تزريق آب و پليمر در محيط هاي متخلل شكافدار با استفاده از ميكرومدل

مطالعه آزمايشگاهی تزريق آب و پليمر در محيط هاي متخلل شكافدار با استفاده از ميكرومدل

مخازن شکاف دار بخش زيادی از منابع نفت جهان، به ویژه خاورمیانه را در خود جای داده اند . انواع مختلفی از روش های ازدياد برداشت در اين نوع مخازن مورد آزمايش قرار گرفته است. دو نوع از اين روشها، تزريق آب و پليمر است . مطالعات مختلفی بر روی آب و پليمر در محيط های متخلخل شکاف دار انجام شده است؛ اما در اين مطالعات اثر خواص هندسی شکاف مانند طول، جهت و توزيع شکاف بر ضريب بازيافت نفت به خوبی بررسی نشده است . سيستم ميکرومدل توانايی خوبی برای انجام این نوع از مطالعات را داراست. ميکرومدل شيشه ای، شبکه شفافی از تخلخل ها و دهانه ها (و در اين مطالعه، شکاف ها( است که برخی از پيچيدگي های محيط متخلخل طبيعی را شبيه سازی مي کند. در اين مطالعه چندين الگوي ميکرو مدل شيشه ای شکاف دار با خواص هندسی مختلف برای شکاف، به منظور شبيه سازی اثر خواص هندسی شکاف بر ميزان بازيافت نفت، طراحی و ساخته شده است. آب و محلول پليمر (با غلظت های مختلف 1000، 1500 و ppm 2250) در دبي هاي مختلف به الگوهای مختلف ميکرومدل شيشه ای شکاف دار با خواص هندسی متفاوت به منظور جابه جايی نفت خام با درجه API معادل 8/19 تزريق شد. سپس با استفاده از تحليل تصويری عکس های گرفته شده، ميزان ضريب بازيافت نفت به ازای حجم محلول تزريقی در طول آزمايش ها مشخص گرديد. نتايج آزمايش ها نشان می دهد که تزريق پليمر در مقايسه با آب منجر به بازيافت نفت بيش تری می شود و با افزايش غلظت پليمر، ضريب بازيافت نهايی نفت افزايش می يابد. تحليل آزمايش ها با شرايط يکسان و دبی های تزريق مختلف نشان می دهد که با افزايش دبی تزريق، ضريب بازيافت کاهش می يابد. اين مطالعه نشان می دهدکه ضريب بازيافت نفت در محيطهای متخلخل شکاف دار تحت تاثير خواص هندسی شکاف از قبیل طول شکاف، جهت شکاف و نحوه توزيع شکاف است.

مقدمه

تزريق آب، روش ساده و ارزان قیمتی است که به شکل وسیعی در دنيا مورد استفاده قرار می گیرد. در دهه های اخير در سراسر دنيا تزريق پليمر در مخازن نفتی به منظور افزايش ميزان بازيافت نفت استفاده شده است. هدف از تزريق پليمر، افزايش گرانروی آب و در نتيجه کاهش ميزان تحرک آب نسبت به نفت و بهبود بازده سیلاب زنی محيط متخلخل و در نهایت افزايش ميزان بازيافت است.

مخازن کربناته، سازندهای زمين شناسی شکاف داری هستند که با توزيع ناهمگون تخلخل و نفوذپذيری شناخته می شوند. برای مثال در مخازن کربناته با تخلخل و نفوذپذیری پايين، جريان سيال در مخزن کاملا به شبکه شکاف ها وابسته است، در حاليکه ماتريس تنها نقش تأمين کننده را به عهده دارد. به منظور طبقه بندی و مشخص کردن اثر سنگ و سيال بر روی ضريب بازيافت، مطالعات زيادی بر روی مخازن کربناته انجام شده است. اما در خصوص تأثير خواص هندسی شکاف بر روی ضريب بازيافت کارهای کمی انجام شده است . این کارها را می توان با استفاده از ميکرومدل انجام داد.

ميکرومدل برای ديدن جريان دوفازی در مقياس تخلخل به منظور مشخص کردن نوع رفتار آن مورد استفاده قرار گرفت . الگوهای مختلف ميکرومدل به منظور نشان دادن سطح مقطع محيط متخلخل شكافدار، طراحی و از آن به منظور مقايسه بين تزريق آب و پليمر و ديدن اثر پارامترهای هندسی شکاف بر روی ميزان بازيافت نفت، استفاده شد.

هدف اصلی از اين فصل نشان دادن اختلاف در ميزان بازيافت نفت در تزريق آب و پليمر، ديدن اثر غلظت پليمر تزريقی، دبی تزريق و خواص هندسی شکاف (طول، جهت، فاصله) بر روی ميزان نهايی بازيافت نفت در محيط های متخلخل شکا فدار است.

شرح دستگاه

فرآيند جابه جايی، شامل سيالات امتزاج ناپذير در ريز ساختارهای (micro) متشکل از دانه ها و تخلخل ها، در سا لهای اخير مورد توجه زيادی قرار گرفته است. برای ساخت ميکرومدل ها و مطالعه صورتهای مختلف جابجايی های بسيار ريز نیز از مواد شفاف مانند شيشه وپلاستيكهای مخصوص استفاده شده است.

نتايج بدست آمده از ميكرومدل ها مي توانند كمك كنند تا جابجايي و شبيه سازی مکانيزم فرآيندهای ميکروسکوپی به خوبی رفتارهای ماکروسکوپی قابل فهم باشند.

بخش های مختلف دستگاه

پمپ Quizix: پمپ هاي بسيار دقيقي هستند كه براي تزريق سيال از آن ها استفاده مي شود. دقت این پمپ ها cc/min 0001/0 است و به وسيله كامپيوتر كنترل مي شوند.

ظرف انتقال: ظرفي است كه به منظور نگه داري سيال تزريقي از آن استفاده مي شود و در برابر فشار بالا، توانايي مقاومت دارد.

شكل 1- ظرف انتقال، پمپ Quizix و ظرف تامين آب پمپ

شكل 2- نماي دستگاههاي آزمايش ميكرومدل در فشار اتمسفر

ظرف تامين آب : اين ظرف از آب مقطر پر شده و آب مورد نياز پمپ را در طول فرآيند تزريق تأمين می کند.

دوربين ديجيتال : اين دوربين با کيفيت تصويری بسيار بالا و قابليت تنظيم زمان عکسبرداری به وسيله کامپيوتر به منظورتهيه عکس در طول فرآيند تزريق مورد استفاده قرار می گيرد.

صفحات شيشه ای ميکرومدل : شبکه جريان بر روی صفحه شيش های با عرض 9/4 سانتی متر، طول 7/12 سانتي متر و ضخامت 5 ميليمتر به روش شيميايي انجام می شود . صفحه شيشه اي ديگری با ابعاد يکسان به عنوان صفحه پوششی استفاده مي شود که يك روزنه ورودی و يك روزنه خروجی دارد.

شرح آزمايش ها و نتايج

الگوهاي شكاف دار ميكرومدل طراحي شده، ابندا با نفت مخزن سروك (يكي از ميادين هيدروكربوري كشور) با درجه سبكي API 8/19، اشباع شده و سپس آب يا پليمر با غلظت هاي مخنلف كه به منظور تصويری بيشتر رنگ آ نها به وسيله متيلن بلو به آبی تغيير داده شد، به اين الگوها تزريق گرديد. در اين آزمايشها پليمری از نوع پلی اكريل آميد با نام تجاري (DRISPAC Superlo LOT 2106) استفاده شد. چگالي و گرانروي محلول پليمر با غلظتهای مختلف در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1- ميزان چگالي و گرانروي آب و محلول پليمر با غلظ تهاي مختلف

شكل 3- نمايي از الگوهاي شكاف دار طراحي و استفاده شده در اين مطالعه

به منظور بررسي اهداف ذيل، بيش از 20 آزمايش بر روي 4 الگوي نشان داده شده در شكل 3 انجام گرديد:

1. مقايسه اثر تزريق آب و پليمر بر بازيافت نفت

2. تاثير غلظت پليمر بر بازيافت نفت

3. اثر دبی تزريق بر ميزان بازيافت نفت

4. اثر جهت شکاف بر ميزان بازيافت نفت

5. اثر طول شکاف بر ميزان بازيافت نفت

6. اثر نحوه توزيع شکاف بر ميزان بازيافت نفت

1. تزريق آب و پليمر

دو نوع الگو يکی با شکاف افقی و ديگری با شکاف مايل، مورد تزريق آب و پليمر با غلظت ppm 1500 قرار گرفتند .مقايسه بين تزريق آب و پليمر در شکل های 4 و 5 نشان داده شده است.

شكل 4- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم آب و پليمر تزريقي ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم آب و پليمر تزريقي

شكل 5- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم آب و پليمر تزريقي در الگوي شكاف دار مايل

نتايج نشان می دهد که در هر دو الگو، پليمر نسبت به آب منجر به بازيافت بيش تری شده است. این پدیده می تواند با کاهش تحرک پلیمر نسبت به آب در اثر افزايش گرانروی توجیه گردد (Mobility =k/) . هرچه تحرک سيال کم تر باشد قبل از رسيدن به نقطه انتهايي الگو، امكان رويين فضاي بيش تر فراهم مي گردد، بنابراين ميزان نفت افزايش پيدا مي كند.

شكل 6- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم پليمر تزريقي با غلظتهاي مختلف در الگوي شكافدار افقي

شكل 7- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم پليمر تزريقي با غلظت هاي مختلف در الگوي شكاف دار افقي مايل

2. اثر غلظت پليمر

در اين بخش محلول پليمر با غلظت هاي 1000، 1500 و ppm 2250 ، به دو نوع الگوي شكاف دار افقي و مايل تزريق شد و ميزان بازيافت نفت در غلظت هاي مختلف با هم مقايسه گرديد.

نتايج نشان ميدهد كه در هر دو الگو، با افزايش غلظت پليمر ميزان بازيافت افزايش مي يابد. همانگونه که در مقايسه تزريق آب و پليمر ذکر شد، علت اين اختلاف در بازيافت نفت ، همان تفاوت در ميزان تحرک در اثر افزايش گرانروی است.

3. اثر دبی تزريق

يکی از مواردی که بر ميزان بازيافت نفت اثر می گذارد، دبی تزريق است. انتخاب دبي مناسب مي تواند به افزايش بازيافت نفت منجر شود. پليمر با غلظت ppm 2250، با دو دبی 0002/0 و cc/min 0005/0 به الگو با شکا فهای توزيع شده تزريق گرديد. نتايج اين آزمايش ها در شکل 8 آمده است.

شكل 8- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم پليمر تزريقي ppm 2250 در دِبي هاي تزريق مختلف در الگوي شكافدار توزيع شده

نتايج نشان می دهد که دبی کم تر منجر به بازيافت نفت بيش تری شده است. در دبی کم تر سيال فرصت بيش تری برای روبيدن نقاط مختلف الگو قبل از رسيدن به انتهای آن را داراست؛ در نتيجه می تواند وارد فضاهای بيشتری شده و بازيافت بي شتری ايجاد نمايد.

4. اثر جهت شکاف

در اين سری آزمايش ها دو الگوی ميکرومدل يکی با شکاف افقی و ديگری با شکاف 45 درجه مورد مقايسه قرار گرفت. پليمر با غلظت هاي 1000، 1500، ppm 2250 به اين دو الگو تزريق و ميزان بازيافت نفت مشخص گرديد. نتايج در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 2- ميزان بازيافت نهايي نفت درتزريق پليمر با غلظتهاي مختلف در دو الگوي شكا فدار افقي و 45 درجه

مقايسه نتايج نشان مي دهد كه در تمامي غاظت ها، بازيافت در الگو با شكاف 45 درجه بيش از الگو با شكاف افقي است. به علت بالا بودن نفوذ پذيري شكاف در مقايسه با ماتريس، سيال پس از رسيدن به شكاف با سرعت بيشتري در آن حركت مي نمايد. در شكاف افقي اين حرکت به صورت افقی بوده و سيال به سرعت خود را به نقطه انتهايی الگو نزد کي می کند و پديده Breakthrough با سرعت بيش تری اتفاق می افتد؛ در حالي که در شکاف مايل، سطح تماس بيش تری بين شکاف و ماتريس وجود دارد، در نتيجه ميزان نفت بيش تری از ماتريس بازيافت مي گردد.

5. اثر طول شکاف

در اين بخش از دو الگو با شکاف افقی که در يکی طول شکاف نصف ديگری است، استفاده شد. در هر دو الگو پليمر با غلظت ppm 1000 مورد استفاده قرار گرفت و بقيه شرايط آزمايش يکسان نگاه داشته شد. شكل 9 ميزان بازيافت نفت در دو الگو را مقايسه مي کند.

شكل 9- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم پليمر تزريقي با غلظت ppm 1000 در دو الگوي شكا فدارافقي با طول متفاوت

اين نتيجه می تواند به اين صورت توجيه گردد که هرچه شکاف طولانی تر باشد، از آنجايي که سيال در شکاف راحتتر و با سرعت بيشتری حرکت می کند، بخش بيشتری از ماتريس از مسير روبيده شدن خارج می گردد؛ در نتيجه ميزان بازيافت نفت کاهش می يابد.

6. اثر توزيع شکاف

اثر توزيع شكاف بر بازيافت نفت به وسيله طراحي الگوي شكاف دار با سه شكاف كوچك كه مجموع طولشان برابر با طول شكاف افقي در الگوي ديگر بود، مورد ارزيابي قرار گرفت. تزريق پليمر به اين دو الگو با غلظت ppm 1000 صورت گرفت. شكل 10 نتيجه را نشان مي دهد.

شكل 10- ميزان بازيافت نفت به ازاي حجم پليمر تزريقي با غلظت ppm 1000 در دو الگوي شكافدارافقي با توزيع شدگي متفاوت

نتايج

هدف از اين مطالعه بررسی عوامل موثر بر ميزان بازيافت نفت به ویژه خواص هندسی شکاف، در طول فرآيند تزريق آب و پليمر در محيطهای متخلخل شکا فدار و مقايسه اين دو فرآيند بود. برخی از نتايج اين مطالعه به شرح ذیل ا ست:

1. تزريق محلول پليمر با هر غلظتی، نسبت به تزريق آب منجر به بازيافت نفت بيشتري مي شود. اين ميزان با افزايش غلظت پليمر افزايش میي‌ابد.

2. با افزايش دبی تزريق، از ميزان بازيافت كاسته مي شود كه مي تواند به علت كاهش زمان براي سيلاب زني بهتر الگو باشد.

3. خصوصيات هندسي شكاف، عوامل مهمي در تعيين ميزان بازيافت نفت در محيط های شکافدار می باشند. بنابراين در مطالعه اين گونه محيط ها اين عوامل بايد در نظر گرفته شوند.

4. با افزايش زاويه بين شكاف و محل تزريق، بازيافت نفت افزايش مي يابد. اين مسأله در حفر چاه های تزريقی در محيط های شکافدار بايد مورد توجه قرار گيرد.

5. محيطهاي با شكاف طولاني تر، بازيافت نفت كمتري در فرآيند تزريق پليمر دارند.

6. ميزان بازيافت نفت در محيط هاي شكاف دار با شكاف توزيع شده، بيش از محيط هاي شكاف دار با توزيع شدگي كم تر شكاف است.