مقدمه:
اکثر مخازن نفت دنیا در حال حاضر نیمه دوم عمر خود را سپری میکنند و نیاز به بررسـی دقیـق و علمـیروشهای بازیافت نفت در کشورهای نفت خیز دنیا بیش از بیش احساس میشود. در این بین علم شبیه سـازیمخازن با تکیه بر علوم مهندسی مخازن از اهمیت خاصی برخوردار است به طوریکه سالانه تعداد قابل تـوجهیسمینار علمی برای یافتههای دانشمندان در خصوص شبیه سازی مخزن برگـزار مـ یشـود . تـا کنـون روش هـایزیادی برای شبیه سازی مخازن نفتی پیشنهاد و ارایه شده است اما در سا لهـای اخیـر روش شـبیه سـازی شـبکهای در مقیاس حفره سنگ مخزن نفتی ازا همیت خاصی برخوردار شـده اسـت. شـبیه سـازی شـبکه ای ابـزاریقوی برای پیش بینی خواص ماکروسکوپیک مانند نفوذپذیری نسبی، مقـدار نفـت باقیمانـده و فـشار مـوئینگیاست. فصل اول این تحقیق، شامل مکانیسم ریزش ثقلی به عنوان یکی از مهمترین مکانیس مهای بازیافـت نفـتاز مخازن نفتی میباشد. فصل دوم به بررسی انواع جابجایی در مقیاس حفره و نیز مطالعه آرای شهـای مختلـفسیال به صورت دو فازی و سه فازی در یک سطح معین و مطالعات کتابخانـ های در ایـن زمینـه شـده اسـت. در فصل سوم به نحوه تولید توابع توزیع اندازه حفرهها و دهانههـا بـر اسـاس یـک الگـوی محـیط متخلخـل رایـجاختصاص یافته است. فصل چهارم به طراحی مدل شـبک های و محاسـبات مربـوط بـه نفوذپـذیر یهـای مطلـق ونسبی، فشار موئینگی و اشباع پرداخته شده و روندنمای برنامهنویسی ارائه شد ه است. در فصل پـنجم بـه تجزیـهو تحلیل نتایج حاصل از شبیهساز شبک های ارائـه شـده اسـت. سـرانجام فـصل شـشم بـه بحـث و نتیجـ هگیـری وپیشنهاد برای ادامه کار در آینده در این زمینه اختصاص یافته است.

طراحی و شبیه سازی روشی برای تعیین نفت باقی مانده در سنگ مخزن نفت

طراحی و شبیه سازی روشی برای تعیین نفت باقی مانده در سنگ مخزن نفت

فهرست مطالب

فهرست اشکال……………………………………………………………………………………………………………..9

فهرست جداول…………………………………………………………………………………………………………….11

مقدمه:……………………………………………………………………………………………………………………..13

فصل اول: کلیـات ………………………………………………………………………………….14

1- 2) مکانیسم های بازیافت اولیه…………………………………………………………………………………………..15
1- 3) مکانیسم ریزش ثقلی………………………………………………………………………………………………….16
1- 4) اهداف پایا ننامه………………………………………………………………………………………………………..16
1-5) ساختار پایا ننامه……………………………………………………………………………………………………….17

فصل دوم: مکانیس مهای جابجایی دوفازی و سه فازی در مقیاس حفره ………………18

2-1) مکانیسم های جابجایی در مقیاس حفره…………………………………………………………………………………19
2- 1-1) مکانیسم های دوفازی: ………………………………………………………………………………………………..19
2- 1-2) مکانیسم های جابجایی سه فازی در مقیاس حفره………………………………………………………………..21
2-.2) آرایش های سیال و جریان فیلم………………………………………………………………………………………….23
2- 2-1) ضریب پخش………………………………………………………………………………………………………………23
2- 2-2) فیلم های پخش و تر شونده……………………………………………………………………………………………24
2- 2-3) آرایش سیالات درون حفره به صورت دو فازی و سه فازی……………………………………………………………25

فصل سوم: توزیع اندازه حفره و دهانه ……………………………………………………………..29

3- 1) ویژگی های محیط متخلخل واقعی………………………………………………………………………………………30
3- 2) روش های آزمایشگاهی (ساخت میکرو مدل شیش های)………………………………………………………….31
3- 3) روش های عددی:………………………………………………………………………………………………………..31
3-.4) تعیین توزیع اندازه حفر هها و دهان هها ……………………………………………………………………………….34
3- 4-2) استفاده از یک مورد الگوی رایج برای توصیف محیط متخلخل……………………………………………………..35
3- 4-2- 2) تعیین عدد هماهنگی (Z)…….ا…………………………………………………………………………………..39

استخراج اندازه حفره و دهانه از اندازه انباشتی (حفره + دهانه )…………………………………………………………39

