اندازه گیری ضریب نفوذ گازهای ۲CH4 , CO2 , N در هیدروکربن های نفتی – شیمی

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی شیمی
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:104
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

اندازه گیری ضریب نفوذ گازهای ۲CH4 , CO2 , N در هیدروکربن های نفتی – شیمی

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

۱ چکیده
۲ مقدمه
فصل اول : تئوری نفوذ ۵
۱- ۱) نفوذ ملکولی در سیالات …………… ۶
۱- ۲) معادله نفوذ ……………. ۷
۱- ۳) تئوری نفوذ درگازها ……….. ۸
۱- ۴) تئوری نفوذ در مایعات ……………… ۱۱
فصل دوم : بررسی روابط موجود برای محاسبه ضریب نفوذ در فشار بالا ۱۳
۲- ۱) مقدمه ………….. ۱۴
۲- ۲) انواع روشهای آزمایشگاهی اندازه گیری ضریب نفوذ ……… ۱۶
۲- ۲- ۱) روش مستقیم …………….. ۱۷
۲- ۲- ۲) روش غیر مستقیم ……… ۱۷
۱۷ ……….. Riazi روش (۳ -۲
۱۹ ……………. Mehrotra روش (۴ -۲
۲- ۴- ۱) مدل فعالیت نامحدود ………….. ۱۹
۲- ۴- ۲) مدل فعالیت محدود …………….. ۲۱
۲- ۵) ارتباط ضریب نفوذ با فشار ……….. ۲۲
۲- ۶) ارتباط ضریب نفوذ با غلظت …….. ۲۳
۲- ۷) ارتباط ضریب نفوذ با دما ……… ۲۳
۲- ۸) ارتباط ضریب نفوذ با ویسکوزیته …………….. ۲۴
فصل سوم : حل تحلیلی معادلات مربوط به آزمایشات ۲۶
۳- ۱) حل قانون دوم فیک برای محفظه PVT…..ا………. ۲۷
۳- ۲) محاسبه ضریب نفوذ با استفاده از روش گرافیکی ………. ۳۳
۳- ۳) محاسبه ضریب نفوذ با استفاده از روش عددی ………….. ۳۴
فصل چهارم : آزمایشات ومعرفی تجهیزات مورد استفاده ۳۵
۴- ۱) تجهیزات و سیالات مورد استفاده ……………. ۳۶
۳۶ …………. ( pressure Transducer )فشار سنج دیجیتال و مانیتور (۱ -۱ -۴
۴- ۱- ۲) محفظه PVT …………. 37
۴- ۱- ۳) محفظه گاز فشار بالا ………… ۳۸
۴- ۱- ۴)حمام هوا ……….. ۳۸
۴- ۱- ۵) دماسنج دیجیتال …………….. ۳۹
۴- ۱- ۶) کمپرسور ………. ۴۰
۴- ۱- ۷) دستگاه اندازه گیری ویسکوزیته ………… ۴۱
۴- ۱- ۸) نفت ………………. ۴۱
۴- ۱- ۹) گازهای مورد استفاده ………. ۴۲
۴- ۲) کالیبراسیون دستگاهها …………. ۴۲
۴- ۲- ۱) فشارسنج ………………. ۴۲
۴- ۲- ۲) محفظه PVT ……ا……. ۴۲
۴۲ ……………… (Air Bath) حمام هوا (۳ -۲ -۴
۴- ۳) نحوه انجام آزمایشات فشار نزولی ……………. ۴۳
۴- ۴) آزمایشات مربوط به ویسکوزیته …….. ۴۴
فصل پنجم : بحث و بررسی نتایج ۴۷
۵- ۱) بررسی فرضیات استفاده شده در محاسبات ……… ۴۸
۵- ۲) ارتباط ضریب نفوذ با زمانهای ابتدایی و انتهایی ………… ۴۸
