واژه های کلیدی:امولسیون کننده های زیستی، امولسیون نفت در آب، کاهش ویسکوزیته، کاهش رسوب گذاری؛ خط لوله. فهرست مطالبعنوانصفحه فصل اول : مقدمه(مروری بر منابع) 11-1- نفت خام سنگین و روشهای انتقال21-1-1-مشخصات نفت سنگین91-1-2-روش های انتقال نفت سنگین131-1-3-روش انتقال امولسيون نفت سنگين191-2- سویه های میکروبی امولسیون کننده291-3- امولسیون کنندههای زیستی و انتقال نفت سنگین381-3-1- کاهش ویسکوزیته401-3-2- تولید سوختهاي سبک421-3-3- مهار رسوب-گذاری43فصل دوم : فاز آزمایشگاهی482-1- مواد، سویه ها و تجهیزات492-1-1- سویه های میکروبی بکار گرفته شده492-1-2- نفتهای سنگين استفاده شده492-1-3- محیط کشت492-1-4- مواد استفاده شده برای تهیه امولسیون نفت در آب502-2- روشها512-2-1- روش تهیه ترکیبات512-2-1-1-تهیه سویه ها و محیط کشت مناسب512-2-1-2- تهيه ماده امولسيون کننده از سویه های میکروبی522-2-1-3- تهیه امولسیون پایدار نفت در آب542-2-2- روش طراحی آزمایشها552-2-3- روش اجرای آزمایشها582-2-3-1- اندازه گیری میزان ویسکوزیته582-2-3-2- اندازه گيري پايداري امولسيون602-3- نتایج و آنالیز612-3-1-نتایج612-3-1-1- تهیه امولسیون کننده زیستی612-3-1-2- تهیه امولسیون612-3-1-3- پایداری امولسیون632-3-1-4- تغییرات ویسکوزیته امولسیون با تغییرات دما و آب652-3-1-5- تغییرات ویسکوزیته امولسیون ناشی از امولسیون کننده شیمیایی و یا زیستی682-3-2-آنالیز نتایج712-3-2-1- آنالیز نتایج آزمایشهای تشکیل امولسیون712-3-2-2- آنالیز نتایج آزمایشهای پایداری امولسیون76فصل سوم : فاز نیمه صنعتی (پایلوت)813-1- مواد، ترکیبات و تجهیزات823-1-1- سویه، نفت، محیط کشت و استخراج امولسیون کننده زیستی823-1-2- ساخت خط لوله چرخشی در مقیاس نیمه صنعتی843-1-3- امولسیون نفت در آب843-2- روشها863-2-1- ساخت سیستم انتقال در مقیاس نیمه صنعتی863-2-1-1- استخراج اندازه های مقیاس صنعتی برای شبیه سازی پایلوت863-2-1-2- برآورد میزان افت فشار در پایلوت طراحی شده برای انتخاب پمپ893-2-1-3- ساخت و استقرار پایلوت963-2-2- راه اندازی پایلوت و اجرای آزمون ها993-3- نتایج و آنالیز1053-3-1- اندازه گیری ویسکوزیته امولسیون در خط لوله1083-3-2- اندازه گیری پایداری امولسیون تهیه شده ضمن حرکت سیال داخل خط لوله1073-3-3- مقایسه میزان رسوب گذاری دو سیال نفت سنگین و امولسیون درخط لوله109نتیجه گیری و پیشنهادها113پیوست الف119پیوست ب122پیوست ج134منابع و ماخذ142چکیده انگلیسی147 فهرست شکلهاعنوانصفحهشکل1-1: آماری از توزیع ذخایر نفتی و انواع ترکیبات در آنها5شکل1-2: دياگرام کلي سيستم انتقال امولسيوني نفت خام20شکل2-1: نمودار جریانی تهیه و استخراج ماده امولسیون کننده53شکل2-2 : نمودار جریانی فرآیند تشکیل امولسیون نفت در آب54شکل2-3: تصاویر میکروسکوپی مربوط به امولسیون O/W (A) و نفت خام (B)62شکل2-4 : تصویر لامهای تهیه شده از امولسیون O/W و نفت خام62شکل2-5 : نمودار تغییرات ویسکوزیته نفتهای سنگین بکار گرفته شده با زمان در دمای محیط65شکل2-6 : نمودار تغیییرات ویسکوزیته امولسیون بر حسب تغییرات دما و درصد آب مصرفی برای 76/1 درصد ماده امولسیون کننده تهیه شده از سویه ACO4و نفتcP 1000066شکل2-7 : نمودار تغییرات ویسکوزیته امولسیون ها بر حسب درصد آبهای مصرفی برای سویه ACO4 و نفت cP1000067شکل2-8 : نمودار پایداری ویسکوزیته برای امولسیون های تولید شده توسط، امولسیون کننده شمیایی تنها، امولسیون کننده زیستی تنها و امولسیون کننده