فصل چهارم: طراحی مدل شبک های …………………………………………………………..43

4- 1) مدل شبکه ای …………………………………………………………………………………………………………..44
4-..2) مروری بر مدل سازی شبک های ……………………………………………………………………………………..44
4-3) مدل سازی شبک های …………………………………………………………………………………………………..47
4- 3-1) چگونه مدل شبکه ای، تهاجم سیال را شبیهسازی میکند؟………………………………………………………47
4- 3-1- 1) فرض های مدل : …………………………………………………………………………………………………..47
4- 3-2) مشخصات مدل شبکه ای …………………………………………………………………………………………….48
4- 3-3) حل جریان سیال در شبکه …………………………………………………………………………………………….49
4- 3-4) چگونه معادله پیوستگی را میتوان برای فازهای مختلف در وضعیت توزیع تعمیم داد؟………………………….51
4- 3-4- 1) هدایت های محلی فاز………………………………………………………………………………………………51
4- 3-4- 2) فشار موئینگی ……………………………………………………………………………………………………..54
4- 3-4- 3) نفوذ پذیری مطلق و نسبی ……………………………………………………………………………………….55
4- 3-4- 4) محاسبات اشباع: …………………………………………………………………………………………………..56
4- 3-5) روندنمای برنامهنویسی مدل شبک های: ………………………………………………………………………….57
4- 3-5- 1) گام اول ـ ایجاد شبک های از حفره ها و دهانهها ……………………………………………………………..57
4- 3-5- 2) گام دوم ـ تولید و از نو شروع کردن یک گروه از معادلات خطی……………………………………………….58
4-3-5-3) گام سوم : حل کردن یک سری از معادلات خطی برای بدست آوردن فـشارهای نفـت درگره های ……….61

4- 3-5- 4) گام چهارم: جریان یافتن حفره و دهانههای به دام نیفتاده: …………………………………………………..62
4- 3-5- 5) گام 5ام: پایان برنامه……………………………………………………………………………………………….63

فصل پنجم: تجزیه و تحلیل نتایج……………………………………………………………………64

5- 1) نتایج شبیه ساز…………………………………………………………………………………………………………….65
5-2) نمودارهای فشار موئینگی و نفوذپذیری نسبی………………………………………………………………………….67
5-3)تحلیل حساسیت شبی هسازی…………………………………………………………………………………………..68
5- 3-1) تاثیرتغییرتوزیع انداز ههای حفره و دهانه( PSD وThSD ) بر روی نتایج مدل شبک های ………………………..69

– 3-2) تاثیر تغییرات دانسیته و گرانروی نفت برروی نتایج مدل شبک های …………………………………………………71
5- 3-3) تاثیر کشش بین سطحی گازـ نفت( s go ) بر روی نتایج شبیه ساز: …………………………………………….74
5- 3-4) تاثیر تغییر عدد هماهنگی بر روی نتایج شبی هساز: ……………………………………………………………….77
فصل ششم: نتیجه و پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………….81

6- 1) بحث و نتیج هگیری کلی………………………………………………………………………………………………….82
6-2) ارایه پیشنهاد برای ادامه کار در آینده …………………………………………………………………………………….83

پیوست ها………………………………………………………………………………………………………………………….84

منابع و ماخذ ………………………………………………………………………………………………………………………98

فهرست منابع لاتین……………………………………………………………………………………………………………….98

فهرست اشکال

شکل 1-1) توزیع ابتدایی سیالات در یک مخزن نفت………………………………………………………………………..16

شکل 2-1) شمای مکانیسم تخلیه……………………………………………………………………………………………19

شکل 2-2) شمای مکانیسم آشام از نوع Snap-off ………….ا……………………………………………………………20

شکل 2-3) شمای مکانیسم جابجایی پیستونی شکل آشام و تخلیه …………………………………………………..21

شکل 2-4) شمای مکانیسم تخلیه مضاعف ………………………………………………………………………………….21

شکل 2-5) شمای مکانیسم آشام مضاعف……………………………………………………………………………………22

شکل 2-6) شمای مکانیسم تخلیه غیر همسو ………………………………………………………………………………..23

شکل 2-7) آرایش های عمومی برای جریان های تک فازی و دو فازی 33 ……………………………………………… 26

شکل 2-8) آرایش های عمومی برای جریا نهای سه فازی33……………………………………………………………….27

شکل 2-9) آرایشهای سیالات دو فازی و سه فازی برای یک دهانه با سطح مقطع مثلث متساوی لاضلاع………………28

شکل 3-1) شمای یک حفره و دهانه های مجاور و متصل به آن………………………………………………………………30

شکل 3-2) الگوهای رایج برای توصیف یک محیط متخلخل…………………………………………………………………….31

شکل 3-3) شکل تولید شده بوسیله مکانیسم های شبیه سازی برای سنگ مخزن Berea …..ا………………………………………………………………………………………………………………………………….32
شکل 3-4) مدل سازی شبکه ای مربوط به شکل (3-3)…………………………………………………………………….33

