عنوان پایان‌نامه
مطالعه پدیده مارانگونی در محیط متخلخل و تاثیر آن در ازدیاد برداشت نفت
- رشته تحصیلی
- مهندسی حفاری و بهره برداری نفت
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59061;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 137
- تاریخ دفاع
- ۱۸ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- مصطفی علیزاده
- استاد راهنما
- بهزاد رستمی
- چکیده
- یکی از مکانیزم¬هایی که در ازدیاد برداشت نفت می¬تواند نقش اساسی داشته باشد، انتقال جرم است. در تزریق گاز، بحث انتقال جرم و مکانیزم های مربوط به آن توجه خاصی پیدا می¬کند. با اینکه مطالعه¬ی زیادی در سالیان اخیر بر روی مکانیزم¬های موثر ازدیاد برداشت در تزریق گاز و حلال انجام شده است، اما تحقیقات انجام شده نمی¬توانند جواب¬گوی همه¬ی مسائل باشند. یکی از مکانیزم¬هایی که گفته می¬شود می¬تواند در ازدیاد برداشت نقش داشته باشد، همرفت مارانگونی می¬باشد [1 و 2]. اینکه همرفت مارانگونی در محیط آزاد باعث افزایش انتقال جرم می¬شود شکی نیست [3]. اما اینکه آیا این همرفت می¬تواند در محیط متخلخل مخازن نفتی هم ایجاد شود، هنوز جوابی پیدا نکرده است و صرفا چند کار آزمایشگاهی در این زمینه انجام شده است [1 و 2]. عده¬ای از محققین براین باورند که این همرفت می¬تواند نقش اساسی در ازدیاد برداشت نفت تحت شرایط خاص تزریق گاز، داشته باشد [4]. در این تحقیق همرفت مارانگونی در محیط متخلخل مدل¬سازی می¬شود تا جواب اینکه آیا این همرفت می¬تواند در محیط متخلخل باعث ایجاد ناپایداری شود، داده شود. در این تحقیق ابتدا مارانگونی میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک در محیط متخلخل مدل¬سازی شدند. در این قسمت در مورد محدودیت معادله¬ی دارسی در مدل¬سازی شرط مرزی مارانگونی بحث می¬شود و معادله¬ی برینکمن برای مدل¬سازی مارانگونی در محیط متخلخل پیشنهاد می¬شود. سپس شرایط مرزی مربوط به مارانگونی و انتقال جرم به دست آمدند و در انتهای هر قسمت معادلات و شرایط مرزی سیستم به صورت بی بعد گزارش شدند. در اینجا با بی بعد کردن شرط مرزی مارانگونی، عدد بی بعد مارانگونی برای محیط متخلخل به دست آمد و توضیح داده می¬شود که به علت در نظر نگرفتن خصوصیات محیط متخلخل در عدد مارانگونی کلاسیک، از این عدد نمی¬توان برای آنالیز ناپایداری در محیط متخلخل استفاده کرد. مدل¬ها با استفاده از نرم افزار کامسول به صورت عددی در بازه¬های زمانی مناسب حل شده¬اند. نتایج مدل¬سازی میکروسکوپیک نشان می¬دهند که در بازه¬های وسیع تراوایی هیچ نوع ناپایداری در سیستم بوجود نمی¬آید در حالی¬که نتایج مدل¬سازی ماکروسکوپیک مارانگونی، متفاوت بودند و ناپایداری در محیط متخلخل به وجود آمد. در نتایج مربوط به مدل¬سازی ماکروسکوپیک مارانگونی، سناریوهای مختلفی را بررسی کردیم تا نقش پارامترهای گوناگون در عدد بی بعد مارانگونی مشخص شود. نتایج در این قسمت نشان می¬دهند که عامل اصلی کنترل ناپایداری در محیط متخلخل، تراوایی می¬باشد و تخلخل عملا نقشی در شروع ناپایداری مارانگونی ندارد. واژه‌های کلیدی: مارانگونی، محیط متخلخل، مدل¬سازی ریاضی، انتقال جرم، ناپایداری
- Abstract
- One of the mechanisms that are supposed to be effective in EOR is mass transfer across phases. In gas injection process especially in CO2 injection, mass transfer mechanism is in the center of attention. Besides that, role of convections in mass transfer are deniable. One of the convections that have possibility to occur in hydrocarbon reservoirs is Marangoni convection. Some researchers have tried to investigate effect of Marangoni convection in EOR. Almost all of them performed experimental works and none of them modeled Marangoni convection mathematically. In this work, both types of solutal Marangoni convection will be modeled mathematically and the models are solved with Comsol software. After modeling, the equations and boundary conditions will be non-dimensionalised by scaling distance, time and concentration. A new dimensionless Marangoni number is introduced for porous media. We have called it Solutal Marangoni Number in Porous Media. It is emphasized that instead of classic Marangoni number, the Marangoni number that has introduced here has to be used in order to analyze Marangoni convection and its margin of stability in porous media since in classic Marangoni number porous media characteristics are not considered. Finally the model is solved with Comsol software and results indicated that microscopic Marangoni can never initiates instability in porous media. In contrary with microscopic Marangoni, the results for macroscopic Marangoni indicated that Marangoni can causes instability in porous media. It was found that the key parameter that controls instability in porous media is permeability not porosity. Key words: Solutal Marangoni, Porous Media, Surface Tension, Mathematical Modeling, Mass Transfer, Instability
