مدل‌سازی تشکیل رسوب آسفالتین نفت مخزن با معادله حالت CPA و رویکردی جدید بر مبنای ساختار مولکولی آسفالتین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 انستیتو مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده فنی، دانشگاه تهران، ایران

2 انستیتو مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، ایران

10.22078/pr.2019.3541.2617

چکیده

در این مطالعه یک رویکرد جدید و منطبق بر ساختار مولکولی آسفالتین برای مدل‌سازی رسوب آسفالتین با معادله حالت CPA ارائه می‌شود. قابلیت‌های دیدگاه ارائه شده با پیاده‌سازی آن بر روی دو نمونه نفت زنده بررسی شده است. بر اساس آنالیزهای تعیین مشخصات آسفالتین که بیان می‌دارد تعداد سایت‌های بازی آسفالتین 5/4 برابر تعداد سایت‌های اسیدی آن است، پنج سایت فعال و مشابه برای آسفالتین در نظر گرفته شد. خودگردآیی آسفالتین و گردآیی متقابل آسفالتین و جزء سنگین هیدروکربنی در مدل‌سازی لحاظ گردید. فشار بحرانی جزء سنگین به کمک داده‌های فشار حباب نفت در یک نقطه دمایی، برازش شد. نتایج حاصل نشان دادند که دیدگاه ارائه شده می‌تواند منحنی فشار حباب هر دو نمونه نفت را با خطای کمتر از 54/1% پیش‌بینی نماید. به منظور مدل‌سازی فشار شروع تشکیل رسوب آسفالتین، انرژی گردایی متقابل بین آسفالتین و جزء سنگین هیدروکربنی به عنوان تنها پارامتر تنظیم معادله حالت در نظر گرفته شد. همچنین سه نوع تابعیت مختلف برای وابستگی دمایی انرژی گردایی متقابل بین آسفالتین و جزء سنگین هیدروکربنی پیشنهاد و بررسی گردید که بهترین تابع وابستگی انرژی گردایی متقابل به معکوس دما را بیان می‌کند. نتایج نشان می‌دهند که این مدل، با در نظر گرفتن بهترین تابع، می‌تواند منحنی فشار شروع تشکیل رسوب آسفالتین برای هر دو نمونه نفت را با خطای کمتر از 50/5% پیش‌بینی نماید. مدل ارائه شده قادر است در دمای مخزن فشار شروع تشکیل رسوب آسفالتین برای نمونه نفت یک و دو را به ترتیب برابر با 5/502 و bar 4/250 پیش‌بینی کند که داده‌های آزمایشگاهی آن به ترتیب 527 و bar 262 است. بنابراین، دیدگاه معرفی شده در این مطالعه نه تنها دقیق‌تر از دیدگاه‌های قبلی است بلکه قادر است روند کلی تغییرات فشار شروع تشکیل رسوب آسفالتین با دما را بسیار بهتر و منطبق بر رفتار واقعی آسفالتین پیش‌بینی نماید.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

ervoir Oils by CPA EoS via a new Approach Based on the Asphaltene Molecular Structure

نویسندگان [English]

  • Amir Varamesh 1
  • Negahdar Hosseinpour 2
1 Institute of Petroleum Engineering, School of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Tehran
2 Institute of Petroleum Engineering, School of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, a new approach based on the molecular structure of asphaltene is developed to model asphaltene precipitation by the cubic plus association equation of state (CPA EoS). The accuracy of the proposed approach has been proved by reproducing the experimental data of asphaltene precipitation in two different live oil samples. In this approach, five similar association sites were assigned to the asphaltene molecules. Self-association between the asphaltene molecules and cross-association between the asphaltene and heavy hydrocarbon component were considered. The critical pressure of the heavy component was tuned using a single experimental bubble point pressure of the oils. Results revealed that the approach is able to predict the bubble point curve of the oil samples with the average absolute relative error (AARE) of lower than 1.54%. To model the asphaltene onset point, the cross-association energy between the asphaltene and the heavy component () was considered as the only tuning parameter of the model. It was assumed that the  was temperature-dependent and three different dependency were considered. The results showed that the cross-association energy is inversely proportional to absolute temperature. The CPA EoS reproduces the asphaltene onset point of the oil samples with the AARE of lower than 5.50%. At reservoir temperature, the asphaltene onset pressure for the two reservoir oil samples is 527 and 262 bar which is predicted by the CPA EoS as 502.5 and 250.4 bar respectively. As a conclusion, the proposed approach can not only predict the bubble point pressure but also accurately predict the general trend of asphaltene onset pressure with temperature.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling Asphaltene Precipitation
  • Live Oil
  • Asphaltene Onset Pressure
  • Cubic Plus Association
  • CPA

[1]. Mullins O. C., Sheu E. Y., Hammami A. and Marshall A. G., “Asphaltenes, heavy oils, and petroleomics,” Springer Science & Business Media, 2007. ##

[2]. Vargas F. M., Garcia-Bermudes M., Boggara M., Punnapala S.,  Abutaqiya M., Mathew N.,  Prasad S., Khaleel A., Al Rashed M. and Al Asafen H., “On the development of an enhanced method to predict asphaltene precipitation,” in Offshore Technology Conference, Offshore Technology Conference, 2014. ##

[3]. Zhang X., Pedrosa N. and Moorwood T., “Modeling asphaltene phase behavior: comparison of methods for flow assurance studies,” Energy & Fuels, Vol. 26, No. 5, pp. 2611-2620, 2012. ##

[4]. Kontogeorgis G. M., Voutsas E. C., Yakoumis I. V. and Tassios D. P., “An equation of state for associating fluids,” Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 35, No. 11, pp. 4310-4318, 1996. ##

[5]. Li Z. and Firoozabadi A., “Modeling asphaltene precipitation by n-alkanes from heavy oils and bitumens using cubic-plus-association equation of state,” Energy & Fuels, Vol. 24, No. 2, pp. 1106-1113, 2010. ##

[6]. Li Z. and Firoozabadi A., “Cubic-plus-association equation of state for asphaltene precipitation in live oils,” Energy & Fuels, Vol. 24, No. 5, pp. 2956-2963, 2010. ##

[7]. Arya A., von Solms N. and Kontogeorgis G. M., “Investigation of the gas Injection effect on asphaltene onset precipitation using the cubic-plus-association equation of state,” Energy & Fuels, Vol. 30, No. 5, pp. 3560-3574, 2015. ##

[8]. Arya A., Liang X., von Solms N. and Kontogeorgis G. M., “Prediction of Gas Injection Effect on Asphaltene Precipitation Onset Using the Cubic and Cubic-Plus-Association Equations of State,” Energy & Fuels, Vol. 31, No. 3, pp. 3313-3328, 2017. ##

[9]. Chapman W. G., Gubbins K. E., Jackson G. and Radosz M., “New reference equation of state for associating liquids,” Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 29, No. 8, pp. 1709-1721, 1990. ##

[10]. Huang S. H. and Radosz M., “Equation of state for small, large, polydisperse, and associating molecules,” Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 29, No. 11, pp. 2284-2294, 1990. ##

[11]. Michelsen M. L. and Hendriks E. M., “Physical properties from association models,” Fluid Phase Equilibria, Vol. 180, No. 1, pp. 165-174, 2001. ##

[12]. Kontogeorgis G. M. and Folas G. K., “Thermodynamic models for industrial applications: from classical and advanced mixing rules to association theories,” John Wiley & Sons, 2009. ##

[13]. Kabir C. and Jamaluddin A., “Asphaltene characterization and mitigation in south Kuwait's Marrat reservoir,” in Middle East Oil Show and Conference, Society of Petroleum Engineers, 1999. ##

[14]. Jamaluddin A., Joshi N., Iwere F. and Gurpinar O., “An investigation of asphaltene instability under nitrogen injection,” in SPE, Society of Petroleum Engineers, 2002. ##

[15]. Buch L., Groenzin H., Buenrostro-Gonzalez E., Andersen S. I., Lira-Galeana C. and Mullins O. C., “Molecular size of asphaltene fractions obtained from residuum hydrotreatment,” Fuel, Vol. 82, No. 9, pp. 1075-1084, 2003. ##

[16]. Badre S., Goncalves C. C., Norinaga K., Gustavson G. and Mullins O. C., “Molecular size and weight of asphaltene and asphaltene solubility fractions from coals, crude oils and bitumen,” Fuel, Vol. 85, No. 1, pp. 1-11, 2006. ##

[17]. Mullins O. C., “The modified Yen model,” Energy & Fuels, Vol. 24, No. 4, pp. 2179-2207, 2010. ##

[18]. Hosseinpour N., Khodadadi A. A., Bahramian A. and Mortazavi Y., “Asphaltene adsorption onto acidic/basic metal oxide nanoparticles toward in situ upgrading of reservoir oils by nanotechnology,” Langmuir, Vol. 29, No. 46, pp. 14135-14146, 2013. ##

[19]. Arya A., Liang X., von Solms N. and Kontogeorgis G. M., “Modeling of Asphaltene Onset Precipitation Conditions with Cubic Plus Association (CPA) and Perturbed Chain Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) Equations of State,” Energy & Fuels, Vol. 30, No. 8, pp. 6835-6852, 2016. ##

[20]. Arya A., von Solms N. and Kontogeorgis G. M., “Determination of asphaltene onset conditions using the cubic plus association equation of state,” Fluid Phase Equilibria, Vol. 400, No. Supplement C., pp. 8-19, 2015. ##

[21]. Acevedo S., Castro A., Vásquez E., Marcano F. and Ranaudo M. a. A., “Investigation of physical chemistry properties of asphaltenes using solubility parameters of asphaltenes and their fractions A1 and A2,” Energy & Fuels, Vol. 24, No. 11, pp. 5921-5933, 2010. ##

[22]. Ali L. H. and Al-Ghannam K. A., “Investigations into asphaltenes in heavy crude oils. I. Effect of temperature on precipitation by alkane solvents,” Fuel, Vol. 60, No. 11, pp. 1043-1046, 1981. ##

[23]. Andersen S. I. and Birdi K. S., “Influence of temperature and solvent on the precipitation of asphaltenes,” Petroleum Science and Technology, Vol. 8, No. 6, pp. 593-615, 1990. ##

[24]. Rogacheva O., Gubaidullin V., Gimaev R. and Dailyan T., “Factors determining the phase state of asphaltenes in petroleum dispersed systems,” Vol. 46, ed: Plenum Publ Corp Consultants Bureau 233 Spring St, New York, Ny 10013, pp. 715-717, 1984. ##

[25]. Varamesh A., Hemmati-Sarapardeh A., Dabir B. and Mohammadi A. H., “Development of robust generalized models for estimating the normal boiling points of pure chemical compounds,” Journal of Molecular Liquids, Vol. 242, No. Supplement C, pp. 59-69, 2017/09/01/ 2017. ##

[26]. Varamesh A., Hemmati-Sarapardeh A., Moraveji M. K. and Mohammadi A. H., “Generalized models for predicting the critical properties of pure chemical compounds,” Journal of Molecular Liquids, Vol. 240, No. Supplement C, pp. 777-793, 2017/08/01/ 2017. ##

[27]. Hemmati-Sarapardeh A., Ameli F., Varamesh A., Shamshirband S., Mohammadi A. H. and Dabir B., “Toward generalized models for estimating molecular weights and acentric factors of pure chemical compounds,” International Journal of Hydrogen Energy, 2017. ##

[28]. Edmonds B., Moorwood R., Szczepanski R., Zhang X., Heyward M. and Hurle R., “Measurement and prediction of asphaltene precipitation from live oils,” 1999. ##

[29]. Franco C. A., Lozano M. M., Acevedo S., Nassar N. N. and Cortés F. B., “Effects of resin I on Asphaltene adsorption onto nanoparticles: a novel method for obtaining asphaltenes/resin isotherms,” Energy & Fuels, Vol. 30, No. 1, pp. 264-272, 2015. ##

[30]. Hemmati-Sarapardeh A., Dabir B., Ahmadi M., Mohammadi A. H. and Husein M. M., “Toward mechanistic understanding of asphaltene aggregation behavior in toluene: The roles of asphaltene structure, aging time, temperature, and ultrasonic radiation,” Journal of Molecular Liquids, Vol. 264, pp. 410-424, 2018. ##