1- معرفی مواد کاهش دهنده اصطکاک (DRA) Drag Reduction Agent

این ماده که پلیمری از خانواده α- الفین‌ها با وزن مولکولی بالا مي‌باشد، تأثیرهای بسیار مطلوبی در کاهش هزینه‌های ساخت و هزینه‌های عملیاتی در صنعت نفت داشته است و راه حلی مقرون به صرفه و سريع در ايجاد تغييرات جریانی و فشاری مورد نیاز در خطوط لوله انتقال نفت خام و فرآورده محسوب مي‌شود. تزریق DRA در غلظت‌های بسيار پایین در حد [1]ppm در لوله‌هاي انتقال نفت خام و فرآورده، افت فشار ناشی از اصطکاک را کاهش می‌دهد. كاهش افت فشار اصطکاکی می‌تواند منجر به کاهش فشار خروجی[2] و به دنبال آن افزایش ظرفیت خط لوله گردد.

2- دلایل و مزایای استفاده از مواد DRA :

1-2– تزریق ماده DRA به منظور حذف تعدادی از پمپ های در سیستم پمپاژ نفت

• با تزریق DRA، فشار عملیاتی پمپ‌ها و توربین‌ها کاهش می‌یابد. همچنین در بعضی موارد می‌توان تعدادی از پمپ‌ها را نیز خاموش نمود. همچنین می‌توان بوستر پمپ[3] ها و یا حتی تلمبه‌خانه‌ی بین راهی را خاموش نمود.
• نتایج حاصل از تزریق DRA، (همانند خاموش کردن تعدادی از پمپ‌ها و تلمبه‌خانه‌ها، حذف لوپ‌ها در مسیر خط لوله و حتی عدم نیاز به نصب خطوط لوله جدید) هزینه‌های هنگفت سرمایه‌گذاری و نگهداری تأسیسات را کاهش می‌‌دهد.

1-1-2 خاموش کردن پمپ ها به همراه افزایش دبی خط لوله

به عنوان مثال در خط لوله ای به طول  52 کیلومتر و قطر 8 اینچ که دارای 3 الکتروموتور عملیاتی و بدون الکتروموتور یدک می باشد. با هدف کاهش فشار خط لوله و بعد به دنبال آن کاهش فشار کاری الکتروموتورها به منظور خاموش کردن حداقل یک الکتروموتور از 3 الکتروموتور می باشد. نتایج ذیل به دست آمد.

جدول 1- تأثیر تزریق 6 لیتر بر ساعت DRA در خط لوله 52 کیلومتر و 8 اینچ

شکل1- تأثیر تزریق 6 لیتر بر ساعت DRA در خط لوله 52 کیلومتر و 8 اینچ

همچنین با توجه به اینکه در آن منطقه چاه های نفت آماده بهره برداری وجود داشت با تزریق 20 لیتر در ساعت نهایتاً فشار عملیاتی در psi 300 ثابت نگه داشته شد و علاوه بر خاموش کردن یک پمپ، مقدار دبی جریان نیز از 21500 بشکه در روز به 34500 بشکه در روز افزایش یافت. (شکل 2).

جدول 2- تأثیر تزریق 6 لیتر بر ساعت DRA در خط لوله 52 کیلومتر و 8 اینچ

شکل2- تأثیر تزریق 20 لیتر بر ساعت DRA در خط لوله 52 کیلومتر و 8 اینچ

2-1-2 خاموش کردن توربین و کاهش فشار کاری بر سایر توربین ها

در خط لوله 152 کیلومتری و 18 اینچ ، سیستم پمپاژ نفت شامل سه دستگاه توربو پمپ بود . در اثر تزریق 25 لیتر بر ساعت DRA ، پس از گذشت 8 ساعت از شروع تزریق مواد، یکی از سه پمپ خاموش گردید، در آخر آزمایش میدانی و در دبی خط 108400 بشکه در روز ، فشارخروجی خط تا Psi 267 کاهش یافت و فشار کاری نیز از روی دو توربین عملیاتی برداشته شد (جدول 2). در نتیجه کاهش فشار کاری بر روی توربو پمپ های مذکور، بازه زمانی تعمیرات اساسی دو برابر شد که نتیجه آن کاهش هزینه های نگهداری توربو پمپ ها است.

