طراحی نرم‌افزاری برای پیش‌بینی و جلوگیری از رسوب “آسفالتین” در چاه‌های نفت
محمد مساح، دانش‌آموخته دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «مدلسازی ته‌نشینی آسفالتین در چاه‌های نفتی با در نظر گرفتن تاثیر اندازه ذرات»، گفت: یکی از مشکلات اساسی در صنعت نفت، رسوب آسفالتین است. آسفالتین؛ ترکیبات سنگینی از جنس ساختارهای هیدروکربن آروماتیکی هستند که در مراحل مختلف تولید، انتقال، پالایش و فرآوری نفت خام به وجود می‌آید.
وی با تاکید بر اینکه این رسوبات سالانه خسارات فراوانی را به صنعت نفت وارد می‌کند، خاطر نشان کرد: تاکنون بسیاری از جنبه‌های مهم این پدیده مشکل‌ساز، ناشناخته مانده و تاکنون هیچ مدلی نتوانسته است ته‌نشینی آسفالتین را به طور دقیق پیش‌بینی کند.
این دانش‌آموخته دکترا اظهار کرد: در این طرح برای اولین بار، پروفایل رسوب آسفالتین را با دقت بسیار بالا، به‌ویژه بدون استفاده از پارامترهای تنظیمی تجربی پیش‌بینی کردیم.
محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: دقت پیش‌بینی‌های این مدل در حد روش‌های ردیابی ذرات بوده، اما هزینه محاسباتی آن بسیار پایین‌تر است. این تحقیقات، راه جدیدی را برای حل مشکل ته‌نشینی آسفالتین در چاه‌ها و خطوط انتقال نفت باز می‌کند.
وی خاطرنشان کرد: بر این اساس، یک مدل رسوب اویلری بهبود یافته که مکانیسم‌های مختلف جابجایی و رسوب ذرات (مانند نفوذ مولکولی و انتشار آشفته، turbophoresis، thermophoresis و زبری سطح) را در بر می‌گیرد، برای پیش‌بینی رسوب ذرات جامد در چاه‌های نفت ارائه کردیم و تعمیم دادیم.
مساح خاطر نشان کرد: در این تحقیق، به‌منظور قابلیت پیش‌بینی رسوب در لوله‌های مایل و افقی، مدل ذکر شده اصلاح شد تا اثر مکانیسم‌های مؤثر را نیز در نظر بگیرد. علاوه بر این، با استفاده از این مدل، روش جدیدی برای تعیین توزیع اندازه ذرات و تابع لختگی ذرات ارائه شد.
این محقق در خصوص کاربرد نتایج این تحقیق گفت: یافته‌های این مطالعه می‌تواند به درک بهتر فرآیند تشکیل تا رسوب آسفالتین کمک کند. این تئوری تطبیق‌پذیرترین روشی است که می‌تواند با شرایط مختلف جریان چندفازی سیال سازگار باشد.
وی با بیان اینکه این روش بستگی به نوع ذرات جامد نداشته و می‌تواند به طور مشابه برای پیش‌بینی رفتار سایر مشکلات مرتبط با جریان ذرات جامد در تأسیسات نفت و گاز نیز مورد استفاده قرار گیرد، خاطر نشان کرد: مدلسازی محلول جامد و رفتار فازی چند_جامد از دیگر قابلیت‌های روش توسعه داده شده است. دقت بالای این روش و استفاده از حداقل پارامترهای تنظیمی، مسیرهای بسیاری را برای توسعه آتی در زمینه ارزیابی رسوب ذرات در کاربردهای واقعی میدانی ارائه می‌دهد.
مساح با اشاره به کاربردهای طرح گفت: این نرم‌افزار با شبیه‌سازی دقیق تشکیل و رسوب آسفالتین در چاه و خطوط لوله این امکان را می‌دهد که بتوان این پدیده را قبل از تشکیل، پیش‌بینی و راهکارهای لازم برای جلوگیری از تشکیل و رسوب آسفالتین را اتخاذ کرد.
به گفته پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، می‌توان با آگاهی از مکان‌های احتمالی رسوب، از گسترش این پدیده جلوگیری کرد و با طراحی مناسب تکمیل چاه و بهینه‌سازی شرایط جریانی چاه، خطوط لوله و مسیرهای جریان و تاسیسات تولیدی، خسارات وارده را به حداقل رساند. ادامه این پروژه مستلزم همکاری صنعت در جهت انجام فاز نیمه‌صنعتی شدن و سپس تجاری‌سازی این شبیه‌ساز است.