۵- ۳) محاسبه ضریب نفوذ با استفاده از روش گرافیکی ………. ۵۳
۵- ۴) محاسبه ضریب نفوذ با استفاده از روش عددی ………….. ۵۸
۵- ۵) بررسی تاثیر جرم ملکولی ونوع گاز بر ضریب نفوذ و حلالیت گاز در مایع ……… ۶۵
۵- ۶) بررسی تاثیر دما بر ضریب نفوذ ……… ۶۷
۵- ۷) بررسی تاثیر فشار اولیه بر ضریب نفوذ ……. ۷۰
فصل ۶) نتیجه گیری و پیشنهادات ۷۳
۶- ۱ : نتیجه گیری ۷۴
۶- ۲ : پیشنهادات ۷۶
منابع و ماخذ ۷۷
فهرست منابع فارسی ۷۸

فهرست منابع لاتین ۷۹
چکیده انگلیسی ۸۱

چکیده:
نفوذ ملکولی یکی از عوامل موثر در تزریق گاز به مخازن نفتـی جهـت ازدیـاد برداشـت میباشـد .گرادیـانغلظت بین گاز تزریقی و نفت باعث انتقال جـرم بـین دو فـاز میشـود. حلالیـت گـاز درون نفـت باعـث کـاهشویسکوزیته نفت ودر نتیجه حرکت بهتر آن میگردد.تعییین دقیق مقدار ضریب نفوذ ملکولی گا زدر نفت اهمیـتزیادی در تعیین پارامترهای تزریق گاز از جمله دما و فشار دارد.
در این تحقیق اندازه گیری ضریب نفوذ دو جزئی گاز در نفـت بـا اسـتفاده از روش آزمایشـگاهی بررسـیتغییرات فشار گاز در محفظه PVT با زمان، مورد مطالعه قرار گرفته است.با استفاده از این روش ضریب نفوذ گاز دی اکسید کربن در دمای ۲۵ ،۴۰ ،۵۰ درجه سانتیگراد و فشار ۵۴۶۰ کیلو پاسکال، همچنین ضریب نفوذ متان و نیتروژن دردمای ۲۵ درجه سانتیگراد و فشار اولیه ۵۴۶۰ و ۵۶۰۰ کیلو پاسـکال در یـک نـوع نفـت سـنگینایران، از دو روش عددی و گرافیکی Zhang (2000) اندازه گیری شد. نتایج نشان میدهد که ضـریب نفـوذ گـازمتان در شرایط یکسان دما وفشار بالاتر از ضریب نفوذ گاز دی اکسید کربن و نیتروژن در نفت خام میباشـد .امـابه دلیل حلالیت بالای دی اکسید کربن در نفت خام ، این گاز بیشتر در نفت نفوذ کرده و باعـث کـاهش بیشـترگرانروی نفت ، نسبت به دو گاز دیگر میشود . همچنین ضریب نفوذ محاسبه شده در زمانهای ابتدایی از ضـریبنفوذ در زمانهای انتهایی بزرگتر میباشد.در انتها تاثیر دما و فشار اولیه روی ضریب نفوذ مورد مطالعه قرار گرفته وضرائب مربوط به دو رابطه تجربی وابستگی ضریب نفوذ به دما بـرای سیسـتم دی اکسـید کـربن – نفـت خـام محاسبه شد .

مقدمه :
تولید از مخازن نفتی با روش تخلیه طبیعی تنها به برداشت کسر کوچکی از کل نفـت (حـدود ۱۰ تـا ۱۵ درصد) در جای اولیه منجر می شود. این مقدار بستگی به عوامل متعددی از جملـه چگـونگی مکانیسـم رانـش، خواص سنگ و سیال مخزن و …. دارد.
از این رو مقوله مهمی به نام ازدیاد برداشت از مخازن نفتی مطرح شده است که اگر چه بـا هـدف تثبیـتفشار، کاهش ویسکوزیته، برداشت از مخزن را تا حد معینی بالا می برد ؛ اما با این وجود هنوز قسمت اعظم نفت در زیرزمین باقی می ماند. به طور کلی بر اساس زمان برداشت از مخازن، بازیابی به سه دسته برداشـت نـوع اول،دوم و سوم دسته بندی می شوند.
در برداشت نوع اول نیروی محرکه اختلاف فشار مخزن و فشار انتهای چاه تولید مـی باشـد. در ایـن روشتنها ۱۰ تا ۲۰ % از کل نفت قابل بازیابی است در برداشت نوع دوم ،مخازن گازی تحت تأثیر تزریق گاز یا رانـشطبیعی آب برای تخلیه قرار می گیرند . در بازیابی نوع سوم ،روش های حرارتی تزریق گاز و مواد شیمیایی انجام می گیرد که می تواند بازیابی هیدروکربنها را به طور اساسی افزایش دهـد . در ایـن میـان تزریـق گـاز در ازدیـادبرداشت یکی از مؤثرترین و اقتصادی ترین روش ها است[۱] .
در سال های اخیر مسأله ی میزان انتقال جرم، بخصوص در مخازن شکاف دار به هنگامیکه یـک گـاز بـهمخزن نفت، جهت بازیافت تزریق می گردد مورد توجه و اهمیت فراوان قرار گرفته است . بر اثر اسـتخراج از ایـنمخازن حالت تعادلی که در میلیون ها سال در این مخازن شکل گرفته به هم خورده و مواد از جـایی بـا غلظـتزیاد به محلی باغلظت کم وارد می شوند. میزان سرعتی که مواد تحت آن حرکت می کنند در هر نقطه و در هـرجهتی به گرادیان غلظت در آن نقطه و جهت بستگی دارد. در مخازن نفتی بدست آوردن نـرخ انتقـال جـرم بـهوسیله نفوذ مولکولی در محاسبه ی مقدار گاز نفوذی درون نفت در پروژه های تزریق گاز ضروری می باشد[۲] .
در مخازن عادی(conventional reservoir) در فرآیند بازیابی ثانویه اختلاف گرادیان غلظت بـین نفـت وگاز تزریقی باعث نفوذ ملکولی و انتقال جرم بین دو فاز شده و در نتیجـه نفـوذ ملکـولی مـی توانـد یـک جبهـهامتزاجی یا مایع رقیق شده در جلوی فاز گاز تزریقی بوجود بیاورد که باعث بهتر جاروب شـدن نفـت در مخـزن،بخصوص نفت چسبیده به دیواره خلل و فرج ها می شود.
اواخر دهه ۸۰ و همزمان با گسترش کاربرد چاههای افقی روش جدیدی ابداع شـد . در ایـن روش از یـکچاه تزریقی عمودی در بالای چاه تولیدی افقی استفاده می شود. در ایـن روش از گازهـای سـبک هیـدروکربنیمانند پروپان، بوتان و یا ترکیب آنها با گازهای غیر میعانی استفاده می شود. هنگامی که این ترکیـب در فشـارینزدیک به فشار نقطه شبنم تزریق شود محفظه ای از گازهای هیدروکربنی در مخزن تشکیل می شود. در سـطحتماس، این محفظه با نفت سنگین داخل مخزن ترکیب و در واقع انحلال گاز انجام مـی شـود کـه در نتیجـه آنگرانروی کاهش می یابد. که در واقع همان بهتر جاروب شدن نفت در مخزن می باشد.
