مروری بر فناوری های حمل و نقل نفت خام و قیر سنگین از طریق خطوط لوله

منابع نفت خام و قیر سنگین بیش از دو برابر ذخایر معمولی نفت در سراسر جهان است. تولید نفت خام و قیر سنگین به طور متوسط دو برابر سرمایه و انرژی فشرده به عنوان تولید نفت معمولی است. این امر به دلیل تحرک بسیار کم آنها به دلیل ویسکوزیته زیاد در شرایط مخزن در کنار وجود اجزای نامطلوب مانند آسفالتین ها ، فلزات سنگین و گوگرد باعث می شود تولید ، حمل و نقل و همچنین پالایش چالش برانگیز تر شود. به خوبی می دانید که خطوط لوله مناسب ترین وسیله برای انتقال روغن خام از میدان تولید به پالایشگاه است. با این حال ، حرکت روغن نفت خام و قیر سنگین به دلیل ناتوانی در جریان آزادانه بسیار چالش برانگیز است. به همین ترتیب ، بدون کاهش قبلی در نفت خام و ویسکوزیته قیر سنگین ، حمل و نقل از طریق خط لوله دشوار است. این امر به دلیل انرژی عظیم (یعنی قدرت پمپاژ زیاد) است که برای غلبه بر افت فشار زیاد در خط لوله به دلیل ویسکوزیته زیاد آنها در شرایط مخزن مورد نیاز است. برای کاهش این افت فشار زیاد و هزینه حمل و نقل ، چندین فناوری برای بهبود خواص جریان روغن خام و قیر سنگین از طریق خطوط لوله پیشنهاد شده است. در این مطالعه ، فن آوری های مختلف مورد بررسی قرار می گیرد و مزایا و مضرات هر فناوری با این دیدگاه برجسته می شود که این بررسی جهت بهبود و توسعه فن آوری های جدید برای قیر و حمل و نقل نفتی سنگین از طریق خطوط لوله را فراهم می کند.

روی نسخه خطی کار می کنید؟

معرفی

وزارت انرژی ایالات متحده ، آژانس بین المللی انرژی (IEA) و شورای جهانی انرژی پیش بینی کرده اند که تقاضای انرژی سال در سال افزایش می یابد زیرا جمعیت جهان در حال رشد است. تقاضای جهان برای نفت خام از 60 میلیون بشکه در روز به 84 میلیون بشکه در روز ، در 20 سال گذشته افزایش یافته است (حسن و همکاران 2010). با این طرز فکر ، بنابراین لازم است از منابع هیدروکربن دیگر و همچنین منابع انرژی جایگزین برای تأمین نیازهای انرژی روزافزون در سطح جهان استفاده شود. در گذشته ، نفت خام و تولید قیر سنگین به دلیل هزینه فشرده بهبود ، حمل و نقل ، پالایش و ارزش پایین بازار غیر اقتصادی در نظر گرفته می شد. علاوه بر این ، کاهش نفت خام معمولی میانه و سبک و همچنین تقاضای انرژی در حال رشد جهانی ، بهره برداری از این منبع هیدروکربن را سوق می دهد. در کانادا ، حدود 700000 بشکه در روز روغن خام مصنوعی از نفت خام سنگین و ماسه های قیر/تار بدست می آید و از طریق خطوط لوله به پالایشگاه ها در کانادا و ایالات متحده منتقل می شود (HSU و رابینسون 2006).

It is hard to recover and process heavy crude oil and bitumen, owing to their high viscosity (i.e. resistance to flow) at reservoir conditions (making their mobility extremely low) and high carbon-to-hydrogen atomic ratios. Hitherto, with the rising price of crude oil, declining reserves of medium and light crude oil and the abundance of unconventional crude oil (i.e. heavy oil and bitumen/tar sands), their exploitation is therefore favoured. However, heavy crude oil and bitumen exploitation is faced with technical challenges at all stages from recovery/production from the reservoir to transportation and refining. Transporting heavy crude oil and bitumen via pipeline is usually challenging due to their high density and viscosity (>1000 CP) و تحرک بسیار کم در دمای مخزن. رسوب آسفالتن ، فلزات سنگین ، گوگرد و آب نمک یا نمک ، انتقال و تصفیه با استفاده از روشهای پالایشگاه معمولی را بدون ارتقاء آنها برای برآورده کردن خواص نفت خام نور معمولی دشوار می کند (ژانگ و همکاران 2010 ؛ هارت 2012). همچنین وجود آب نمک یا نمک در نفت خام سنگین باعث ایجاد مشکلات خوردگی در خط لوله می شود (مارتینز-پالو و همکاران 2011). در بعضی موارد ، تشکیل امولسیون مانند مخلوط روغن و آب تولید شده از مخزن مشکل حمل و نقل را ایجاد می کند.

اگرچه مسئله محیط زیست همچنان یک نگرانی است ، اما نفت هنوز منبع غالب انرژی در سراسر جهان برای سوخت های حمل و نقل ما است. تقاضای جهانی برای انرژی برای تأمین نیازهای روزانه صنعتی و حمل و نقل ما با نرخ رشد سالانه 1. 6 ٪ در حال رشد است (OECD/IEA 2005). ذخیره تخمین نفت خام سنگین در سطح جهان توسط IEA حدود 6 تریلیون بشکه است (OECD/IEA 2005). علیرغم این میزان جهانی ذخایر سنگین نفت خام و ماسه ای تار ، تولید آنها هنوز هم کم است (Saniere et al. 2004 ؛ Hart et al. 2013). با این حال ، در حال حاضر توسط صنعت نفت مورد علاقه فزاینده ای قرار گرفته است. این روند فعلی در نفت خام سنگین و استثمار قیر به دلیل کاهش ذخایر معمولی نفت خام میانه و سبک و عرضه محدود و افزایش قیمت نفت خام است. در نتیجه ، کانادا و ونزوئلا کشورهایی هستند که در حال حاضر از ذخایر سنگین نفت خام سوء استفاده می کنند. خطوط لوله برای حمل و نقل حدود 95 ٪ از نفت خام سنگین تولید شده در کانادا و ونزوئلا استفاده می شود. این امر به این دلیل است که خطوط لوله ارزانترین ، از نظر محیط زیست مناسب و مؤثرترین وسیله برای انتقال روغن خام از میدان به پالایشگاه هستند.

تکنیک بازیابی اساسی مانند روش بازیابی اولیه ، که به انرژی طبیعی موجود در مخزن بستگی دارد تا روغن خام را از طریق چاه تولید فشار دهد ، برای روغن خام سنگین و بازیابی قیر ناکافی است. این به دلیل ویسکوزیته بسیار زیاد آنها (یعنی مقاومت در برابر جریان) است. بنابراین ، تکنیک های بهبود یافته بازیابی روغن (EOR) با هدف تولید انرژی گرمای اولیه و ثانویه با معرفی انرژی گرما یا تزریق یک مایع ، تولید روغن باقیمانده باقی مانده از روشهای بازیابی اولیه و ثانویه (Greaves et al. 2000 ؛ Hart 2012). روشهای EOR به طور گسترده ای به جابجایی حرارتی ، حلال (به عنوان مثال هیدروکربن های سبک ، گاز دودکش ، دی اکسید کربن ، نیتروژن و غیره) ، شیمیایی (یعنی سیل سورفاکتانت ، سیل قلیایی ، سیل پلیمر ، سیلاب میسل ، سیلاب ، آلکالین- سایرفاکتان ت-پالیمر طبقه بندی می شوند. و غیره) و روشهای میکروبی. با این وجود ، بیشترین استفاده از فناوری های EOR تکنیک های حرارتی است. این امر به این دلیل است که آنها ویسکوزیته روغن خام و قیر سنگین را به سرعت به سرعت کاهش می دهند ، بر خلاف روشهای غیر حرارتی که در آن نحوه کاهش ویسکوزیته کاملاً کند است زیرا به انتشار و پراکندگی برای گسترش مایعات بستگی دارد. بنابراین ، روشهای EOR حرارتی متداول توسط صنعت نفت ، سیل بخار ، تحریک بخار چرخه ای (CSS) ، زهکشی گرانش با کمک بخار (SAGD) ، در محل احتراق درجا (ISC) ، تزریق هوای انگشت به پاشنه (تایلندی) ،و غیره. هدف از تکنیک ها افزایش تحرک نفتی روغن خام و قیر سنگین با کاهش ویسکوزیته آنها برای بهبود بهبود یا تولید و همچنین حمل و نقل از طریق خطوط لوله است. پس از آن ، این محرک صنعت نفت برای بهره برداری از منابع سنگین نفت خام و قیر منجر به توسعه چندین روش حمل و نقل شده است.

این افزایش تولید نفت خام و تولید قیر نیاز به وسیله ای مناسب برای حمل و نقل آنها برای ذخیره سازی یا پالایشگاه دارد. با توجه به این ، خطوط لوله مناسب ترین وسیله برای حمل و نقل مداوم و اقتصادی روغنهای خام و محصولات آن هستند. با این حال ، روغن خام و قیر سنگین حاوی بخش بالایی از هیدروکربنهای با وزن مولکولی بالا مانند اشباع ، رزین ، آروماتیک و آسفالتین است. قسمت آسفالتین از روغنهای سنگین در هیدروکربنهای زنجیره ای مستقیم مانند پنتان و هپان ها نامحلول است. بنابراین ، مشکلات ناشی از ناپایداری آسفالتین مانند بارش ناشی از افسردگی در زیر فشار بارش آسفالتین ممکن است هنگام حمل و نقل روغن خام سنگین رخ دهد (اسکین و همکاران 2011). پس از آن ، افت فشار زیاد در امتداد خط لوله به دلیل ویسکوزیته زیاد روغن سنگین که باعث افزایش هزینه آن و انرژی (یعنی پودر پمپ بالاتر) برای حمل و نقل از طریق خط لوله می شود ، تجربه می شود. علاوه بر این ، گرفتگی دیواره های لوله به دلیل رسوب آسفالتن ، که باعث کاهش سطح مقطع در دسترس برای جریان روغن می شود که باعث کاهش سرعت جریان و افزایش افت فشار و جریان چند برابر می شود ، ممکن است رخ دهد (مارتینز-پالو و همکاران 2011 ؛ اسکینو همکاران 2011).

حمل و نقل نفت خام و قیر سنگین با استفاده از خطوط لوله می تواند از طریق گرم کردن نفت خام سنگین در کنار گرم کردن خط لوله ، مخلوط یا رقیق شدن با مایعات هیدروکربن سبک و همچنین امولسیون روغن در آب ، ارتقاء جزئی و جریان هسته هسته انجام شود (AL-roomi و همکاران 2004 ؛ Saniere et al. 2004). هر یک از این تکنیک ها با هدف کاهش ویسکوزیته و همچنین انرژی مورد نیاز برای پمپاژ ، برای افزایش جریان پذیری روغن از طریق خطوط لوله انجام می شود. هدف از این بررسی ، ارزیابی فن آوری های مختلف موجود برای حمل و نقل نفت خام و قیر سنگین و کشف مزایای فردی آنها و همچنین معایب است ، با این هدف که یافته ها به هدایت آزمایشات و تحقیقات بیشتر در جهت ارائه یک راه حل عملی برای بهبود کمک می کند. حمل و نقل روغنهای سنگین از نظر اقتصادی.

فن آوری های حمل و نقل برای نفت خام و قیر سنگین

برای حمل و نقل روغنهای سنگین از نظر اقتصادی ، کاهش فشار در خط لوله باید کاهش یابد تا قدرت پمپ مورد نیاز برای فشار دادن روغن در مسافت طولانی به حداقل برسد. با این حال ، به دلیل ویسکوزیته بالای آنها در شرایط مخزن در مقایسه با روغنهای نفت خام معمولی ، لوله کشی معمولی برای حمل و نقل نفت خام و قیر سنگین به پالایشگاه ها بدون کاهش ویسکوزیته آنها کافی نیست (احمد و همکاران 1999). روشهای مورد استفاده برای حمل و نقل روغن سنگین و قیر از طریق خطوط لوله به طور کلی به سه طبقه بندی می شوند که در شکل 1 نشان داده شده است: (الف) کاهش ویسکوزیته [به عنوان مثال. پیش گرم شدن روغن خام و قیر سنگین و گرمایش متعاقب آن خط لوله ، مخلوط کردن و رقیق شدن با هیدروکربن های سبک یا حلال ، امولسیون از طریق تشکیل یک امولسیون روغن در آب و پایین آوردن نقطه ریختن روغن با استفاده از Depressant Pour Point (PPD)] ؛(ب) کاهش در کشیدن/اصطکاک (به عنوان مثال روغن کاری خط لوله از طریق استفاده از جریان هسته آن ، افزودنی کاهش دهنده کشیدن). و (ج) درجا به روزرسانی جزئی از نفت خام سنگین برای تولید همگرایی با ویسکوزیته بهبود یافته ، گرانش موسسه نفتی آمریکایی (API) و آسفالتین ها ، گوگرد و میزان فلزات سنگین. در شکل 2 ، افت فشار در مقابل سرعت جریان برای چندین روش حمل و نقل روغن خام و قیر سنگین ارائه شده است.

نمایش نمودار روشهای بهبود روغن خام سنگین و جریان قیر از طریق خطوط لوله