جدول 3- تأثیر تزریق 25 لیتر بر ساعت  DRA در خط لوله 152 کیلومتر و 18 اینچ

3-1-2 کاهش تعداد تلمبه خانه ها با حفظ و یا افزایش ظرفیت انتقال خط لوله

نمونه عملیات انجام شده در رابطه با حذف تلمبه خانه و افزایش تولید مربوط به خط انتقال فراورده نفتی از فشارشکن  است. در این خط میزان دبی 48،320 بشکه در روز بود و  هدف از تزریق ماده DRA خاموش کردن تلمبه خانه بین راهی  با حفظ دبی انتقال بود.

بدون تزریق ماده DRA و با خاموش کردن تلمبه خانه ، دبی انتقال فراورده به 40،770 بشکه در روز کاهش پیدا کرد که با تزریق ماده DRA با نرخ 10 لیتر بر ساعت و خاموش نگه داشتن تلمبه خانه ، دبی انتقال فراورده به 53،600 بشکه در روز افزایش یافت. ( جدول 3)

تزریق ماده DRA سبب شد که علاوه بر افزایش دبی انتقال فراورده، هزینه های ناشی از تامین، نگهداری و تعمیرات تلمبه خانه و همچنین هزینه های هنگفت تامین برق برای تلمب خانه نیز به طور کامل حذف گردید.

شکل3 – حذف تلمبه خانه  و افزایش دبی خط با استفاده از ماده DRA

جدول 4- تاثیر تزریق ماده DRA بر خاموش کردن تلمبه خانه و دبی خط لوله

2-2 افزایش بهره‌برداری از چاه‌های نفتی

• در اثر تزریق DRA، امکان بهره‌برداری از چاه‌های کم فشار و در بعضی مواقع افزایش بهره‌برداری از چاه‌های موجود صورت می‌پذیرد.
• تزریق DRA علاوه بر خطوط انتقال نفت خام و فرآورده تک فازی در خطوط انتقال نفت خام و فرآورده دو فازی نیز موثر است.
• همانگونه که در شکل4 نشان داده شده است، در منطقه دالپری دو حلقه چاه نفت (چاه های A و B) با فشار خروجی 1400 Psiو یک چاه نفت (چاه C) با فشار خروجی 1200 Psi وجود دارد که نفت تولیدی از این سه چاه توسط یک خط لوله 6 اینچ به واحد بهره برداری  ارسال می گردد. هدف از تزریق مواد DRA کاهش فشار خط لوله انتقال تا کمتر از 1200  Psi به منظور شروع بهره برداری از چاه کم فشار می باشد.

جدول 5 مشخصات خط لوله

شکل 4- شماتیک محل چاه ها و نقطه تزریق DRA

نتایج به دست آمده بعد از تزریق DRA جهت خط لوله دوفازی :

برای به جریان افتادن چاه کم فشار باید فشار در منیفولد کاهش پیدا کند و کاهش فشار منیفولد وابسته به کاهش خط انتقال نفت بعد از منیفولد می باشد. در نتیجه با تزریق مواد DRA بعد از منیفولد، فشار در منیفولد کاهش پیدا می کند و چاه کم فشار وارد مدار تولید می شود و باعث افزایش 42% تولید می گردد.

جدول 6- تغییرات دبی فشار در اثر تزریق 20 لیتر DRA  در ساعت

3-2 حفظ ایمنی و جلوگیری از فرسایش زودرس خطوط لوله

• تزریق DRA در خطوط انتقال قدیمی یا خطوط لوله‌ای که در اثر خوردگی و زنگ‌زدگی مقاومت آنها کاهش یافته است، امنيت عملياتي خط لوله را تأمین و از ترکیدگی خط لوله جلوگیری می نماید.
• استفاده از DRA در خط لوله، منجر به کاهش فرسایش و خوردگی و افزایش عمر خطوط لوله می‌گردد.

به عنوان مثال،  با تزریق DRA در خط لوله 152 کیلومتری و 18 اینچ ( واحد بهره برداری 3)، با هدف کاهش فشار و افزایش ایمنی خط و جلوگیری از ترکیدگی خط لوله ، فشار خروجی خط لوله 60 درصد کاهش یافت (جدول3).

جدول 7- تأثیر تزریق 25 لیتر بر ساعت DRA در خط لوله 152 کیلومتر و 18 اینچ

4-2 افزایش بهره‌برداری از خطوط لوله انتقال

• با تزریق DRA درون خطوط لوله می‌‌توان ظرفیت خطوط لوله را در فشار عملیاتی ثابت افزایش داد.

به عنوان مثال در اثر تزریق DRA در خط لوله 150 کیلومتری و 24 اینچ  4 تا پالایشگاه، دبی به میزان 1/69 درصد افزایش یافت. این در حالی بود که در ابتدا به منظور حفظ ایمنی خط لوله، فشار خروجی به میزان 21 درصد کاهش یافته و سپس دبی نفت افزایش داده شده است. (جدول 7).

جدول 8- تأثیر تزریق 28 لیتر بر ساعت DRA در خط لوله 150 کیلومتر و 24 اینچ

5-2 طراحی منعطف خط لوله با توجه به محدودیت ها و نیازها

در طراحي و ساخت خطوط لوله انتقال نفت خام و فرآورده، تزریق DRA منجر به كاهش قطر و ضخامت لوله‌هاي انتقال می‌گردد. به‌علاوه، نياز به استفاده از پمپ‌ها و توربين‌ها كاسته ‌شده که اين امر موجب كاهش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و مصرف انرژي مي‌گردد. جدول 8 نمونه ای از طراحی خط لوله ای را نشان می دهد که می توان با استفاده از ماده DRA تغییراتی را در طراحی خط لوله ایجاد نمود و با توجه به هزینه ها، محدودیت ها و ظرفیت مورد نیاز برای انتقال سیال غلظت های مختلفی را از ماده DRA  مورد استفاده قرار داد.

جدول 9- طراحی خط لوله با استفاده از DRA

به طور مثال در جدول 8 مورد ششم  مربوط به  حالتی است که مشکل تامین یا هزینه های ناشی از تلمبه خانه ها وجود داشته باشد که با تزریق ماده DRA تعداد از این تلمبه خانه ها را می توان خاموش کرد که در نتیجه هزینه های عملیاتی و نگهداری نیز کاهش می یابد و در این حالت با خاموش کردن دو عدد تلمبه خانه میزان انتقال نفت به 189،000 بشکه در روز کاهش پیدا می کند که با تزریق ماده DRA این مقدار به 250،000 بشکه بر روز افزایش پیدا می کند در حالی که طول خط نیز افزایش یافته است.

در واقع می توان طراحی خط لوله را با استفاده از ماده DRA به شکل های مختلفی و با توجه به نیاز مجموعه انجام داد که به طور خلاصه در موارد زیر آمده است:

کاهش ضخامت خط لوله

کاهش قطر خط لوله

کاهش تعداد تلمبه خانه های مورد نیاز با حفظ و یا افزایش ظرفیت انتقال خط لوله

کاهش تعداد پمپ های مور نیاز در هر تلمبه خانه

[1] parts per million

[2]Discharge Pressure

[3] Booster Pump

منابع:

1-مقاله مجله اکتشاف و تولید نفت و گاز  تزریق ماده ExtraFlow DRA در خطوط لوله دو فازی به منظور کاهش فشار یا افزایش ظرفیت خط ‌‌لوله

2-مقاله مجله اکتشاف و تولید نفت و گاز  ماده کاهش دهنده اصطکاک (DRA1 ) جهت استفاده در خطوط لوله انتقال نفت خام و فرآورده