شکل 3-5) المان هایی با سطح مق طعهای به شکل های مختلف. …………………………………………………….33

شکل 3-6) توزیع انداز حفره ها و دهانه ها برای مدل شبکه ای بدست آمده از تابع توزیع 36………………………………………………………………………………ا…………………………………………….ا……36
شکل 3-7) توزیع اندازه حفر هها و دهانه ها برای مدل شبک های بدست آمده از تابع توزیع
انباشتی weibull..ا…………………………………………………………………………………………………………………..37
شکل 3-8) محیط متخلخل تولید شده از الگوی شکل (3-2-d)…….ا……………………………………………………………38

شکل 3-9) شمای یک سلول از شبک های شامل یک حفره استوانه ای با 4 نیم دهانه با سطح
مقطع مثلثی. …………………………………………………………………………………………………………………………40

شکل 3-10) توابع توزیع اندازه حفره ها و دهانه ها …………………………………………………………………………….41

شکل 4-1) شمای یک سلول از مدل شبکه ای: بدنه مدور حفره به همراه 4 نیم دهانه متصل به آن با سطح مقطع مثلثی………………………………………………………………………………………………………………………………..50

شکل 4-2) شبکه متشکل از حفره ها و دهانه ها (12*51 بدنه حفره)………………………………………………………50

شکل 4-3) تابع توزیع اندازه حفره (دهانه)………………………………………………………………………………………..58

شکل 4-4) 34 آرایش مختلف سیال در دهانه های مجاور یک حفره آغشته به نفت ………………………………………..59

شکل 4-5) مثالهایی از شمای مختلف سیالات در اطراف یک گره آغشته به نفت …………………………………………..59

شکل 4-6) مکانیسم جابجایی های تخلیه و آشام به صورت پیستونی ………………………………………………………62

شکل 5-1) نتایج شبیه سازی شبک های برای مکانیسم ریزش ثقلی ………………………………………………………67

شکل 5-2) نمودار نفوذ پذیری نسبی نفت و گاز ………………………………………………………………………………..68

شکل 5-3) نمودار فشار موئینگی…………………………………………………………………………………………………68

شکل 5-4) نمودار میزان بازیافت نفت بر حسب اندازه حفره…………………………………………………………………..70

شکل 5-5) نمودار ارتفاع آستانه موئینگی نرمال بر حسب اندازه حفره ……………………………………………………..71

شکل 5-6) نمودار میزان بازیافت نفت بر حسب دانسیته نفت………………………………………………………………..73

شکل 5-7) نمودار ارتفاع آستانه موئینگی نرمال بر حسب دانسیته نفت…………………………………………………..73

شکل 5-8) نتایج مکانیسم تخلیه ثقلی برای دانسیته نفت( 3d=950 mkg)…ا…………………………………………..74

شکل 5-9) نمودار بازیافت نفت بر حسب کشش سطحی نفت ـ گاز………………………………………………………75

شکل5-10)نمودار ارتفاع آستانه موئینگی نرمال برحسب کششسطحی نف تـ گاز ……………………………………..76

شکل 5-11) نتیجه مکانیسم تخلیه ثقلی برای s go = 2 mNm …ا………………………………………………………..76
شکل 5-12) نتایج مدل شبیه ساز برای s = 65 mNm .ا…………………………………………………………………….77
شکل 5-13) نمودار میزان بازیافت نفت بر حسب عدد هماهنگی …………………………………………………………78

شکل 5-14) نمودار ارتفاع آستانه موئینگی نرمال بر حسب عدد هماهنگی………………………………………………..78

شکل5-15) نتایج مکانیسم ریزش ثقلی برای اعداد هماهنگی مختلف………………………………………………………79

شکل 5-16) مراحل متوالی مکانیزم ریزش ثقلی………………………………………………………………………………80

فهرست جداول

جدول 2-1: جابجایی های مختلف مضاعف دوگانه …………………………………………………………………………22

جدول 2-2: جابجایی های مختلف مضاعف دوگانه………………………………………………………………………….22

جدول 2-3: مقادیر کشش های سطحی آب، نفت و گاز……………………………………………………………………..24

جدول 2-4: محدوده زوایای تماس برای آرایش های مختلف سیال مربوط به شکل های (2-7) و………………………… 28
جدول 3-1: پارامترهای موثر در تولید مدل شبکه ای [38-40] ………………………………………………………………..33

جدول 3-2: پارامترهای مورد استفاده برای محاسبه اندازه حفره ها و دهانه ها با استفاده از Weibull فرمول
………………………………………………………………………………………………………….. …………………………35
جدول 3-3: پارامترهای مورد استفاده برای محاسبه اندازه حفره ها و دهانه ها با استفاده از Weibull فرمول
………………………………………………………………………………………………………….. ………………………….35
جدول 3-4: بخشی از محاسبات مربوط به یافتن توزیع اندازه انباشتی (حفره + دهانه) …………………………………..38

