بررسی مدل غیرفیک برای محاسبه ضریب نفوذ کربن دی اکسید درآب با روش کاهش فشار

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 بخش مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

2 بخش مهندسی نفت، دانشکده مهندسی نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

چکیده

ذخیره و دفع CO2 به سازندهای آبده یک روش امیدوارکننده برای کاهش گازهای گلخانه ­ای و مقابله با پدیده گرم شدن کره زمین است. اندازه ­گیری میزان دقیق انحلال CO2 در سفره­ های آب شور به یافتن یک مدل مناسب برای نفوذ گاز وابسته است. در حال حاضر به منظور اندازه ­گیری ضریب نفوذ ملکولی بیشتر از روش ­های غیر مستقیم، از جمله روش کاهش فشار استفاده می­ شود. مهم­ترین نکته در این روش استفاده از مدل و شروط مرزی مناسب و تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاه است. در این مقاله، از روش مدل ­سازی غیر فیک برای تحلیل داده­ های آزمایشگاهی روش افت فشار برای انتشار گاز CO2 در سفره های آب شور استفاده شده و نتایج با مدل فیک با دو نوع شرط مرزی گوناگون، مقایسه شده است. بدین منظور با استفاده از حل معکوس و به حداقل رساندن تابع خطای تشکیل شده بین مقادیر فشار - زمان مدل­ سازی و تجربی، با استفاده از روش ­های بهینه ­سازی، ضریب نفوذ، ضریب انتقال جرم و زمان تاخیر تخمین زده شده اند. نتایج نشان می ­دهد که ضریب نفوذ با در نظر گرفتن شرط مرزی غیرتعادلی بیش از دو برابر شده است و با نتایج تجربی سازگارتر است. همچنین، مدل غیرفیک با وجود ترم تنظیم کننده زمان تاخیر، رسیدن به تعادل را به تاخیر می اندازد و سازگاری بیشتری با نتایج تجربی به خصوص در لحظه­ های اولیه دارد.

