اهمیت، مکانیزم و کاربرد غیر امولسیفایر(Non Emulsifier)

غیر امولسیفایرها (Non-emulsifier) یکی از ترکیبات کلیدی مورد استفاده در اسید کاری چاه های نفت خام محسوب می شوند. این محصولات که عمدتا مخلوطی پلیمرها و سورفکتنت ها هستند از تشکیل امولسیون در حین فرآیند اسید کاری جلوگیری می کنند. علاوه بر آن اگر در حین فرآیند امولسیونی تشکیل شده باشد به سرعت آن را ناپایدار، و دو فاز را از یک دیگر می کنند. غیر امولسیفایر ها علاوه بر صنعت بالا دستی نفت و گاز در کارخانه های شیمیایی و پالایشگاه ها نیز کاربرد زیادی دارند.

هرچند در بسیاری از صنایع ساخت محصول به شکل امولسیون یک مزیت محسوب می شود ولی باید توجه داشت در صنعت همیشه تشکیل و پایداری امولسیون نه تنها مطلوب نیست بلکه گاهی هدف جلوگیری از تشکیل امولسیون و ناپایداری آن است.

یکی از صنایعی که در آن تشکیل امولسیون دردسر ساز است صنعت نفت و گاز است. معمولا در این صنعت تلاش می شود که از تشکیل امولسیون (چه آب در نفت و چه نفت در آب) جلوگیری شود. همچنین اگر امولسیون تشکیل شده باشد، سعی می شود تا حد امکان آن را از بین ببرند. غیر امولسیفایر (non-emulsifiers) یکی از موثرترین محصولات برای جلوگیری از تشکیل امولسیون به ویژه در اسید کاری چاه های نفت خام است.

اهمیت اسید کاری چاه های نفت (non-emulsifiers)

به مرور زمان چاه های نفت به دلیل انباشت رسوبات معدنی، بقایای گل حفاری و غیره دچار آسیب می شوند. یکی از روش های مهم و حیاتی برای رفع این آسیب ها، اسیدکاری چاه های مخازن نفت خام است. اسید کاری چاه باعث افزایش نفوذپذیری و در نتیجه افزایش نرخ تولید نفت خام خواهد شد (گاهی تا دوبرابر). همچنین اسید کاری باعث کاهش هزینه ها می شود.

اجزا تشکیل دهنده یک غیر امولسیفایر

محصول غیر امولسیفایر مانند بسیاری دیگر از محصولات اسید کاری چاه از یک فرمولاسیون نسبتا پیچیده برخوردار است و از اجزا متعددی تشکیل شده است که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می شود.

پلیمر: از پلیمرهای متفاوتی برای فرمولاسیون غیر امولسیفایر می توان استفاده کرد. طبیعی است که پلیمرهایی با گروه های آب دوست فراوان جز بهترین گزینه ها برای استفاده در فرمولاسیون غیر امولسیون ساز هستند.
حلال آلی: مهم ترین حلال هایی که در فرمولاسیون غیر امولسیفایر در تحریک چاه به کار می رود، الکل هایی مانند اتانول و ایزوپروپیل الکل است. این حلال ها علاوه بر نقش حلال کمکی (co-solvent) تا حدودی می توانند نقش غیر امولسیون ساز را نیز داشته باشند.
سورفکتنت: هرچند معمولا سورفکتنت ها به عنوان امولسیفایر (سازنده امولسیون) شناخته می شوند. ولی از بعضی از آن‌ها می توان به عنوان غیر امولسیفایر (non-emulsifiers) نیز استفاده کرد. برخی از این سورفکتنت ها کشش سطحی بین نفت و آب را کاهش می دهند بدون آن که تشکیل امولسیون دهند. از سورفکتنت های یونی و غیر یونی و آمفوتری می توان به عنوان غیر امولسیفایر کمک گرفت.
افزودنی ها

تعلیق شکن (دمولسیفایر): از تعلیق شکن های شیمیایی برای ناپایداری سازی امولسیون های تشکیل شده و همچنین جلوگیری از تشکیل امولسیون های جدید استفاده می شود.

عامل تر شوندگی : این افزودنی برای تغییر خواص سطح صخره های چاه به کار می رود تا تمایل آن ها به تشکیل امولسیون را کاهش دهد.

