[صفحه اصلی ]   [Archive] [ English ]  
:: صفحه اصلي :: تمام شماره‌ها :: جستجو :: ثبت نام :: ارسال مقاله :: تماس با ما ::
:: دوره 1391، شماره 94 - ( 8-1391 ) ::
جلد 1391 شماره 94 صفحات 0-0 برگشت به فهرست نسخه ها
عملیات انگیزش چاه‌های نفت و گاز به وسیله حلال زایلن؛ بررسی اثرات زیست‌محیطی و ارائه جایگزین
چکیده:   (6999 مشاهده)
عنوان حلال‌ به ماده‌ای اطلاق می‌شود که قادر به حل کردن یا محلول نمودن مواد دیگر باشد. حلال‌ها معمولاً در فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند و اغلب جهت کاربردهایی نظیر شستشو، آتش‌نشانی، آفت‌کش‌ها، آستر یا روکش، شیمی ترکیبی و جداسازی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند[1]. سالانه میلیاردها پوند2 از پسماند حلال‌ها به شکل مواد فرار یا روان آب در محیط‌زیست منتشر می‌گردد[2]. زایلن یک حلال فرار است که به شکل گسترده‌ای در مواد شیمیایی، محصولات مصرفی و مواد شیمیایی کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده دارای وزن مولکولی 16/106، نقطه جوش 137‌درجه سانتیگراد و چگالی حدود 86/0 است. زایلن غیرقابل انحلال در آب است[3]. زایلن به طور طبیعی در نفت‌خام و قطران ذغال سنگ یافت می‌شود و در فرایند آتش‌سوزی جنگل‌ها تشکیل می‌شود. صنایع شیمیایی این ماده را از نفت استحصال می‌نمایند[4]. این حلال همچنین به عنوان یک ماده متشکله در بنزین وجود دارد[5]. زایلن به سه فرم ایزومری که دارای خواص مشابهی هستند، در دسترس است. زایلن تجاری، مخلوطی از سه فرم ایزومری ارتو، متا و پارا است که متازایلن مقدار 45 تا 70‌درصد از این میزان را به خود اختصاص داده و به عنوان اصلی‌ترین فرم متشکله محسوب می‌گردد. در این مقاله عنوان زایلن به زایلن مخلوط (از سه فرم ذکر شده) یا زایلن تجاری اطلاق می‌گردد، مگر این که شکل ایزومری خاصی ذکر شده باشد. 1- قوانین کنترل‌کننده مصرف زایلن به دلیل فرار بودن زایلن، قسمت اعظم زایلن ورودی به محیط زیست وارد اتمسفر می‌شود. زایلن در برابر تجزیه با نور مقاوم است[4]. با افزایش آگاهی و شناخت نسبت به تأثیر حلال‌های آروماتیکی بر محیط زیست و سلامت انسان، قوانین و مقرراتی که استفاده از این مواد شیمیایی را نظارت و کنترل می‌کنند سیر فزونی یافته است. شکل 1 قوانین فدرال آمریکا را به صورت تجمعی بر حسب زمان در این زمینه نشان می‌دهد. در اغلب کشورها و همچنین در مرکز و جنوب آمریکا، مصرف و تولید زایلن به شدت توسط سازمان‌های حکومتی کنترل می‌شود. بنابراین این حلال‌ها به عنوان "مواد کنترل‌شده" تقسیم‌بندی می‌شوند و تمامی جنبه‌های استفاده از آنها از قبیل بهره‌برداری، تولید، تهیه، تبدیل، ذخیره، صادرات و واردات، فروش و حمل و نقل تحت نظارت و کنترل قرار می‌گیرد. در نتیجه تلاش لازم جهت برآورده شدن الزامات فوق، استفاده از آروماتیک‌ها در میدان‌های نفتی این کشورها با