مساح افزود: تاکنون داده‌های میدانی بسیار کمی برای ته‌نشینی آسفالتین در چاه‌های نفت در مطالعات گزارش شده است. لذا داده‌های واقعی میزان و پروفایل رسوب آسفالتین در چاه‌های نفت وجود نداشته و موارد موجود بسیار محدود و ناقص است. همچنین با توجه به شرایط پیچیده ته‌نشینی آسفالتین، تاکنون شرایط واقعی چاه در آزمایشگاه‌های علمی دنیا مشابه‌سازی نشده و داده‌های موجود بسیار محدود و دارای فرضیات و ساده‌سازی‌های بسیار هستند.
وی با اشاره به ویژگی‌های این طرح گفت: «تعمیم دانش پیشرفته ته‌نشینی ذرات در جریان هوا برای پیش‌بینی ته‌نشینی آسفالتین در جریان نفت تحت هر دو رژیم آرام و آشفته»، «اصلاح مدل انتقال-نفوذ به‌منظور مدلسازی ته‌نشینی در کلیه لوله‌های افقی، شیب‌دار و عمودی»، «اعتبارسنجی دقیق مدل ته‌نشینی با داده‌های آزمایشگاهی و میدانی و پروفایل ته‌نشینی آسفالتین»، «تشخیص خودکار مکانیزم‌های مؤثر در ته‌نشینی آسفالتین»، «ارائه روشی جدید برای تعیین توزیع اندازه ذرات آسفالتین و تابع تجمع ذرات» از ویژگی‌های این طرح به شمار می‌روند.
پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر خاطر نشان کرد: در این طرح تلاش شده است تا با نوآوری در مدل انتقال-نفوذ شرایط واقعی‌تر ته‌نشینی آسفالتین با درنظرگرفتن توزیع اندازه ذرات مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. بنابراین مدل ارائه شده قادر به پیش‌بینی ته‌نشینی آسفالتین در کلیه لوله‌های افقی، شیب‌دار و عمودی تحت هر دو رژیم آرام و آشفته و با در نظر گرفتن انواع نیروهای وارده بر ذرات جامد است.
وی با بیان اینکه مدلسازی ته‌نشینی آسفالتین در چاه‌های نفت تاکنون به‌عنوان یک چالش عمده باقی مانده است، گفت: تاکنون درباره مدلسازی جامع و همزمان رسوب، تجمع و ته‌نشینی آسفالتین در ستون کامل چاه کارهای انگشت‌شماری انجام شده که ساده‌سازی‌های بسیار و عدم اعتبارسنجی دقیق، نتایج را تحت‌الشعاع قرار داده است.
مساح با اشاره به مطالعات گذشته گفت: بررسی مطالعات گذشته در مورد ته‌نشینی آسفالتین نشان‌دهنده نبود یک مدل معتبر است که مکانیزم‌ها و عوامل اصلی مؤثر در جابه‌جایی و ته‌نشینی ذرات جامد را در نظر بگیرد. این مطالعه در حال حاضر در زمینه پیش‌بینی دقیق پروفایل ته‌نشینی آسفالتین پیشگام و اولین محسوب می‌شود.
وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح، گفت: مدل انتقال-نفوذ اصلاح شده معرفی شده در این مطالعه یک مدل مبتنی بر تئوری با ویژگی‌های منحصر به فرد است که آن را از مدل‌های قبلی متمایز می‌کند.
به گفته وی، مهم‌تر از همه اینکه در برابر طیف گسترده‌ای از داده‌های آزمایشگاهی و میدانی تایید شده است.
پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر با تاکید بر اینکه پیش‌بینی‌ها نه تنها به اندازه روش‌های ردیابی ذرات دقیق هستند، بلکه هزینه‌های محاسباتی کمتری خواهد داشت، گفت: این تئوری مبتنی بر مفروضات فیزیکی قانع کننده‌تری است و تأثیر مکانیزم‌های مختلف رسوب را نیز در بر می‌گیرد.
وی خاطرنشان کرد: ته‌نشینی پدیده‌ای گسترده است که در بسیاری از محیط‌ها مشاهده می‌شود. اگرچه ممکن است شرایط ته‌نشینی متفاوت باشد، اما عوامل تأثیرگذار بر رسوب ذرات مشابه هستند. مدل رسوب اصلاح شده و همچنین شبیه‌ساز ارائه شده در این تحقیق در صنایع نفت و گاز و خطوط لوله انتقال سیالات هیدروکربوری و غیر هیدروکربوری و همچنین در کلیه صنایعی که نیاز به مدلسازی رسوب ذرات دارند، قابل کاربرد است.
بنابر اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، احسان خامه‌چی و سید علی موسوی دهقانی اساتید راهنما و بهرام دبیر و حمید نادران طحان مشاوران این طرح بوده‌اند.