عوامل موثر بر عملکرد غیر امولسیفایر (non-emulsifiers)

نوع نفت خام: نفت خام دارای مقادیر متفاوتی از آسفالتین و رزین و دیگر هیدروکربن ها هستند که می تواند بر پایداری امولسیون تأثیر بگذارد. نفت که دارای آسفالتین بالا هستند، وقتی با اسیدها مخلوط می‌شوند، امولسیون‌های پایدارتری تشکیل می‌دهند. از همین رو non emulsifier باید بر اساس ویژگی های خاص نفت خام مورد استفاده انتخاب شوند.
میزان اسید: اسید کاری چاه های نفت با مقادیر مختلفی از اسید (معمولا HCl) انجام می شود. گاهی درصد اسید در اسید کاری چاه تا حدود ۳۰ درصد می رسد. در نتیجه میزان pH و میزان یون های موجود در سیستم متفاوت خواهد بود.
مقدار ذرات و یون ها: در هنگام حفاری چاه، ذرات معدنی مختلف (بعضا با غلظت بسیار بالا) در سیال وجود دارد. از آن جایی که وجود ذرات به شدت بر روی پایداری امولسیون تاثیر گذار است و باعث افزایش پایداری آن ها می شود، بنابراین میزان و نوع ذرات و حتی اندازه آن ها می تواند عملکردnon-emulsifier را تحت تاثیر قرار دهد. از طرفی دیگر وجود غلظت های بالای یون های چند ظرفیتی در سیال می تواند گروه های عاملی تاثیر گذار باشد و باعث کاهش بازده غیر امولسیفایر شود. به طور کلی می توان گفت که ترکیب یونی و pH فاز آب می تواند بر عملکرد non emulsifier تأثیر بگذارد. برای مثال، غلظت‌های بالای نمک‌های خاص (مانند کلرید سدیم) می‌تواند امولسیون‌ها را به جای شکستن آنها تثبیت کند، که نیاز به فرمولاسیون مخصوص به خود را دارد.
تاثیر دما بر غیر امولسیفایر ها: دماهای بالاتر به طور کلی ویسکوزیته سیال را کاهش می دهد، که می تواند نرخ جریان را بهبود بخشد اما ممکن است بر پایداری امولسیون های تشکیل شده در طی اسیدی شدن نیز تأثیر بگذارد. غیر امولسیفایرها باید در طیف وسیعی از دماهایی که معمولاً در حفره‌ها با آن مواجه می‌شوند مؤثر باشند. از طرف دیگر پایداری حرارتی غیر امولسیفایرها نیز یک عامل حیاتی در انتخاب آن ها می باشد. برخی از سورفکتانت ها ممکن است در دماهای بالا تخریب شوند، اثربخشی خود را از دست بدهند و به طور بالقوه منجر به افزایش تشکیل امولسیون شوند.
ویژگی های سازند: نفوذپذیری سازند مخزن نفت و گاز بر این موضوع تأثیر می‌گذارد که چگونه مایعات می‌توانند در طول و بعد از اسیدی شدن از میان آن حرکت کنند. سنگ‌های با نفوذپذیری بالا ممکن است به فرمول‌های غیر امولسیفایر متفاوتی در مقایسه با سازندهای با نفوذپذیری پایین برای دستیابی به نتایج مؤثر نیاز داشته باشند . همچنین وجود مواد معدنی خاص (مانند خاک رس یا کربنات ها) می تواند هم با اسیدها و هم با غیر امولسیفایرها برهمکنش داشته باشد و بر کارایی کلی فرایند تأثیر بگذارد. برای مثال، مواد معدنی خاصی ممکن است سورفکتانت‌ها را جذب کنند یا با اسیدها واکنش نشان دهند، به گونه‌ای که رفتار سیال را تغییر دهد.

شرایط عملیاتی فرایند: سرعت تزریق اسید به چاه بر چگونگی عملکرد غیر امولسیفایرها تأثیر می گذارد. نرخ های تزریق بالا ممکن است منجر به شرایط جریان آشفته شود که در صورت عدم مدیریت صحیح می تواند تشکیل امولسیون را افزایش دهد .به همین علت انتخاب اسید (به عنوان مثال، اسید کلریدریک در مقابل اسیدهای آلی) و غلظت آن بر نحوه تعامل غیر امولسیفایرها با اسید و مایعات مخزن تأثیر می گذارد.

غلظت غیر امولسیفایر: اغلب غلظت آستانه ای وجود دارد که اثربخشی بالاتر از آن به دلیل سورفکتانت بیش از حد که منجر به تشکیل مایسل Micelle می شود به جای جداسازی موثر کاهش می یابد. یافتن غلظت بهینه کلید به حداکثر رساندن عملکرد بدون هدر دادن منابع است. وجود اجزای دیگر در محلول اسید می تواند اثربخشی غیر امولسیفایرها را رقیق کند. به عنوان مثال، غلظت بالای نمک ها یا سایر مواد افزودنی ممکن است در عملکرد آنها اختلال ایجاد کند.

مکانیزم

غیر امولسیفایرها سورفکتانت هایی هستند که به طور خاص برای مهار تشکیل امولسیون بین محلول های اسیدی آبی و فازهای هیدروکربنی (نفت) در طی عملیات اسیدی طراحی شده اند . برای جلوگیری از تشکیل امولسیون حین اسیدکاری، محصولnon-emulsifier از چندین مکانیسم کمک می گیرد که هر کدام توسط بخش از اجزا فرمولاسیون انجام می شود و البته گاهی نیز مواد غیر امولسیفایر با یک دیگر هم افزایی می کنند.

جذب به سطح مشترک آب-نفت: مواد غیر امولسیفایر با جذب در سطح مشترک آب و نفت می تواند بر روی فیلم پیرامون قطرات اثر بگذارد و باعث سریع تر شدن فرآیند انعقاد شود. به ویژه این که انعقاد قطرات از لحاظ انرژی (ترمودینامیک) نیز مطلوب است.
شکستن عامل امولسیفایر: برخی از اجزا non-emulsifier با عوامل امولسیون ساز موجود در نفت خام برهمکنش می کنند و باعث می شود که این عوامل نتوانند که امولسیون پایدار تشکیل دهند.
کاهش کشش سطحی بین روغن و آب، غیر امولسیفایرها به حفظ فازهای جداگانه کمک می کنند، بنابراین از تشکیل امولسیون های پایداری که می توانند مسیرهای جریان را مسدود کنند، جلوگیری می کنند.

چه عواملی میتوانند عملکرد غیر امولسیفایر را مختل نمایند؟

نوع اسید مورد استفاده (به عنوان مثال، اسید کلریدریک در مقابل اسیدهای آلی) و غلظت آن می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد غیر امولسیون کننده ها (non emulsifier) تأثیر بگذارد. اسیدهای قوی ممکن است بر توانایی سورفکتانت برای عملکرد مؤثر تأثیر بگذارند. به عنوان مثال، اسیدیته بالا می تواند منجر به پروتونه شدن اجزای غیر قطبی در نفت خام شود و به جای تجزیه امولسیون، پایداری امولسیون را افزایش دهد.
وجود انواع سورفکتنت های نفت خام: ترکیباتی مانند آسفالتین ها، رزین ها و اسیدهای نفتنیک در نفت خام می توانند در سطح مشترک نفت و آب جذب شوند و منجر به امولسیون های پایدار شوند. این ترکیبات می‌توانند با غیر امولسیفایرها برای مکان‌های جذب رقابت کنند و اثربخشی آنها را کاهش دهند. غلظت بالای آسفالتین ها (فراتر از یک آستانه مشخص) می تواند امولسیون پایدارتری ایجاد کند که به سختی می توان آن را بی ثبات کرد.
غیر امولسیفایرها دارای حدود پایداری حرارتی خاصی هستند. دماهای بالا ممکن است باعث کاهش یا از دست دادن کارایی برخی سورفکتانت ها شود که منجر به افزایش تشکیل امولسیون می شود. محصولات تخریب نه تنها ممکن است بی اثر باشند، بلکه می توانند به پایداری امولسیون بیشتر کمک کنند
وجود یون های آهن (Fe^۳+) از ترکیبات آهن در تشکیل یا وارد شده در طول درمان می تواند به طور قابل توجهی بر رفتار امولسیون تأثیر بگذارد. یون‌های آهن می‌توانند تجمع اجزای غیر قطبی را افزایش داده و با تسهیل برهم‌کنش‌های بین آسفالتین‌ ها و سایر سورفکتانت‌ های موجود، پایداری امولسیون را افزایش دهند. این تعامل منجر به کاهش اثربخشی غیر امولسیون کننده ها می شود.

