بخشی از مقاله
تغییر تر شوندگی سنگ کربناته با آب هوشمند: بررسی تاثیر یونهاي +٢-,Ca٤٢+,Na+,SO٢Mg وpH
چکیده
بخش قابل توجهی از ذخایر نفتی جهان مخازن کربناته شکافدار هستند؛ که به دلیل ترشوندگی سنگ و متراکم بودن ماتریس، بازده بازیابی نفت خیلی کمی دارند. اگر ترشوندگی سنگ مخزن از حالت عمده نفت تر به آب تر به منظور افزایش آشام آب به سنگ اشباع شده از نفت تغییر یابد؛ بازده بازیابی نفت به طور قابل ملاحظه اي بهبود می یابد. در این مطالعه آزمایشگاهی، از یونهاي موجود در آب دریاي خلیج فارس به عنوان اصلاح گر تر شوندگی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که حضور یونهاي دو ظرفیتی +٢Mg ،+٢Ca منجر به تغییر تر شوندگی سنگ کربناته از نفت تر به آب تر می شوند و این تغییر با افزایش غلظت یونها و حضور یون -٤٢SO بیشتر می گردد. حضور نمک NaCl در حضور نمک هاي بررسی شده باعث کاهش فعالیت سایر نمک ها می شود. همچنین آب تري بیشتر سنگ کربناته نیز در pH بازي کمتر از 10 مشاهده شده است.
کلمات کلیدي: ترشوندگی-کربناته-زاویه تماس-. pH
مقدمه
مخازن شکافدار نفتی بالغ بر 20 درصد از مخازن نفتی دنیا را تشکیل داده اند. از جمله این مخازن می توان به مخازن مونتري در کالیفرنیا، مخازن کربناته در شرق تگزاس، مخازن دریاي شمال، مکزیک، بخشی از مخازن عراق، الجزایر و مخازن آسماري در ایران شاره نمود.[1]
عمده این مخازن چه نفتی و چه گازي داراي آبران1 بسیار قوي بوده و در تعدادي نیز عملیات سیلاب زنی2 صورت می گیرد که به منظور حفظ فشار مخزن در بالاي نقطه حباب و افزایش ضریب جارویی نفت انجام می شود.[2] مکانیسم برداشت نفت بدین گونه است که آب وقتی در مجاورت سنگ قرار می گیردبه درون ماتریس ها آشام خودبخودي شده و نفت را به بیرون ماتریس هدایت کرده و در نتیجه تولید آن را سبب می شود.[3] اما در مخازن شکافدار که بیش از 80 درصد مخازن نفتی کشورمان را شامل می شود به دلیل کم یا منفی بودن فشار موئینگی، آب نمی تواند آشام خودبخودي به درون ماتریس ها داشته باشد.[4] روش مناسب براي حداکثر برداشت نفت به تله افتاده در این گونه مخازن روشی است که باعث کاهش تورم نفت، کاهش ویسکوزیته، کاهش کشش سطحی و تغییر ترشوندگی سنگ مخزن می شود.[5] در مخازن کربناته شکافدار، حداکثر برداشت نفت بعد از تغییر ترشوندگی و به سبب آشام خودبخودي آب صورت می گیرد.[6] ترشوندگی یکی از اصلی ترین پارامترها در انتخاب روش هاي بهره افزایی مخزن و محیط متخلخل سنگ است. به بیانی می توان گفت رقابت دو سیال براي چسپیدن به سنگ موجب این پدیده می شود. اسید چرب در حضور فیلم آب سطح کلسیتی را به سمت نفت دوستی تغییر می دهد. تغییر تر شوندگی به ساختار اسیدهاي چرب،ترکیب آب و pHبستگی دارد.[7]
افزودنی هاي شیمیایی گران قیمت به تزریق آب یعنی مواد فعال سطحی کاتیونی قادر به سمت تغییر تر شوندگی به سمت شرایط بیشتر آب دوستی هستند. مشخص شده است که سولفات موجود به عنوان یک کاتالیست در فرآیند تغییر تر شوندگی توسط ماده فعال سطحی کاتیونی عمل می کند. اما از آنجاییکه این مواد از لحاظ اقتصادي براي کاربرد در میادین نفتی مقرون به صرفه نیستند، بایستی از افزودنی هاي شیمیایی ارزان قیمت استفاده کرد.[8 ]
مورو3 و یلدز4 نشان دادند که ترکیب یونی آب نمک تزریقی موجب افزایش بازیابی نفت در مخازن ماسه سنگی
می شود.[9] ازرایلاکویلی5 و همکاران یک طرح براي ترشوندگی سیستم آب/میکا/نفت بر مبناي زاویه تماس
ارائه کردند. آنها نتیجه گرفتند که ترشوندگی میکا به پارامترهایی نظیر pH و ترکیب آب نمک وابسته است.[10]
حمودا6 و همکاران نشان دادند که یون هاي منیزیم و سولفات موجود در آب دریا، ترشوندگی سنگ گچی را
تغییر می دهند . آنها از تکنیک هایی مثل جذب، تنش میان سطحی و زاویه تماس استفاده کردند.[10] اوستاد7 و
همکاران مکانیسمی براي رفتار یونها با سطح کلسیت بر اساس نتایج تست هاي کروماتوگرافی تر شوندگی ارائه
کردند. آنها پارامترهایی نظیر غلظت یونهاي +٢Ca، +٢Mg ، دما و دبی تزریق را مورد بررسی قرار دادند.[10]
گماري8 و همکاران اثر یون سولفات را در برهم کنش میان اسید هاي چرب و سطح کلسیت مورد بررسی قرار دادند. آنها با آزمایش هایی چون TGA و زتا دریافتد که کلسیتی که در تماس با محلول سولفات بوده کشش بالاتري براي جذب آب به نسبت کلسیت خالص دارد.[10 ]
مکانیسم تغییر تر شوندگی به وسیله آب دریا هنوز به صورت کامل شناخته نشده است.در این تحقیق سعی شده است با تکنیک زاویه تماس مکانیسمی براي رفتار یونها با سطح سنگ برون زاد کربناته ارائه شود.
مواد و روش هاي آزمایشگاهی
مواد
فاز جامد: در این تحقیق از سنگ برون زاد کربناته به عنوان فاز جامد استفاده شده است. نمونه سنگ مورد استفاده در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل.1 سنگ کربناته برش داده شده براي تست زاویه تماس
فاز نفتی: در این مطالعه از نفت مدل(هپتان نرمال) که اسید استئاریک به عنوان ماده افزودنی و جهت تغییر تر شوندگی از حالت آب دوست به نفت دوست، به آن اضافه می گردد. هپتان نرمال با درجه خلوص%99/9 و اسید استئاریک، هر دو از شرکت آلمانی مرك تهیه شده اند.
فاز آبی: در همه آزمایشات، آب مقطر(آب عاري از یون) به عنوان فاز آبی به کار گرفته شده است.
نمک ها- از نمک هاي NaCl، MgCl2.6H2O، CaCl2، NaHCO3، Na2SO4، KCl، استفاده شده که همگی از شرکت مرك خریداري شده اند.
آماده سازي نمونه ها
سنگ کربناته برون زاد براي تست زاویه تماس استفاده شده است، که به شکل قرصهاي کروي به قطر 1 اینچ و ضخامت 2 میلی متر برش داده شده اند. از جریان هوا براي حذف ذرات سست کلسیت از روي سنگ ها استفاده شده است. سپس نمونه ها ابتدا با آب مقطر شسته و در دماي 40 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت خشک شده اند.
نمونه ها در محلول تولوئن به مدت 2 روز براي حذف اسیدهاي چرب جذب شده و ناخالصی حاصل از برش و تماس دست قرار داده شده اند. پس از آن نمونه ها با آب مقطر شسته شده و خشک می گردند. آب تري در این مرحله با تست زاویه تماس بررسی شده است و پس از خیساندن در آب مقطر به مدت 5 دقیقه در نفت مدل در دماي 70 درجه به مدت 2 هفته قرار داده شده اند. در این مرحله نفت تري با تست زاویه تماس با قرار دان قطره هپتان بررسی شده است. سپس نمونه ها با آب مقطر شسته شده و در دماي 40 درجه به مدت 24 ساعت خشک می گردند و پس از آن در محلول هاي مورد استفاده جهت تغییر تر شوندگی به مدت 72 ساعت قرار داده شده اند در انتها نمونها با آب مقطر شسته و در دماي 40درجه به مدت 24 ساعت خشک شده اند.
روشها
اندازه گیري زاویه تماس
اندازه گیري زاویه تماس با قرار دان یک قطره هپتان از پایین در حضور آب مقطر در دما و فشار محیط انجام شده است.
اندازه گیري pH
pH محلول نمک ها با M ٠١.٠ HCL و M ٠١.٠ NaOH تنظیم شده اند. تاثیر pH در بازه 3 تا 10 بر روي تر شوندگیبررسی شده است.
نتایج و بحث
در این تحقیق تاثیر غلظت بونهاي +٢-,Ca٤٢+,Na+,SO٢Mg وpH بررسی شده است. پایه محلول هاي مورد استفاده در تر شوندگی آب خلیج فارس می باشد. در21 آزمایش تاثیر غلظت یونها و pH جداگانه بررسی شده است.
بررسی آب تر بودن قبل از زماندهی سنگ ها با نفت با اندازه گیري زاویه تماس بررسی شده است نتایج شکل2 نشان می دهد که سنگ ها بعد از شستشو با تولوئن آب تر می باشند و میانگین زاویه تماس قطره هپتان براي سنگ ها 132 درجه می باشد.
شکل.2 زاویه تماس قبل از زمان دهی سنگ ها با نفت
بعد از زماندهی سنگ ها با نفت همانطور که در شکل3 نشان داده شده است، زاویه تماس 33 درجه می باشد که نشان می دهد سنگ ها نفت تر می باشند.
شکل.3 زاویه تماس قبل از زمان دهی سنگ ها با نفت
بررسی تاثیر +٢Mg
اثر یون +٢Mg با قرار دادن سنگ ها به مدت 3 روز در 5 محلول بررسی شده است. مشخصات محلول ها در جدول 1نشان داده شده است. آزمایش ها در دماي 25 درجه سانتیگراد و فشار اتمسفري و pH=7 انجام شده است. نتایج در شکل زیر نشان داده است. محلول شماره 1 آب مقطر و محلول شماره 3آب خلیج فارس می باشد.
جدول.1 ترکیب درصد محلول هاي 1-5
نتایج شکل4 نشان می دهد که آب مقطر تاثیر چندانی بر تغییر ترشوندگی ندارد
شکل .4 زاویه تماس در زماندهی سنگ با محلول)1آب مقطر) در pH=7
شکل5 نشان می دهد که محلول هاي 2تا 5 تاثیر قابل توجهی بر تغییر تر شوندگی دارند
Mg2+(M)
)درجه(تماس زاویه
شکل .5 مقدار زاویه تماس سطح سنگ کربناته بعد از زماندهی با محلول هاي 2-5
همان طور که شکل5 نشان می دهد مقدار زاویه تماس با افزایش غلظت یون +٢Mg در محول هاي 2 تا 5 از مقدار 52 به 112 درجه افزایش می یابد. می توان پدیده بالا را بدین صورت شر ح داد که سطح سنگ کربناته یا همان کلسیت داراي بار مثبت است و عامل نفت دوست شدن سنگ ها اسید چربی بوده در نفت مدل اضافه شده اند کهاز سر منفی خود جذب سطح سنگ شده اندو چون علاوه بر یون +٢Mg در مح لول ها یون -٤٢SO نیز حضور دارد و یون -٤٢SO باعث کاهش بار مثبت روي سطح سنگ و کاهش دافعه بین بار مثبت یون هاي دو ظرفیتی و بار مثبت سطح سنگ می شود. در نتیجه یون +٢Mg راحتر به سطح نزدیک شده و اسید چرب را که با بار منفی جذب سنگ شده جدا کرده و از مقدار نفت تري سنگ می کاهد. واضح است که افزای ش غلظت یون +٢Mg باعث می شود که اسید چرب بیشتري از سطح سنگ جدا شود و سطح سنگ آب تر شود.
