بخشی از مقاله
چکیده
روش احتراق درجاي زیر زمینی یکی از روش هاي ازدیاد برداشت نفت با بازده نهایی بسیار بالا می باشد، اما پیچیدگی هاي این روش مانع از توسعه گسترده آن شده است. یکی از این پیچیدگی ها چگونگی جریان یافتن نفت در حضور آب مخزن پس از انجام این فرآیند می باشد. کشش بین سطحی آب و نفت یکی از پارامترهاي کنترل کننده جریان سیالات مخزن در حضور یکدیگر می باشد. هدف در این پروژه بررسی ویژگی کشش بین سطحی آب ونفت براي نفت بدون نانو ذره و نفت حاوي نانو رس در شرایط پیرولیز و اکسیداسیون است. نتایج این تحقیق نشان می دهد؛ هنگامی که نفت در محیط حاوي اکسیژن قرار می گیرد به نسبت حالتی که در محیط نیتروژن قرار دارد کشش سطحی آن کاهش می یابد. وجود نانو ذرات نیز باعث کاهش بیشتر میزان کشش بین سطحی نمونه نفت در طول فرآیند اکسیداسیون می شود. کشش بین سطحی آب و نفت پس از اکسیداسیون در دماي 210°C براي نفت بدون نانو ذرات و نفت حاوي نانو رس به ترتیب %26 و %23 افزایش داشت اما همین نمونه ها در شرایط پیرولیز به ترتیب %30 و %35 افزایش را به نسبت نفت اولیه نشان می دهند.
واژه هاي کلیدي: ازدیاد برداشت نفت – اکسیداسیون- پیرولیز- کشش بین سطحی
مقدمه و مبانی نظري
صنعت نفت و گاز، مخصوصا بخش بالادستی آن، اخیرا در دنیا مورد توجه بیش از پیش قرار گرفته است. این توجهات ریشه در عوامل بسیاري دارد که مهمترین آن بالا رفتن تقاضاي جهانی براي انرژي - بخصوص نفت - بوده است. جهان تقاضاي بالایی براي انرژي دارد و پیشبینی میشود که در چند دهه آینده این تقاضا سالیانه حدود3-2 درصد افزایش یابد. این افزایش منجر به افزایش 50 درصدي در 20 سال آینده خواهد شد.[1]
فناوري نانو یکی از جدید ترین فناوري هاي مورد استفاده بشر در تمامی صنایع است. استفاده از نانو ذرات در صنعت نفت و به تبع آن بخش ازدیاد برداشت در سالهاي اخیر رشد چشمگیري داشته و از این مواد در جهات مختلف استفاده می شود.اما تاثیر نانو ذرات بر نواحی مختلف فرآیند احتراق درجا متفاوت است، یکی از این نواحی که افزایش درك ما در ارتباط با فرآیندهاي آن و تاثیر آن بر نواحی دیگر گامی رو به جلو در فرآیند احتراق درجا می باشد ناحیه اکسیداسیون دما پایین است. از آنجا که نواحی دیگر اکسیداسیون باید در ابتدا از این مرحله عبور کنند لذا شناخت بهتر این ناحیه امري ضروري در بحث احتراق زیر زمینی می باشد.[2]
هجلملند و لراندو - 1983 - به بررسی اثرات دما،فشار و ترکیب نفت بر روي ویژگی هاي سطحی مخازن و به طور ویژه مخازن کربناته پرداختند. آنها دریافتند که کشش بین سطحی آب و نفت در محیط عاري از اکسیژن با افزایش دما افزایش یافته و بر عکس در محیط اکسیژن دار با افزایش دما کشش بین سطحی آب و نفت کاهش می یابد.[3]
هندرینگات و همکاران - 2012 - محلولی از نانو ذرات را در غلظت هاي متفاوت از 0/1 تا 1/0 درصد وزنی را به داخل میکرومدل شیشهاي تزریق کرده و کاهش کشش سطحی بین نفت وآب متناسب با افزایش غلظت نانو ذرات را مشاهده کردند،آنها در این مطالعه همچنین به تله افتادن ذرات نانو و کاهش تراوایی را مورد مطالعه قرار دادند. آنها نتیجه گرفتند که غلظت نانو ذرات تاثیر مهمی بر کشش بین سطحی دارد.[4]
رضایی و همکاران - - 2013 به بررسی اثر نانو ذرات بر روي فرآیند احتراق درجا پرداختند. آنها در نتایج خود به ذکر این نکته پرداختند که نانو ذرات سیلیکا انرژي فعالسازي را افزایش می دهد اما نانو ذره اکسید آهن انرژي فعالسازي این واکنش ها را کاهش می دهد.از آنجا که رفتار دوگانه نانو ذرات در ناحیه اکسیداسیون دما پایین را مشاهده کردند در نهایت بررسی بیشتررفتار حرارتی و ویژگی هاي سطحی را در ناحیه اکسیداسیون دما پایین پیشنهاد کردند.[5]
روش و مراحل تحقیق:
در این تحقیق از یک نمونه نفت مربوط به مخزن اهواز در استان خوزستان با درجه 25 API استفاده شد. همچنین مشخصات نانو رس اصلاح شده مورد استفاده در این آزمایش نیز در جدول 1 نشان داده شده است. نانو رس اصلاحشده مورد استفاده محصول شرکت Southern clay product میباشد.
جدول -1 مشخصات نانو رس اصلاح شده[6 ]
براي آماده کردن نمونه نفت حاوي نانو رس، مقدار %0,1 وزنی نانو رس به وسیله دستگاه اولترا سوند درون نفت پراکنده گردید و پس از آن در طول آزمایشات مورد استفاده قرار گرفت. در طول آزمایشات این تحقیق، نمونه نفت هاي حاوي نانو رس و بدون نانو در دو دماي 70 °C و210 °C تحت شرایط اکسیداسیون و پیرولیز قرار گرفتند. نحوه قرار گرفتن نمونه هاي نفت درون دستگاه شبیه ساز شرایط اکسیداسیون و پیرولیز، به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل -1 شماتیک دستگاه شبیه ساز شرایط اکسیداسیون و پیرولیز
در طول فرآیند هاي پیرولیز، گاز نیتروژن به درون سلول ها تزریق شد و براي فرآیند اکسیداسیون تزریق گاز اکسیژن به درون سلول ها انجام شد. براي هر دوي این شرایط یکبار دماي سیستم بروي 70 °C و یکبار بر روي 210 °C تنظیم شد. نمونه نفت ها پس از یک هفته قرار گرفتن در شرایط تعیین شده - اکسیداسیون یا پیرولیز - ، آماده اندازه گیري کشش بین سطحی شدند.
جهت اندازه گیري کشش بین سطحی نفت و آب از دستگاه کروس کی 1 12 استفاده شد. دستگاه اندازه گیري کشش سطحی کی 12 قادر است کشش سطحی و بین سطحی مایعات را به روش صفحه پلاتینی و رینگ اندازه گیري نماید.
ارائه و تحلیل نتایج
. در ابتدا کشش بین سطحی نفت اولیه آزمایشات و آب مقطر اندازه گیري شد. براي این نمونه کشش بین سطحی پس از گذشت زمان تعیین شده به مقدار 19 ,87 _ رسید - crude oil در شکل. - 2
• تأثیر پیرولیز بر کشش بین سطحی آب و نفت
نمونه بعدي که با استفاده از دستگاه کی 12، کشش بین سطحی آن محاسبه شد نمونه نفت هاي فرآیند پیرولیز 70 °C بودند، که این مقدار به ترتیب براي نمونه بدون نانو و نمونه حاوي نانو رس 20,2 _ و 19 ,36 _ بدست آمد - none 70 N2 و cloisite 70 N2 در شکل . - 2 همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود کشش بین سطحی آب و نمونه بدون نانو ذره بسیار نزدیک به کشش بین سطحی آب و نفت اولیه می باشد که در واقع تغییر آنچنانی صورت نگرفته، و براي نفت حاوي نانو رس نیز این مقدار کمی کاهش را به نسبت نفت اولیه و نفت پیرولیز 70°C بدون نانو نشان می دهد. نتایج کشش بین سطحی فرآیند پیرولیز را خیلی نمی توان به قسمت 70°C نسبت داد، زیرا در این مرحله از آنجا که محیط خنثی بوده و دماي سیستم
پایین است واکنش هاي زیادي رخ نمی دهد وتنها بخش کوچکی از برش هاي سبک نفت از آن جدا می شوند و وارد فاز گاز می شوند.