موضوعات


[1] Wen Y., Kantzas A., Wang G., "Estimation of Diffusion Coefficients in Bitumen Solvent Mixtures Using X-ray CAT Scanning and Low Field NMR". In Canadian International Petroleum Conference. Petroleum Society of Canada (2004)
 [2] Tang L.Y., Liu,Y., Song Y.Ch., Shen Z.J., Zhou X.H., ., "Investigation of CO2 Diffusion in Oil-Saturated Porous Media by Using X-Ray Computer-Assisted Tomography". Advanced Materials Research. 807: 2498-2502 (2013)
[3] Behzadfar E., Hatzikiriakos S.G., "Diffusivity of CO2 in Bitumen: Pressure–Decay Measurements Coupled with Rheometry". Energy & Fuels. 28(2): 1304-1311 (2014)
[4] Riazi M.R., "A New Method for Experimental Measurement of Diffusion Coefficients in Reservoir Fluids". Journal of Petroleum Science and Engineering. 14(3): 235-250 (1996)
[5] Oushal F., Azizi Sh., Peyghambarzadeh S. M., Azizi Z., "Diffusion Coefficient of Ethylene in NMP Using Pressure Decay Method: Experimental and Modelling Study". Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE). 41(9): 3085-3099 (2021)
[6].Tharanivasan A.K., Yang C., Gu Y., "Comparison of Three Different Interface Mass Transfer Models Used in the Experimental Measurement of Solvent Diffusivity in Heavy Oil". Journal of Petroleum Science and Engineering. 44(3): 269-282 (2004)
[7] Zhang Y., Hyndman C., Maini B., "Measurement of Gas Diffusivity in Heavy Oils". Journal of Petroleum Science and Engineering. 25(1): 37-47 (2000)
[8] Upreti S.R. Mehrotra A.K., "Experimental Measurement of Gas Diffusivity in Bitumen: Results for Carbon Dioxide". Industrial & engineering chemistry research. 39(4): 1080-1087 (2000)
[9] Upreti S.R. Mehrotra A.K., "Diffusivity of CO2, CH4, C2H6 and N2 in Athabasca Bitumen". The Canadian Journal of Chemical Engineering. 80(1): 116-125 (2002)
[11] Sheikha H., Mehrotra A.K., Pooladi-Darvish M., "An Inverse Solution Methodology for Estimating the Diffusion Coefficient of Gases in Athabasca Bitumen from Pressure-Decay Data". Journal of Petroleum Science and Engineering. 53(3): 189-202 (2006)
[12] Sheikha H., Pooladi-Darvish M., Mehrotra A.K., "Development of Graphical Methods for Estimating the Diffusivity Coefficient of Gases in Bitumen from Pressure-Decay Data". Energy & fuels. 19(5): 2041-2049 (2005)
[14] Etminan S.R., Pooladi-Darvish M., Maini B.B., Chen Z.,  "Modeling the Interface Resistance in Low Soluble Gaseous Solvents-Heavy Oil Systems". Fuel. 105(3): 672-687 (2013)
[15] Etminan S.S., Maini B.B., Chen Z.J., "Modeling the Diffusion Controlled Swelling and Determination of Molecular Diffusion Coefficient in Propane-Bitumen System Using a Front Tracking Moving Boundary Technique". In SPE Heavy Oil Conference-Canada. Society of Petroleum Engineers. (2014)
[16] Azin R., Mahmoudy M., Jafari Raad S.M., Osfouri Sh., "Measurement and Modeling of CO 2 Diffusion Coefficient in Saline Aquifer at Reservoir Conditions". Central European Journal of Engineering. 3(4): 585-594 (2013)
[18] Raad S.M.J., Azin R., Osfouri S., "Measurement of CO2 Diffusivity in Synthetic and Saline Aquifer Solutions at Reservoir Conditions: The Role of Ion Interactions". Heat and Mass Transfer, 51: 1587-1595 (2015)
[21] Li S., Qiao Ch., Chao Zh., Li Z."Determination of Diffusion Coefficients of Supercritical CO2 Under Tight Oil Reservoir Conditions with Pressure-Decay Method". Journal of CO2 Utilization. 24: 430-443 (2018)
[22] Shi Z., Wen B., Hesse M.A., Tsotsis T.T., Jessen K. "Measurement and Modeling of CO2 Mass Transfer in Brine at Reservoir Conditions". Advances in Water Resources. 113: 100-111 (2018)
[23] Gao H., Zhang B., Fan L., Zhang H., Chen G., Tontiwachwuthikul P., Liang Z., "Study on the Diffusivity of CO2 in Oil-Saturated Porous Media Under High Pressure and Temperature". Energy & Fuels. (2019)
[24] Azin R., Mahmoudy M., Jafari Raad S.M., Osfouri Sh., "Measurement and Modeling of CO2 Diffusion Coefficient in Saline Aquifer at Reservoir Conditions". Open Engineering. 3(4): 585-594 (2013)
[25] Fayazi A. Kantzas A., "Determining Diffusivity, Solubility, and Swelling in Gaseous Solvent–Heavy Oil Systems". Industrial & Engineering Chemistry Research. 58(23): 10031-10043 (2019)
[27] Ahmadi H., Jamialahmadi M., Soltani Soulgani B., Dinarvand N., Sharafi M. S., "Experimental Study and Modelling on Diffusion Coefficient of CO2 in Water". Fluid Phase Equilibria. 523: 112584 (2020)
[28] Zhokh A., Strizhak P., "Crossover Between Fickian and Non-Fickian Diffusion in a System with Hierarchy". Microporous and Mesoporous Materials. 282(7): 22-28 (2019)
[29] Hassanizadeh S.M., "On the Transient Non-Fickian Dispersion Theory". Transport in Porous Media. 23(1): 107-124 (1996)
[31] Vrentas J., Vrentas C., Huang W., "Anticipation of Anomalous Effects in Differential Sorption Experiments". Journal of applied polymer science. 64(10): 2007-2013 (1997)
[32] Compte A. Metzler R., "The Generalized Cattaneo Equation for the Description of Anomalous Transport Processes" Journal of Physics A: Mathematical and General. 30(21): 7277 (1997)
[34] Cattaneo C., "Sur Une Forme De Lequation De La Chaleur Eliminant Le Paradoxe Dune Propagation Instantanee". Comptes Rendus Hebdomadaires Des Seances De L Academie Des Sciences. 247(4): 431-433 (1958)
[35] Maxwell J.C., "On the Dynamical Theory of Gases". Philosophical transactions of the Royal Society of London: 49-88 (1867)
[36] Depireux N., Lebon G., "An Extended Thermodynamics Modeling of Non-Fickian Diffusion". Journal of non-newtonian fluid mechanics. 96(1-2): 105-117 (2001)
[37] Alizadehgiashi M., Shaw J.M., "Fickian and Non-Fickian Diffusion in Heavy Oil + Light Hydrocarbon Mixtures". Energy & Fuels. 29(4): 2177-2189 (2015)
[38] Park I. Seo I.W., "Modeling Non-Fickian Pollutant Mixing in Open Channel Flows Using Two-Dimensional Particle Dispersion Model". Advances in water resources. 111(1): 105-120 (2018)
[39] Hasan Sh., Joekar-Niasar V., Karadimitriou N. K., Sahimi M., "Saturation Dependence of Non‐Fickian Transport in Porous Media". Water Resources Research. 55(2): 1153-1166 (2019)
[40] Feng Z., Ran M., Liu Y., "An Efficient Difference Scheme for the Non-Fickian Time-Fractional Diffusion Equations with Variable Coefficient". Applied Mathematics Letters. 121(11): 107489 (2021)
[41] Abarzhi I.I., "Wave Mechanism of Mass Transfer for Kinetics of Adsorption in Biporous Media" Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 164(2-3): 105-113 (2000)
[42] Civan F. Rasmussen M.L., "Improved Measurement of Gas Diffusivity for Miscible Gas Flooding Under Nonequilibrium Vs. Equilibrium Conditions". in SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium. Society of Petroleum Engineers. (2002)