بررسی اثر نانو ذرات SiO2 برتشکیل واکس, مورفولوژی و رفتار جریانی در نفت خام:پژوهش آزمایشگاهی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 فارغ التحصیل دانشگاهی

2 هیئت علمی پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده
نفت موجود در مخازن هیدروکربوری زیرزمینی شامل هیدروکربورهای سنگین که دارای خصوصیات متفاوت میباشد. هیدروکربورهای سنگین شامل واکسها,مواد آسفالتنی و رزینها میباشد که میتوانند به صورت جامد در ترکیبات ظاهر شوند که در این بین واکسها اهمیت خاصی دارند.تغییر عواملی مانند دما,فشار,ترکیبات اجزای سبک در ترکیبات نفتی و ... سبب تشکیل رسوب واکس پارافینی جامد در سیال نفتی میشود.رسوب واکس تشکیل شده به طور عمده شامل پارافینها, نفتنها, و به مقدار کمی آروماتیکها میباشد. تشکیل این رسوبات در مرحله اول باعث گرفتگی لوله ها و افزایش مقاومت در برابر جریان و درنتیجه افت فشار جریان و علاوه بر افزایش توان مورد نیاز جهت پمپ نمودن سیال, موجب استهلاک زودرس تاسیسات میشود.مساله تشکیل رسوب واکس و عوامل موثر بر آن, سالهای متمادی مورد بحث پزوهشگران بوده و روشهای متفاوتی جهت کنترل آن بررسی شده است.در این پروژه با بررسی نانوذره SiO2 به عنوان بازدارنده شیمیایی در کاهش دمای تشکیل اولین کریستال واکس(WAT), نتایج قابل قبولی بدست آمد. ابتدا با استفاده از آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی, دمای 25 درجه سانتی گراد برای نقطه ابری شدن نفت خام بدست آمد.سپس با افزودن نانوذره SiO2 در غلظتهای مختلف, این دما برای مقادیر متفاوت نانوذره به میزان قابل توجهی کاهش یافت. آنالیز میکروسکوپ نوری قظبی(CPM) نیز تغییر ساختار کریستالهای واکس را به کروی مانند بعد از افزودن نانوذره نشان میدهد.جهت بررسی رفتار جریانی نفت خام نیز از بررسی پارامتر ویسکوزیته ظاهری در نرخ برشی های 1, 0.1 و 0.01 rpm در دماهای بالاتر و پایینتر دمای WAT استفاده شد که به طور کلی تاثیر نانوذره SiO2 قابل قبول بود. سپس با استخراج رسوب واکس نمونه های نفتی توسط دو آنالیز پراش پرتو اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(FESEM) به همراه افزونه EDAX به مطالعه تغییرات حاصل از افزودن نانوذره در رسوبات پرداخته شد.در این زمینه, طبق آنالیز پراش پرتو ایکس مشخص شد که نانوذرات هیچ برهمکنش شیمیایی با مولکولهای واکس نداشته اند بلکه تاییدی بر نتایج بدست آمده در تحلیل آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی بود.تغییر ساختار رسوب واکس از ساختار لایه ای مانند در غیاب نانوذرات به ساختاری دارای ریزدانه ها در حضور نانوذرات نیز از نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Effect of SiO2 nanoparticles on wax formation, morphology, and rheological behavior in crude oil:An experimental study

نویسندگان English

sajjad vakili 1
Saber Mohammadi 2
1 University graduate
2 Research Institute of Petroleum Industry (RIPI)
چکیده English

Oil extracted from the underground oil reservoirs contains heavy hydrocarbons.Heavy hydrocarbons include waxes,asphalts and resins that can appear as solids in compounds,which waxes are of particular importance.Changes in factors such as temperature,pressure,compounds of light components in petroleum compounds,etc.Cause the formation of solid paraffin wax deposits in these compounds.The wax precipitate formed mainly contains paraffins,naphthenes and to a lesser extent aromatics.The formation of these sediments in the first stage can block the underground pores, reduce their permeability and reduce the efficiency of oil extraction.In the next stages,the formation of deposits will lead to many problems. For example,it can clog pipes and increase flow resistance, resulting in a drop in flow pressure and,in addition to increasing the power required to pump fluid, cause premature depreciation of the facility.The issue of wax sediment formation and the factors affecting it have been discussed by researchers for many years and different methods have been studied to control it.In this project,by examining 1 nanoparticle of SiO2,as chemical inhibitor, acceptable results were obtained in reducing the wax appearance temperature(WAT).First,using differential scanning calorimetry analysis,a temperature of 250C was obtained for the crude oil cloud point.Then,by adding nanoparticles in different concentrations,this temperature was significantly reduced for different amounts of nanoparticles.Analysis of polarized optical microscopy also shows the change in structure of wax crystals to a disk like after the addition of nanoparticles. To investigate the flow behavior of crude oil,the apparent viscosity parameter was used at shear rates of 0.01,0.1 and 1 rpm and higher and lower temperatures of WAT temperature.Then,using wax deposition of oil samples by two analyzes of X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(FESEM) with EDAX additive to study the dispersion of nanoparticles in wax deposits and changes resulting from the addition of nanoparticles in depositions was paid.In this regard,according to X-ray diffraction analysis,it was found that the nanoparticles had no chemical interaction with wax molecules,but was a confirmation of the results obtained in the analysis of differential scanning calorimetric analysis.The layered structure of the wax precipitate by adding nanoparticles to a fine-grained structure was also one of the results of scanning electron microscopy analysis.

کلیدواژه‌ها English

Crude oil
Wax
SiO2 Nanoparticles
Crystallization
Wax Appearance Temperature
[1] Naeem A.Bashera ,AliAbdulkhabeerab, Synthesis of novel demulsifier nano-materials and their application in the oil industry .materialstody:proceeding, 49 )7:( 2842–2850, )2022(.
[2] ZeusGuevara, AntonioSebastian ,FabianCarranza Dumon., Economy-wide impact of conventional development policies in oil-exporting developing countries: The case of Mexico, Energy Policy.,161(2022).
[3] J. G. Speight, Asphaltenes and the Structure of Petroleum, Pet. Chem. Refin., 59)5:(117–134, )2020(.
[4] D. D. Das, W. J. Cannella, C. S. McEnally, C. J. Mueller, and L. D. Pfefferle, Two-dimensional soot volume fraction measurements in flames doped with large hydrocarbons, Proc. Combust. Inst., 36)1( 871–879, )2017(.
[5] H. Zhao et al., Effect of Heteroaromatic Pendants in Comb Copolymers on Paraffin Crystallization and Cold Flow Ability of Crude Oil, Energy and Fuels, 30)7( 5398–5403, )2016(.
[6] M. A. Theyab, Wax deposition process: mechanisms, affecting factors and mitigation methods, Open Access J. Sci., 2)2( )2018(.
[7] H. S. Lee, Computational and Rheological Study of Wax Deposition and Gelation in Subsea Pipelines, 127)2008(.
[8] D. Neto and B. Neto, DETERMINATION OF WAX APPEARANCE TEMPERATURE (WAT) IN PARAFFIN/SOLVENT SYSTEMS BY PHOTOELECTRIC SIGNAL AND VISCOSIMETRY, Brazilian J. Pet. Gas, 3)4( 149–157, )2009(.
[9] BehnamAmiri-Ramsheh ,MajidSafaei-Farouji ,AydinLarestani,RezaZabihi ,AbdolhosseinHemmati-Sarapardeh., Modeling of wax disappearance temperature (WDT) using soft computing approaches: Tree-based models and hybrid models, Journal of Petroleum Science and Engineering, 208(2022).
[10] Lixin Wei, Da Li, Chao Liu, Zhaojun He, Yang Ge ,Study of Wax Deposition Pattern of High Wax-Bearing Crude Oil Based on Cold Finger Experiment, processes. 10(1), 103(2022).
[11] Weidong Li, Hanqing Zhang, Huiyuan Li, Wenda Wang,. A Promising Flow Assurance Application of Superparamagnetic Nanoparticle Heating for Wax Removal in Offshore Pipeline and Production Tubing: Mechanism and Simulation, SPE J. )1–10),(2022).
[12] M. Al-yaari and K. Fahd, SPE 155412 Paraffin Wax Deposition : Mitigation & Removal Techniques, )14–16(, )2011(.
[13] T. J. Behbahani, A. Dahaghin, and K. Kashefi, Effect of solvent on rheological behavior of Iranian waxy crude oil, Pet. Sci. Technol., 29)9(933–941, )2011(.
[14] M. K. Afdhol, M. Abdurrahman, F. Hidayat, F. K. Chong, and H. F. Mohd Zaid, Review of solvents based on biomass for mitigation of wax paraffin in Indonesian oilfield, Appl. Sci., 9)24(, )2019(.
[15] F. Yang, K. Paso, J. Norrman, C. Li, H. Oschmann, and J. Sjöblom, Hydrophilic nanoparticles facilitate wax inhibition, Energy and Fuels, 29)3( 1368–1374, )2015(.
[16] X. Song, H. Yin, Y. Feng, S. Zhang, and Y. Wang, Effect of SiO2 Nanoparticles on Wax Crystallization and Flow Behavior of Model Crude Oil, Ind. Eng. Chem. Res., 55)23( 6563–6568, )2016(.
[17] J. Norrman, A. Solberg, J. Sjöblom, and K. Paso, Nanoparticles for Waxy Crudes: Effect of Polymer Coverage and the Effect on Wax Crystallization, Energy and Fuels, 30)6( 5108–5114, )2016(.
[18] Z. H. Rao and G. Q. Zhang, “Thermal properties of paraffin wax-based composites containing graphite,” Energy Sources, Part A Recover. Util. Environ. Eff. 33( 7 ). 587–593, (2011).