مقدمه:
اکثر مخازن نفت دنیا در حال حاضر نیمه دوم عمر خود را سپري میکنند و نیاز به بررسـی دقیـق و علمـیروشهاي بازیافت نفت در کشورهاي نفت خیز دنیا بیش از بیش احساس میشود. در این بین علم شبیه سـازيمخازن با تکیه بر علوم مهندسی مخازن از اهمیت خاصی برخوردار است به طوریکه سالانه تعداد قابل تـوجهیسمینار علمی براي یافتههاي دانشمندان در خصوص شبیه سازي مخزن برگـزار مـ یشـود . تـا کنـون روش هـايزیادي براي شبیه سازي مخازن نفتی پیشنهاد و ارایه شده است اما در سا لهـاي اخیـر روش شـبیه سـازي شـبکهاي در مقیاس حفره سنگ مخزن نفتی ازا همیت خاصی برخوردار شـده اسـت. شـبیه سـازي شـبکه اي ابـزاريقوي براي پیش بینی خواص ماکروسکوپیک مانند نفوذپذیري نسبی، مقـدار نفـت باقیمانـده و فـشار مـوئینگیاست. فصل اول این تحقیق، شامل مکانیسم ریزش ثقلی به عنوان یکی از مهمترین مکانیس مهاي بازیافـت نفـتاز مخازن نفتی میباشد. فصل دوم به بررسی انواع جابجایی در مقیاس حفره و نیز مطالعه آرای شهـاي مختلـفسیال به صورت دو فازي و سه فازي در یک سطح معین و مطالعات کتابخانـ هاي در ایـن زمینـه شـده اسـت. در فصل سوم به نحوه تولید توابع توزیع اندازه حفرهها و دهانههـا بـر اسـاس یـک الگـوي محـیط متخلخـل رایـجاختصاص یافته است. فصل چهارم به طراحی مدل شـبک هاي و محاسـبات مربـوط بـه نفوذپـذیر يهـاي مطلـق ونسبی، فشار موئینگی و اشباع پرداخته شده و روندنماي برنامهنویسی ارائه شد ه است. در فصل پـنجم بـه تجزیـهو تحلیل نتایج حاصل از شبیهساز شبک هاي ارائـه شـده اسـت. سـرانجام فـصل شـشم بـه بحـث و نتیجـ هگیـري وپیشنهاد براي 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 هاي بازیافت اولیه…………………………………………………………………………………………..15
1- 3) مکانیسم ریزش ثقلی………………………………………………………………………………………………….16
1- 4) اهداف پایا ننامه………………………………………………………………………………………………………..16
1-5) ساختار پایا ننامه……………………………………………………………………………………………………….17

فصل دوم: مکانیس مهاي جابجایی دوفازي و سه فازي در مقیاس حفره ………………18

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

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

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

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

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

4- 1) مدل شبکه اي …………………………………………………………………………………………………………..44
4-..2) مروري بر مدل سازي شبک هاي ……………………………………………………………………………………..44
4-3) مدل سازي شبک هاي …………………………………………………………………………………………………..47
4- 3-1) چگونه مدل شبکه اي، تهاجم سیال را شبیهسازي میکند؟………………………………………………………47
4- 3-1- 1) فرض هاي مدل : …………………………………………………………………………………………………..47
4- 3-2) مشخصات مدل شبکه اي …………………………………………………………………………………………….48
4- 3-3) حل جریان سیال در شبکه …………………………………………………………………………………………….49
4- 3-4) چگونه معادله پیوستگی را میتوان براي فازهاي مختلف در وضعیت توزیع تعمیم داد؟………………………….51
4- 3-4- 1) هدایت هاي محلی فاز………………………………………………………………………………………………51
4- 3-4- 2) فشار موئینگی ……………………………………………………………………………………………………..54
4- 3-4- 3) نفوذ پذیري مطلق و نسبی ……………………………………………………………………………………….55
4- 3-4- 4) محاسبات اشباع: …………………………………………………………………………………………………..56
4- 3-5) روندنماي برنامهنویسی مدل شبک هاي: ………………………………………………………………………….57
4- 3-5- 1) گام اول ـ ایجاد شبک هاي 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 سري از معادلات خطی براي بدست آوردن فـشارهاي نفـت درگره هاي ……….61