جدول 3-5: بخشی از محاسبات مربوط به عدد هماهنگی ……………………………………………………………………39

جدول 3-6: بخشی از محاسبات مربوط به استخراج اندازه حفره و دهانه از اندازه سطح انباشتی ……………………………………………………………………………………………………………………………………..41
جدول 3-7: بخشی از محاسبات مربوط به تعیین تابع توزیع اندازه دهانه ها………………………………………………….42

جدول 3-8: بخشی از محاسبات مربوط به تعیین تابع توزیع اندازه حفره ……………………………………………………42

جدول 5-1: مقادیر کشش های سطحی آب، نفت و گاز………………………………………………………………………65

جدول 5-2: مقادیر گرانروی و دانسیته برای آب، گاز و نفت ……………………………………………………………….65

جدول 5-3: مشخصات مدل شبکه ای ……………………………………………………………………………………… 66

جدول 5-4: نتایج مکانیسم ریزش ثقلی برای مدل شبک های……………………………………………………………… 66

جدول5-5:نتایج تحلیل حساسیت برای تغییراندازه حفره و گلوی یدرمکانیسم ریزش ثقلی……………………………….70

جدول 5-6: نتایج تحلیل حساسیت برای تغییر دانیسته در مکانیسم ریزش ثقلی …………………………………………..72

جدول 5-7: تاثیر تغییرات دانسیته و گرانروی بر مکانیسم ریزش ثقلی…………………………………………………………72

جدول 5-8: نتایج شبیه ساز برای کشش های مختلف سطحی گاز ـ نفت……………………………………………………..75
جدول 5-9: نتایج مکانیسم ریزش ثقلی برای اعداد هماهنگی مختلف…………………………………………………………78

فصل اول: کلیـات
1 -1) مقدمه ای بر مکانیسم بازیافت اولیه نفت
خصوصیات هر مخزن شامل ترکیبی از ژئومتری و خواص سازند و خصوصیات سـیال و مکانیـسم رانـشاولیه مخصوص و منحصر به فرد خود میباشد. اگر چه نم یتوان دو مخزن با شرایط و خـصوصیات هـم عـرضپیدا و با یکدیگر مقایسه نمود، اما میتوان آنها را بر اساس نوع مکانیسم رانش اولیه دسـته بنـدی نمـود. بـدیهیاست که هر مکانیسم رانش درباره مشخصات زیر دارای عملکرد خاص خود میباشد [1]:
1- ضریب بازیافت نهایی
2- میزان افت فشار
3- نسبت گاز به نفت
4- مقدار آب تولید شده
بازیافت نفت بوسیله هر نوع مکانیسم رانش طبیعی بازیافت اولیه (Primary Recovery) نامیده می شود.
1 -2) مکانیسم های بازیافت اولیه
برای فهم بهتر رفتـار مخـزن در گذشـته و حـال و پـیش بینـی رفتـار آن در آینـده، داشـتن دانـش کـافی واطلاعات مفید از مکانیسم رانشی که رفتار سیالات در داخل مخزن را کنترل میکند، امری ضروری است.
عملکرد کلی مخازن نفتی تا درجه زیادی به ماهیت و مقـدار انـرژی و نیـز مکانیـسم رانـش اولیـۀ موجـودبرای هدایت نفت به سمت چاههای تولید بـستگی دارد. اساسـا شـش مـورد مکانیـسم رانـش اولیـه کـه انـرژیطبیعی مورد نیاز برای تولید نفت بـا مکانیـسم بازیافـت اولیـه را تـامین مـ یکننـد بـه صـورت ذیـل دسـته بنـدیمی شوند [1]:
1- مکانیسم رانش انبساطی مایع و سازند
2- مکانیسم تخلیه
3- مکانیسم رانش بوسیله کلاهک گازی
4- مکانیسم رانش بوسیله آب
5- مکانیسم ریزش ثقلی
6- ترکیبی از مکانیس مهای فوق
در تحقیق حاضر مکانیسم ریزش ثقلی بعنوان مکانیسم رانشی حاکم بر تولید نفت مورد بررسـی و مطالعـهقرار گرفته است.

1 -3) مکانیسم ریزش ثقلی
مکانیسم ریزش ثقلی در مخازن نفتی به دلیل اختلاف در دانیست ههـای سـیالات مخـزن اتفـاق مـ یافتـد . در این مخازن سیالات بر اساس نیروهای وزن بصورتی قرار میگیرند که فاز گاز در بالا، فـاز نفـت در پـایین فـازگاز و بالای فاز آب قرار دارند (شکل 1-1). بدلیل طولانی بودن زمان انباشت و مهاجرت سـیالات در مخـزن،عموما فرض میشود سیالات مخزن در تعادل با همدیگر هستند. در ایـن صـورت سـطح تمـاس گـاز ـ نفـت وآب ـ نفت، بایستی افقی باشند . اگر چه تعیین سطوح سیالات در مخزن اساسـا کـار سـختی اسـت، امـا بهتـریناطلاعات تجربی موجود تعیین میکند که در اغلب مخازن سطوح تماس واقعا افقی هستند[1].

شکل 1 -1) توزیع ابتدایی سیالات در یک مخزن نفت
جدایش سیالات در اثر نیروی وزن در اغلب مخازن با درجـات مختلـف ظـاهر مـ یشـوند ولـی در تعـدادکمتری از آنها بعنوان مکانیسم حاکم باعث تولید نفت میشود. در سال 1969، Cole اظهار کـرد کـه عملیـاتمخزن تا درجۀ زیادی در یک مکانیسم ریزش ثقلی به عوامل زیر بستگی دارد [61]:
1- گرانروی نفت
2- دبی تولید از مخازن
3- فشار مخزن
4- مشخصات نفوذ پذیری نسبی
1 -4) اهداف پایان نامه
1 -4 -1 – تخمین مقدار نفـت باقیمانـده در مقیـاس حفـره سـنگ مخـزن نفتـی بـا اسـتفاده از شـبیه سـازیشبکه ای برای یک مکانیسم ریزش ثقلی.
1-4-2- تولید توابع توزیع اندازه حفره و دهانه برای یک الگوی رایج محیط متخلخل.
1-4-3- طراحی مدل دو بعدی شبک های
1-4-4- مطالعه نفوذپذیری نسبی و فشار موئینگی برای مکانیسم ریزش ثقلی با استفاده از مـدل دو بعـدیشبکه ای حاصل از این تحقیق.
1-4-5- بررسی تغییر پارامترهای سیال (دانسیته و گرانروی نفت، کشش بین سطحی نفت ـ گاز ) بـر رویمقدار بازیافت نفت با استفاده از نتایج شبیه ساز شبک های.
1-4-6- بررسی تغییر خواص سنگ مخزن مثل عـدد همـاهنگی و انـدازه توزیـع حفـره و دهانـه بـر رویمقدار بازیافت نفت با استفاده از نتایج شبی هساز شبک های.
1 -5) ساختار پایان نامه
در فصل اول این تحقیق، شامل بر مکانیسم ریزش ثقلی به عنوان یکی از مهمترین مکانیـس مهـای بازیافـتنفت از مخازن نفتی میباشد. فصل دوم به بررسی انواع جابجایی در مقیـاس حفـره و نیـز مطالعـه آرایـش هـا ی مختلف سیال به صورت دو فازی و سه فازی در یک سطح معـین و مطالعـات کتابخانـ های در ایـن زمینـه شـدهاست. در فصل سوم به نحوه تولید توابع توزیع اندازه حفره ها و دهان هها بر اساس یک الگـوی محـیط متخلخـلرایج اختصاص یافته است. فصل چهارم به طراحی مدل شبکهای و محاسبات مربوط به نفوذپذیر یهـای مطلـقو نسبی، فشار موئینگی و اشباع پرداخته شده و رونـدنمای برنامـهنویـسی ارائـه شـده اسـت. در فـصل پـنجم بـهتجزیه و تحلیل نتایج حاصل از شبیهساز شبکهای ارائه شده است. سرانجام فصل ششم به بحث و نتیج هگیـری وپیشنهاد برای ادامه کار در آینده در این زمینه اختصاص یافته است.

طراحی و شبیه سازی روشی برای تعیین نفت باقی مانده در سنگ مخزن نفت

طراحی و شبیه سازی روشی برای تعیین نفت باقی مانده در سنگ مخزن نفت

فصل دوم: مکانیسم های جابجایی دوفازی و سه فازی در مقیاس حفره
دو راهکار اساسی بـرای مطالعـه خـواص انتقـال در داخـل محـیط متخلخـل وجـود دارد. اولـی بـر مبنـایتوصیف پیوسته محیط متخلخل همراه با قوانین ماکروسکوپیک مثل قـانون دارسـی، نفوذپـذیری هـای نـسبی وغیره. دومی بر مبنای توصیف میکروسکوپیک شکل حفره و قـوانین فیزیکـی جریـان حـاکم بـر آن بـه همـراهبررسی خواص انتقال در داخل حفر هها میباشـد . راهکـار دومـی عمومـا بـه تـشریح رفتـار ماکروسـکوپیک ازخواص سیال در مقیاس حفره میپردازد، به این معنی که بوسیلۀ شبیه سازی های رایانه ای، محیط متخلخل را بـهصورت شبکهای از حفره ها و دهان ههای متصل به هـم در نظـر گرفتـه و بـه حـل معـادلات جریـان سـیال در آنپرداخته میشود.
در این فصل به مکانیسمهای جابجایی در مقیاس حفره به صورت دو فازی و سه فازی پرداختـه و پـس بـاتوجه به آن آرای شهای مختلف سیال و جریان فیلم در مقیاس حفره بحث و بررسی میشوند.
2 -1) مکانیسم های جابجایی در مقیاس حفره
2 -1 -1) مکانیسم های دوفازی:
دو مکان یسم اصلی جابجایی در محیط متخلخل Drainage و Imbibition هستند. زمانیکه یـ ک سـ یال غیـ ر تر شونده (Non wetting) یک سیال تر شونده (Wetting) را جابجا می کند (مثل زمانیکه گـاز بـه آب حملـهـمـ ی کنــد) مکانیــسم جابجــایی drainage نامیــده مــی شــود. مکانیــسم drainage بوســیله جابجــایی شــکل پیستونی(Piston like) مشخص می شود که در شکل(2-1) نشان داده شده است.

شکل 2 -1) شمای مکانیسم تخلیه
در هر مرحله جابجایی س یال غ یر تر شونده وقتی به حفره یا گلویی حمله می کند کـه دارا ی حـداقل فـشارآستانه موئ ینگی یا حداکثر اندازه باشد. فشار بحران ی موئ ینگی برا ی تهاجم گاز به داخل یک حفره یا گلویی بـاشعاع معلوم r و زاویه تماسq به صورت زیر تخمین زده می شود [13]:
Pc = 2s cosr q (1-2)
اگر اختلاف در فشار بین دو فاز تر شونده و غیر تر شونده ازs cosr q 2 بزرگتـر باشـد، جابجـا یی از نـوعتخلیه اتفاق میافتد. زمانیکه یک سیال تر شونده به یک سـ یال غیـ ر تـر شـونده حملـه مـی کنـد مکان یـ سم آشـاماتفاق م یافتد (مثل حمله آب به داخل گاز یا حمله نفت به داخل گا ز). در اینجا فاز تـر شـونده یـ ک حفـره یـ ا دهانه ای را پر میکند که دارا ی بیشترین فشار موئینگی یا کمترین اندازه باشد. فرض می شود فاز تـر شـونده دربین لا یههایی در گوشهها و شیارها ی بین فاصله حفر هها متصل شـود (شـکل2-2)، فـاز تـر شـونده قـادر اسـتسیال غیر تر شونده را در هر حفره یا گلویی جابجا کند.
در مکان یسم آشام دو نوع جابجایی وجود دارد [13]: لاو ی مکانیسم Snap-off است، که بـه طـور خلاصـهدر شکل (2-2) د یده م یشود. همانطوریکه مکان یسم آشام اتفـاق مـی افتـد و فـشار مـوئینگی کـاهش مـی یابـد ، شعاع انحناء سطح مشترک سیال در یک گلویی افزایش می یابـد تـا آنکـه یـ ک نقطـۀ بـی ثبـات ی و غیـ ر پایـ دار میرسد. زمان یکه سطح مشترک به مدت کوتاهی با سطح جامد در تمـاس اسـت، و بـه طـور همزمـان دهانـه بـاسیال تر شونده پر میشود.

نوع دوم جابجایی هجوم پیستون شکل است که در شکل (2-3) دیده میشود. هجوم به داخـل یـ ک دهانـهبه صورت شکل پ یستونی فشار موئینگی بالاتری نسبت به مکانیسم snap-off دارد و بـه ا یـ ن دلیـ ل مـورد توجـهاست، اما فقط در حالت ی می تواند رخ بدهد که حفره یا دهانه مجاور قبلا به طور کامل با سیال فاز تر شـونده پـرشده باشد (فشار موئینگی مکانیسم Piston-like از Snap-off بیشتر است اما فقـط مـوقعی اتفـاق مـی افتـد کـهدهانه یا حفره مجاور پیش تر توسط سیال فاز تر شونده پر شود).
فشار بحران ی برا ی مکان یسم Piston-like در پرشدن حفره به تعداد دهان ههای مجاور که کاملا بـا سـیال تـرشونده پر می شوند، بستگی دارد.
2 -1 -2) مکانیسم های جابجایی سه فازی در مقیاس حفره
زمانیکه سه فاز در داخل حفره وجود دارند، ممکن است یک سر ی جدید جابجایی اتفاق بیفتد (بیـ شتر از یک جابجایی ساده با مکانیسم های تخلیه و آشام) به این نوع جابجایی،جابجایی مضاعف می گوینـد (Double Displacement). در ا ین حالت یک سـ یال، سـیال دیگـر را جابجـا مـی کنـد و آن هـم سـیال سـوم ی را جابجـامیکند. ابر ی ا ینکه یک جابجا یی مضاعف امکـان پـذیر باشـد، فازهـای اول و سـوم در فـضای حفـره با یـستی پیوسـته باشـد، مث ل حـالتی کـه گـاز بـه نفـت حملـه مـ ی کنـد و آن هـم آب را جابجـا مـی کنـد (Double Displacement). گـاهی وقـت هـا، جابجـایی مـضاعف، مکانیـسم تخلیـه مـضاعف متـوالی نامیـده مـی شـود
(Sequence Double Drainge). مکانـسیم تخلیـه مـضاعف مـی توانـد نفـت بـه دام افتـاده یـا نفـت پـسماند
(Residual oil) را حرکت بدهد یا در کاهش مقدار اشباع نفت پسماند در حضور گاز و آب نقش بـه سـزایی داشته باش د. شکل (2-4) مکان یسم تخل یه مضاعف را نشان م ی دهد. ابر ی بروز مکانیـ سم تخلیـ ه مـضاعف گـاز و آب بایست ی پیوسته باشند. باید توجه داشت، برا ی اینکه مکانیسم آشام مضاعف امکان پذیر باشـد ، گـاز با یـستی پیوسته باشد. شکل (2-5) مکانسیم آشام مضاعف را نشان میدهد.
با در نظر گرفتن تمام جابجاییهای مضاعف (Double) ممکن، شش حالت جابجایی امکان پـذ یر هـستند ، که به طـور خلاصـه در جـدول (2-1) نـشان داده شـ دهانـد . همچنـ ین یـ ک مکانیـ سم جابجـا یی دیگـر ی بـرا ی قسمت های آب ـ تر (water – wet) یک محیط متخلخل که دارای نفت به دام افتاده (نفت پسماند) مـی باشـد،وجود دارد که به آن مکانیسم تخلیه غیر همـسو »Counter Current Drainge« مـی گوینـد . در ایـ ن مکانیـ سم تهاجم گاز به نفت به دام افتاده (نفت پسماند) نیرو وارد می کند تا از فیلم های نفـت پخـش شـده بـر روی آب، نفت تولید شود.
واضح است که این مکان یسم جابجا یی فقط برای س یستمهای با ضـر یب پخـش مثبـت معتبـر اسـت کـه دربخش بعد ی توضیح داده خواهد شد. شکل (2-6) ا ین مکان یسم را نـشان مـی دهـد . معیـ ار جابجـا یی (حرکـت ) ابر ی مکانیسم Counter – Current Drainge به صورت زیر است:
PoilI = Pg −PcogIJ > PoilJ (2-2)

شکل 2 -6) شمای مکانیسم تخلیه غیر همسو
2 -2) اآر یش های سیال و جریان فیلم
ابر ی مطالعه جریان ف یلم و آرایشهای مختلف سیال در سیـ ستمهـا ی جریـ ان سـه فـازی در مقیـاس حفـره تعیین ضریب پخش ضروری است.
2 -2 -1) ضریب پخش
توانایی نفت برای پخش شدن بر روی آب در حضور گاز بوس یلۀ عامل ضریب پخـش تع یـی ن مـ ی شـود . و از موازنۀ نیرو در مدل تلاقی سه فاز بدست می آید:
cs =s gw −s go −s ow (3-2)
که در آنs کشش سطحی ب ین دو فاز است و ز یرنویس هـا ی o،g وw بـه ترت یـ ب مربـوط بـه فازهـای نفت، گاز و آب است [33]. زمانی که ضریب پخش برای یک جریان سه فازی مثل »گـاز ـ آب ـ نفـت« مثبـتاست یک گرا یش خود به خودی برا ی نفت وجود دارد تـا بـین فازهـا ی آب و گـاز پخـش شـود. بـرا ی یـ ک سیستم با ضریب پخش منفی آب میتواند فاز تر شـونده باشـد. در ایـ ن حالـت آب تـرجیح میدهـد حفـره هـا ودهانه ها را اشغال کرده و لایههای تر شونده پیوسته را در داخل یک محـ یط متخلخـل تـشکیل دهـد . گـاز فـازغیر تر شونده (Non – wetting) است و ترجیحاً بدنه حفـره هـا و حـد فاصـل بـین مراکـز حفـره هـا را اشـغالمیکند. بنابراین توز یع گاز و آب شبیه س یستمهای پخش مثبت است. نفت در این حالت هم فـاز م یـانی اسـت ، بنابراین برخلاف سیستمهای پخش مثبـت، فـ یلم هـا ی پخـش نفـت جـدا از گـاز و آب وجـود ندارنـد و سـطحمشترک (interface) گاز ـ آب تشک یل می شود. در این تحقیق خواص دکان نرمال بـه عنـوان نفـت و خـواصهوا به عنوان فاز گاز مورد استفاده قرار گرفتهاند. ابر ی این سیستم ها کشش های بین سـطح ی در جـدول (2-4) مشاهده م یشود. در این حالت و برا ی این سیستم اگرcs ضریب پخش محاسبه شود، می توان نوشت:
که در آن
cs = 0.071−(0.023073+0.029) = 0.018 Nm =18dynecm cs =18 ⇒ cs > o ⇒ ضریب پخش مثبت است
چون ضر یب پخش مثبت است، بنابرا ین ف یلم نفت بین گـاز در مرکـز و آب در گوشـه دهانـه هـا تـشکیل خواهد شد.
جدول 2 -3: مقادیر کش شهای سطحی آب، نفت و گاز
سیال کشش سطحی mNm
دکان نرمال – آب 29
دکان نرمال – هوا 23
آب – هوا 71
2 -2 -2) فیلم های پخش و تر شونده
واضح است که نمایش دادن و نشان دادن سطح مقطع مربعی یا مثلثی شکل برای حفـره هـا و دهانـه هـا درمقایسه با ساختار به شدت غیر منظم یک محیط متخلخل واقعـ ی، توصـ یف دقیـ ق و صـح یح ی ن یـست. بنـابرا ین، این توص یف به فازها اجازه میدهد در لایههای در حـال اشـغال گوشـ ههـا (corners) زمـان ی کـه یـ ک فـاز تـرشونده مرکز المان را پر میکند حضور یابند (این توصیف به فازها اجازه می دهد زمانی که فاز تر شونده مرکـزالمان را پر میکند، به صورت لایههایی در گوش هها حضور داشته باشند). در طول مـدت تخل یـ ه اولیـ ه نفـت ، و مراکز حفرهها را اشغال می کند و آب گوش هها را به (عنوان فاز تر