دانلود پایان نامه بررسی روشهای تزریق گاز به مخازن نفتی جهت افزایش راندمان پالایش

بررسی روشهای تزریق گاز به مخازن نفتی جهت افزایش راندمان پالایش

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:108

پایان نامه مقطع کارشناسی

مهندسی شیمی- صنایع گاز

فهرست مطالب :

مقدمه    1
مکانیسم های تزریق امتزاجی در ازدیادبرداشت:    3
روشهای تزریق امتزاجی گاز در مخازن نفتی:    4
فصل اول
مفاهیم تزریق گاز در ازدیاد برداشت نفت
1. تعریف امتزاج پذیری سیال در سیال:    6
1.1.فرایندهای جابجایی امتزاج پذیرواهمیت آنهادر روشهای ازدیاد برداشت نفت:    7
1.2.مبانی رفتار فازی وابسته به امتزاج پذیری:    8
1.2.1.نمودارهای فشار برحسب دما:    9
1.2.2.نمودارهای فشار / ترکیب :    12
1.2.3.نمودارهای سه گانه ( مثلثی) :    14
1.3. فرآیندهای FCM ,MCM:    17
1.4.انحلال پذیری و امتزاج پذیری:    27
1.5. Determination of minimum miscibility Pressure:    29
1.5.1.دستگاه حباب بالا رونده (Rising Bubble Apparatus) :    30
1.5.2. Slim tube:    31
1.5.3.آزمایش های تماس :    35
1.5.4.روش (VIT) Vanishing Interfacial Tension  :    39
1.6.پیش بینی شرایط امتزاج پذیری:    39
1.6.1.امتزاج پذیری تماس اولیه (FCM):    39
1.6.2. Vaporizing gas Drive :    41
1.6.3.مدلهای معادلات حالت :    47
1.7. روشها ومعیارهای طراحی :        49
1.7.1. رفتار فازی – انتخاب حلال     :    49
1.7.2.کنترل تحرک:    50
1.7.3.نیروی گراویتی :    50
1.7.4.سیلابزنی مغزه :    51
1.7.5.مدلسازی ریاضی:    51
فصل دوم
بررسی انواع روشهای تزریق گاز
2.1. Co2  injection    53
ناهنجاریهای تزریق پزیری:    54
2.2. Co2 Flooding:    55
2.3. توجیه ازدیاد برداشت نفت با استفاده از رابطه دارسی :    56
2.4. رفتار فازی دی اکسید کربن:    57
2.5. طراحی تزریق دی اکسید کربن:    58
2.6. شرایط مخزن:    59
2.7. حجم دی اکسید کربن تزریقی :    60
2.8. تجربیات آزمایشگاهی:    61
2.8.1. CO2 swell test:    62
2.8.2. :Forward Contact Test    64
2.9. پیشرفت در تکنولوژی تزریق امتزاج پذیر دی اکسید کربن:    64
2.9.1. WAG (Water Alternating GAS):    64
2.9.2. Foam Injection :    66
2.9.3. Direct thickening of CO2    67
2.10. Rules of Thumb:    67
2.11. تاریخچه تزریق دی اکسید کربن در ایلات متحده آمریکا:    68
2.12. دامنه کاربرد تزریق دی اکسید کربن به صورت غیر امتزاجی:    69
2.13.:CYCLIC CARBON DIOXIDE STIMULATION    70
فصل سوم
ارزیابی مقایسه ای انواع روشهای تزریق گاز در ازدیاد برداشت نفت
3.1.تزریق چرخه ای گاز (Cyclic Gas Injection):    76
3.2.تزریق امتزاجی نیتروژن:    78
3.3.معیارهای کاربرد:    79
3.4.مروری برتحقیقات :         80
3.5.نتایج وبحث:    84
فصل چهارم
تزریق گازهای هیدروکربنی
4.1. Miscible Slug Process:    89
4.2. Process Enriched Gas:    89
4.3. High Pressure Lean Gas:    91
4.4. مطالعات موردی:    94
نتایج:    98
4.5. ضوابط انواع روشهای تزریق گاز در ازدیاد برداشت نفت:    99
4.6. مقایسه مکانیسمهای انواع روشهای تزریق گاز:    100
4.9. محدودیت گرانروی در انواع روشهای تزریق گاز:    102
4.10. محدودیت های نفوذپذیری در انواع روشهای تزریق گاز:    103
References    104

مقدمه :

با گذشت زمان تولید،مخازن نفتی کشور از تولید اولیه و طبیعی خود خارج گشته و نیاز کشور به دست یابی به طراحی اقتصادی و عملی برای ازدیاد برداشت کاملا محسوس می گردد.

ازدیادبرداشت نفت به تولید نفت توسط تزریق موادی به درون مخزن اطلاق میشود که بطور طبیعی در مخزن حضور ندارند.این تعریف، عملیات ازدیادبرداشت را تنهابه یک محدوده از عمر تولید مخزن (اولیه ، ثانویه ، ثالثیه)محدود نمیکند.یکی از روشها که میتواند سهم عمده ای در افزایش برداشت از مخازن کشور را ایفا کند،تزریق امتزاجی گازهای تولیدی به مخازن نفتی میباشد اما به علت وجود عدم قطعیت زیاد در مهندسی پروژه های صنعت نفت،نیاز به انجام آزمایش و بدست آوردن داده های آزمایشی و مقایسه ای انها با روشهای نظری،در بیان شرایط اقتصادی هر پروژه ی عملیاتی،کاملا احساس می شود و یکی از این گونه پروژه ها که مملو از عدم قطعیت های ناشی از طبیعت محیط متخلخل و سیالات درگیر میباشد،پروژه ی تزریق گاز امتزاج پذیر به نفت مخازن میباشد.به همین منظور دستگا ههای آزمایشی زیادی برای مطالعه ی پیشاپیش این عملیات طراحی شده اند که مقبولترین و قابل اعتمادترین آنها،دستگاه لوله قلمی میباشد.

انواع برداشت نفت بطور خلاصه در شکل آورده شده است.

در طی دهه گذشته تزریق امتزاج پذیر در بسیاری از مخازن به عنوان یک روش موفق گسترش یافته است که نوع روش تزریقی به خصوصیات سیال و سنگ مخزن بستگی دارد.

برای انجام هر پروژه تزریق ، ناگزیر از انجام شبیه سازی مخزن برای بررسی پارامترهای کلیدی مثل نفوذپذیری نسبی، فشار تزریق، تکمیل چاه و نسبت تحرک میباشیم که بر عملکرد مخزن و تزریق امتزاجی و غیر امتزاجی تاثیر میگذارد.

در بین تمامی پارامترهای ذکر شده ،تعیین MMP بسیار مهم است.

MMP مرز بین فرایند امتزاجی و غیر امتزاجی را مشخص میکند و برای تعیین آن ، با توجه به یک مدل ترمودینامیکی ، از یک معادله حالت متناسب با محاسبات MMP استفاده میکند.

افزایش برداشت مناسب زمانی مشاهده شده است که از منحنی نفوذپذیری نسبی امتزاج پذیر استفاده شده باشد. نفوذپذیری نسبی امتزاج پذیر ، به مفدار کشش سطحی بین سیال جابجا کننده و سیال جابجا شده وابسته است.

در بین تمامی روشهای ازدیادبرداشت سهم روشهای تزریق امتزاجی بدین ترتیب است :

تزریق گازهای هیدروکربنی : 25 درصد

تزریق گازهای خنثی : 19 درصد

تزریق دی اکسید کربن : 7 درصد

انواع تزریق گازها عبارت است از:

تزریق امتزاج پذیر       ( Miscible injection )تزریق امتزاج ناپذیر     ( Immiscible injection )کاهش ویسکوزیتهافزایش دانسیته و انبساط نفتایجاد نیروی رانش

مکانیسم های تزریق امتزاجی در ازدیادبرداشت:

مکانیسم تزریق غیر امتزاجی برای تثبیت فشار مخزن بکار میرود.

