علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Interplays Between Corrosion and Scale Inhibitors—Part I: Scale Inhibition, Materials Performance Magazine
(بقلم: كوي وانغ وحسن علي الأجود – Qiwei Wang and Hassan Al-Ajwad)
التفاعل بين موانع التآكل وموانع الترسبات – الجزء الأول: منع الترسبات، مجلة أداء المواد
موانع التآكل والترسبات الملحية غالبًا ما تستخدم معًا (بالتزامن) في منشآت إنتاج ومعالجة النفط والغاز. التفاعل / التداخل بين هذين النوعين من الموانع معًا قد يكون لهما تأثير سلبي كبير في نجاح برنامج المعالجة الكيميائية لهذه المنشآت.
أثبتت هذه الدراسة أن التأثير المضر لموانع التآكل على أداء موانع ترسبات كربونات الكالسيوم (CaCO3) الملحية محدود جدًا. وما حصل هو العكس، حيث وُجد أن بعض المواد الكيميائية المانعة للتآكل فعالة لمنع ترسب كلسات كربونات الكالسيوم بتركيزات عالية.
التآكل والتكلس يمثلان مشكلتين رئيسيتين لضمان التدفق تواجهما العديد من أنظمة إنتاج النفط والغاز1، 2. وقد تقللان الإنتاجية وترفعان من تكاليف الصيانة وتؤديان إلى فشل سابق لأوانه في المعدات والأجهزة وتوقف للانتاج غير المجدول. على الرغم من استخدام استراتيجيات مختلفة للتقليل من تأثير التآكل ومنع تراكم التكلسات، فقد ثبت أن استخدام المعالجة الكيميائية، مثل مانع الترسبات الوصيدي3، 4 ومانع التآكل المكوِّن لغشاء حول المادة المراد منعها من التآكل، من بين أكثر الاستراتيجيات فعالية من حيث التكلفة في معظم التطبيقات / الاستخدمات 5- 7.
يعتمد كل من منتجات موانع التآكل والترسبات الملحية على المؤثرات السطحية (surfactants) (وهي مركبات كيميائية تخفض من التوتر السطحي بين سطحي سائلين8) ويعتمد أداؤها على آليات الامتزاز / الإدمصاص9. موانع الترسبات الملحية هي مركبات عضوية أنيونية (anionic) لديها مجموعات وظيفية فوسفاتية أو كربوكسيلية، مثل الفوسفونات الأمينية (amino phosphonates) وإسترات الفوسفات (phosphate esters) وبلمرات الفوسفينو (phosphino polymers) والبولي كربوكسيلات (polycarboxylate) والبولي سلفونات (polysulfonates).
لهذه المجموعات الأنيونية انجذاب قوي مع الكاتيونات الأرضية القلوية والتي يحدث لها ادمصاص على مواقع (sites) نمو بلورات المادة المترسبة، مما يؤدي إلى إيقاف أو تأخير عملية تكوًن الترسبات. موانع التآكل المستخدمة في حقول النفط، بشكل عام، هي مركبات كاتيونية خافضة للتوتر السطحي لها بنية جزيئية مزدوجة الألفة10 تتكون من مجموعة رأس قطبية ومجموعة ذيل هيدروكربونية غير قطبية.
مجموعات الرأس القطبية تمكِّن من ايجاد رابطة بين جزيئات المانع وسطح الفولاذ، إما عن طريق الادمصاص / الامتزاز الكيميائي9 أو عن طريق الامتزاز الفيزيائي11، مما يشكل غشاءً رقيقًا على المستوى الجزيئي لحماية المعدن الأساس من الماء المسبب للتآكل.
فرضية التداخل بين موانع التآكل والترسبات موجودة منذ زمن طويل12 – 13. من المعقول أن نفترض أن الامتزاز المتزامن للمانع والمادة المترسبة، مثل تفاعل مانع التآكل مع سطح بلورة المادة المترسبة أو امتزاز جزيئات موانع الترسبات على سطح معدني، يمكن أن يغير أداء المانع ويقلل من كفاءة المعالجة الكيميائية.
وفي الوقت نفسه، قد يؤثر غشاء مانع التآكل على المعدن وأسطح بلورات المادة المترسبة في عمليات ترسب المواد الملحية وتراكمها. بالإضافة إلى ذلك، بإمكان موانع الترسبات الملحية الأنيونية وموانع التآكل الكاتيونية أن تشكل متراكبات (complex) كيميائية قابلة للذوبان في الماء لها سلوك امتزاز مختلف، وبالتالي ينتج عن ذلك أداء موانع (تآكل / ترسبات) مختلف.
على الرغم من التأثير المحتمل في المعالجة الكيميائية، نادرًا ما تجرى دراسة هذه التداخلات14 – 16. تجرى التقييمات المعملية عادةً في عدم وجود موانع أخرى أثناء عملية الفحص الكيميائي. في هذه الورقة، توصلنا إلى نتائج مختبرية عن التفاعل بين اثنين من موانع الترسبات الملحية واثنين من موانع التآكل.
يعتبر هذا الفحص جزء من دراسات اختيار موانع كبميائبة هي الأفضل في فئتها لنظام إمدادات المياه. تستخدم المياه الجوفية لحقن المياه في آبار الزيت واستخدامات حقول النفط الأخرى. موانع التآكل تستخدم لحماية أنابيب الآبار من التآكل الذي يسببه ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، وتحقن موانع الترسبات لمنع ترسب كربونات الكالسيوم (CaCO3) في المضخات المغمورة الكهربائية. الجزء الأول من هذه الدراسة يلخص نتائج فحص موانع الترسبات الملحية، أما أداء موانع التآكل سينشر في الجزء الثاني من هذه الدراسة.
( ملخص الدراسة )
كجانب من جوانب الدراسة لتجلية التفاعل بين المواد الكيميائية المستخدمة في حقول النفط، أجريت الاختبارات في المختبر باستخدام طريقة الأنبوب الديناميكي الحاجز للتحقق من تداخل الأداء المحتمل لمانع التآكل مع مانع الترسبات الملحية. أفادت نتائج الاختبار التي توصلنا إليها أن التأثير يعتمد على الخاصية الكيميائية لمانع التآكل وتركيزه. مانع التآكل المصاغ من مركبات الأمونيوم الرباعية أظهر تأثيرًا ضئيلًا على تكوِّن ترسبات كربونات الكالسيوم (CaCO3) مما اظهرته فعالية الموانع المصاغة من الفوسفونات والبولي أكريلات المستخدمة لنفس الغرض. بالنسبة لمانع التآكل المصاغ من الإيميدازولين، وجدنا أنه يقلل بشكل طفيف من أداء مانع الترسبات بتركيز متوسط (50 جزء في المليون) ، ولكنه قادر على منع ترسب كربونات الكالسيوم عند التركيز العالي (500 جزء في المليون). يمكن أن تكون خاصية مقاومة الترسب لها علاقة بغشاء مانع التآكل المتكوِّن على السطح المعدني، مما يقلل من التصاق جزيئات كربونات الكالسيوم المترسبة في عموم المحلول. هذه الفرضية مدعومة بنتائج اختبار التآكل التي ستنشر في الجزء الثاني من هذه الورقة.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- https://www.amazon.com/Oilfield-Technology-P-J-B-Michael-Davies/dp/1575902044
2- https://onepetro.org/NACECORR/proceedings-abstract/CORR98/All-CORR98/NACE-98061/127662
3- “مانع الترسبات الوصيدي (threshold scale inhibitors) يرجع إلى آلية المنع التي من خلالها يقوم الحد الأدنى من كمية العناصر المتفاعلة4 للمانع (مانع الترسب) في إعاقة نمو البلورات أو تأخير عملية الترسب. في هذه الآلية، يتفاعل مانع الترسب مع بلورات المادة المترسبة النامية. مانع الترسب يتصرف كمركز تنِّوي يغلف المادة المترسبة المتكونة. وبالتالي، تُسد مواقع نمو بلورات المادة المترسبة النشطة ويتوقف نموها” ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/scale-inhibitor
4- https://ar.wikipedia.org/wiki/قياس_اتحادية_العناصر
5- https://www.researchgate.net/publication/287515782_Kinetic_and_morphological_investigation_on_the_precipitation_of_calcium_carbonate_in_the_presence_of_inhibitors
6-https://www.researchgate.net/publication/283960831_Carbonate_scale_formation_and_inhibition_in_the_presence_of_zinc_ions
7- https://store.ampp.org/04365-effect-of-oil-in-water-emulsions-on-the
8- https://ar.wikipedia.org/wiki/مؤثر_سطحي
9- https://ar.wikipedia.org/wiki/امتزاز
10- https://ar.wikipedia.org/wiki/مزدوج_الألفة
11- https://ar.wikipedia.org/wiki/امتزاز_فيزيائي
12- https://www.researchgate.net/publication/314767232_A_Surface_Sensitive_Study_of_the_Influence_of_Corrosion_Inhibitor_on_Chemical_Scale_Inhibition
13- https://onepetro.org/NACECORR/proceedings-abstract/CORR02/All-CORR02/NACE-02315/114649
14- https://onepetro.org/SPEOSS/proceedings-abstract/02OSS/All-02OSS/SPE-74677-MS/135349?redirectedFrom=PDF
15- https://www.researchgate.net/publication/287288875_A_systematic_scale-corrosion_study_of_a_combined_inhibitor_in_scale-corrosion_environment_via_experimental_design
16- https://www.researchgate.net/publication/287288875_A_systematic_scale-corrosion_study_of_a_combined_inhibitor_in_scale-corrosion_environment_via_experimental_design
المصدر الرئيس
https://nace.mydigitalpublication.com/publication/?i=709806&article_id=4047230&view=articleBrowser&ver=html5