شونده) اشغال مـ ی کنـد . بعـد از تزر یـ ق گـازبه داخل یک المان شامل نفت در مرکز و آب در لایه های تر شونده (wetting Layers) گـاز مرکـز المـان رااشغال خواهد کرد و ممکن است نفت در یک لایۀ ساندویچ ی بین آب و گـاز بـاقی بمانـد ، بـه ا ینهـا لا یـه هـا ی پخش م یگویند. همان طوری که قبلا بحث شد پایدار ی این لایه ها با ضریب پخش مرتبط اسـت . یـ ک سیـ ستم پخش شونده (cs ≥ 0 (Spreading System دارد و نفت به طور همزمان لایه ها ی بین آب و گـاز در فـضای حفره تشکیل می شود. یک سیستم بدون پخش شونده (cs ≤ 0 (Non-Spreading System دارد. لایـ ه هـا ی پخش از لحاظ ضخامت در حد پایینی بوده ولی از لحاظ هدایت ه یدرولیکی غ یر قابـل اغمـاض هـستند. حـالآنکه ف یلم ها ی تر شونده ضخیم تر بوده و در دیواره های حفر ه ها یا دهانـه هـا تـشکیل مـ ی شـوند . دیـ واره هـا ی حفره ها و دهانه ها میتوانند آب – تر یا نفت – تـر باشـند [33]. همچنـ ین بخـش ی از آنهـا مـی تواننـد بـه صـورتنفت – تر و بخشی د یگر به صورت آب- تر باشند. به ا ین نوع د یواره Mixed-Wet و این نوع سیـ ستم Mixed-
.گفته میشود Wettability
2 -2 -3) اآر یش سیالات درون حفره به صورت دو فازی و سه فازی
ازو یای تماس مختلف و کشش بین سطحی مختلف »آب ـ نفت «، »نفت ـ گاز « و »گاز ـ آب « بـه صـورتتئوری امکان اقامت سـیالات را در گوشـه فـضا ی حفـره هـا بـا آرایـ شهای مختلـف را، امکـان پـذ یر مـ ی سـازد .
شکلهای (2-8) و (2-7) آرایش های عمومی برا ی جریان های یک فازی، دو فازی و سه فازی برای حفـر ههـاو دهانه ها با هر مقدار زاویهیا تماس دو فازی و سه فازی را نشان می دهند. هر حفره یـ ا دهانـه از صـفر گوشـه(کروی)، سه گوشه (مثلثی) یا چهار گوشه (مربعی) ساخته شدهاند. اآر یش ها به طـور برابـر بـرای هـر حفـره یـ ا گلـویی مثلث ی شـکل بـا هـر تعـداد گوشـه قابـل کـاربرد هـستند. سـطوح تغییـ ر یافتـه قابلیـت تـر شـوندگی (wettability) سطوح که قابلیت تـر شـوندگی آنهـا ازwater – wet بـهoil – wet تغییـ ر یافتـه اسـت، بعـد ازتخلیه اول یه، بوس یلۀ خطوط ضخیمتر نشان داده شدهاند. به عنوان مثـال آرا یـ ش گـروهF بـه صـورت سـه فـازی است که در آن آب در گوشهها، لا یههای نفت در وسط و گاز در مرکز المان واقـع شـده انـد. گـروهA یـ ک اآر یش تکفازی است که درآن فقط یک فاز وجود دارد (یعنی فقط آب که آن هم در وسط قرار دارد) [33].
ابر ی المانهای با سطح مقطع کروی فقط یک فاز ممکن است حفر هها یـ ا دهانـه هـا را اشـغال کنـد. بـرا ی سطح مقطع مربع ی و مثلثی شکل بسته به زوا یـای گوشـ ههـا، آرا یـش هـا ی مختلـف وجـود دارد. جـدول (2-3) لیست محدوده زوایای تماس را برای هر آرایش در شکلهای (2-7) و (2-8) نشان می دهد.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید