پژوهش نفت
سال:1396 | دوره:27 | شماره:97 |تعداد مقالات:14

یکی از مکانیسم های مؤثر ازدیاد برداشت میکروبی یا شیمیایی نفت، مسدودسازی انتخابی مسیرها و گلوگاه ها می باشد. در بخش آزمایشگاهی این پژوهش، ابتدا محلول آبی باکتری صاف شده رگ وان به درون میکرو مدل نا همگن اشباع از نفت تزریق شد. هدف عمده در این بخش، بررسی تأثیر سلول باکتری در بهبود سیلاب زنی و مقایسه آن با آب خالص بود. تزریق آب بدون باکتری منجر به بازیافت 41% نفت شد، درحالی که تزریق محلول باکتری رگ وان، بازیافت نهایی نفت را به 48% افزایش داد. در بخش شبیه سازی، از یک هندسه ناهمگن دو بعدی به عنوان محیط متخلخل استفاده شد. به منظور به دست آوردن توزیع سیالات آب-نفت معادلات نویر و استوکس در حالت ناپایا حل گردیدند. هندسه محاسباتی با استفاده از مش های مثلثی گسسته سازی گردید و آزمون استقلال از مش نشان داد که نتایج حاصله وابسته به اندازه مش ها نیستند. با استفاده ازهفت مدل مختلف، اثر مکانیزم مسدودسازی انتخابی در گلوگاه ها و مسیرها به دقت مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که توزیع سیالات در ابعاد حفرات کاملا وابسته به توزیع این گلوگاه ها و موانع می باشد. وجود انسدادهای انتخابی در میانه مسیر قطر اصلی ماتریکس مقدار نفت زیادی را در میانه مسیر به تله انداخت که منجر به کاهش بازیافت نهایی در مقایسه با مدل های دیگر شد. پس از انسداد مسیر قطری، سیال ترشونده به ناچار از مسیر های جانبی واقع در بالا و پایین ماتریکس خود را به خروجی رسانده و رخنه رخ می دهد. نشان داده شد که در تمام مدل ها، مقدار بازیافت نفت بعد از انسداد مسیرها و گلوگاه ها با تراوایی بالا در مقایسه با حالت عدم وجود انسداد افزایش یافت. مدل های شماره 2، 4 و 6 تقریبا به مقدار بازیافت یکسانی دست یافتند در حالی که توزیع سیالات در این مدل ها مختلف بود. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد که روش میدان فازی کاهن-هیلیارد می تواند به طور واقع بینانه تری حرکت آب و نفت در ابعاد حفرات را تحت مکانیزم مسدود سازی انتخابی پیش بینی کند.

ناپایداری سازندهای شیلی به هنگام استفاده از گل های پایه آبی یکی از مشکلات بزرگ در هنگام حفاری چاه های هیدروکربوری می باشد. در هنگام حفاری فرا تعادلی اختلاف فشاری که بین سیال حفاری و سازند ایجاد می شود باعث شده که صافاب سیال حفاری به درون شیل نفوذ کرده و به دلیل بزرگ بودن ذرات جامد موجود در سیال حفاری در مقایسه با گلوگاه های منفذی شیل که در حدود 3 تا nm 100 می باشد تشکیل کیک گل برای جلوگیری از نفوذ صافاب به داخل شیل میسر نبوده، در نتیجه صافاب سیال حفاری به طور پیوسته وارد سازند شده و باعث افزایش فشار منفذی شیل و به دنبال آن کاهش پایداری و ریزش دیواره چاه می شود. به منظور مسدود سازی منافذ نانومتری شیل و جلوگیری از نفوذ صافاب، اقدام به سنتز نانوذرات SiO2 آمورف با استفاده از روشی ساده و کارآمد از ماده ای دور ریز از صنعت کشاورزی به نام سبوس برنج گردید و در سیال حفاری پایه آبی طی دو غلظت 3 و 5% وزنی-حجمی به کار گرفته شد. با گرفتن خواص رئولوژی گل پایه و گل پایه همراه با نانوذرات و مقایسه نتایج تست ها مشخص شد که نانوذرات به کار گرفته شده باعث بهبود خواص رئولوژی سیال حفاری نظیر افزایش پایداری حرارتی و کاهش میزان صافاب می شود. در ادامه با استفاده از دستگاه انتقال فشار منفذی (PPT) به بررسی اثر گل حاوی نانوذرات در مسدود سازی منافذ شیلی و کاهش فشار منفذی پرداخته شد. نتایج نشان داده که استفاده از غلظت 3% نانوذرات سنتز شده باعث کاهش نرخ نفوذ سیال به درون شیل در حدود 6/5% و با افزایش غلظت نانوذرات به 5% به میزان 7/43% از نفوذ سیال به درون شیل جلوگیری می شود که این عامل می تواند از تضعیف خواص مکانیکی لایه های شیلی و ریزش آنها در هنگام حفاری توسط گل های پایه آبی جلوگیری کند.