امتزاج پذیر را به دو دسته فرآیندهای FCM ,MCM تقسیم میکنیم .

,FCMبه فرایندی گفته میشود که طی آن گاز و نفت با هر ترکیب درصدی که شوند،دراولین تماس،امتزاج پذیری حاصل شود.

MCM فرایندی است که شرط امتزاج پذیری درتماس های متعدد وانتقال جرم درمخزن ایجاد می شود و به 3 دست تقسیم می شوند :

1- Vaporizing gas displacement process

2- condensing and condensing / vaporizing gas (Enriched gas Displacement process)

3- CO2 - Displacement

روشهای تزریق امتزاجی گاز در مخازن نفتی:

Co2 injectionتزریق نیتروژنتزریق گازهای هیدروکربونی

تزریق دی اکسید کربن و نیتروژن میتواند به دو صورت امتزاجی و غیر امتزاجی برای اهداف مختلف بکار می رود.

تزریق گازهای هیدروکربونی به سه صورت انجام میشود :

Miscible Slug ProcessEnriched Gas ProcessHigh Pressure Lean Gas

در ادامه به تشریح هر یک از مکانیسم ها و همچنین مقایسه آنها خواهیم پرداخت.

در اولین گام باید اشاره کرد که تزریق گاز در مخازن نفت به سه طریق ازدیاد برداشت نفت را به دنبال دارد :

تثبیت فشار (Pressure Maintaining )تبخیر ترکیبات میانی و سنگین نفت (که منجر به امتزاج پذیری در مخزن میشود )جابجایی نفت ( ایجاد نیروی رانش جهت ازدیاد برداشت )

دریک تقسیم بندی مهم ، انواع تزریق گاز را اینگونه نام میبریم :

تزریق امتزاج پذیر       ( Miscible injection )تزریق امتزاج ناپذیر     ( Immiscible injection )

که در ادامه به تفصیل به تشریح هر کدام خواهیم پرداخت .

1. تعریف امتزاج پذیری سیال در سیال:

در اینجا به مفهوم امتزاج پذیری اشاره خواهیم کرد که در درک چگونگی مکانیسم هایی که به آنها خواهیم پرداخت کاربرد دارد:

تعاریف ارا ئه شده در منابع از امتزاج پذیری به شرح ذیل است.امتزاج پذیری به شرایط فیزیکی بین دو یا تعداد بیشتری از سیالات گفته میشود که به انها اجازه می دهد در هر نسبتی و بدون بوجود امدن سطحی با هم مخلوط شوند.دو سیال در حالتی با هم امتزاج پذیرند که وقتی با هر نسبتی مخلوط شوند،تنها یک فاز تشکیل گردد و بدین ترتیب هیچ سطح و در نتیجه تنش سطحی بین فازهای سیال وجود ندارد.

بنابراین پیداست که امتزاج پذیری در واقع همان عدم ایجاد سطح بین سیالات(IFT=0)،یعنی تنش صفربین دو فاز سیال می باشد.

حال اگر دو سیال به هر نسبتی با هم ترکیب نشوند تا تشکیل یک فاز را بدهند فرایند را امتزاج ناپذیر می گوییم

تزریق امتزاج پذیر به سه دسته تقسیم میشود :

Co2 injectionInert gas injectionMiscible Hydro carbon Displacement

Co2 injection خود به دو دسته تقسیم میشود :

Co2 FloodingCo2 Stimulation

که در جای خود به تشریح مکانیسم هرکدام خواهیم پرداخت .

1.1.        فرایندهای جابجایی امتزاج پذیرواهمیت آنهادر روشهای ازدیاد برداشت نفت:

نزدیک به 3/2 نفت اولیه درجا ، پس از برداشت اولیه وسیلاب زنی ثانویه در مخازن نفتی دست نخورده باقی میماند که این مسئله به علت نیروی های مویینه میباشد که از جریان نفت در محیط متخلخل مخزن جلوگیری میکند.نیروی مویینه برابر است با :         Pc = 2 ∂ cos α / r

که در اینجا ∂ کشش سطحی بین آب و نفت و r شعاع تخلخل میباشد.

تولید اولیه حدود 10 درصد و سیلاب زنی ثانویه حداکثر 40 درصد اولیه را برداشت می کنند. همانطور که گفته شد علت عدم برداشت بیشتر با سیلاب زنی ثانویه وجود نیروی مویینه بین سیال تزریقی است که دو سیال را از یکدیگر جدا نگه میدارد و به علت اختلاف چگالی و تحرک پذیری آنها،بازدهی جاروبی تزریق افت می کند.نیروی مویینه یا فشار مویینه نیرویی است که از بر همکنش سطوح سیال و سنگ ونیروهای بین سطحی سیال و سیال،و هندسه محیط متخلخل که سیالات در آن جریان دارند ناشی می شود.

نیروی مویینه درصورتی که تنش سطحی بین سیال تزریقی و نفت درجای بدام افتاده به سمت صفرمیل کند،کمینه می گردد و تنش سطحی صفر نیز چیزی نیست جز امتزاج پذیری سیال تزریقی و نفت مخزن.

بنابراین لزوم گسترش امتزاج پذیری بین گازو نفت در جهت متحرک سازی مقادیر وسیعی از نفت از طریق تبدیل آن به یک فاز متحرک تر و بهبود کارایی بردا شت کلی نفت،واضح می باشد

پس در تزریق گاز به درون مخزن ،ناگزیر از امتزاج پذیری میباشیم ،تا اینکه بتوانیم کشش سطحی را از بین برده و بر نیروی مویینه غلبه کرده و موجب حرکت نفت بشویم..

برای درک بیشتر مفهوم امتزاج پذیری در اینجا به مبانی رفتار فازی وابسته به امتزاج پذیری میپردازیم.

1.2.       مبانی رفتار فازی وابسته به امتزاج پذیری:

روش های گوناگونی برای نشان دادن رفتارهای فازی مایع / بخار برای سیستم های چند جزئی وجود دارد . در این فصل نمودارهای P-T، P-X ونمودارهای سه گانه شرح داده می شوند . این نمودارها که از داده های تجربی ویا محاسبات EOS به دست می آیند نمایشگر نواحی تک فازی وچند فازی ومرزهای بین فازها می باشند .

یکی از مشکلاتی که در پیش روی قرار داد این است که نفت خام یک سیال پیچیده است واز اجزای شیمیایی متعددی تشکیل یافته است . این اجزای شیمیایی به طور دقیق شناخته شده نیستند، چون کسب چنین اطلاعاتی بسیار سخت وگران تمام می شود .

بنابه قانون گیبس، درجه ی آزادی (برای دما، فشار ، ترکیب وغیره،) قبل از توصیف رفتارقازی ، باید به طور کامل، مشخص شود.

قانون فازی گیبس، درجه ی آزادی برای یک مخلوط شیمیایی را به صورت ذیل تعریف می نماید .

F=N-P+2 که F نشان دهنده ی درجه ی آزادی، N ٬تعداد اجزای شیمیایی مختلف و P تعداد فازها می باشد.

برای یک نفت خام معمولی ، F یک عدد بسیار بزرگ می باشد (چون Nبزرگ است ) وتعیین رفتار وفازی کاری است بسیار مشکل وحتی نشدنی. بنابراین ، مابرای توصیف رفتار فاز ی نفت خام باید از روش های تقریبی (مثلا Pseudo ternary diagram) استفاده کنیم . همانطور که در ادامه خواهید دید، نفت خام را یک سیال دو یا سه جزئی در نظر گرفته ومبانی رفتار فازی را برای این نفت خام مجازی مورد بررسی قرار می دهیم . این نمودارها برای فهم مکانیسم امتزاج پذیری کاملا مفید خواهند بود .

1.2.1.            نمودارهای فشار برحسب دما:

یک نمودار فازی فشار برحسب دما برای یک هیدروکربون چند جزئی، مثل نفت مخزن اطلاعات مفیدی به دست می دهد .

و...

NikoFile