بخشی از مقاله
چکیده
میزان بازیافت نفت از مخازن در سطح جهان در حدود سی درصد است؛ بنابراین بهمنظور بازیافت نفت بیشتر باید از روشهای ازدیاد برداشت استفاده شود. روشهای مختلفی برای ازدیاد برداشت پیشنهاد و انجامشده است. روشهای شیمیایی عملکرد مناسبی دارند ولی اغلب به علت مسائل اقتصادی و محدودیتهای عملیاتی مورداستفاده قرار نمیگیرند. بهعنوانمثال سورفکتانت ها به علت هزینه بالا و تخریب پذیری در دماهای بالا استفاده نمیشوند و یا تراوایی و دمای سازند بهعنوان محدودیتی برای پلیمرها مطرح هستند.
با توجه به این موارد استفاده از روشهای شیمیایی در سالهای اخیر بهشدت کاهش پیدا کرده است. تزریق نانوسیالات، تکنولوژی جدیدی است که در دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. نانوذرات مشکلات مربوط به سورفکتانت ها و پلیمرها را ندارند و میتوانند در شرایط مختلف خصوصیات مخزن مورداستفاده قرار بگیرند و همچنین از نظر اقتصادی نیز مناسب هستند.
نانوذرات میتوانند باعث تغییر ترشوندگی سنگ مخزن، تغییر ویسکوزیته نفت و سایر موارد شوند. یکی از نانوذرات مناسب نانوسیلیکاها هستند که منجر به تغییر ترشوندگی سطح میشوند. در این مطالعه اثر نانوذرات و در مورد خاص نانوسیلیکا روی عملکرد مخازن نفت شبیهسازی شده است. نتایج نشان میدهند که تزریق نانوسیلیکا باعث افزایش بازیافت نفت میشود و غلظت آن در سیال تزریقی تأثیر زیادی بر بازیافت نفت دارد؛ بنابراین نانوذرات میتوانند بهعنوان گزینه مناسبی برای عملیات ازدیاد برداشت مورد توجه قرار گیرند.
مقدمه
همه نفت موجود در مخازن به دلایلی قابل بازیافت نیست و درصد بازیافت نفت از مخازن در کشورهای مختلف بین 25 تا 40 درصد است.[1] تولید نفتمعمولاً طی سه مرحله اولیه، ثانویه و ثالثیه انجام میشود. در مرحله اولیه، نفت با کمک انرژی طبیعی مخزن تولید میشود. انرژی طبیعی شامل مکانیسمهای انبساط آب و سنگ، رانش گاز محلول، رانش آبده، رانش کلاهک گازی، ریزش ثقلی است. در هر مخزنی با توجه به ویژگیهای آن یک یا تعدادی از مکانیسمهای ذکرشده میتواند موجود باشد.[2] پس از آنکه انرژی طبیعی مخزن به پایان رسید یا قبل از پایان آن مرحله دوم تولید آغاز میشود.
در این مرحله با تزریق آب و گاز به مخزن سعی در نگهداری فشار مخزن و کمک به جابجایی نفت مخزن میشود. پس از این دو مرحله همچنان بخش قابلتوجهی از نفت باقی میماند. مرحله ثالثیه که بیشتر با عنوان ازدیاد برداشت از مخازن شناخته میشود شامل تزریق هر نوع انرژی یا ماده خارج از مخزن است که باعث بهبود تولید از مخزن میشود. عمده مخازن جهان و همچنین ایران در حال ورود به مراحل پایانی تولید هستند و بنابراین نیاز به عملیات ازدیاد برداشت حیاتی است.[3] پیشبینیها نشان از افزایش مصرف انرژی در دهههای آینده دارد و بنابراین تکنولوژیهای جدید برای استخراج نفت جزء چالشهای اساسی در دنیای امروز صنعت نفت است.
روشهای ازدیاد برداشت بهطورکلی عبارتاند از: روشهای حرارتی، روشهای تزریق گاز و روشهای شیمیایی.[1] هرکدام از روشهای ازدیاد برداشت معایب و مزایای خود را دارند. یکی از روشهای متداول در ازدیاد برداشت سیلاب زنی آب است. درصورتیکه آب بدون هیچ تغییراتی به مخزن تزریق شود، جزء ازدیاد برداشت محسوب نمیشود ولی اگر تغییری در آن ایجاد یا مادهای به آن اضافه شود ازدیاد برداشت محسوب میشود.[3] به همین منظور مواد و عوامل شیمیایی نظیر سورفکتانت و پلیمر به آب اضافه میشود.
سورفکتانت با هدف کاهش تنش سطحی و تغییر ترشوندگی استفاده میشود. تخریب شیمیایی و تخریب حرارتی ازجمله مشکلات سورفکتانت ها هستند.[4] اضافه کردن پلیمر به آب موجب افزایش ویسکوزیته آب میشود که منجر به بهبود راندمان ماکروسکوپیک خواهد شد.[1] افزایش ویسکوزیته آب باعث افزایش شدید افت فشار خواهد شد که ملزم فشار تزریق بالاست. همچنین پلیمرها دارای اندازههای بزرگ هستند و در مخازن با تراوایی کم مشکلاتی ایجاد میکنند و مشابه سورفکتانت ها به علت ماهیت شیمیاییشان تحت تأثیر دما قرار میگیرند و تخریب میشوند
نانو سیالات که از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی حاصل میشوند، نسل جدیدی از سیالات با پتانسیل بسیار زیاد در کاربردهای صنعتی هستند. اندازه ذرات مورداستفاده در نانو سیالات از 1 نانومتر تا 100 نانومتر میباشد. این ذرات از جنس ذرات فلزی همچون مس، کلسیت، آلومینیوم اکسید، اکسید مس و... هستند. نانوذرات بهعنوان بخشی از نانوتکنولوژی به طور ویژه اندازهای کمتر از صد نانومتر دارند
پدید آمدن این تکنولوژی - سیالی که از سوسپانسیون ذرات نانو در آن تشکیل شده است - میتواند بهعنوان تسریع دهنده بازیافت از مخازن هیدروکربوری و یا تحریککننده سیال از مخازن نفت و گاز عمل کند. ذراتی که در مطالعات پیشین به سیالات افزوده میشد دارای اندازههای میکرومتری بودند. این ذرات پایداری لازم در سوسپانسیون را نداشته و بهسرعت تهنشین میشوند.
همین امر سبب میشود که مجاری عبور سیال بهسرعت مسدود گردد. درحالیکه ذرات با اندازه نانو، تشکیل سوسپانسیونهای بسیار پایدارتری داده و پایین بودن سرعت تهنشینی آنها سبب میگردد که مشکل گرفتگی و انسداد مجاری به حداقل برسد
نانو ذرات میتوانند با تغییر ویسکوزیته سیال و بهبود آن، باعث افزایش راندمان ازدیاد برداشت نفت شوند. نانو ذرات با اندازه مافوق کوچک خود میتوانند در حفرههای ریز بدون حبس شدن نفوذ کنند و مقدار تزریق مواد پرهزینه را کاهش دهند. جذب نانو ذرات در سطح سنگ میتواند ترشوندگی سنگ و بهتبع آن تراوایی نسبی را تغییر دهد بهعبارتدیگر بر خواص سطحی سنگ و خواص انتقال سیال آن اثرگذار است.[8] تکنولوژی مواد نانو در صورت مقرونبهصرفه بودن میتواند جایگزین مناسبی برای سورفکتانت و پلیمر باشد. همچنین این موادمعمولاً از لحاظ زیستمحیطی مناسب هستند
محققان زیادی روی این موضوع در ابعاد مختلف مطالعه کردهاند. تأثیر واکنشهای شیمیایی گرماده و هدایتپذیری گرمایی روی ویسکوزیته نفت در غیاب میدان الکترومغناطیسی توسط شکلر و باباداگلی بررسی شده است.
در آزمایش نخست، ویسکوزیته نفت ترکیب شده با فلزهای مختلف مانند آهن، نیکل و مس با ابعاد و ترکیبات مختلف بررسی شده است. در آزمایش دوم، اثر ذرات آهن روی انتقال حرارت بررسی شد. نتایج این محققان نشاندهنده تأثیر بالای نانوذرات بر انتقال حرارت است. دهقان و همکاران رفتار جذب نانو سیلیکا بر سطح کلسیت از طریق سینتیک، تعادل، ترمودینامیک و الکتروسینتیک را بررسی کردند. آنها نشان دادند که جذب کلسیت بهصورت یکلایه صورت میگیرد و همچنین فرآیند جذب با کاهش پی اچ و افزایش قدرت یونی محلول، افزایش مییابد.[11] دهقان و همکاران همچنین اثر نانو ذرات سیلیکا بهمنظور ازدیاد برداشت از مخازن نفتی را بررسی کردند. آنها اثر غلظت نانو ذرات بر پایداری محلول را بررسی کردند. سپس از طریق اندازهگیری زاویه تماس، اثر تغییر ترشوندگی به دلیل جذب نانو ذرات را بررسی کردند. آنها نشان دادند که جذب این نانوسیالات موجب آبدوستی بیشتر سطح میشود.
در این مطالعه سعی بر آن است که اثر نانو سیال روی تغییر ترشوندگی سنگ مخزن ونهایتاً تولید بررسی شود. در بخش دوم روش پژوهش توضیح داده شده است و در بخش سوم نتایج آن ارائه شده است. در پایان و در بخش چهارم نتیجهگیری نهایی و پیشنهادات برای ادامه کار آمده است.
روش پژوهش
برای بررسی و شبیهسازی تأثیر نانوسیال روی عملکرد مخزن، یک مدل برای مخزن در نرمافزار اکلیپس100 ایجاد شده است. مشخصات مخزن بهصورت جدول 1 است.
جدول :1 مشخصات مخزن مدلسازی شده
همانطور که دیده میشود، مخزن موردنظر دارای جریان دوفازی دوبعدی است. حجم متخلخل مخزن حدود 48 میلیون بشکه است. تولید از مخزن با یک چاه تولیدی و الگوی پنج نقطهای انجام میشود. بهعبارتدیگر 4 چاه تزریق آب در اطراف چاه تولیدی تکمیل شده است. چاههای تزریق در لایه سوم و چاه تولید در لایههای اول و دوم تکمیل شدهاند. شکل 1 نمایی از این مخزن را نشان میدهد.