4- 3-5- 4) گام چهارم: جریان یافتن حفره و دهانههاي 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) نمودارهاي فشار موئینگی و نفوذپذیري نسبی………………………………………………………………………….67
5-3)تحلیل حساسیت شبی هسازي…………………………………………………………………………………………..68
5- 3-1) تاثیرتغییرتوزیع انداز ههاي حفره و دهانه( PSD وThSD ) بر روي نتایج مدل شبک هاي ………………………..69

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

6- 1) بحث و نتیج هگیري کلی………………………………………………………………………………………………….82
6-2) ارایه پیشنهاد براي 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) شماي مکانیسم تخلیه……………………………………………………………………………………………19

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

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

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

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

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

شکل 2-7) آرایش هاي عمومی براي جریان هاي تک فازي و دو فازي 33 ……………………………………………… 26

شکل 2-8) آرایش هاي عمومی براي جریا نهاي سه فازي33……………………………………………………………….27

شکل 2-9) آرایشهاي سیالات دو فازي و سه فازي براي یک دهانه با سطح مقطع مثلث متساوي لاضلاع………………28

شکل 3-1) شماي یک حفره و دهانه هاي مجاور و متصل به آن………………………………………………………………30

شکل 3-2) الگوهاي رایج براي توصیف یک محیط متخلخل…………………………………………………………………….31

شکل 3-3) شکل تولید شده بوسیله مکانیسم هاي شبیه سازي براي سنگ مخزن Berea …..ا………………………………………………………………………………………………………………………………….32
شکل 3-4) مدل سازي شبکه اي مربوط به شکل (3-3)…………………………………………………………………….33

شکل 3-5) المان هایی با سطح مق طعهاي به شکل هاي مختلف. …………………………………………………….33

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

شکل 3-9) شماي یک سلول از شبک هاي شامل یک حفره استوانه اي با 4 نیم دهانه با سطح
مقطع مثلثی. …………………………………………………………………………………………………………………………40

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

شکل 4-1) شماي یک سلول از مدل شبکه اي: 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 هاي مجاور یک حفره آغشته به نفت ………………………………………..59

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

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

شکل 5-1) نتایج شبیه سازي شبک هاي براي مکانیسم ریزش ثقلی ………………………………………………………67

شکل 5-2) نمودار نفوذ پذیري 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 براي 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 براي s go = 2 mNm …ا………………………………………………………..76
شکل 5-12) نتایج مدل شبیه ساز براي 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 براي اعداد هماهنگی مختلف………………………………………………………79

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

فهرست جداول

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

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

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

جدول 2-4: محدوده زوایاي تماس براي آرایش هاي مختلف سیال مربوط به شکل هاي (2-7) و………………………… 28
جدول 3-1: پارامترهاي موثر در تولید مدل شبکه اي [38-40] ………………………………………………………………..33

جدول 3-2: پارامترهاي مورد استفاده براي محاسبه اندازه حفره ها و دهانه ها با استفاده از Weibull فرمول
………………………………………………………………………………………………………….. …………………………35
جدول 3-3: پارامترهاي مورد استفاده براي 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 هاي سطحی آب، نفت و گاز………………………………………………………………………65

جدول 5-2: مقادیر گرانروي و دانسیته براي آب، گاز و نفت ……………………………………………………………….65