پیچیدگی‌های فراوانی روبروست و در بعضی موارد غیرممکن است. دولت ایالات متحده آمریکا قوانین و رهنمودهایی جهت حفظ سلامت اجتماعی ارائه و توسعه داده است. سازمان‌هایی نظیر انجمن حفاظت محیط زیست آمریکا3، اداره کل بهداشت و ایمنی شغلی4 و اداره کل غذا و دارو5، برخی از سازمان‌های دولتی هستند که قوانینی را جهت کاربرد مواد سمی و خطرناک تهیه و گسترش می‌دهند. این سازمان‌ها توصیه‌ها و راهنمایی‌های ارزنده‌ای را جهت حفظ سلامت اجتماعی ارائه می‌دهند که با این وجود از نظر قانونی لازم‌الاجرا نیستند. دایره ثبت بیماری‌ها و مواد خطرناک6 و مؤسسه ملی بهداشت و ایمنی شغلی7 دو سازمان فدرالی هستند که توصیه‌هایی را جهت مواد سمی و خطرناک ارائه می‌دهند. انجمن حفاظت محیط زیست آمریکا، ورود زایلن را به محیط زیست نظارت و کنترل می‌نماید. این سازمان برآورد نموده که برای یک فرد بالغ با وزن معمولی که دو لیتر آب در روز در طول عمر خود (70 سال) مصرف می‌کند، وجود8 تا 7‌قسمت‌ در‌میلیون9 زایلن در آب آشامیدنی جهت ظهور اثرات غیرسرطانی، خطرناک به نظر نمی‌رسد. انجمن حفاظت محیط زیست آمریکا وجود حداکثر 10 قسمت در میلیون زایلن در آب جهت استعمال مصرف‌کنندگان سیستم آب شهری را به صورت قانونی لازم‌الاجرا نموده است. اداره کل بهداشت و ایمنی شغلی، ترازهای10 معینی از زایلن را در محیط کار به صورت قانونی مدون نموده است. بیشترین مقدار مجاز زایلن در هوای کارگاه در خلال 8 ساعت کار در روز و در مدت 40 ساعت کار در هفته 100 قسمت‌در‌میلیون تعیین شده است. اداره کل بهداشت و ایمنی شغلی جهت حفظ سلامت کارکنان از مضرات وجود حلال‌ها تشکیل شده است. این سازمان در واقع قوانین محدود‌کننده‌ای به نام حدود مجاز در معرض11‌ را جهت غلظت‌های ترکیبات شیمیایی که فرد ممکن است بدون عوارض شدید بهداشتی در معرض آنها قرار گیرد، وضع نموده است[5]. تأثیر این قوانین، مقررات و روش‌های اتخاذ شده باعث کاهش استفاده از حلال‌ها شده و برای مثال استعمال زایلن در برخی از ایالات امریکا نظیر ایداهو، مونتانا، اورگون و واشنگتن محدود شده است[6]. این مطلب در شکل شماره 2 نشان داده شده است. روش‌های زیادی جهت جلوگیری از آلودگی حلال‌ها توسعه و بسط داده شده است که به تفصیل در مراجع ذکر شده است. تحقیقات گسترده‌ای نیز جهت ساخت ترکیبات جدیدی که نیاز به استفاده از حلال‌های زیان‌آور نداشته باشند، انجام شده است[8]. تکنیک‌های یکپارچگی فرآیندی12 نیز در کاهش تولید پسماند، بهینه‌سازی و بازیافت حلال‌ها مؤثر و قابل اجرا هستند[9و10]. در این مقاله منبع بروز و اثرات بهداشتی و زیست‌محیطی زایلن بررسی شده است. همچنین مقدار استفاده از این حلال در عملیات انگیزش چاه‌های نفت و گاز یکی از شرکت‌های نفتی ایران نیز ذکر و راهکارهای موجود جهت جایگزینی زایلن در ادامه ارائه شده است. متأسفانه در ایران هیچ‌گونه تحقیقی که میزان بروز زایلن را نشان