دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

اندازه گیری ضریب نفوذ گازهای N2 و CO2 و CH4 در هیدروکربن های نفتی

چکیده:

نفوذ ملکولی یکی از عوامل موثر در تزریق گاز به مخازن نفتی جهت ازدیاد برداشت میباشد. گرادیان غلظت بین گاز تزریقی و نفت باعث انتقال جرم بین دو فاز میشود. حلالیت گاز درون نفت باعث کاهش ویسکوزیته نفت ودر نتیجه حرکت بهتر آن میگردد. تعیین دقیق مقدار ضریب نفوذ ملکولی گاز در نفت اهمیت زیادی در تعیین پارامترهای تزریق گاز از جمله دما و فشار دارد.

در این تحقیق اندازه گیری ضریب نفوذ دو جزئی گاز در نفت با استفاده از روش آزمایشگاهی بررسی تغییرات فشار گاز در محفظه PVT با زمان، مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش ضریب نفوذ گاز دی اکسید کربن در دمای 25، 45، 50 درجه سانتیگراد و فشار 5460 کیلو پاسکال، همچنین ضریب نفوذ متان و نیتروژن دردمای 25 درجه سانتیگراد و فشار اولیه 5460 و 5600 کیلو پاسکال در یک نوع نفت سنگین ایران، از دو روش عددی و گرافیکی (Zhang (2000 اندازه گیری شد. نتایج نشان میدهد که ضریب نفوذ گاز متان در شرایط یکسان دما وفشار بالاتر از ضریب نفوذ گاز دی اکسید کربن و نیتروژن در نفت خام میباشد. اما به دلیل حلالیت بالای دی اکسید کربن در نفت خام، این گاز بیشتر در نفت نفوذ کرده و باعث کاهش بیشتر گرانروی نفت، نسبت به دو گاز دیگر میشود. همچنین ضریب نفوذ محاسبه شده در زمانهای ابتدایی از ضریب نفوذ در زمانهای انتهایی بزرگتر میباشد. در انتها تاثیر دما و فشار اولیه روی ضریب نفوذ مورد مطالعه قرار گرفته و ضرائب مربوط به دو رابطه تجربی وابستگی ضریب نفوذ به دما برای سیستم دی اکسید کربن – نفت خام محاسبه شد.

مقدمه:

تولید از مخازن نفتی با روش تخلیه طبیعی تنها به برداشت کسر کوچکی از کل نفت (حدود 10 تا 15 درصد) در جای اولیه منجر می شود. این مقدار بستگی به عوامل متعددی از جمله چگونگی مکانیسم رانش، خواص سنگ و سیال مخزن و…. دارد.

از این رو مقوله مهمی به نام ازدیاد برداشت از مخازن نفتی مطرح شده است که اگر چه با هدف تثبیت فشار، کاهش ویسکوزیته، برداشت از مخزن را تا حد معینی بالا می برد؛ اما با این وجود هنوز قسمت اعظم نفت در زیرزمین باقی می ماند. به طور کلی بر اساس زمان برداشت از مخازن، بازیابی به سه دسته برداشت نوع اول، دوم و سوم دسته بندی می شوند.

در برداشت نوع اول نیروی محرکه اختلاف فشار مخزن و فشار انتهای چاه تولید می باشد. در این روش تنها 10 تا 20% از کل نفت قابل بازیابی است در برداشت نوع دوم، مخازن گازی تحت تأثیر تزریق گاز یا رانش طبیعی آب برای تخلیه قرار می گیرند. در بازیابی نوع سوم، روش های حرارتی تزریق گاز و مواد شیمیایی انجام می گیرد که می تواند بازیابی هیدروکربنها را به طور اساسی افزایش دهد. در این میان تزریق گاز در ازدیاد برداشت یکی از مؤثرترین و اقتصادی ترین روش ها است.

در سال های اخیر مسأله میزان انتقال جرم، بخصوص در مخازن شکاف دار به هنگامیکه یک گاز به مخزن نفت، جهت بازیافت تزریق می گردد مورد توجه و اهمیت فراوان قرار گرفته است. بر اثر استخراج از این مخازن حالت تعادلی که در میلیون ها سال در این مخازن شکل گرفته به هم خورده و مواد از جایی با غلظت زیاد به محلی باغلظت کم وارد می شوند. میزان سرعتی که مواد تحت آن حرکت می کنند در هر نقطه و در هر جهتی به گرادیان غلظت در آن نقطه و جهت بستگی دارد. در مخازن نفتی بدست آوردن نرخ انتقال جرم به وسیله نفوذ مولکولی در محاسبه مقدار گاز نفوذی درون نفت در پروژه های تزریق گاز ضروری می باشد.

در مخازن عادی (conventional reservoir) در فرآیند بازیابی ثانویه اختلاف گرادیان غلظت بین نفت و گاز تزریقی باعث نفوذ ملکولی و انتقال جرم بین دو فاز شده و در نتیجه نفوذ ملکولی می تواند یک جبهه امتزاجی یا مایع رقیق شده در جلوی فاز گاز تزریقی بوجود بیاورد که باعث بهتر جاروب شدن نفت در مخزن، بخصوص نفت چسبیده به دیواره خلل و فرج ها می شود.

اواخر دهه 80 و همزمان با گسترش کاربرد چاه های افقی روش جدیدی ابداع شد. در این روش از یک چاه تزریقی عمودی در بالای چاه تولیدی افقی استفاده می شود. در این روش از گازهای سبک هیدروکربنی مانند پروپان، بوتان و یا ترکیب آنها با گازهای غیر میعانی استفاده می شود. هنگامی که این ترکیب در فشاری نزدیک به فشار نقطه شبنم تزریق شود محفظه ای از گازهای هیدروکربنی در مخزن تشکیل می شود. در سطح تماس، این محفظه با نفت سنگین داخل مخزن ترکیب و در واقع انحلال گاز انجام می شود که در نتیجه آن گرانروی کاهش می یابد. که در واقع همان بهتر جاروب شدن نفت در مخزن می باشد.

روش دیگر تزریق که متداول است، تزریق یک توده پروپان و به دنبال آن تزریق متان می باشد البته در این جا این نکته لازم به یاد آوری است که پارامترهای دیگری بجز نفوذ ملکولی در تزریق امتزاجی (Miscible Fluid) وجود دارد توزیع تخلخل ها، توزیع اشباع سیالات، سرعت تزریق، تحریک پذیری (mobility) حلال و نفت در ناحیه ترزریق و مقدار سطح تماس نفت و گاز تزریقی از جمله عوامل دیگری می باشند که بجز ضریب نفوذ ملکولی روی بازیافت نفت در این فرآیند تاثیر گذار می باشند.

در مخازن عادی بازیابی ثالثیه، بعد از تزریق آب در بازیابی ثانویه، نفت باقیمانده در خلل و فرج ها توسط تزریق Co2 از طریق مکانیسم نفوذ ملکولی و انتقال جرم قابل بازیافت است.

در بازیابی ثانویه گاز دی اکسید کربن تزریقی به طور مستقیم با نفت تماس می یابد و چون CO2 به شدت با نفت امتزاج پذیر است، بازیابی بالا می باشد. بعد از برداشت نفت توسط نیروی خود مخزن مقداری نفت هم توسط تزریق آب در بازیابی ثانویه بازیافت می شود، در تزریق آب به درون مخزن مقدار قابل توجهی نفت توسط آب به دام می افتد که به این نفت، نفت باقیمانده می گویند. دی اکسید کربن به شدت با نفت امتزاج پذیر و با آب امتزاج ناپذیر است.دی اکسید کربن بعد از نفوذ از میان آبی که نفت را محاصره کرده با نفت تماس می یابد و باعث تورم نفت می شود، نفت آن قدر متورم می شود تا سد یا مانع آبی را از بین ببرد و با خود جریان دی اکسید کربن تماس یابد و بازیافت شود.

بازیابی نفت باقیمانده نسبتاً پایین است و بستگی به سرعت تزریق (Flood Rate) دارد. یک مدل ایده آل یک بعدی که دی اکسید کربن از میان یک لایه آب به درون یک لایه نفت به دام افتاده نفوذ کرده و به دنبال آن نفت متورم می شود. این مدل که در زیر نشان داده شده است، به طور دقیق نقش نفوذ ملکولی در پروسس  بازیافت را تشریح می کند.

نفوذ دی اکسید کربن باعث تورم آب به اندازه 3% و تورم نفت به اندازه 40 % می شود. به عنوان یک نتیجه از تورم دو فاز سطح مشترک دو فاز به سمت راست حرکت می کند. برای حل مدل فرض شده، سطح آب و دی اکسید کربن ثابت است و حرکت نمی کند و تنها سطح مشترک آب و نفت به سمت راست حرکت می کند که این فرض با توجه به درصدهای تورم ذکر شده چندان غیر منطقی به نظر نمی رسد. این فرض اجازه می دهد که موقعیت فیزیکی واقعی جایی که ازدیاد نفت و جابجایی کامل فاز آب باعث تماس مستقیم دی اکسید کربن و نفت می شود معلوم شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.