تولید نفت و گاز از مخازن هیدروکربوری همواره منجر به بروز مشکلاتی از قبیل آسیب سازند می شود. ایجاد شکاف هیدرولیکی به خصوص در مخازن غیرمتعارف گازی می تواند تا حدی این مشکل را برطرف نماید. لزوم استفاده از ویژگی های میدانی نیازمند این است که مخزن با تمامی ناهمگونی ها و لایه های متعدد آن شبیه سازی شود. در این مقاله، معادلات حاکم بر مخزن دو ناحیه ای با شکاف هیدرولیک در ناحیه اول، به صورت بدون بعد حل شده و نمودارهای الگو برای چاه آزمایی این مخازن بررسی شده است. این مخزن از دو ناحیه داخلی و خارجی تشکیل شده است. ناحیه داخلی شامل یک شکاف هیدرولیکی و یک چاه تولیدی است. با توجه به نامحدود بودن شکاف، تمام تولید از شکاف انجام می شود و سیال به محض ورود به فضای شکاف، تولید می شود. مرزهای خارجی مخزن بسته در نظر گرفته شده است. وجود شکاف هیدرولیکی در مخازن گازی کم تراوای دو ناحیه ای باعث می شود که منحنی مشتق شبه فشار و شبه فشار بدون بعد به پنج بخش متفاوت تقسیم شود. این پنج بخش به ترتیب عبارت اند از: اثر شکاف هیدرولیک، جریان شعاعی ناحیه داخلی، جریان گذرای بین ناحیه داخلی و خارجی، جریان شعاعی ناحیه خارجی و اثر مرزهای مخزن است.

با توجه به تأثیر پارامترهای فراوان بر روی رفتار رئولوژیک سیال حفاری، تعیین دقیق رفتار رئولوژیک سیال حفاری حائز اهمیت است. ازاین رو حذف روش های آزمایشگاهی که به صورت سعی و خطا انجام می گیرد و نیاز به استفاده از روش های هوشمند ازجمله شبکه های عصبی مصنوعی، به شدت احساس می شود. در تحقیق حاضر برای پیش بینی خواص رئولوژیکی سیال حفاری، شامل پلاستیک ویسکوزیته، ویسکوزیته قیف و نقطه تسلیم از اطلاعات چهار چاه مربوط به یک میدان نفتی شامل 240 ردیف اطلاعات (4080 داده) جهت آزمون و 23 ردیف (391 داده) جهت تست مدل استفاده شد. پارامترهای موجود در این اطلاعات شامل 14 نوع مواد سیال، عمق، نوع سازند و دما (جمعاً 17 پارامتر) است. سپس با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی، ابتدا ساختارهای مختلف شبکه عصبی جهت پیش بینی خواص رئولوژیکی سیال حفاری ساخته شد و درنهایت سه مدل بهینه مجزا برای ویسکوزیته پلاستیک، ویسکوزیته قیف و نقطه تسلیم طراحی شد که در هر سه مدل، شبکه دارای دو لایه با 17 ورودی و یک خروجی در لایه آخر بوده و تعداد نرون های لایه پنهان، 16 نرون برای مدل ویسکوزیته پلاستیک 19 نرون برای مدل ویسکوزیته قیف و مدل نقطه تسلیم تعیین شد. ضرایب همبستگی آزمون این مدل ها در نهایت، 99/0 برای مدل ویسکوزیته پلاستیک، 98/0 برای مدل نقطه تسلیم و 97/0 برای ویسکوزیته قیف به دست آمد که نشان دهنده انطباق بالای نتایج آزمون با واقعیت بود. درنهایت نیز مدلی آماری با استفاده از نرم افزار SPSS ساخته شد.

در این تحقیق عملکرد و خواص ضد گرفتگی و شار غشای نانوکامپوزیت پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) با غلظت 15% وزنی که با نانو لوله های کربنی چند دیواره عامل دار شده با گروه های اسیدی، بازی و آمین مخلوط شده و با روش وارونگی فازی و حلال نرمال متیل پیرولیدون ساخته شده، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. برای اولین بار آب دوستی سطح غشاهای نانوکامپوزیت مختلف به صورت تدریجی تغییر نمود که این تغییرات تدریجی، رفتار و عملکرد غشا را بیان می کند. آنالیز سطح میکروسکوپ الکترونی روبشی تفاوت قابل ملاحظه ای در اندازه حفرات نشان داد (چند دهم میکرون) ولی آنالیز سطح مقطع نشان داد که تمام غشاهای ساخته شده دارای ساختار نامتقارن شامل یک لایه بالایی فشرده و یک لایه پایینی با کانال های وسیع و حفرات درشت هستند. تمام غشاهای اصلاح شده با ویژگی آب دوستی بهتر نسبت به غشای اصلاح نشده (° 87) هستند. نتایج شار آب مقطر نیز نتایج بهبود آب دوستی مشاهده شده در زاویه تماس را تأیید کرد که با نتایج تخلخل همخوانی دارد. شار غشاهای اصلاح شده در مقادیر بهینه بیش از 2 برابر غشای اصلاح نشده (L/m2h 146) افزایش یافت. آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که غشاهای نانوکامپوزیت دارای زبری کمتری نسبت به غشای خالص دارند. (Sa=270 nm) نتایج تست مکانیکی نشان دهنده عدم تأثیر منفی نانولوله های کربنی عامل دار شده بر مقاومت مکانیکی غشاها می باشد.

توالی های دولومیتی، سنگ مخزن اصلی تولید نفت از سازند عرب در برخی از میادین هیدروکربنی خلیج فارس می باشند. در این تحقیق براساس نتایج توصیف مغزه ها و مطالعات پتروگرافی، آنالیزهای فشار موئینه تزریق جیوه و داده های تخلخل-تراوایی مغزه، رخساره های دولومیتی شناسایی و ویژگی های مخزنی آنها در یکی از میادین نفتی خلیج فارس بررسی شده است. بر اساس ویژگی های دولومیت ها، چهار گروه حفظ کننده فابریک، تخریب کننده فابریک، سیمان های دولومیتی و دولومیتی شدن بخشی تفکیک گردد. در دولومیت های سازند عرب، تخلخل های بین بلوری و بین دانه ای مهمترین نوع سیستم منفذی می باشند. کانی زایی تبخیری یک فرآیند دیاژنزی مهم همراه با دولومیتی شدن می باشد که در نمونه هایی با توزیع یکنواخت انیدریت، نقش مهمی در مسدود کردن گلوگاه های تخلخل و کاهش تخلخل-تراوایی مخزن داشته است. براساس تلفیق نتایج 12 رخساره دولومیتی شناسایی گردید. نتایج مطالعه نشان داده که در رخساره های مرتبط با دولومیت های حفظ کننده فابریک، دولومیتی شدن نقش عمده ای بر ویژگی های مخزنی نداشته است و ویژگی های مخزنی عمدتا توسط بافت اولیه و نیز تاثیر فرآیندهای انحلال و کانی زایی تبخیری کنترل شده است. در مقابل در رخساره های مرتبط با دولومیت های تخریب کننده فابریک، دولومیتی شدن تاثیرات عمده ای به صورت مثبت و نیز منفی بر نوع و هندسه منافذ اعمال کرده است. رخساره های مرتبط با دولومیتی شدن بخشی که در آنها دولومیت ها به صورت پراکنده در ماتریکس سنگ و یا پرکننده تخلخل های بین دانه ای مشاهده می گردند به ترتیب تاثیر ناچیز و منفی بر ویژگی های مخزنی داشته اند. توزیع رخساره های دولومیتی نشان می دهد که در بخش Aا، B و C سازند عرب، رخساره های مرتبط با دولومیت های حفظ کننده فابریک و در بخش D دولومیت های تخریب کننده فابریک و دولومیتی شدن بخشی گسترش دارند.

در این پژوهش، براساس داده ها و آزمایشات تجربی به بررسی درصد تبدیل هیدروژن و منوکسیدکربن و طراحی مدل آنها براساس طراحی آزمایش و شبکه عصبی پرداخته شد. داده های آزمایشگاهی براساس پنج متغیر ورودیو براساس طراحی مکعب مرکزی تعیین گردید. این پنج متغیر موثر عبارتند از: دما، فشار راکتور، نسبت هیدروژن به منوکسید کربن در خوراک، فشار جزئی هیدروژن و منوکسید کربن در راکتور. شرایط عملیاتی راکتور، دما ( oC340-320)، فشار (bar gauge 8-2)، نسبت هیدروژن به منوکسیدکربن (2/2-8/0)، فشار جزئی منوکسیدکربن (bar gauge 7/2-3/0) و فشار جزئی هیدروژن (bar gauge 5/2-3/0) می باشد. برای بررسی و به دست آوردن مدل درصد تبدیل ها، از دو روش پاسخ سطح و شبکه عصبی استفاده گردید. برای بررسی توانمندی هر دو روش، دو پارامتر مهم خطای آماری شامل مجذور میانگین خطا و انحراف نسبی میانگین مطلق محاسبه شد. نتایج به دست آمده از هر دو مدل پاسخ سطح و شبکه عصبی با نتایج تجربی مقایسه شد. مشاهده گردید که هر دو مدل تطابق خوبی با داده های تجربی دارند. برای محاسبه بیشینه درصد تبدیل برای هر دو مدل، شبکه عصبی با الگوریتم ژنتیک مدل شده و نقاط بیشینه هر دو مدل غیرخطی به دست آمد. در پایان، مدل های حاصله تحلیل شده و نقاط بیشینه مورد بررسی قرار گرفت. همچنین این مدل می تواند برای به دست آوردن محصولات انتخابی با ارزش افزوده بالا نیز به کار گرفته شود.

پیش بینی فشار منفذی از اهمیت بسزایی در مراحل مختلف پروژه های هیدروکربنی (اکتشاف، حفاری و تولید) برخوردار است. وجود مناطقی با فشار غیرعادی باعث بروز مشکلات فراوانی نظیر گیر لوله حفاری، فوران چاه، از دست دادن چرخه گل حفاری و. . . می شود. استفاده از داده های لرزه ای تنها روش تعیین فشار منفذی قبل از حفاری چاه می باشد. در این تحقیق سرعت برانبارش که از پردازش داده های لرزه ای سه بعدی به دست آمده به وسیله نمودارهای صوتی کالیبره گردید. با استفاده از رابطه باور، استرس مؤثر تعیین شد. فشار منفذی با تعیین فشار روباره و رابطه بنیادی ترزاقی پیش بینی و مناطق با فشار غیرعادی، مشخص شدند. با کاهش استرس مؤثر و افزایش تخلخل، سرعت موج لرزه ای درون سنگ کاهش می یابد، درنتیجه ارتباط فشار مؤثر، سرعت، تخلخل و سنگ شناسی در مطالعه فشار منفذی می تواند به کاربرده شود. نتایج مطالعه نشان داد که در میدان کوپال دو بخش با فشار غیرعادی شامل سازند پرفشار گچساران (به خصوص بخش 1 یا پوش سنگ) و سازند پابده و دو قسمت نیز با فشار غیرعادی کم در بخش های ابتدایی سازند آسماری شناسایی گردید. لایه های پایینی آسماری نیز نسبت به لایه های بالایی به علت کاهش استرس مؤثر در اثر افزایش تخلخل دارای فشار منفذی نسبتاً زیادتری است.

وقوع گیر در رشته حفاری در صنعت نفت یکی از مشکلات پرهزینه و وقت گیر عملیات حفاری بوده که پارامترهای حین حفاری، نظیر گشتاور رشته حفاری و ساختار زمین در وقوع گیر رشته حفاری تاثیر مستقیمی در این مشکل دارند. تجارب نشان داده است در زمان گیر رشته حفاری، گشتاور به طور لحظه ای افزایش و سرعت چرخش مته کاهش می یابد. از آنجائی که در تشخیص این تغییرات امکان بروز خطای انسان و عدم دقت کافی وجود دارد لذا با شناسایی تغییرات سوزنی شکل مشترک سیگنال گشتاور و سرعت چرخش مته، لحظه وقوع گیر را می توان تشخیص داد. در این تحقیق تغییرات مثبت و منفی سیگنال تشخیص داده شده و از معیارهای دقت و خطای دسته بندی برای ارائه نتایج استفاده گردیده و نتایج شبیه سازی بیانگر کارایی بالای روش پیشنهادی، نسبت به روش های موجود می باشد. نتایج، نشان دهنده پیدا نمودن 95 % از گیرهای رشته در نمونه حفاری های در دسترس بود. به علاوه، نشان داده شده است که روش پیشنهادی به زمان کوتاهی برای آنالیز یک سیگنال نیاز دارد، بنابراین می توان از آن در سیستم های بلادرنگ استفاده کرد.

فرآیند فوتوکاتالیستی یکی از روش های تصفیه نوین می باشد که می تواند در تصفیه فاضلاب های حاوی آلاینده های اولویت دار مانند کروم شش ظرفیتی بطور موثر مورد استفاده قرار گیرد. لذا، در این مطالعه اثرات پارامترهای عملیاتی مختلف و شرایط بهینه آنها به منظور احیاء کروم شش ظرفیتی در حضور نانوکامپوزیت ZnO/HZSM-5 با استفاده از روش فاکتوریل کامل بررسی شد. در این تحقیق نانوکامپوزیت ZnO/HZSM-5 با روش هیدروترمال-تلقیح سنتز شد. ساختار نانوکامپوزیت و مرفولوژی آن توسط تکنیک های XRDا، UV/vis و FESEM مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی احیاء فوتوکاتالیستی کروم شش ظرفیتی با استفاده از نانوکامپوزیت ZnO/HZSM-5 از تکنیک طراحی آزمایش فاکتوریل کامل استفاده شد. اثرات پارامترهای: زمان واکنش، pH، شدت نور UV و غلظت اولیه کروم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از تست XRD بیانگر این بود که ساختار نانوکامپوزیت به درستی تشکیل شده و دارای فاز کریستالی می باشد، تصاویر FESEM نشان داد که فاز فعال (ZnO) به صورت یکنواختی با اندازه نانومتریک در سطح آن پخش شده است. نتایج حاصل از تست فیشر (F-Value) مشخص نمود که غلظت اولیه کروم شش ظرفیتی تاثیرگذارترین پارامتر برروی فرآیند می باشد. تحت شرایط بهینه (غلظت اولیه کروم mg/L 10، شدت نور W 125، pH برابر 5 و زمان واکنش min 60) راندمان حذف 72/98% با مطلوبیت 985/0 برای کروم شش ظرفیتی حاصل شد. در نهایت، آنالیز احتمال نرمال نشان داد که داده ها از توزیع نرمالی برخوردار می باشند. از این رو، روش فاکتوریل کامل می تواند به عنوان یک روش موثر به منظور بهینه سازی شرایط عملیاتی فرآیند های فوتوکاتالیستی در حذف کروم شش ظرفیتی مورد استفاده قرار گیرد.

در سال های اخیر انواع ژل ها برای کنترل تولید آب اضافی در چاه های نفت به کار می روند. استفاده از ذرات ژل از پیش تشکیل شده یکی از روش های مناسب برای بستن مسیر آب بدون بستن مسیر تولید نفت و مناطق دارای هیدروکربن است. در این پژوهش نوعی از ذرات ژل با استفاده از کوپلیمر پلی اکریل آمید سولفونه و شبکه ساز استات کروم (III) تهیه شد. روش آنالیز برش نوسانی با دامنه کوتاه برای بررسی استحکام، گرانروی ترکیبی و مدول ذخیره و ویسکوز نهایی ژل تهیه شده به کار رفت. گرانروی ترکیبی و مدول ذخیره نهایی ژل به ترتیب برابر Pa. s 5919 و kPa 4/35 تعیین شد. برای بررسی عملکرد ذرات ژل در محیط متخلخل از آزمایش سیلاب زنی استفاده شد. همچنین برای مطالعه اثر اندازه ذرات در فشار تزریق و ضرایب مقاومت باقی مانده آب و نفت، دو اندازه مختلف از ذرات ژل (63-106 و μ m 106-188) در سیلاب زنی به کار رفت. مقدار شاخص کاهش نامتجانس تراوایی برای دو اندازه کوچک و بزرگ ذرات ژل به ترتیب برابر 196/3 و 038/4 و ضرایب مقاومت باقی مانده آب به ترتیب برابر 42/41 و 22/53 به دست آمد. نتایج نشان داد که اندازه ذرات ژل روی ضریب مقاومت باقی مانده آب موثرتر از ضریب مقاومت باقی مانده نفت است.

استفاده هم زمان از میعانات گازی و روغن دی سولفید ترکیب نوظهوری شناخته می شود که توجه محققین را به خود معطوف نموده است. به کارگیری این مواد به تنهایی و یا به صورت ترکیب با هم مستلزم کسب اطلاعات دقیق آزمایشگاهی از خواص فیزیکی-شیمیایی حالت خالص و حالت ترکیبی است. روغن دی سولفید به عنوان یک محصول جانبی و دورریز در فرآیند شیرینی سازی گاز تولید می شود که شامل تعداد زیادی ترکیب دی سولفیدی است. میعانات گازی در دما و فشار محیط در حالت مایع است و یک ماده صنعتی با ارزش افزوده بالا محسوب می گردد. افزودن میعانات گازی به روغن دی سولفید ممکن است خواص این ماده را بهبود ببخشد و کاربردهای نوین روغن دی سولفید را تقویت کند. در این پژوهش، ترکیبات مختلف این دو ماده از 0 تا 100 درصد حجمی روغن دی سولفید مورد آزمون های ضریب شکست، کشش سطحی، رئولوژی، سنجش میزان نمک و گرمای احتراق قرار گرفت. نتایج نشان داد که ضریب شکست این دو ماده با افزایش درصد حجمی میعانات گازی از 5215/1 تا 4277/1 در شرایط محیطی به صورت خطی کاهش یافت. مقدار کشش سطحی نیز به ترتیب از 6/30 تا mN/m 9/19 اما با دقت خوبی به صورت یک تابع درجه 2 نزولی بود. داده های رئولوژی مشخص کرد که ترکیبات مختلف این دو ماده رفتار سیال نیوتنی داشته و گرانروی مخلوط با افزودن روغن دی سولفید از 54/0 تا mPa. s 69/0 در دمای استاندارد C° 5/15 افزایش یافت. غلظت نمک موجود در میعانات گازی و روغن دی سولفید خالص به ترتیب 096/26 و g/m3 265/30 به دست آمد. گرمای احتراق روغن دی سولفید نیز تقریبا 60 % گرمای احتراق میعانات گازی بود که نشان از افت کیفیت احتراق میعانات گازی در صورت افزودن روغن دی سولفید می باشد.