دهد، انجام نپذیرفته است. 2- استفاده از زایلن در عملیات انگیزش چاه در ایران طی دهه‌های متوالی، رسوب آسفالتین و پارافین باعث توقف تولید نفت و بسته شدن لوله مغزی، مشبک‌کاری‌ها و در نهایت تولید از سازند می‌‌گردد. پارافین به دلیل کاهش دما به زیر نقطه ابری13 نفت و آسفالتین نیز معمولاً به دلیل افت فشار، اکسید شدن یا واکنش شیمیایی محتوای مالتن14 با سیالات غیرسازگار تشکیل می‌شود. بنابراین احتمال تشکیل رسوبات آلی درون لوله مغزی و سازند اطراف چاه در دوره حیات چاه، از قبیل مراحل حفاری، تکمیل و تعمیر همواره وجود دارد[18]. از بین بردن این رسوبات آلی در گذشته توسط تزریق حلال‌های آروماتیکی مرسوم بود و به صورت تمیزسازی لوله مغزی از طریق چرخش سیال و تزریق ماتریسی انجام می‌گردید. آسفالتین واژه‌ای است که به اجزاء سیاه کربن‌دار نفت اطلاق می‌شود. آسفالتین در بسیاری از انواع نفت‌‌خام به شکل ذرات کلوئیدی، معلق و جامد یافت می‌شود. تحت شرایط فشار استاتیک مخزن، آسفالتین معمولاً به واسطه حضور رزین‌ها (خانواده‌ای از مولکول‌های قطبی)، به حالت تعلیق ثابت قرار دارد. تغییر در دما و فشار سیال که در بهره‌برداری از مخازن نفتی وجود دارد، ممکن است باعث شود تا آسفالتین از حالت تعلیق خارج شده و به صورت انبوه15 تبدیل و جذب سنگ و یا سطح لوله گردد. این امر باعث بروز مشکلات تولیدی از طریق کاهش نرخ بهره‌برداری و افزایش هزینه‌های عملیات تعمیر می‌گردد. علاوه بر تغییرات درجه حرارت و افت فشار، نسبت کربن به هیدروژن و نسبت سیال به گاز در خلال عملیات بهره‌برداری از چاه‌های نفت باعث رسوب پارافین و آسفالتین در سازند، لوله مغزی، خط لوله سطحی و مخازن ذخیره روزمینی می‌گردد. تحت شرایط بهره‌برداری معمولی، رسوب آسفالتین یا پارافین قابل جلوگیری نیست، بلکه فقط قابل به تأخیر انداختن است. تولیدکنندگان نفت به طور معمول از روش‌های خاصی جهت غلبه بر تشکیل رسوبات آسفالتین استفاده می‌نمایند. زایلن یکی از قدیمی‌ترین حلال‌‌هایی است که جهت حذف رسوبات آلی به‌کار گرفته می‌شود. به هر حال زایلن قابلیت ترشوندگی16 سطح سنگ را تغییر نمی‌دهد و تأثیر آن اغلب کوتاه‌مدت است. همچنین ترکیبات زایلن دارای نقطه بخار کم (77 تا 84 درجه فارنهایت) بوده و به علاوه حاوی اجزاء نامطلوب زیست‌محیطی نظیر بنزن، اتیل بنزن و تولوئن هستند[13]. زایلن به طور گسترده در چاه‌های نفت و گاز ایران به عنوان سیال انگیزشی17‌ استفاده می‌شود. مقدار استفاده از زایلن در یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های نفت و گاز ایران به 9200 بشکه در سال رسیده است. شکل شماره 3 استفاده از زایلن را در 11 حلقه چاه و در مدت هفت سال در یکی از میادین نفتی ایران نشان می‌دهد. 3- جایگزینی زایلن به طور قطع یافتن جایگزین برای حلال‌های آروماتیکی در میدان‌های نفتی از لحاظ تدارکاتی، عملیاتی و همچنین مسئولیت‌پذیری اجتماعی و زیست‌محیطی الزامی است[14و17]. با توجه به این دلایل استفاده از حلال‌های جایگزین در صنعت نفت رو ‌به افزایش است. بعضی از این جایگزین‌ها عبارتند از محصول تقطیر آروماتیک‌ها81، حلال استودارد، مخلوط نفتا که معمولاً در خشکشویی‌‌ها استفاده می‌شود، عصاره‌های طبیعی، حلال‌های آلی هالوژنه بی‌‌پروتون هیدرولیزی مانند آلیل کلرید، تیوکربامات حلال در آب، تیوکربورات‌ها و زانتانیت‌ها که در کف چاه رسوب کرده و به سولفید‌‌کربن تجزیه می‌شوند[15]. ترکیب حلال‌های آروماتیکی با اسیدهای آلکیلاریل‌سولفونیک نیز جهت از بین بردن آسفالتین مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یکی از منابع، از آمین‌های زنجیری و آسیفانیک‌ها جهت انحلال آسفالتین استفاده شده است. استفاده از آلکن‌‌های غیر‌آروماتیکی، استرها و نفتای آروماتیکی و غیرآروماتیکی نیز در برخی منابع گزارش شده است[14و17]. کمک‌حلال‌ها در فرمول‌بندی بسیاری از حلال‌ها، جهت ایجاد قابلیت ترشوندگی استفاده می‌شوند، ولی معمولاً به جای افزایش حلالیت مواد آلی، افزایش سازگاری و نفوذ حلال مورد نظر است. درجه حرارت بالا، حلالیت پارافین را در بیشتر حلال‌ها افزایش می‌دهد ولی بر حلالیت آسفالتین اثری ندارد[17]. از میان جایگزین‌های ذکر شده، ترپن‌ها منبعی تجدیدپذیر هستند که از محصولاتی نظیر Orange Peel ها وResinous Pine Sap مشتق شده‌اند. این محصولات سال‌ها در صنایع مختلف کاربرد داشته‌‌اند. در مقایسه با سایر حلال‌های آروماتیکی، ترپن‌ها دارای خواصی چون حلالیت مناسب، قابلیت زیست‌تجزیه‌پذیر91 بودن، قابلیت اشتعال و اثرات سمی کمتر هستند. این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه مخلوط‌های ترپن در سال‌های اخیر در بسیاری از کاربردها در میادین نفتی همچون تمیزسازی چاه و عملیات انگیزشی ماتریکس مورد استفاده قرار گرفته‌‌اند. همچنین نشان داده شده است که چگونه استفاده از حلال‌های آروماتیکی در عملیات‌های مختلف به طور کامل حذف شده و به جای آن از ترکیبات حلال ترپن استفاده شده است. حلال‌ها اغلب به واسطه حضور اسید به ذرات ریز و پایدار تبدیل می‌شوند و بدینوسیله انتشار اسید در حلال را موجب شده و جهت از بین بردن رسوبات غیر آلی، ذرات خرد شده و دیگر عوامل مسدود کننده که با هیدروکربن‌هایی همچون پارافین، آسفالتین، نفت میعانی، ماده روغنی آببندی لوله و دیگر رسوبات نفتی اشباع یا پوشیده شده‌اند به کار می‌روند[18و19]. حلال‌ها اغلب قبل از عملیات اسیدکاری به کار برده می‌شوند و به عنوان یک جداکننده بین نفت و اسید عمل می‌کنند. این روش جهت کاهش پتانسیل تشکیل گل‌اندود یا امولسیون پوسته سخت20 و نیز انحلال رسوبات آلی21 و شکست پیوندهای امولسیونی کاربرد دارد. روش Post flush نیز بعد از عملیات انگیزش چاه انجام می‌شود و باعث تمیزسازی بهتر ستون چاه و سازند می‌گردد‍[18و19و20]. 4- ترپن، مناسب‌ترین جایگزین ترپن‌ها در طبیعت به وفور یافت می‌شوند و عمدتاً در گیاهان خانواده کاج وجود دارند. این حلال‌های گیاهی از واحد ایزوپرن تشکیل شده‌اند که معمولاً دارای 5n اتم کربن و فرمول مولکولی (C5H8)n هستندکه n نشان‌دهنده تعداد واحدهای ایزوپرن است. ترپن‌ها دارای کاربردهای متنوع صنعتی از قبیل عطرآگینی، چاشنی و طعم‌دهنده، ماده افزودنی به غذا و خمیر دندان هستند و در سال‌های اخیر نیز به عنوان یک حلال و تمیزکننده قوی به کار می‌روند‌. ترپن‌ها دارای حلالیت بالایی هستند و حتی در مقایسه با زایلن، سرعت زیست‌تجزیه‌پذیری بیشتر و خواص سمی و قابلیت اشتعال کمتری دارند[21]. استفاده از این حلال به صورت مجزا و یا به همراه دیگر حلال‌ها یا مواد فعال در سطح، جایگزین مناسبی برای زایلن در کاربردهای متنوع در میادین نفتی است[22]. یکی از چالش‌های استفاده از زایلن، مشکل به دست آوردن یک مخلوط همگن از آب و زایلن است که دلیل آن نیز تمایل زایلن به جدا شدن به واسطه تفاوت چگالی است. این مشکل هم در مخزن اختلاط روزمینی و هم در چاه به وجود می‌آید. با تجهیزات کنونی موجود در عملیات اسیدکاری، فراهم نمودن یک امولسیون تثبیت شده مشکل است. ترپن به سادگی قابل انتشار در آب، آب نمک رقیق یا حلال‌های اسیدی بدون احتیاج به مقدار زیادی انرژی برشی اختلاط است. یکی از مزایای مهم ترپن، حلالیت بالا در سیالات هیدروکربنی مانند دیزل یا کروسن است که به تفصیل در یکی از مراجع ارائه شده است ‍[25]. به منظور جلوگیری از کاهش نفوذپذیری نسبی نفت، سیال‌های انگیزشی نیازمند ابقاء سازند در حالت آب‌دوست12 هستند و همین موضوع یکی از چالش‌های دیگر استفاده از حلال‌های آروماتیکی است که تمایل به نفت‌دوست22 نمودن سازند دارند. در یکی از مراجع قابلیت ترشوندگی حلال ترپن با دیگر حلال‌ها مقایسه و مشخص شد که حلال ترپن شرایط آب‌دوست را کاملاً مهیا نموده و باعث افزایش نفوذپذیری نسبی نفت می‌گردد که خود باعث عدم جذب آسفالتین توسط سطح سازند می گردد[25]. یکی دیگر از مزایای مهم استفاده از ترپن جهت اسیدکاری و انگیزش چاه، دارا بودن کشش سطحی کم جهت تسهیل بازیافت سیال و بالابردن سرعت تمیز کردن چاه است. در یکی از مراجع کشش سطحی ترپن 28/2، زایلن 29/4 و تولوئن 31/3 بر حسب داین/سانتی‌متر‌32 گزارش شده است. استفاده از حلال‌هایی با قابلیت اشتعال کمتر در میادین نفتی به خصوص در میادین دریایی، یکی از موارد قابل ملاحظه است. ترپن دارای نقطه اشتعال بالاتری نسبت به سایر آروماتیک‌هاست که آن را مناسب کاربردهای مورد نظر می‌نماید (شکل 4). با استفاده از عملیات چرخش سیال توسط حلال ترپن، رسوبات آسفالتین و پارافین زدوده شده و با این عمل قادر خواهیم بود تا از اثرات بالقوه مخرب عملیات آب‌زدایی داغ42و نفت‌زدایی داغ52 جلوگیری نماییم‌‌[23و24]. همچنین با استفاده از حلال ترپن به عنوان سیال آبی قطعه‌شوی62، انتشار تثبیت شده‌ای را خواهیم داشت که یک روش ایمن و زیست‌محیطی مناسب جهت عملیات تمیزسازی لوله مغزی از ذرات مخرب آهن و مواد آب‌بندی لوله است[23]. اثربخشی و قدرت تمیزسازی این سیال در شکل 5 نشان داده شده است. همان‌گونه که در شکل 6 نشان داده شده است مقدار اولیه نفوذپذیری سنگ نسبت به سیال 210‌میلی‌دارسی بوده است که با تزریق نفت حاوی 15‌درصد وزنی پارافین به مغزه، نفوذپذیری مغزه نسبت به سیال به 110‌میلی‌دارسی کاهش یافته است. با تزریق حلال ترپن، نفوذپذیری نسبت به سیال تزریقی در حدود %95 مقدار اولیه ترمیم شده است. شکل 7 نتایج آزمایش جریان در یک مغزه را در شمال برزیل نشان می‌دهد. افزایش 43‌درصدی در نفوذپذیری نسبت به نفت به واسطه تزریق حلال قبل از عملیات اسیدکاری توسط مخلوطی از حلال ترپن و دیزل محقق گردیده است. عملیات اسیدکاری بعد از تزریق حلال نیز باعث افزایش نفوذپذیری به میزان %51 گردید. نتیجه‌گیری علیرغم اطلاعات قابل توجه موجود در رابطه با خطرات زیست‌محیطی کاربرد زایلن، استفاده از این حلال جهت عملیات انگیزش چاه‌های نفت و گاز ایران به وفور انجام می‌شود. این در حالی است که هیچ‌گونه مطالعه‌ای در رابطه با اثرات و نتایج استفاده از زایلن در بخش بالادستی صنعت نفت ایران انجام نشده است. موارد زیر را در خصوص جایگزینی زایلن با سایر ترکیبات کمتر مضر می‌توان مد نظر قرار داد: ● تصویب قانون "صادرات آلودگی" در کشورهای پیشرفته، بررسی و مطالعه دقیق مقررات کنترل آلودگی را در آن کشورها می‌طلبد. ● علاوه بر جنبه‌های زیست‌محیطی خطرناک موجود، دلایل فنی ذکر شده نیز لزوم محدود نمودن و یا جلوگیری از استفاده از این حلال را به خوبی مشخص می‌نماید. ● پیشنهاد می‌شود تحقیقات و مطالعاتی جهت بررسی روش‌های جایگزین و در عین حال سازگار با محیط‌زیست جهت استفاده از حلال زایلن در صنعت نفت ایران انجام شود. ● پیشنهاد می‌شود مطالعات و تحقیقات در رابطه با میزان زایلن موجود در بدن کارکنان صنعت نفت ایران و همچنین محیط‌زیست انجام شود.
     
نوع مطالعه: پژوهشي |
دریافت: ۱۳۹۲/۸/۲۷ | پذیرش: ۱۳۹۲/۹/۲۴ | انتشار: ۱۳۹۲/۹/۲۴
ارسال نظر درباره این مقاله
نام کاربری یا پست الکترونیک شما:

کد امنیتی را در کادر بنویسید >



XML     Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

عملیات انگیزش چاه‌های نفت و گاز به وسیله حلال زایلن؛ بررسی اثرات زیست‌محیطی و ارائه جایگزین. ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز. 1391; 1391 (94)

URL: http://ekteshaf.nioc.ir/article-1-225-fa.html

دوره 1391، شماره 94 - ( 8-1391 ) برگشت به فهرست نسخه ها
ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز Scientific-Propagative Journal of Exploration & Production Oil & Gas
Persian site map - English site map - Created in 0.126 seconds with 779 queries by yektaweb 3414