کاربرد non emulsifier

صنعت نفت و گاز: تشکیل امولسیون باعث افزایش گرانروی می شود که پمپ کردن سیال را با مشکل روبه رو می کند. محصولnon-emulsifier باعث عدم تشکیل امولسیون و یا کاهش تشکیل امولسیون در حین اسید کاری می شود. بنابراین نقش اساسی در فرآیند حفاری چاه دارد. علاوه بر اسید کاری از غیر امولسیفایرها می توان در شکست هیدرولیکی (Hydraulic Fracturing) چاه ها نفت نیز استفاده کرد.
کارخانه های شیمیایی: با وجود این که بسیاری از واکنش های شیمیایی را می توان در داخل محیط امولسیون انجام داد ولی گاهی لازم است در واکنش هایی که مایعات غیر امتزاج پذیر دارند برای افزایش کیفیت محصول نهایی از غیر امولسیون ساز استفاده شود تا فازها را جدا نگه دارد.
پالایشگاه نفت: تشکیل امولسیون در پالایشگاه ها می تواند که روش های جداسازی را پیچیده و سخت کند. بنابراین لازم است که از تشکیل امولسیون حین فرایندهای پالایش جلوگیری شود.

ویژگی های غیر امولسیون ساز (non emulsifier) شرکت شیمیایی تصفیه

محصول non-emulsifier که توسط گروه تحقیق و توسعه شرکت شیمیایی تصفیه تولید شده است دارای مزیت های زیر است

داشتن عملکرد مناسب در محیط هایی با درصد اسید بالا
داشتن مقاومت حرارتی بالا برای اسید کاری چاه ها در دماهای بالا
عدم افت بازدهی در مقابل غلظت بالای یون های چند ظرفیتی
سازگاری با سایر اجزا حفاری چاه مانند ضد خوردگی
قیمت مناسب نیز از دیگر ویژگی های محصول تولید شده توسط شرکت شیمیایی تصفیه است.

تفاوت دمولسیفایر (Demulsifier) و غیر امولسیفایر (Non-emulsifier)

با وجود شباهت هایی که بین فرمولاسیون دمولسیفایر و غیر امولسیفایر است و حتی گاهی در فرمولاسیون غیر امولسیفایر مقدار کمی دمولسیفایر استفاده می شود ولی باید توجه داشت که این دو محصول با یک دیگر تفاوت های مهمی دارند.

جایگاه مورد استفاده: در حالی که دمولسیفایر اغلب بعد از استخراج نفت خام و روی سطح زمین به نفت خام تزریق می شود ولی غیر امولسیفایر به خود چاه تزریق می شود.
نوع عملکرد: دمولسیفایر بعد از تشکیل امولسیون به نفت خام تزریق می شود و وظیفه جداسازی و ناپایداری امولسیون را دارد ولی غیر امولسیفایر قبل از تشکیل امولسیون به چاه تزریق می شود و وظیفه اصلی آن جلوگیری از تشکیل امولسیون است.
نوع حلال: دمولسیفایر ها می توانند بر پایه حلال آلی مانند تولوئن باشند ولی non-emulsifier اغب باید پایه آبی داشته باشند.

سازگاری با محیط زیست

در دنیای امروز که مباحث محیط زیستی بسیار مورد توجه قرار گرفته است، هرچقدر مواد ساخت دست بشر آسیب کمتری به محیط زیست وارد کنند، ارزشمندتر هستند. چون اغلب غیر امولسیفایر ها بر پایه آب هستند بنابراین از این جهت با محیط زیست سازگاری خوبی دارند. از طرف دیگر هر میزان که مواد به کار رفته در فرمولاسیون non emulsifier سمیت کمتری داشته باشد، مطلوب تر است. به عنوان مثال اگر ازمواد تخریب پذیر در محیط زیست در فرمولاسیون استفاده بشود، سازگاری کلی فرمولاسیون با طبیعت بیشتر می شود.