عنوان پایان‌نامه
مطالعه آزمایشگاهی وشبیه سازی حرکت جریان دو فازی درسیستم های ناهمگون بااستفاده از میکرومدل شیشه ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-مهندسی نفت
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1632.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70073
- تاریخ دفاع
- ۰۲ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد نداف پور
- استاد راهنما
- محمدرضا رسایی
- چکیده
- جریان چند فازی در محیط متخلخل فرآیندی بسیار مهم است که مطالعه آن کاربرد وسیعی در علوم مرتبط با محیط زیست و صنایع نفت و گاز دارد. حضور چند فاز در کنار یکدیگر و برهم‌کنش میان آنها مبنای مطالعات جریان چند فازی را تشکیل می‌دهند. با در نظر گرفتن این نکته که آنچه در مقیاس حفره که دارای هزاران حفره است (مقیاس ماکرو) اتفاق می‌افتد نشات گرفته از مکانیسم‌هایی در اندازه‌های میکرونی است (مقیاس میکرو)، به همین دلیل ضرورت دارد تا فرآیندهای جابجایی در مقیاس میکرونی مطالعه گردند تا بتوان نتایج آن را در ابعاد بزرگتر استنتاج کرد(مغزه و میدانی). درحال حاضر رفتار جریانی چند فاز در ابعاد بزرگتر براساس روابط بسط داده شده از معادله دارسی تعریف می‌شوند و شامل روابط میان فشار مویینگی، تراوایی نسبی، اشباع و فشار است. برای درک و توصیف رفتار مناسب حرکت سیال در مقیاس مخزن، بررسی خصوصیات فرآیندهای جابجایی سیال و مکانیزم¬های آن در مقیاس منافذ ضروری است. با طراحی تراشه میکروسیالات که بیانگر محیط متخلخل واقعی است، می¬توان محیط متخلخل را در ابعاد واقعی (اندازه واقعی گلوگاه¬ها و حفرات) به صورت دو بعدی در اختیار داشت. این تحقیق اثر تغییرات نرخ تزریق، کشش بین سطحی و نسبت ویسکوزیته را در فرآیند تخلیه¬ بر رفتار دینامیک جابجایی بررسی می¬کند. با استفاده از آنالیز تصاویر با کیفیت بالا درحین آزمایش پارامترهای اشباع کل (St)، سرعت جبهه، بعد فرکتالی سطح (Ds)، بعد فرکتالی مرز جبهه جریان (Df) و زمان رخنه برای ارزیابی عددی آزمایش¬ها محاسبه شده¬است. علاوه¬¬بر ¬¬این برای بررسی اثر متقابل تغییرات نرخ تزریق، کشش بین سطحی و نسبت ویسکوزیته بر پارامترهای فوق الذکر از طراحی آزمایش با سه نقطه مرکزی استفاده شده¬است. در این تحقیق نشان داده شده ¬است که در نسبت ویسکوزیته برابر با یک با افزایش عدد بدون بعد موئینگی، اشباع فاز غیرترشونده در محیط متخلخل افزایش پیدا می¬کند. با افزایش اشباع فاز غیرترشونده¬¬، بعد فرکتال سطح افزایش و بعد فرکتال جبهه کاهش پیدا می¬کند. سرعت جبهه فاز تزریقی با افزایش عدد بدون بعد موئینگی افزایش پیدا می¬کند. علاوه¬بر ¬این با کاهش کشش بین¬سطحی سرعت جبهه و اشباع فاز غیرترشونده افزایش پیدا می¬کند. این کاهش همراه با افزایش بعد فرکتال سطح و کاهش بعد فرکتال جبهه می¬باشد. افزایش سرعت جبهه فاز غیرترشونده باعث کاهش زمان رخنه می¬شود. در عین حال در اعداد بدون بعد موئینگی مشابه و کشش بین¬سطحی¬های مختلف، کشش بین سطحی کمتر باعث کاهش بیشتر اشباع فاز ترشونده در محیط متخلخل می¬شود. افزایش نسبت ویسکوزیته در اعداد بدون موئینگی پایین تاثیر چندانی بر دینامیک جبهه سیال ندارد، با این حال با افزایش نرخ تزریق و در نتیجه افزایش عدد بدون بعد موئینگی در نسبت ویسکوزیته¬های بیشتر انگشتی¬شدن ویسکوز مشاهده شده¬است. این انگشتی¬شدن¬ها با کاهش بعد فرکتال سطح و افزایش بعد فرکتال جبهه همراه است. همچنین سرعت جبهه با افزایش نسبت ویسکوزیته افزایش پیدا می¬کند و در نتیجه زمان رخنه کاهش پیدا می¬کند. با این حال سرعت جبهه در اعداد بدون بعد موئینگی پایین تغییر چندانی نمی-کند. علاوه بر این مقایسه اشباع فاز ترشونده باقی مانده در اعداد بدون بعد موئینگی مشابه و نسبت ویسکوزیته¬های مختلف نشان داد که اشباع فاز ترشونده باقی مانده در نسبت ویسکوزیته بالاتر، بیشتر می-باشد.
- Abstract
- Multi-phase flow in porous media is an important process which has wide application in the environment, and oil and gas industry. Presence of several phases in a medium and their interactions form the basis of multi-phase flow studies. Considering the fact that what is happening in pore scale (macro scale) in porous media is the result of mechanisms prevailing in micro scale, it is necessary to study displacement processes in pore scale so that the results for larger scales (core , and reservoir) can be deduced. Presently, the multiphase flow behavior in large scales is defined based on Darcy’s equation which includes capillary pressure, relative permeability, and saturation and pressure relationship. Characteristics of fluid displacement processes in the pore scale are necessary for understanding and characterization of displacement behavior in the reservoir scale. Using a microfluidic chip, which represents real porous media, it is possible to have porous media with real dimensions (pore and throat sizes) in 2D. In this study, effect of changes in injection rate, interfacial tension, and viscosity ratio was investigated on displacement dynamic behavior of drainage processes. By analyzing high quality images taken during the experiments, parameters such as total saturation (St), front velocity, surface fractal dimension (Ds), front fractal dimension (Df) were calculated for qualitative and quantitative evaluation of the experiments. It is shown in this study that for a viscosity ratio of one, surface fractal dimension increases and front fractal dimension decreases as dimensionless capillary number increases. Saturation of the wetting phase decreases as surface fractal dimension increases. Moreover, front velocity of the wetting phase increases as interfacial tension decreases. This increase in the front velocity is accompanied by an increase in the surface fractal dimension and a decrease in the front fractal dimension. Increasing the dimensionless capillary number in a constant interfacial tension, also leads to a more stable front of the invading fluid. In small dimensionless capillary numbers, increasing the viscosity ratio does not have a significant effect on the front dynamics. Nevertheless, when the injection rate is increased, which in turn increases the dimensionless capillary number, viscous fingering was observed. This fingering was accompanied by n decrease in the surface fractal dimension and an increase in the front fractal dimension.