ترکیبی از 20% شیمیایی و80% زیستی برای نفت cP 10000 وسویه ACO470شکل2-9 : نمودار S/N برای چهار سویه و نمونه نفت سروش72شکل 2-10: نمودار S/N برای چهار سویه و نمونه نفت نوروز72شکل2-11: نمودار ویسکوزیته امولسیون های تشکیل شده مطابق جداول 2-12 و 2-1375شکل2-12 : نمودار جمع بندی نتایج پایداری آورده شده در جدول 2-14 برای نفت سروش78شکل2-13: نمودار جمع بندی نتایج پایداری آورده شده در جدول 2-14برای نفت نوروز78شکل2-14 : نمودار درصد کاهش ویسکوزیته امولسیون بر حسب زمان برای امولسیون کننده تولید شده از سویه ACO479شکل3-1 : شمایی از خط لوله پایلوت ساخته شده89شکل3-2 : مش بندی دوبعدی خط لوله در نرم افزار Gambit93شکل3-3 : افت فشار در مرکز لوله در مسیر خط لوله با طول نهایی برای نفت سنگین94شکل3-4 : افت فشار در مرکز لوله در مسیر خط لوله با طول نهایی برای امولسیون94شکل3-5 : افت فشار های حاصل از عبور نفت سنگین و امولسیون در مرکز خط لوله پایلوت95شکل3-6 : تصویری از پایلوت خط لوله ساخته شده97شکل3-7 : تصویری از شیرهای نمونه گیری نصب شده در پایلوت98شکل3-8 : تصویری از مراحل 1و2 تولید امولسیون به طور جدا از پایلوت102شکل3-9: اعمال شوک سرما به امولسیون در مخزن دوجداره تعبیه شده در پایلوت و انجام مرحله 3103شکل3-10 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیون با زمان در مدت زمان چرخش در مسیر خط لوله پایلوت108شکل3-11 : سطح داخلی لوله جدا شده بعد از اتمام دوره چرخش نفت سنگین110شکل3-12 : سطح داخلی لوله جدا شده بعد از اتمام دوره چرخش امولسیون111شکلب 1 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO4 و نفت سروش123شکلب 2 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 91-B و نفتسروش123شکلب 3 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO1 و نفت سروش126شکلب 4 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 1072 و نفت سروش126شکلب 5 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO4 و نفت نوروز129شکلب 6 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 91-B و نفت نوروز129شکلب 7 : نمودارتغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO1 و نفت نوروز132شکلب 8 : نمودار تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 1072 و نفت نوروز132شکلج 1 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول 16134شکلج 2 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول17135شکلج 3 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول18136شکل ج 4 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول19137شکلج 5 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول20138شکلج 6 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول21139شکلج 7 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول22140شکلج 8 : نمودارمبزان S/N برای آزمایشها مختلف انجام شده در جدول23141 فهرست جداولعنوانصفحهجدول1-1: آمارهای داده شده در مورد میزان ذخایر نفتی کشورها3جدول1-2: برخی از نمونه های نفت سنگين ايران7جدول1-3 : مشخصات و ظرفيت خطوط لوله انتقال نفت8جدول1-4 : نمونه های امولسیونی نفت در آب تشکیل شده توسط مواد امولسیون کننده شیمیایی24جدول1-5 : نمونه هايي از فعال كننده هاي زيستي30جدول1-6 : تر كيبات و مشخصات برخی از امولسیون کننده های زیستی35جدول1-7: خواص فيزيكي- شيميايي دو نمونه نفت پارافيني استفاده