بررسی روش های تزریق گاز به مخازن نفتی جهت افزایش راندمان پالایش

توضیحات

بررسی روش های تزریق گاز به مخازن نفتی جهت افزایش راندمان پالایش
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:108
پايان نامه مقطع كارشناسي
مهندسي شيمي- صنايع 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.مباني رفتار فازي وابسته به امتزاج پذيري: 8
1.2.1.نمودارهاي فشار برحسب دما: 9
1.2.2.نمودارهاي فشار / تركيب : 12
1.2.3.نمودارهاي سه گانه ( مثلثي) : 14
1.3. فرآيندهای 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.آزمايش هاي تماس : 35
1.5.4.روش (VIT) Vanishing Interfacial Tension : 39
1.6.پيش بيني شرايط امتزاج پذيري: 39
1.6.1.امتزاج پذيري تماس اوليه (FCM): 39
1.6.2. Vaporizing gas Drive : 41
1.6.3.مدلهاي معادلات حالت : 47
1.7. روشها ومعيارهاي طراحي : 49
1.7.1. رفتار فازي – انتخاب حلال : 49
1.7.2.كنترل تحرك: 50
1.7.3.نيروي گراويتي : 50
1.7.4.سيلابزني مغزه : 51
1.7.5.مدلسازي رياضي: 51
فصل دوم
بررسی انواع روشهای تزریق گاز
2.1. Co2 injection 53
ناهنجاريهاي تزريق پزيري: 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 كاربرد تزريق دي اكسيد كربن به صورت غير امتزاجي: 69
2.13.:CYCLIC CARBON DIOXIDE STIMULATION 70
فصل سوم
ارزیابی مقایسه ای انواع روشهای تزریق گاز در ازدیاد برداشت نفت
3.1.تزريق چرخه اي گاز (Cyclic Gas Injection): 76
3.2.تزريق امتزاجي نيتروژن: 78
3.3.معيارهاي كاربرد: 79
3.4.مروري برتحقيقات : 80
3.5.نتايج وبحث: 84
فصل چهارم
تزريق گازهاي هيدروكربني
4.1. Miscible Slug Process: 89
4.2. Process Enriched Gas: 89
4.3. High Pressure Lean Gas: 91
4.4. مطالعات موردي: 94
نتايج: 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 ویسکوزیته
افزایش دانسیته و انبساط نفت
ایجاد نیروی رانش
مکانیسم های تزریق امتزاجی در ازدیادبرداشت:
مکانیسم تزریق غیر امتزاجی برای تثبیت فشار مخزن بکار میرود.
امتزاج پذیر را به دو دسته فرآيندهای 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 فرايندي است كه شرط امتزاج پذيري درتماس هاي متعدد وانتقال جرم درمخزن ايجاد مي شود و به 3 دست تقسيم مي 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 injection
تزریق نیتروژن
تزريق گازهاي هيدروکربوني
تزریق دی اکسید کربن و نیتروژن میتواند به دو صورت امتزاجی و غیر امتزاجی برای اهداف مختلف بکار مي رود.
تزريق گازهاي هيدروکربوني به سه صورت انجام میشود :
Miscible Slug Process
Enriched Gas Process
High 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 سيال به هر نسبتي با هم تركيب نشوند تا تشكيل يك فاز را بدهند فرايند را امتزاج ناپذير مي گوييم
تزریق امتزاج پذیر به سه دسته تقسیم میشود :
Co2 injection
Inert gas injection
Miscible Hydro carbon Displacement
Co2 injection خود به دو دسته تقسیم میشود :
Co2 Flooding
Co2 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 مباني رفتار فازي وابسته به امتزاج پذيري میپردازیم.
1.2. مباني رفتار فازي وابسته به امتزاج پذيري:
روش هاي گوناگوني براي نشان دادن رفتارهاي فازي مايع / بخار براي سيستم هاي چند جزئي وجود دارد . در اين فصل نمودارهاي P-T، P-X ونمودارهاي سه گانه شرح داده مي شوند . اين نمودارها كه از داده هاي تجربي ويا محاسبات EOS به دست مي آيند نمايشگر نواحي تك فازي وچند فازي ومرزهاي بين فازها می باشند .
يكي از مشكلاتي كه در پيش روي قرار داد اين است كه نفت خام يك سيال پيچيده است واز اجزاي شيميايي متعددي تشكيل يافته است . اين اجزاي شيميايي به طور دقيق شناخته شده نيستند، چون كسب چنين اطلاعاتي بسيار سخت وگران تمام مي شود .
بنابه قانون گيبس، درجه ي آزادي (براي دما، فشار ، تركيب وغيره،) قبل از توصيف رفتارقازي ، بايد به طور كامل، مشخص شود.
قانون فازي گيبس، درجه ي آزادي براي يك مخلوط شيميايي را به صورت ذيل تعريف مي نمايد .
F=N-P+2 كه F نشان دهنده ي درجه ي آزادي، N ٬تعداد اجزاي شيميايي مختلف و P تعداد فازها مي باشد.
براي يك نفت خام معمولي ، F يك عدد بسيار بزرگ مي باشد (چون Nبزرگ است ) وتعيين رفتار وفازي كاري است بسيار مشكل وحتي نشدنی. بنابراين ، مابراي توصيف رفتار فاز ي نفت خام بايد از روش هاي تقريبي (مثلا Pseudo ternary diagram) استفاده كنيم . همانطور كه در ادامه خواهيد ديد، نفت خام را يك سيال دو يا سه جزئي در نظر گرفته ومباني رفتار فازي را براي اين نفت خام مجازي مورد بررسي قرار مي دهيم . اين نمودارها براي فهم مكانيسم امتزاج پذيري كاملا مفيد خواهند بود .
1.2.1. نمودارهاي فشار برحسب دما:
يك نمودار فازي فشار برحسب دما براي يك هيدروكربون چند جزئي، مثل نفت مخزن اطلاعات مفيدي به دست مي دهد .
و...