روش دیگر تزریق که متداول است، تزریق یک توده پروپان و به دنبال آن تزریق متان می باشـد البتـه دراین جا این نکته لازم به یاد آوری است که پارامترهای دیگری بجز نفوذ ملکولی در تزریق امتزاجـی (Miscible Fluid) وجود دارد توزیع تخلخل ها، توزیع اشباع سیالات، سرعت تزریق، تحریـک پـذیری (mobility) حـلال ونفت در ناحیه ترزریق و مقدار سطح تماس نفت و گاز تزریقی از جمله عوامل دیگری می باشند که بجـز ضـریبنفوذ ملکولی روی بازیافت نفت در این فرآیند تاثیر گذار می باشند.[۳]
در مخازن عادی بازیابی ثالثیه، بعد از تزریق آب در بازیابی ثانویه، نفت باقیمانده در خلل و فرج ها توسـطتزریق ۲Co از طریق مکانیسم نفوذ ملکولی و انتقال جرم قابل بازیافت است.
در بازیابی ثانویه گاز دی اکسید کربن تزریقی به طور مستقیم با نفت تماس مـی یابـد و چـون ۲CO بـهشدت با نفت امتزاج پذیر است، بازیابی بالا می باشد. بعد از برداشت نفت توسط نیروی خود مخزن مقداری نفـتهم توسط تزریق آب در بازیابی ثانویه بازیافت می شود، در تزریق آب به درون مخزن مقدار قابـل تـوجهی نفـتتوسط آب به دام می افتد که به این نفت، نفت باقیمانده می گویند. دی اکسید کربن به شـدت بـا نفـت امتـزاجپذیر و با آب امتزاج ناپذیر است.دی اکسید کربن بعد از نفوذ از میان آبی که نفت را محاصره کرده با نفت تمـاسمی یابد و باعث تورم نفت می شود، نفت آن قدر متورم می شود تا سد یا مانع آبی را از بین ببرد و با خود جریان دی اکسید کربن تماس یابد و بازیافت شود.
بازیابی نفت باقیمانده نسبتاً پایین است و بستگی به سرعت تزریق (Flood Rate) دارد. یک مدل ایـده آلیک بعدی که دی اکسید کربن از میان یک لایه آب به درون یک لایه نفت به دام افتاده نفوذ کـرده و بـه دنبـالآن نفت متورم می شود. این مدل که در زیر نشان داده شده است، به طور دقیق نقش نفوذ ملکـولی در پروسـسبازیافت را تشریح می کند.[۳]
نفوذ دی اکسید کربن باعث تورم آب به اندازه ۳% و تورم نفت به انـدازه ۴۰% مـی شـود. بـه عنـوان یـکنتیجه از تورم دو فاز سطح مشترک دو فاز به سمت راست حرکت می کند. برای حل مدل فرض شده، سطح آب و دی اکسید کربن ثابت است و حرکت نمی کند و تنها سطح مشترک آب و نفت به سـمت را سـت حرکـت مـیکند که این فرض با توجه به درصدهای تورم ذکر شده چندان غیر منطقی به نظر نمی رسد. این فرض اجازه می دهد که موقعیت فیزیکی واقعی جایی که ازدیاد نفت و جابجایی کامل فاز آب باعث تماس مسـتقیم دی اکسـیدکربن و نفت می شود معلوم شود [۴] .
با حل معادلات دیفرانسیل پیوستگی همراه با شرایط مرزی و اولیه مناسب که این فرایند نفـوذ را تشـریحمی کند زمان لازم برای تماس مستقیم فاز نفت و دی اکسید کربن با شرایط تعادل که همان حداکثر تـورم فـاز نفت می باشد ، محاسبه میشود.
هنگامی که یک مایع درتماس با یک گاز قرار میگیرد کـه بـا آن در حـال تعـادل نباشـد در اثـر اخـتلافپتانسیل شیمیایی، گاز به درون مایع نفوذ میکند در این حالت با اندازه گیری میزان انتقال جرم نسبت به زمـانمیتوان مقدار ضریب نفوذ ملکولی را محاسبه نمود.
با توجه به موارد فوق و موارد دیگری از کاربرد ضریب نفوذ ملکولی در مخـازن نفتـی بـه اهمیـت تعیـیندقیق ضریب نفوذ ملکولی پی می بریم، اما با توجه به این اهمیت هنوز هم رابطه ای که بتواند مقدار قابل قبـولیبرای محاسبه ضریب نفوذ ملکولی به ما بدهد وجود ندارد .علاوه بر این برای محاسبه ی ضریب نفوذ از داده های آزمایشگاهی، تقریب های مختلفی برای مدل کردن داده ها در نظر گرفته می شد، کـه ایـن دلیـل اصـلی بـرایاختلاف در ضریب نفوذ ملکولی اندازه گیری شده در شرایط یکسان برای یک سیستم یکسان توسط افراد مختلف می باشد .
هدف ما در این تحقیق انداز ه گیری ضریب نفوذ گازهای ۲CH4 ، N2 ،CO در نفت سنگین مخازن ایران میباشدآزمایشات در محفظه PVT، برای محاسبه ضریب نفوذ انجام شد. در یک سیستم بسته، مایع در تماس با گاز قرار گرفت.با اندازه گیری افت فشار ناشی از نفوذ ملکولی گاز به داخل مایع میزان انتقال جرم مشخص شد.
در فصل ۱ این تحقیق نفوذ ملکولی و قوانین حاکم بر آن بررسی شـده اسـت در ایـن فصـل بـه برخـی ازمعادلات مربوط به تعیین ضریب نفوذ ملکولی در گازها و مایعات در فشار پایین اشاره شده است.
در فصل ۲ به مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی ضریب نفوذ در مایعـات و بررسـی چنـد مـدل مفیـدپرداخته شده است.
در فصل ۳ حل تحلیلی معادلات مربوط به آزمایشات و چگونگی محاسبه ضریب نفوذ ارائه شده است.
در فصل ۴ نحوه انجام آزمایشات، توضیح داده شده است. روش ارائه شده برای اندازه گیری ضریب نفوذ به نحوی انتخاب شده که قابـل تغییـر بـرای دمـا و فشـارهای بـالاتر نیـز باشـد. آزمایشـات در فشـارهای۵۴۶۰ و ۵۶۰۰کیلو پاسکال ودماهای ۲۵ ، ۴۰ و۵۰ درجه سانتیگراد در محیط بالک انجام شده است. از ۲N2 ،CO و ۴CH به عنوان گاز و از نفت خام مخازن ایران به عنوان محیط مایع استفاده شده است. برای هـر ۳ گـاز آزمایشـات دردمای C ˚۲۵ انجام شده و برای ۲ COجهت بررسی تاثیر دمـا روی ضـریب نفـوذ عـلاوه بـر دمـایC ˚۲۵ در دو دمای C ˚۴۰ و C ˚۵۰ نیز ضریب نفوذ محاسبه شده است.
در فصل ۵ نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفته و در فصل ۶ اختصاص به نتیجه گیری و پیشنهادات دارد.

نتیجه گیری
همانطور که در فصل های قبل گفته شد، قسمت اعظم نفت و ترکیبات با ارزش آن بوسیله فشار طبیعی مخزن قابل تولید نمی باشند. در این حالت باید از روش های دیگری مثل تزریق گاز، بهره برداری از مخازن را افزایش داد . فرایند تزریق گاز در این حالت تابع عوامل مختلفی می باشد که یکی از مهمترین آنها پدیده نفوذ مولکولی است. تعیین مقدار دقیق ضریب نفوذ مولکولی گاز به داخل نفت در چگونگی تزریق گاز به درون مخزن اهمیت زیادی دارد. ضریب نفوذ مولکولی گاز در نفت تابع عواملی از جمله فشار، دما ، ویسکوزیته نفت و … می باشد. بر حسب این عوامل روابطی برای محاسبه ضریب نفوذ مولکولی ارائه شده است که در این مطالعه به برخی از این روابط اشاره شد. در این تحقیق ضریب نفوذ گازهای ۲CH4 ,CO و۲N در نفت خام سنگین میادین نفتی ایران با استفاده از محفظه PVT و روش فشار نزولی با استفاده از دو مدل گرافیکی و عددی Zhang ، اندازه گیری شد که نتایج بدست آمده به قرار زیر می باشد.
۱- در این آزمایش برای بررسی احتمال تغییر در فصل مشترک گاز- نفت از محفظه پنجره ای استفاده شد که به دلیل سنگین بودن نفت هیچ تغییری در ارتفاع فصل مشترک گاز ونفت در طول آزمایشات مشاهده نشد.
۲- در حل تحلیلی معادلات و محاسبات نفوذ مولکولی تنها عامل، انتقال جرم فرض شد و از اثر جابجایی در انتقال جرم صرف نظر شده است که در این جا به دلیل کوچک بودن محفظه PVT و زمان مناسب تزریق (حدود ۲ دقیقه) فرض درستی می باشد و خطای چندانی در محاسبات ایجاد نمی کند، اما در هنگام شبیه سازی در مخازن باید به آن توجه شود زیرا با افزایش عمق مخزن و در نتیجه افزایش دما- چگالی نفت نسبت به ارتفاعات بالاتر کاهش می یابد که باعث ایجاد پدیده همرفت در مخازن می شود که البته برای ایجاد این پدیده اختلاف د انستیه باید به یک مقدار بحرانی برسد.
۳- در این تحقیق ضریب نفوذ گازها در نفت خام از دو روش گرافیکی و عددی محاسبه شد . با توجه به جدول فصل ۵-۲، مشخص شد که هر دو مدل از دقت یکسانی در محاسبه ضریب نفوذ برخوردار میباشند.
۴- با مقایسه ضرائب نفوذ ۳ گاز ۲CH4 , N2 , CO در نفت در فشار ۵۴۶۰ کیلو پاسکال و دمای ۲۹۸ درجه کلوین مشخص شد که رابطه زیر بین ضرائب نفوذ برقرار می باشد.
که البته با توجه به حلالیت بالای دی اکسید کربن درنفت ودر نتیجه کاهش بیشتر ویسکوزیته نفت در طول فرایند نفوذ، این گازجهت تزریق به مخزن جهت فرآیندهای امتزاجی ازدیاد برداشت( EOR ) مناسبتر می باشد. ۵- همانطور که گفته شد ضریب نفوذ به پارامترهای مختلفی از جمله دما ، فشار و ویسکوزیته و…
بستگی دارد که در این تحقیق ارتباط ضریب نفوذ گاز ۲CO با پارامترهای دما ، فشار و نوع گازبررسی شد. طبق این تحقیق ضریب نفوذ گازها در نفت خام و همچنین حلالیت گاز در نفت، با افزایش دما و فشار افزایش می یابد. تاثیر نوع گاز نیز در بالا بیان شد.
۶- با استفاده از روش عددی ضریب نفوذ گازها در نفت در زمانهای ابتدایی و انتهایی فرایند نفوذ محاسبه شد. در معادله ۳- ۴۸ ضریب ۱K مربوط به شیب خط در زمانهای انتهایی بوده و ۲K مربوط به شیب در زمانهای ابتدایی می باشد. به دلیل گرادیان غلظت بالای گاز در نفت در زمانهای ابتدایی شیب خط دراین زمانها نسبت به زمانهای انتهایی بیشتر بوده و در نتیجه ضریب نفوذ محاسبه شده بر پایه این زمانها نسبت به زمانهای انتهایی بیشتر خواهد بود..
۷- محاسبه ضریب نفوذ از این روش (Zhang) به فشار تعادلی حساس میباشد واندازه گیری مقدار درست و واقعی فشار تعادلی در آزمایشگاه در تعیین مقدار دقیق ضریب نفوذ گاز در نفت دارای اهمیت بالایی میباشد.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط