 : تاثیر نمک روی شار آب پنیر…………………………………………………………………………………………..36
شکل8: نمای از GE Sepa™ CF II Med/High Foulant System (GE, YCFHFSYS01) …ا……………………………. 66

شکل 9: نمای از دیاگرام تجهیزات آزمایشگاهی …………………………………………………………………………… 67

شکل 10: نمایی از پروفیل سرعت و غلظت در یک لایه مرزی توسعه یافته. …………………………………………… 70

شکل 11:پروفیل غلظت در خلال یک فرایند غشایی دفع کامل یا جزئی ماده حل شونده. …………………………… 71

شکل12: شماتیکی از غشا غیر متقارن UF ا…………………………………………………………………………….. 73

شکل13: تفاوت بین فیلتراسیون غشایی انتها بسته و جریان متقاطع. ………………………………………………….. 74

شکل14: رابط کلی بین پارامترهای عملیاتی و شار …………………………………………………………………….. 75

شکل15: نمایی از پدیده CP در فرایند UF ماکرومولکول های حل شده. ………………………………………………… 76

شکل16: تاثیر TMP روی شار (بالا) و ارتفاع لایه دفع شده روی سطح غشا (پایین…………………………………….. 77
شکل17: نمایی از رسوب روی غشا UF. ….ا……………………………………………………………………………….. 82

شکل 18 الف: نمودار شار بر حسب فشار برای دبی جریان LPM 9/1 ..ا………………………………………………. 85

شکل 18 ب: نمودار شار بر حسب فشار برای دبی جریان LPM 8/3 ..ا…………………………………………………. 86

شکل 19 الف: رابطه Rg و فشار در دبی جریان خوراک LPM 9/1ا ……………………………………………………….. 87

شکل 19 ب: رابطه Rg و فشار در دبی جریان خوراک LPM 8/3 ..ا………………………………………………………… 87

شکل 20: منحنی رسوب برای مجموعه آزمایش انجام شده……………………………………………………………….. 89

شکل 21: شار تراوای پیش بینی شده برای مدل انسداد استاندارد حفره ……………………………………………….. 91

شکل 22: شار تراوای پیش بینی شده برای انسداد کامل حفره ………………………………………………………….. 92

شکل 23: شار تراوای پیش بینی شده برای انسداد میانی حفره ها …………………………………………………….. 92 شکل24: شار تراوای پیش بینی شده برای مدل تشکیل کیک …………………………………………………………….93

شکل 25 شار تراوای پیش بینی شده برای مدل ترکیبی ……………………………………………………………………94
شکل 1: نمودار شار بر حسب زمان، دو اثر CP و رسوب نشان داده شده است. …………………………………………. 96

فصل اول
1. مقدمه
هدف از این تحقیق تصفیه آب همراه نفت به کمک فرایندهای غشایی و حذف قطرات نفت موجود در آب خروجی از تفکیک کنندها و حذف کدری آب است. از آن جا که این پروژه بر اساس مدلسازی است می توان اثر عوامل مختلف از قبیل فشار، دبی، جریان خوراک، دما را بر روی کیفیت جداسازی بررسی نمود. ضرورت این پروژه از دیدگاه محیط زیستی نیز حایز اهمیت است. علاوه بر این می توان از آب خروجی جهت تزریق به چاههای تزریقی نیز استفاده نمود.
مقدمه ای بر تصفیه آب همراه
بعضی تحقیقات بر روی آب همراه نشان می دهد که اجزای سمی در آب همراه ممکن است باعث آسیب جبران ناپذیر به محیط زیست شود. میزان آب و هیدروکربن تولیدی برای یک میدان نفتی در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل1: نمونه ای از پروفیل تولید در یک میدان نفتی
شکل1 نشان می دهد که تغییر قابل ملاحضه ای در نسبت آب/نفت در طول زمان ایجاد می شود و با گذشت زمان آب حجم زیادی از تولید را در بر می گیرد.

1.1 سرچشمه آب همراه
آب معمولاً همراه با نفت در مخازن نفتی یافت می شود. علاوه بر آن، یک لایه آبده که در نتیجه بالاتر بودن چگالی آب نسبت به نفت در یک لایه جداگانه ای در زیر یا حاشیه مخزن نفتی قرارگرفته، وجود دارد. آبی که به طور طبیعی در مخزن وجود دارد. بعد از آنکه استخراج نفت و گاز در طول زمان انجام شد، آب لایه های آبده به چاه های تولیدی می رسد و تولید آب شروع می شود. برشهای آب خروجی از نفت در طول زمان و استخراج هر چه بیشتر از چاه های نفتی ویا گازی افزایش می یابد. تا آن جا که تولید نفت از میادین متوقف می شود، محتوای نفت خروجی چاه می تواند به کمتر از دو درصد و آب به نود و هشت درصد برسد.
به منظور نگهداشت فشار هیدرولیکی مخزن نفتی، که به سرعت بعد از تولید آغاز می شود اغلب در لایه آبده، آب دریا تزریق می شود. (شکل2)
این حفظ فشار با تزریق آب باعث افزایش ضریب بازیافت می شود ولی به طور همزمان منجر به تولید بیشتر آب نیز می شود.
1.2 نسبت اجزای سازنده آب همراه
نسبت اجزای سازنده آب سازند در هر مکانی به طور مشخص با توجه به مشخصات بین مخزن های متفاوت متغیر است. هنگامی که تولید از یک مخزن شروع می شود، نسبت اجزای سازنده آب همراه از چاه های تولیدی ممکن است به طور پیوسته، به خاطر تزریق آب دریا، تزریق مجدد آب همراه، تحریک مخزن، فعالیت های باکتریال و مواد شیمیایی که در هنگام تولید اضافه می شود، تغییر کند.
آب همراه اساساً مخلوطی از آب سازند و آب تزریقی است اما دارای مقدار کمی مواد دیگر شامل:
مواد آلی محلول (شامل هیدروکربنها) اندکی فلزات سنگین نفت معلق (غیر قطبی)
جامدها (سنگریزه و لجن)
مواد شیمیایی که در هنگام تولید اضافه می شود.
نیز می باشد.
هیدروکربنهای محلول که به طور طبیعی در آب سازند یافت می شود و می تواند سمی و تجمع بیولوژیکی باشند. این ترکیب درصد های قابل انحلال در آب همراه اساساً BTEX ( بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و هگزان)، هیدروکربنهای پلی آروماتیک ( PAH) و آلکیل فنولها به همراه فلزات سنگین که به عنوان زیان آورترین آلودگی ها در آب همراه هستند را شامل می شود.

1.3 تأثیر آب همراه روی محیط زیست
عموماَ در واحد های بهره برداری به منظور مدیریت آب همراه با تجهیزات جداسازی، بر مبنای گرانش جداسازی انجام گرفته و سپس به دریا ریخته می شود. برای مدت زمان طولانی قوانین دولتی در یک ناحیه نفتی، تغلیظ نفت غیر قطبی در آب بوده است و توجه کمی به مواد آلی حل شده در آب همراه شده است.
امروزه بین دولتها و محققین در صنایع نفت این توافق وجود دارد که در حال حاضر باید روی مواد آلی حل شده، فلزات سنگین و مواد شیمیایی که حین تولید اضافه می شود، توجه داشت. محتوای نفت در آب باید تا آنجا که ممکن است پایین باشد. و صنایع باید از بهترین تکنولوژی در دسترس استفاده کند.
تأثیرات بلند مدت چنین آلودگی هایی روی محیط زیست به طور کامل شناخته شده نیست و مطالعات زیادی در حال انجام است. نتایج پژوهشهای اخیر نشان داده است که به هر حال ماهیانی که در معرض آلکیل فنولها قرار می گیرند، اختلالاتی در اندام و باروری آنها ایجاد می شود ضمن آتکه نباید تاثًیر سرب جذب شده بر بدن آبزیان و در نتیجه اثر آن را روی سلامتی انسانها را نادیده گرفت.

1.4 مدیریت آب همراه و توافقات بین المللی
یک قانون عمومی برای تخلیه آب همراه از فراساحل وضع شده است که حداکثر (mg/lit (ppm) 40) است در تعهدنامه اسلو پاریس موافقت شد که حداکثر محدوده میزان تخلیه زیر 30ppm برای کمپانی های نفتی باشد. در نروژ مرجع کنترل آلودگی و صنایع نفت ابزار مدیریت آب همراه را توسعه دادند و هدف آنها استراتژی صفر است.

بررسی روشهای سنتی برای تصفیه آب همراه و مدلسازی فرایند غشایی برای تصفیه آب (آلترافیلتراسیون)

بررسی روشهای سنتی برای تصفیه آب همراه و مدلسازی فرایند غشایی برای تصفیه آب (آلترافیلتراسیون)

فصل 2

مقدمه ای بر تصفیه آب همراه

1 روشهای سنتی برای تصفیه آب همراه 1.1 جداسازی بر مبنای گرانش- شناورسازی
تصفیه آب همراه به طور سنتی بر مبنای تجهیزات گرانشی انجام شده است ، جایی که از اختلاف در چگالی استفاده می شود. چنین جداسازی هایی عموماً در یک تانک جداسازی بزرگ در فشار های مختلف انجام می گیرد. شناورشدن اجزای سبک تر (نفت) را می توان توسط توزیع حباب های کوچک گاز افزایش داد و صفحات موازی را به طور مورب در مخزن جداسازی نصب کرد.

1.2 روشهای جداسازی گردشی (سیکلونی)
به منظور تصفیه حجم بیشتری از آب همراه در یک فضای محدود روشهای تصفیه بهبود یافته است. رایج ترین تکنولوژی در مناطق تولیدی فراساحل از سال 1990 هیدروسیکلون استاتیک بوده است که در فشار در دسترس برای افزایش سرعت در جداسازی گرانشی استفاده می شود. مزایای این گونه تجهیزات قابلیت اطمینان بالا (نداشتن اجزای متحرک)، تعمیر و نگهداری کم، نیاز به فضای کوچک، بازده جداسازی خوب و گنجایش بالاست. شکل زیر آب (قرمز رنگ) به سمت پایین جریان می یابد و همزمان نفت به سمت مرکز به آن نیرو وارد می شود و از سرریز سیکلون خارج می شود.
کاربرد دیگر برای جداسازی نفت از آب استفاده از سانتریفیوژ با کارآیی بالاست. از آنجا که این تجهیزات دارای موتور هستنداغلب برای جریانهای آب با فشار پایین استفاده می شوند. این نمونه از تجهیزات انرژی زیادی نیاز دارند و هزینه به تعمیر و نگهداری بالایی دارند.
1.3 تکنولوژی جداسازی بر مبنای فیلتراسیون
یک تکنیک شناخته شده به منظور جداسازی اجزای نامحلول فیلتراسیون است. اصول مختلفی برای تصفیه آب همراه توسط غشاهای میکروفیلتراسیون و فیلترها در نظر گرفته شده است. این تکنولوژی مزایای زیادی دارد که با آن می توان به درجه بسیار خوب جداسازی دست یافت. به هر حال میکرو فیلتراسیون دارای معایبی نظیر مصرف بالای انرژی و خراب شدن عناصر و المنتهای فیلتر می باشد.
1.4 رقابت های نوین در اداره آب همراه
جداسازی بر مبنای جاذبه با سیکلونهای هیدرواستاتیک روش پر استفاده ای به منظور تصفیه آب همراه است. در حالت های ویژه ای با مشخصه های مختلف یا حجم کم از دیگر تجهیزات تصفیه استفاده می شود. یک جایگزین خوب برای دفع آب همراه می تواند این باشد که آنرا مجدداً به مخزن فرستاد و از آن به منظور تقویت فشار مخزن استفاده کرد. این روش علاوه بر هزینه بالا( در صورتی که تاسیسات تزریق آب موجود نباشد) دارای این عیب است که تزریق مجدد همچنین بر کیفیت تولید و قابلیت تولید مخزن لطمه وارد می کند.

2 مدیریت آب همراه از راه به حداقل رساندن تولید آن
بر مبنای ابهام جدی که به تاثیرات دراز مدت محیط زیستی تخلیه آب همراه در وجود دارد و به منظور جلوگیری از آسیب های احتمالی به محیط زیست قوانین سخت گیرانه ای وضع شده است. در نروژ و دریای آتلانتیک (نفت شمال ) دولت و کمپانی های نفتی موافقت کرده اند که آسیب به محیط زیست را به صفر برسانند. صنایع نفتی روش های متنوعی بدین منظور اتخاذ کرده اند.

2.1 جداسازی زیر دریایی
به منظور کاهش ظرفیت لازم فرآوری در تاسیسات بهره برداری نفت خام، یک روش مناسب این است که تا آنجا که ممکن است میزان آب از جریان خروجی چاه در نقطه اولیه کاهش یابد. با قرار دادن اولین مرحله جداسازی آب/نفت در ته دریا لازم نیست که همه آب به تاسیسات فرآوری روی سکو منتقل شود. تاسیسات سکو به طور مشخصی ساده خواهند شد علاوه بر آن وزن سازه نیز کاهش می یابد. آب جداشده در کف دریا می تواند به یک چاه کم عمق تزریق گردد. شکل4 یک نمایش گرافیکی نصب یک سازه زیر دریایی نیمه صنعتی را نشان می دهد.

2.2 تکنولوژی درون چاهی
یک گام جلوتر در کاهش میزان آب از جریان تولیدی آن است که تجهیزات فرایند جداسازی آب/نفت در چاه های تولیدی قرار گیرد. این تکنیک به طور مبسوطی در سال های اخیر بررسی شده است. آب همراهی که از نفت یا گاز جدا می شود، سپس با استفاده از پمپ های هیدرولیکی درون چاهی پر فشار می شود و به درون چاه دوباره تزریق می شود. این تکنولوژی در حال حاضر در مرحله نیمه صنعتی است و پرهزینه می باشد و پیچیدگی آن با افزایش عمق مخزن افزایش می یابد. سیستم های جداسازی آب/نفت عمودی درون چاهی در چند سال اخیر تا حدودی استفاده شده است. سیستم های جداسازی افقی پیچیده تر جدید در مرحله آزمایش نیمه صنعتی قرار دارد.

2.3 روش های مسدود کردن آب
به منظور کاهش جریان آب در نواحی تولیدی چاه، دو روش سنتی مورد استفاده قرار می گیرد. در خلال مسدود کردن مکانیکی، سیمان یا وسایل مکانیکی مسیر آب را از ناحیه سوراخ شده مسدود می کند. مسدود کردن با روشهای شیمیایی شامل تزریق پلیمرها به داخل مخزن است که ویسکوزیته آب را افزایش می دهد و یک ژل پایا تشکیل می دهد و در نتیجه توانایی جریان آب را مسدود می کند.

2.4 ایجاد مسیر های انحرافی
افزایش در تولید آب برای مثال در نتیجه رسوخ آب به ناحیه تولیدی را می توان با بیرون کشیدن تجهیزات درون چاهی، بستن ناحیه سوراخ شده (بستن مکانیکی) و حفاری در یک ناحیه جدید متوقف کرد. شکل5 چندین چاه فرعی که درون چاه اولیه قدیمی حفر شده است را نشان می دهد.
3 پیشرفت های اخیر در تصفیه آب همراه
تکنولوژی های مختلف مشخصه های مربوط به خود را دارند که آنها را برای تصفیه نوع خاصی از آب همراه مناسب می سازند. یک توجه عمده بر روی روشهای جدید جهت حذف اجزا حل شده در آب همراه وجود دارد.

3.1 جداسازی توسط فیلتراسیون
استفاده از غشاها به منظور تصفیه پساب نفتی جهت کاهش اجزای حل شده در نظر گرفته شده است. سیستم جدید شامل استفاده از غشاهای فیلتراسیون نانویی است. به هر حال گرچه روشهای فیلتراسیون اثر جداسازی بسیار خوبی دارد، شامل برخی پیچیدگی در روشهای تصفیه نیز می باشد.

3.2 تصفیه آب توسط استخراج
تکنولوژی دیگری که به طور گسترده هم در مقیاس نیمه صنعتی و هم با مقیاس کامل مورد آزمایش قرار گرفته شده است به خواص حلال مایعات فوق بحرانی بر می گردد. در این فرایند از میعانات (NGL) اسکرابرها استفاده می شود و آنها را به آب همراه در بالا دست هیدروسیکلون تزریق می کنند. هیدروکربنهای محلول و پخش شده که حلالیت بیشتری در میعانات دارند، در فاز میعانات می روند و در هیدروسیکلون جدا می شوند. این تجهیزات به طور گسترده ای در فاز نیمه صنعتی آزمایش شده اند و آزمایش های میدانی آنها نزدیک است. فرایند به کیفیت میعانات به شدت حساس است.

3.3 ازدیاد جداسازی نفت با استفاده از به هم پیوستگی (Coalescence)
چندین روش نوین تصفیه آب همراه بر مبنای به هم پیوستگی قطرات نفت پخش شده وجود دارد که اغلب قبل از جداسازی سیکلونی هستند. تجهیزاتی که در بالا دست مخزن سیکلونی نصب شده تا قطر قطرات نفت را افزایش دهد که نتیجه آن بالا بردن درجه جداسازی در هیدروسیکلون است. فرآیند به هم پیوستگی را می توان با وسایل مختلف شتاب بخشید.
یک روش این است که مدیای فیبری ویژهای در خط لوله یا مخزن هیدروسیکلون نصب شود که که قطرات نفت را جذب کند و این به هم پیوستگی را با تجمعات بزرگ تر ارتقا بخشد. این سیستم ها هیچ تاثیری بر روی هیدروکربن های حل شده ندارد، اما ساده هستند و به آسانی بر روی سیستم های قدیمی نصب می شوند. مدیای فیبری بر رسوب و هر ماده ساینده دیگری نظیر سنگریزه حساس است.
دیگر روش ها شامل ترکیبی از تزریق مواد شیمیایی (منعقد کننده ها) و همزن های مکانیکی در مخزن های ویژه است.
3.4 روش ها بر مبنای جذب توسط بستر جامد
ثابت شده است که جذب سطحی یک بستر مطلوب به منظور تخلیه آب همراه و تصفیه آن است. فرایندهایی که از فیلتراسیون استفاده می کنند، در حجم محدودند و یا به فرایند احیای پیشرفته ای احتیاج دارند که هم انرژی بر و هم گران است. روشهای جذب سطحی شامل فیلترهای کربن فعال که با اکسایش هوای مرطوب احیا می شوند و مدیا و مخزن جذب نفت آن بر مبنای رزین ها،پلیمرها و خاک رس است.
تکنولوژی دیگری که در تصفیه پساب نفتی استفاده می شود و می تواند میزان نفت را به کمتر از ppm 5 برساند استفاده از ترکیبی از کوالسر و جذب سطحی است که هیدروکربن های حل شده و توزیع شده در آب همراه را حذف می کند. ویژگی این روش آن است که هم هیدروکربن های قطبی (حل شده) و هم هیدروکربن های غیر قطبی (OWI) را از انواع مختلف آب همراه جذب می کند. توجه شود که در این روش از مواد منعقد کننده با فرمول انحصاری و در بالا دست جریان ورودی به تجهیزات فرایندی به منظور اختلاط کامل نظیر مخلوط کننده های ایستا و یا شیرها یا پمپ ها استفاده می شود.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان