بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت روز افزون انرژیهای فسیلی و کاهش میزان کشف مخازن جدید، یافتن روشهای نوین جهت ازدیاد برداشت نفت از اهمیت بالایی برخوردار است.. در این پژوهش از نانوذرات اکسید به منظور تغییر ترشوندگی سنگ مخزن از حالت نفتدوست به آبدوست و کاهش کشش بین سطحی نفت و سنگ مخزن در فرآیند سیلابزنی استفاده گردید.
با توجه به تعدد پارامترهای درگیر افزایش طول، اندازهی دهانه و دانسیتهی شکافها و به منظور کاهش تعداد آزمایشات، از روش طراحی آزمایش تاگوچی در نرمافزار Minitab استفاده خواهد. همچنین پس از انجام آزمایش بهینه سازی فرآیند تزریق نانو ذره اکسید رویو دیگر پارامترهای تاثیر گذار بر ازدیاد برداشت نفت با استفاده از نرم افزار ANOVA صورت گرفت و شرایط بهینه آزمایش بدست آمد
.1 مقدمه
با توجه به اینکه منابع نفتی که به راحتی قابل دسترسی هستند رو به کاهش و از طرفی تقاضا برای نفت در حال افزایش است لذا روشهای پیچیدهتری برای بهبود تکنیکهای تعیین مشخصات مخزن و فرآیندهایی که منجر به ازدیاد برداشت میشوند مورد نیاز است. زمین شناسان صنعتی براین باورند در صورتی که درک آنها از خواص شیمایی و فیزیکی مخزن نفتی در سطح بالا و مناسبی باشد، مقادیر قابل توجهی از نفت و گاز قابل دسترس هستند.
استفاده صحیح از منابع نفتی کشور به منظور افزایش طول عمر آنها و برخورداری نسلهای آینده از این ذخایر خدادادی ایجاب میکند تا با مدیریت صحیح این منابع آشنا شویم [1]به. طور متوسط درصد برداشت از مخازن نفتی تقریباً معادل یک سوم است. این مقدار بسیار کم بوده و بنابراین مقدار قابل توجهی از نفت درجا در زمین باقی میماند. مدتی است که تلاش جهانی برای افزایش درصد بازیافت صورت گرفته است.
با این حال دلیل عمده عدم موفقیت در این زمینه، رابطهی موجود بین قیمت نفت و وجود منابع میباشد. ارزانترین سیال تزریقی برای تولید نفت آب است. بدیهی است تا زمانی که شرکتهای نفتی بتوانند با تزریق آب، نفت را تولید کنند این کار را ادامه خواهند داد .2[] معمولاً هر میدان نفتی در طول دوره عمر خود سه مرحله مختلف تولید را طی میکند: برداشت اولیه نفت، برداشت ثانویه نفت، برداشت ثالثیه نفت - ازدیاد برداشت نفت - .[3] در سال 2012 جوادیفر و همکارانش، در جهت بهبود بازدهی فرآیند برداشت نفت سنگین در یک محیط متخلخل شکافدار ، آزمایشاتی انجام دادند.
این پژوهشگران در فرآیند تزریق، از سورفکتانت آنیونی سدیمدودسیلسولفات و سورفکتانت کاتیونی دودسیلتریمتیلآمونیمبرومایدبا نام تجاری C12TAB استفاده نمودند.. نتایج نشان داد که سورفکتانت دودسیلتری-متیلآمونیمبروماید از سدیمدودسیلسولفات عملکرد بهتری داشته است .[4] در سال 2010 کیو، اثر نانوذرات و سورفکتانت بر برداشت نفت سنگین از مخازن نفتی در فرآیند سیلابزنی شیمیایی را تحت شرایط آزمایشگاهی بررسی کرد.
بر اساس تحقیقات این پژوهشگر استفاده ار این نوع نانوامولسیون در مخازن نفتی سنگین از جمله آلاسکا، ونزوئلا و کانادا میتواند تا حد زیادی مفید واقع شود. که استفاده از روش های حرارتی به منظور برداشت نفت سنگین میتواند در زمینهی مسائل محیط زیست مشکلاتی را ایجاد کند، میتوان گفت استفاده از نانوامولسیونها در این زمینه میتواند روش مفیدی به حساب آید .[5] در سال 2011، سلیمانف و همکارانش از یک نانوسیال برای افزایش برداشت نفت از مخازن نفتی استفاده کردند.
این پژوهشگران در بررسیِ آزمایشگاهیِ خود از نانوذرات فلزی غیرآهنی سبک در حضور یک مادهی کاهشدهندهی کشش بین سطحی - سورفکتانت - آنیونی استفاده نمودند. استفاده از نانوسیال مذکور میزان کشش بین سطحی نفت و آب را در حدود -90 70 درصد در مقایسه با محلول محتوی سورفکتانت فوق، کاهش داد .[6] در سال 2011 مغزی و همکارانش، از نانوذرات معلق سیلیکا در تحقیقات خود استفاده نمودند.
به این منظور، این پژوهشگران نانوذرات معلق سیلیکا در آب را به محلول پلیمری پلیآکریلآمید اضافه کرده و نانوسیال تولید شده را در یک میکرومدل آزمایشگاهی اشباع شده با نفت سنگین، با الگوی پنج نقطهای تزریق نمودند. بر اسلس نتایج حاصل از آزمایش، استفاده از نانوسیال مذکور که متشکل از نانوذرات سیلیکا و پلیمر پلیآکریلآمید میباشد توانایی افزایش میزان تولید نفت تا میزان %10 را داراست؛ .[7] در سال 2012 روستائی و همکارانش، از نانوذرات HLP وNWP در آزمایشات خود در سازندهای آبدوست استفاده کردند.
بر طبق نتایج بدست آمده، در صورت استفاده از نانوسیالات HLP و NWP میزان کشش بین سطحی نفت و آب از 26/3 mN/m به ترتیب به 1/75mN/m و 2/55 mN/m کاهش خواهد یافت؛ همچنین میزان برداشت نفت در صورت استفاده از 4 گرم از نانوذرات مذکور در هر لیتر سیال به ترتیب به میزان % 32/2 و 28/57% افزایش خواهد یافت .[8]
در سال 2011 پورعبداالله و همکارانش، از نانوذرات رس به عنوان جاذبهای متحرک در مخازن نفتی برای جذب آسفالتین، کاهش گرانروی و افزایش پراکندگی و در نهایت بهبود میزان برداشت نفت تا %30 استفاده نمودند. علاوه بر این در این بررسی تست ترموگراویمتری و آنالیزهای حرارتی مختلف برای بررسی مطابقت نتایج آزمایشگاهی با مکانیزم ارائه شده، انجام گرفت 9]و.[10
.2 روش تحقیق
طراحی آزمایش - 1 - DOE
با توجه به اینکه پژوهشگران در صدد استفاده از روشهایی برای صرفهجویی در زمان و هزینههای آزمایشگاهی می-باشند، با استفاده از طراحی آزمایش میتوان حل مشکلات و بهینهسازی تولید یا فرآیند یک پروژه را بطور موفقیتآمیزی انجام داد. روش طراحی آزمایش یک روش سیستماتیک و کارآمد برای آنالیز و بهینهسازی میباشد که علاوه بر سهولت مراحل تولید، باعث ارتقا سطح اطمینان و بهبود عملکرد سیستم میشود. این روشها میتوانند طراحی و توسعه محصول و فعالیتهای مرتبط با حل مشکلات را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند.
طراحی آزمایش به روش تاگوچی2، به دلیل سهولت کاربرد بهینهسازی فرآیندهای مهندسی بکار گرفته میشود. در روش طراحی آزمایش، بطور آگاهانه در متغیرهای ورودی فرآیند تغییراتی داده میشود، تا از این طریق میزان تغییرات حاصل در پاسخ فرآیند مشاهده و شناسایی شود. به عبارت دیگر روش طراحی آزمایشها، از روشهای مفیدی است که بوسیله آن میتوان متغیرهای کلیدی را که بر مشخصه کیفی مورد نظر فرآیند اثر میگذارند شناسایی نمود.
با بکارگیری این روش میتوان عاملهای ورودی قابل کنترل را بطور سیستماتیک تغییر داد و اثرات آنها را بر روی پارامترهای خروجی ارزیابی نمود. هدف از بکارگیری روش تاگوچی در طراحی، تعیین پارامترهای موثر در طراحی و مطالعه تغییرات فرآیند نسبت به تغییرات این پارامترهاست. در واقع هدف از انجام آزمایش، تعیین سطوحی از عوامل قابل کنترل جهت دستیابی به بالاترین راندمان است.
طراحی آزمایش به روش تاگوچی
به منظور تعیین شرایط بهینه در این پژوهش از روش طراحی آزمایش تاگوچی بوسیله نرمافزار Qualitek4 استفاده شده است. در این روش در قدم اول باید عوامل مختلف موثر بر فرآیند ازدیاد برداشت نفت در مخازن شکافدار مشخص شوند. مطالعات و بررسیهای انجام گرفته نشان میدهد که عواملی چون طول شکاف، زاویه شکاف، اندازه دهانه شکاف، دانسیته شکاف - تعداد شکاف بر واحد متر - ، پیوستگی شکاف، تخلخل ماتریس، غلظت مواد تزریقی و غیره میتوانند بر فرآیند برداشت نفت در مخازن شکافدار تاثیر بگذارند.
در گام بعدی، بر اساس تجربیات قبلی و تئوری افزایش مقیاس در مخازن شکافدار عوامل تاثیرگذار و کلیدی در عملیات برداشت نفت و دامنه تغییرات آنها مشخص شدند. مطابق جدول - 1 - چهار فاکتور طول شکاف، اندازه دهانه شکاف، دانسیته شکاف و غلظت سورفکتانت در سه سطح مورد ارزیابی قرار گرفته و آرایههای متعامد L9 تاگوچی برای طراحی آزمایشها در جدول شماره - 2 - انتخاب شد. با توجه به اینکه تعداد متغیرها مطابق جدول شماره - 1 - ، 4 عدد و برای هر یک 3 سطح در نظر گرفته شدهاست، تعداد کل آزمایشهایی که بایستی انجام گیرد 34=81 آزمایش بوده است که با توجه به جدول - 1 - با استفاده از تحلیل تاگوچی میتوان با 9 آزمایش به مهمترین نتایج مورد نظر به طور تقریبی دست یافت.