شده درتحقیق41جدول1-8 : نسبتهاي تركيبات براي سيستم پايلوت42جدول2-1: محیط کشت مایع50جدول2-2: لیست و میزان مواد اولیه استفاده شده در فاز آزمایشگاهی پروژه50جدول2-3 : جدول بکارگرفته شده در مدل تاگوچی برای فاکتور ها و سطوح آنها56جدول2-4 : آرایه متعامد 9L ارائه شده توسط مدل ناگوچی57جدول2-5 : آرایه متعامد 9L به همراه مقادیر فاکتورها در سطوح آنها57جدول2-6 : مقادیر ترکیبات استفاده برای تشکیل امولسیون در هر آزمایش طرح شده59جدول2-7 : تغییرات ویسکوزیته نفتهای سنگین بکار گرفته شده با زمان در دمای محیط64جدول2-8 : تغیییرات ویسکوزیته امولسیون بر حسب تغییرات دما و درصد آب مصرفی برای 76/1 درصد ماده امولسیون کننده تهیه شده از سویه ACO4 و نفتcP 1000066جدول2-9 : تغییرات ویسکوزیته امولسیون بر حسب درصد آبهای مصرفی برای سویه ACO4 و نفت cP 1000067جدول2-10: تغییر ویسکوزیته با زمان برای امولسیون های تولید شده توسط ، امولسیون کننده شمیایی تنها، امولسیون کننده زیستی تنها و امولسیون کننده ترکیبی از 20 % شیمیایی و 80 % زیستی برای نفت cP 10000 و سویه ACO469جدول2-11 : فرمول و شرایط استفاده S/N های مختلف در مدل تاگوچی71جدول2-12: شرایط بهینه و میزان ویسکوزیته در این شرایط برای تمام سویه ها و نفت نووز74جدول2-13: شرایط بهینه و میزان ویسکوزیته در این شرایط برای تمام سویه ها و نفت سروش74جدول2-14: بهینه ترین آزمایشها پایداری بعد از جمع بتدی آنالیز جداول ب 1-8 و شکلهای ب 1-877جدول3-1: محیط کشت مایع در مقیاس نیمه صنعتی83جدول3-2: ليست و مشخصات تجهيزات بکار گرفته شده در ساخت سیستم پایلوت84جدول3-3: لیست و مقدار مواد مصرفی برای تولید امولسیون در مقیاس پایلوت85جدول3-4 : مشخصات خط لوله انتقال نفت کوره ری/ منتظر قائم87جدول3-5 : مشخصات نفت سنگین خروجی از پالایشگاه تهران87جدول3-6 : میزان ویسکوزیته امولسیون تهیه شده در بهینه ترین شرایط در مقیاس پایلوت106جدول3-7 : ویسکوزیته امولسیون در مدت چرخش در خط لوله پایلوت و در دمای oC 25108جدولالف 1: نتایج مدل تاگوچی برای سویه ACO4 و نفت سروش119جدولالف 2 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه 91-B و نفت سروش119جدولالف 3 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه ACO1 و نفت سروش119جدولالف 4 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه 1072 و نفت سروش120جدولالف 5 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه ACO4 و نفت نوروز120جدولالف 6 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه 91-B و نفت نوروز120جدولالف 7 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه ACO1 و نفت نوروز121جدولالف 8 : نتایج مدل تاگوچی برای سویه 1072 و نفت نوروز121جدول ب 1 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO4 و نفت سروش122جدولب 2 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 91-B و نفت سروش124جدولب 3 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO1 و نفت سروش125جدولب 4 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 1072 و نفت سروش127جدولب 5 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO4 و نفت نوروز128جدولب 6 : تغییر ویسکوزیته امولسیون در زمانهای مختلف برای سویه 91-B و نفت نوروز130جدولب 7 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه ACO1 و نفت نوروز131جدولب 8 : تغییر ویسکوزیته امولسیونها در زمانهای مختلف برای سویه 1072 و نفت نوروز133جدولج 1 : آنالیز S/N و ANOVA نتایج جدول 16 توسط مدل تاگوچی134جدولج 2 : آنالیز S/Nو ANOVAنتایج جدول 17توسط مدل تاگوچی135جدولج 3 : آنالیز S/N و ANOVA نتایج جدول 18 توسط مدل تاگوچی136جدولج 4 : آنالیز S/N و ANOVA نتایج جدول 19 توسط مدل تاگوچی137جدولج 5 : آنالیز S/Nو ANOVAنتایج جدول 20 توسط مدل تاگوچی138جدولج 6 : آنالیز S/N و ANOVA نتایج جدول21 توسط مدل تاگوچی139جدولج 7 : آنالیز S/Nو ANOVAنتایج جدول 22توسط مدل تاگوچی140جدولج 8 : آنالیز S/N و ANOVA نتایج جدول 23 توسط مدل تاگوچی141 فهرست علایم واختصاراتاختصار American Petroleum InstituteAPIگرانروی ویژهSp.Gr.غلظتCغلظت بحرانیC*واحد ویسکوزیته سینماتیکیcStدرجه سانتیگرادoCدرصد وزنیwt%واحد ویسکوزیتهcPبخش بر میلیونPPmمعیار آب دوستی و روغن دوستی موادHLBطول (کیلومتر)kmاختصار Deoxyribonucleic acidDNAcritical micelle concentrationCMCحجم (میلی لیتر)ccسرعت (دور بر دقیقه)rpmوزن (گرم)gواحد سنجش طول موج (نانو متر)nmحجم (میکرولیتر)mنسبت حجم به حجمv/vدانستیه (گرم بر سانتیمتر مکعب)g/cm3زمان (ساعت)hغلظت (گرم بر لیتر)g/litفشار (پی اس آی)psiنسبت نفت/ آبO/Wبسته امولسیون کننده (80% بیو و 20% شیمایی)E.Pنسبت آماریS/Nاستنلس استیلs.sطول (انیچ)inطول (میلیمتر)mmدبی (گالن بر روز)BPDواحد ویسکوزیته سینماتیکیSocsتوان (اسب بخار)hpفصل اول: مقدمه(مروری بر منابع) 1-1- نفت خام سنگین و روشهای انتقالروند رو به رشد تقاضا برای انرژی در سراسر دنیا به ویژه کشور های صنعتی و در حال توسعه لزوم و نقش تولید و انتقال نفت خام سنگین را برای تامین نیازهای انرژی، دو چندان و بسیار برجسته کرده است. طبق پیش بینی آژانس بین المللی انرژی تقاضای دنیا برای انرژی اولیه در سال 2011 ، 28% و تا سال 2030 بمیزان 60% افزایش خواهد یافت و به عبارتی نرخ رشد متوسط تقاضای انرژی 1/7% در هر سال خواهد بود .سهم و نقش منابع هیدرو کربنی در تامین و پوشش دادن به این تقاضای فزاینده انرژی بسیار بزرگ و مقدم بر سایر منابع انرژی می باشد و نقش نفت خام سنگین بسیار برجسته و تعیین کننده تر خواهد بود]1و2[.در جهان امروز بيش از 60% از انرژي مصرفي بشر فرآورده هاي نفتي است كه اين ميزان در كشور ما بيش از 80% مي باشد. از مجموع فرآورده هاي مصرفي نفت حدود 70% بنزين و گاز يا به اصطلاح برشهاي سبك است ، و الباقي به همان صورت سنگين (برشهاي سنگين) استفاده مي شوند]2و3[.طبق آمارها و تخمین های ارائه شده ، میزان نفت در ذخایر نفتی جهان حدود 6200 میلیارد بشکه برآورد شده است که میزان 1300 میلیارد بشکه ازآن نفت خام با APIبیشتر از 020 است که اصطلاحا نفت سبک نامیده می شوند. و الباقی در حدود 4900 میلیارد بشکه، نفت سنگین با APIکمتر از 020 است که اصطلاحا نفت سنگین نامیده می شوند. اما در حال حاضر درصد بسيار كمي(1 تا 2 درصد) ازمنابع نفت خام سنگين جهان بهره برداري مي شود. در نتیجه پژوهش در زمینه های استخراج ، فراوری و انتقال نفت سنگین میتواند ضمن ایجاد ارزش افزوده بالا باعث بالا رفتن میزان ذخایر قابل دسترسی و استفاده نفتی و سوختهای فسیلی شود. (جدول 1-1) ]3-4[.با توجه به حجم بالای ذخایر نفت سنگین در چند سال گذشته عملیات استخراج این گونه نفتها با استفاده از روشهای معمول در اکثر کشورهای پیشرفته شروع شده است و با سرعت بالایی در حال توسعه است. این موضوع باعث شده دیدگاهها و تفکرات ذیل در خصوص استفاده و فراوری هر چه سریعتر نفت سنگین بیان شود]2و3[.