بررسی آزمایشگاهی تاثیر پدیده مارانگونی دمایی در بازیافت نفت پسمانده

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 انستیتو مهندسی نفت، پردیس فنی، دانشگاه تهران، تهران ایران

2 پژوهشکده ازدیاد برداشت، شرکت ملی نفت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه اثر گرادیان تنش میان رویه ناشی از تغییر دما (پدیده مارانگونی گرمایی)، بر ازدیاد برداشت نفت
به صورت ازمایشگاهی بررسی شد. نظر به تعداد کم مطالعه­های انجام شده در این حوزه، برای شناخت و درک درست
این مکانیسم در محیط متخلخل از میکرومدل شیشه‌ای استفاده شد. طراحی آزمایش‌ها با استفاده از آنالیز عددهای بدون بعد
و بررسی نمودارهای تغییرات تنش میان‌رویه نسبت به دما و فشار به روشی انجام شد، که افزون بر نزدیک بودن شرایط آزمایش‌ها به شرایط محیط متخلخل در مخزن­ های نفتی و قابل مقایسه بودن آزمایش‌های گوناگون، جریان م ارانگونی نیز
در بین مکانیسم‌های فعال دیگر قابل تمیز بوده و جریان غالب باشد. در این آزمایش‌ها گاز ‌کربن دی‌اکسید و متان به طور جداگانه و در دمای پایین، به میکرومدل اشباع از نفت در دمای بالا تزریق شدند تا با ایجاد شوک گرمایی لازم در سطح تماس گاز و نفت، باعث به وجود آمدن جریان همرفتی مارانگونی شوند. در پایان احتمال وقوع هر مکانیسم به طور جداگانه و به صورت کمی و کیفی بررسی شد. آزمایش‌های انجام شده، نشان می‌دهد که جریان همرفتی مارانگونی ناشی از تغییردما، تأثیر به‌ سزایی در بازیافت نفت داشته و می‌تواند با غلبه بر نیروی موئینه سبب ورود گاز به ماتریس‌های اشباع از  نفت پس‌مانده و تولید از آن‌ها شود. شدت این جریان متناسب با عدد مارانگونی می‌باشد. افزایش یا کاهش میزان بازیافت نسبت به آزمایش‌های هم‌دما، نشانگر نقش این مکانیسم درون محیط متخلخل است. بر اساس نتیجه ­های این مطالعه در نظر گرفتن وجود جریان مارانگونی در شرایط تزریق سیال به مخزن (به ویژه مخزن ­های کم فشار) می‌تواند دارای اهمیت باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] T. D. Van Golf-Racht, Fundamentals of fractured reservoir engineering: Elsevier, 1982.

[2] M. Khosravi, A. Bahramian, M. Emadi, B. Rostami, and E. Roayaie, "Effect of Marangoni flow on recovery of bypassed oil during CO2 injection," Journal of Petroleum Science and Engineering, vol. 114, pp. 91-98, 2014.

[3] A. D'Aubeterre, R. Da Silva, and M. Aguilera, "Experimental study on Marangoni effect induced by heat and mass transfer," International communications in heat and mass transfer, vol. 32, pp. 677-684, 2005.

[4] H. Bernard, "Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquide [The cellular vortices in a liquid layer]," Rev Gén Sci Pure Appl, vol. 11, pp. 1261-1271, 1900.

[5] L. Rayleigh, "LIX. On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is on the under side," The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, vol. 32, pp. 529-546, 1916.

[6] M. J. Block, "Surface tension as the cause of Bénard cells and surface deformation in a liquid film," Nature, vol. 178, pp. 650-651, 1956.

[7] J. Pearson, "On convection cells induced by surface tension," J. Fluid Mech, vol. 4, pp. 489-500, 1958.

[8] H. Groothuis and F. Zuiderweg, "Influence of mass transfer on coalescence of drops," Chemical Engineering Science, vol. 12, pp. 288-289, 1960.

[9] A. C. Lam, R. S. Schechter, and W. H. Wade, "Mobilization of residual oil under equilibrium and nonequilibrium conditions," Society of Petroleum Engineers Journal, vol. 23, pp. 781-790, 1983.

[10] H. Pratt, "Marangoni flooding with water drives: A novel method for EOR?," in SPE Asia-Pacific Conference, 1991.

[11] H.-H. Lu, Y.-M. Yang, and J.-R. Maa, "Effect of artificially provoked Marangoni convection at a gas/liquid interface on absorption," Industrial & engineering chemistry research, vol. 35, pp. 1921-1928, 1996.

[12] P. A. Lyford, H. Pratt, D. C. Shallcross, and F. Grieser, "The marangoni effect and enhanced oil recovery Part 1. Porous media studies," The Canadian Journal of Chemical Engineering, vol. 76, pp. 167-174, 1998.

[13] M. Khosravi, B. Rostami, M. Emadi, and E. Roayaei, "Marangoni flow: An unknown mechanism for oil recovery during near-miscible CO 2 injection," Journal of Petroleum Science and Engineering, vol. 125, pp. 263-268, 2015.

[15] A. Georgiadis, F. Llovell, A. Bismarck, F. J. Blas, A. Galindo, G. C. Maitland, et al., "Interfacial tension measurements and modelling of (carbon dioxide+n-alkane) and (carbon dioxide+ water) binary mixtures at elevated pressures and temperatures," The Journal of Supercritical Fluids, vol. 55, pp. 743-754, 2010.

[16] R. Amin and T. N. Smith, "Interfacial tension and spreading coefficient under reservoir conditions," Fluid phase equilibria, vol. 142, pp. 231-241, 1998.

[17] C. A. Conn, K. Ma, G. J. Hirasaki, and S. L. Biswal, "Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast," Lab on a Chip, vol. 14, pp. 3968-3977, 2014.

[18] S. Thomas, "Enhanced oil recovery-an overview," Oil & Gas Science and Technology-Revue de l'IFP, vol. 63, pp. 9-19, 2008.

[19] K. Verschueren, Handbook of environmental data on organic chemicals: Wiley, 2001.

[20] Simant R. Upreti and A. K. Mehrotra, "Diffusivity of CO2, CH4, C2H6 and N2 in athabasca bitumen," Journal of Chemical Engineering, vol. 80, pp. 116-125, 2002.

[21] F. Civan and M. L. Rasmussen, "Determination of gas diffusion and interface-mass transfer coefficients for quiescent reservoir liquids," SPE Journal, vol. 11, pp. 71-79, 2006.

[22] P. G. Fogg, Carbon Dioxide in non-aqueous solvents at pressures less than 200 kPa vol. 50: Elsevier, 2013.

[23] R. Nguele, K. Sasaki, M. R. Ghulami, Y. Sugai, and M. Nakano, "Pseudo-phase equilibrium of light and heavy crude oils for enhanced oil recovery," Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, vol. 6, pp. 419-432, 2016.

[24] Y. M. Naziev and M. Aliev, "Thermal conductivity and specific heat of n-decane at various temperatures and pressures," Journal of engineering physics, vol. 24, pp. 717-720, 1973.