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

جدول 5-4: نتایج مکانیسم ریزش ثقلی براي مدل شبک هاي……………………………………………………………… 66

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

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

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

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

فصل اول: کلیـات
1 -1) مقدمه اي بر مکانیسم بازیافت اولیه نفت
خصوصیات هر مخزن شامل ترکیبی از ژئومتري 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 بنـدي نمـود. بـدیهیاست که هر مکانیسم رانش درباره مشخصات زیر داراي 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 هاي بازیافت اولیه
براي 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، امري ضروري است.
عملکرد کلی مخازن نفتی تا درجه زیادي به ماهیت و مقـدار انـرژي و نیـز مکانیـسم رانـش اولیـۀ موجـودبراي هدایت نفت به سمت چاههاي تولید بـستگی دارد. اساسـا شـش مـورد مکانیـسم رانـش اولیـه کـه انـرژيطبیعی مورد نیاز براي تولید نفت بـا مکانیـسم بازیافـت اولیـه را تـامین مـ یکننـد بـه صـورت ذیـل دسـته بنـديمی شوند [1]:
1- مکانیسم رانش انبساطی مایع و سازند
2- مکانیسم تخلیه
3- مکانیسم رانش بوسیله کلاهک گازي
4- مکانیسم رانش بوسیله آب
5- مکانیسم ریزش ثقلی
6- ترکیبی از مکانیس مهاي 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 ههـاي سـیالات مخـزن اتفـاق مـ یافتـد . در این مخازن سیالات بر اساس نیروهاي وزن بصورتی قرار میگیرند که فاز گاز در بالا، فـاز نفـت در پـایین فـازگاز و بالاي 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 نیروي وزن در اغلب مخازن با درجـات مختلـف ظـاهر مـ یشـوند ولـی در تعـدادکمتري از آنها بعنوان مکانیسم حاکم باعث تولید نفت میشود. در سال 1969، Cole اظهار کـرد کـه عملیـاتمخزن تا درجۀ زیادي در یک مکانیسم ریزش ثقلی به عوامل زیر بستگی دارد [61]:
1- گرانروي نفت
2- دبی تولید از مخازن
3- فشار مخزن
4- مشخصات نفوذ پذیري نسبی
1 -4) اهداف پایان نامه
1 -4 -1 – تخمین مقدار نفـت باقیمانـده در مقیـاس حفـره سـنگ مخـزن نفتـی بـا اسـتفاده از شـبیه سـازيشبکه اي براي یک مکانیسم ریزش ثقلی.
1-4-2- تولید توابع توزیع اندازه حفره و دهانه براي یک الگوي رایج محیط متخلخل.
1-4-3- طراحی مدل دو بعدي شبک هاي
1-4-4- مطالعه نفوذپذیري نسبی و فشار موئینگی براي مکانیسم ریزش ثقلی با استفاده از مـدل دو بعـديشبکه اي حاصل از این تحقیق.
1-4-5- بررسی تغییر پارامترهاي سیال (دانسیته و گرانروي نفت، کشش بین سطحی نفت ـ گاز ) بـر رويمقدار بازیافت نفت با استفاده از نتایج شبیه ساز شبک هاي.
1-4-6- بررسی تغییر خواص سنگ مخزن مثل عـدد همـاهنگی و انـدازه توزیـع حفـره و دهانـه بـر رويمقدار بازیافت نفت با استفاده از نتایج شبی هساز شبک هاي.
1 -5) ساختار پایان نامه
در فصل اول این تحقیق، شامل بر مکانیسم ریزش ثقلی به عنوان یکی از مهمترین مکانیـس مهـاي بازیافـتنفت از مخازن نفتی میباشد. فصل دوم به بررسی انواع جابجایی در مقیـاس حفـره و نیـز مطالعـه آرایـش هـا ي مختلف سیال به صورت دو فازي و سه فازي در یک سطح معـین و مطالعـات کتابخانـ هاي در ایـن زمینـه شـدهاست. در فصل سوم به نحوه تولید توابع توزیع اندازه حفره ها و دهان هها بر اساس یک الگـوي محـیط متخلخـلرایج اختصاص یافته است. فصل چهارم به طراحی مدل شبکهاي و محاسبات مربوط به نفوذپذیر يهـاي مطلـقو نسبی، فشار موئینگی و اشباع پرداخته شده و رونـدنماي برنامـهنویـسی ارائـه شـده اسـت. در فـصل پـنجم بـهتجزیه و تحلیل نتایج حاصل از شبیهساز شبکهاي ارائه شده است. سرانجام فصل ششم به بحث و نتیج هگیـري وپیشنهاد براي 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 هاي جابجایی دوفازي و سه فازي در مقیاس حفره
