Bario sulfato problema
Naftos telkinių vandens įpurškimo sistemos šildo pagamintą vandenį arba jūros vandenį, skirtą įleisti į rezervuarą. Vandenyje yra ištirpusio bario iš darinio ir sulfato iš jūros vandens. Šiems vandenims susimaišius, nusėda bario sulfatas: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO4. Bario sulfatas yra vienas iš labiausiai netirpių žinomų junginių, -jo tirpumo produktas yra 1,1 × 10⁻¹⁰ esant 25 laipsnių temperatūrai. Susidaręs jo negalima ištirpinti įprastu rūgštiniu ar šarminiu valymu.
Apnašos dažniausiai susidaro ant šilumokaičio paviršių, kur aukštesnė temperatūra dar labiau sumažina tirpumą. Bario sulfato nuosėdos yra tankios, kietos ir itin sukibusios. Jį reikia mechaniniu būdu pašalinti-šlifuoti, susmulkinti arba aukšto-slėgio vandens srove-, dėl kurios pažeidžiamas šilumokaičio paviršius ir atsiranda šviežių branduolių susidarymo vietos kitam sluoksniui.
PTFE šilumokaičiai atsparūs bario sulfato nuosėdoms, nes slopina paviršiaus branduolių susidarymą. Mažos-energijos fluoropolimero paviršiuje yra keletas branduolių susidarymo vietų bario sulfato kristalams susidaryti. Susidarantys kristalai yra silpnai pritvirtinti ir lengvai pasislenka.
Bario sulfato branduolių susidarymo iššūkis
Bario sulfato nusodinimui reikia sudaryti kristalų branduolių{0}}bario ir sulfato jonų sankaupas, kurios pasiekia kritinį dydį stabiliam augimui. Branduolio susidarymo greitį įtakoja paviršius, ant kurio susidaro branduoliai. Didelės-energijos paviršius su aktyviomis vietomis (įbrėžimų briaunomis, korozijos duobėmis, paviršiaus defektais) skatina nevienalytį kristalų susidarymą{4}}paviršiuje, naudojant paviršių kaip šabloną. Mažos-energijos, lygus paviršius be aktyvių vietų verčia vienalytę branduolio susidarymą biriame skystyje, kuris yra kinetiškai lėtesnis.
Metaliniuose šilumokaičio paviršiuose gausu branduolių susidarymo vietų. Dėl metalo korozijos vandenyje susidaro šiurkštus, aktyvus paviršius. Metalo jonai, išsiskiriantys korozijos metu, gali kompleksuoti su sulfatu, sukurdami papildomus branduolių susidarymo kelius. Bario sulfatas greitai formuojasi ant metalo paviršiaus ir išauga į prilipusią apnašą.
PTFE nesiūlo aktyvių svetainių. Paviršius yra chemiškai inertiškas ir molekuliškai lygus. Neišsiskiria metalų jonai, skatinantys branduolio susidarymą. Bario sulfatas turi susiformuoti branduolyje dideliame vandenyje ir tada nusėsti ant paviršiaus -lėtesnis procesas ir silpnesnis rezultatas. Nusėdusios dalelės laisvai prilimpa ir jas pašalina tekantis vanduo.
| Bario sulfato parametras | Anglies plienas | Dvipusis nerūdijantis plienas | PTFE |
|---|---|---|---|
| Paviršiaus korozija vandens tarnyboje | Taip (išskiria Fe jonus) | Lėtas (išskiria jonų pėdsakus) | Nėra |
| Branduolio vietos tankis | Aukštas | Vidutinis | Labai žemas |
| Branduolių susidarymo metalo jonų skatinimas | Taip (Fe kompleksai) | Nepilnametis | Nėra |
| Skalės sukibimo stiprumas (santykinis) | 1.0 (pagrindinis) | 0.6-0.8 | 0.03-0.08 |
| Apnašų pašalinimo būdas | Mechaninis (šlifavimas) | Mechaninis (purškimas) | Lengvas skalavimas |
| Tarnavimo laikas bario{0}}sulfato-vandenyje (mėnesiais) | 6-18 | 12-36 | 60+ |
Cheminių nuosėdų inhibitorių mažinimas
Naftos telkinių operatoriai naudoja cheminius nuosėdų inhibitorius-fosfonatus, poliakrilatus-, kad kontroliuotų bario sulfato nuosėdų susidarymą. Inhibitoriai trukdo kristalų susidarymui ir augimui. Jie yra veiksmingi, bet brangūs ir reikalauja nuolatinio dozavimo. Visoje vandens valymo sistemoje turi būti palaikoma tinkamo lygio inhibitorių koncentracija.
Įgimtas PTFE atsparumas mastui sumažina priklausomybę nuo cheminių inhibitorių. Inhibitoriaus dozę galima sumažinti 30-50%, kai šilumokaičio paviršiai nebeužtikrina pirminių branduolių susidarymo vietų. Sumažėjęs inhibitorių suvartojimas taupo chemines išlaidas ir supaprastina vandens valymo sistemą. Atliekant aplinkai jautrias operacijas, mažesnis cheminių medžiagų naudojimas yra papildoma nauda.
Temperatūros ir slėgio suderinamumas
Naftos telkinio vandens įpurškimo šildymas veikia esant 60-120 laipsnių temperatūrai ir 10-50 barų slėgiui. PTFE šilumokaitis turi būti suprojektuotas pagal specifinius slėgio reikalavimus – storesnės vamzdžių sienelės, sustiprintos kolektoriai ir atitinkamos atraminės konstrukcijos. Medžiagos temperatūros įvertinimas 260 laipsnių suteikia pakankamai galimybių. Slėgio projektavimas yra standartinis inžinerinis pratimas, o PTFE šilumokaičiai buvo sėkmingai pritaikyti aukšto slėgio vandens įpurškimo paslaugoms.
Santrauka
PTFE šilumokaičiai atsparūs bario sulfato nuosėdoms įpurškiant naftos telkinių vandenį, nes slopina paviršiaus branduolių susidarymą. Mažos-energijos, lygus, inertiškas paviršius neturi aktyvių vietų ir neišskiria metalų jonų, kurie skatintų kristalų susidarymą. Susidariusios apnašos yra laisvos ir lengvai pašalinamos. Cheminių nuosėdų inhibitorių suvartojimas sumažėja 30-50%. Metalinių šilumokaičių 5+ metų tarnavimo laikas lyginamas su 6-36 mėnesiais. Dėl sutaupytų eksploatacinių ir cheminių medžiagų PTFE yra ekonomiškas pasirinkimas vandens tiekimui, kuriame yra bario sulfatas.
Naftos telkinių PTFE šilumokaičio specifikacijų inžinerinė parama pasiekiama pateikus vandens chemiją, bario ir sulfato koncentracijas, darbinį slėgį ir temperatūrą bei esamą masto valdymo praktiką.