دو راهکار اساسی بـراي مطالعـه خـواص انتقـال در داخـل محـیط متخلخـل وجـود دارد. اولـی بـر مبنـايتوصیف پیوسته محیط متخلخل همراه با قوانین ماکروسکوپیک مثل قـانون دارسـی، نفوذپـذیري هـاي نـسبی وغیره. دومی بر مبناي 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 سازي هاي رایانه اي، محیط متخلخل را بـهصورت شبکهاي از حفره ها و دهان ههاي متصل به هـم در نظـر گرفتـه و بـه حـل معـادلات جریـان سـیال در آنپرداخته میشود.
در این فصل به مکانیسمهاي جابجایی در مقیاس حفره به صورت دو فازي و سه فازي پرداختـه و پـس بـاتوجه به آن آرای شهاي مختلف سیال و جریان فیلم در مقیاس حفره بحث و بررسی میشوند.
2 -1) مکانیسم هاي جابجایی در مقیاس حفره
2 -1 -1) مکانیسم هاي دوفازي:
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) شماي مکانیسم تخلیه
در هر مرحله جابجایی س یال غ یر تر شونده وقتی به حفره یا گلویی حمله می کند کـه دارا ي حـداقل فـشارآستانه موئ ینگی یا حداکثر اندازه باشد. فشار بحران ی موئ ینگی برا ي 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 اي را پر میکند که دارا ي بیشترین فشار موئینگی یا کمترین اندازه باشد. فرض می شود فاز تـر شـونده دربین لا یههایی در گوشهها و شیارها ي 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 مشترك سیال در یک گلویی افزایش می یابـد تـا آنکـه یـ ک نقطـۀ بـی ثبـات ی و غیـ ر پایـ دار میرسد. زمان یکه سطح مشترك 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 بالاتري 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 ي مکان یسم Piston-like در پرشدن حفره به تعداد دهان ههاي مجاور که کاملا بـا سـیال تـرشونده پر می شوند، بستگی دارد.
2 -1 -2) مکانیسم هاي جابجایی سه فازي در مقیاس حفره
زمانیکه سه فاز در داخل حفره وجود دارند، ممکن است یک سر ي جدید جابجایی اتفاق بیفتد (بیـ شتر از یک جابجایی ساده با مکانیسم هاي 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 ي ا ینکه یک جابجا یی مضاعف امکـان پـذیر باشـد، فازهـاي اول و سـوم در فـضاي 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 ي بروز مکانیـ سم تخلیـ ه مـضاعف گـاز و آب بایست ی پیوسته باشند. باید توجه داشت، برا ي 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 جابجاییهاي 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 ي بـرا ي قسمت هاي آب ـ تر (water – wet) یک محیط متخلخل که داراي 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 هاي نفـت پخـش شـده بـر روي آب، نفت تولید شود.
واضح است که این مکان یسم جابجا یی فقط براي س یستمهاي با ضـر یب پخـش مثبـت معتبـر اسـت کـه دربخش بعد ي توضیح داده خواهد شد. شکل (2-6) ا ین مکان یسم را نـشان مـی دهـد . معیـ ار جابجـا یی (حرکـت ) ابر ي مکانیسم Counter – Current Drainge به صورت زیر است:
PoilI = Pg −PcogIJ > PoilJ (2-2)

شکل 2 -6) شماي مکانیسم تخلیه غیر همسو
2 -2) اآر یش هاي سیال و جریان فیلم
ابر ي مطالعه جریان ف یلم و آرایشهاي مختلف سیال در سیـ ستمهـا ي جریـ ان سـه فـازي در مقیـاس حفـره تعیین ضریب پخش ضروري است.
2 -2 -1) ضریب پخش
توانایی نفت براي پخش شدن بر روي 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 ي o،g وw بـه ترت یـ ب مربـوط بـه فازهـاي نفت، گاز و آب است [33]. زمانی که ضریب پخش براي یک جریان سه فازي مثل »گـاز ـ آب ـ نفـت« مثبـتاست یک گرا یش خود به خودي برا ي نفت وجود دارد تـا بـین فازهـا ي آب و گـاز پخـش شـود. بـرا ي 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 لایههاي 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 یستمهاي پخش مثبت است. نفت در این حالت هم فـاز م یـانی اسـت ، بنابراین برخلاف سیستمهاي پخش مثبـت، فـ یلم هـا ي پخـش نفـت جـدا از گـاز و آب وجـود ندارنـد و سـطحمشترك (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 ي این سیستم ها کشش هاي بین سـطح ی در جـدول (2-4) مشاهده م یشود. در این حالت و برا ي 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 شهاي سطحی آب، نفت و گاز
سیال کشش سطحی mNm
دکان نرمال – آب 29
دکان نرمال – هوا 23
آب – هوا 71
2 -2 -2) فیلم هاي پخش و تر شونده
واضح است که نمایش دادن و نشان دادن سطح مقطع مربعی یا مثلثی شکل براي 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 لایههاي 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 هاي 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 ي پخش م یگویند. همان طوري که قبلا بحث شد پایدار ي 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 ي بین آب و گـاز در فـضاي حفره تشکیل می شود. یک سیستم بدون پخش شونده (cs ≤ 0 (Non-Spreading System دارد. لایـ ه هـا ي پخش از لحاظ ضخامت در حد پایینی بوده ولی از لحاظ هدایت ه یدرولیکی غ یر قابـل اغمـاض هـستند. حـالآنکه ف یلم ها ي تر شونده ضخیم تر بوده و در دیواره هاي حفر ه ها یا دهانـه هـا تـشکیل مـ ی شـوند . دیـ واره هـا ي 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 فازي و سه فازي
ازو یاي تماس مختلف و کشش بین سطحی مختلف »آب ـ نفت «، »نفت ـ گاز « و »گاز ـ آب « بـه صـورتتئوري امکان اقامت سـیالات را در گوشـه فـضا ي حفـره هـا بـا آرایـ شهاي مختلـف را، امکـان پـذ یر مـ ی سـازد .
شکلهاي (2-8) و (2-7) آرایش هاي عمومی برا ي جریان هاي یک فازي، دو فازي و سه فازي براي حفـر ههـاو دهانه ها با هر مقدار زاویهيا تماس دو فازي و سه فازي را نشان می دهند. هر حفره یـ ا دهانـه از صـفر گوشـه(کروي)، سه گوشه (مثلثی) یا چهار گوشه (مربعی) ساخته شدهاند. اآر یش ها به طـور برابـر بـراي 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 فـازي است که در آن آب در گوشهها، لا یههاي نفت در وسط و گاز در مرکز المان واقـع شـده انـد. گـروهA یـ ک اآر یش تکفازي است که درآن فقط یک فاز وجود دارد (یعنی فقط آب که آن هم در وسط قرار دارد) [33].
ابر ي المانهاي با سطح مقطع کروي فقط یک فاز ممکن است حفر هها یـ ا دهانـه هـا را اشـغال کنـد. بـرا ي سطح مقطع مربع ی و مثلثی شکل بسته به زوا یـاي گوشـ ههـا، آرا یـش هـا ي مختلـف وجـود دارد. جـدول (2-3) لیست محدوده زوایاي تماس را براي هر آرایش در شکلهاي (2-7) و (2-8) نشان می دهد.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان