عنوان پایان‌نامه
اصلاح نظریه DLVO به منظور پیش بینی ترشوندگی در محیط متخلخل
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-مهندسی نفت
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TP 220;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1771.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76442;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TP 220;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1771.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شم
- تاریخ دفاع
- ۱۷ خرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- محسن صادقی مقدم
- استاد راهنما
- علیرضا بهرامیان, سیاوش ریاحی
- چکیده
- ترشوندگی نقشی اساسی در تعیین خواص سیستمهای کلوئیدی، زمین شناختی و زیست محیطی ایفا می کند. فهم عوامل کنترل کننده ترشوندگی در بسیاری از علوم مهندسی دارای اهمیت فراوان بوده و کاربردهای بسیاری در ساخت بسیاری از مواد از جمله لغزنده کننده ها، امولسیون ها، پاک کننده ها و جداکننده ها ایفا می نماید. در مهندسی نفت، ترشوندگی سنگ مخزن تاثیر بسزایی در میزان بازیافت اولیه و ثانویه (به خصوص فرایند تزریق آب) از میادین نفتی دارد. معمولا ترشوندگی سنگ مخزن در آزمایشگاه با انجام آزمایشات آنالیز ویژه مغزه (SCAL) و استفاده از روشهای آموت و USBM محاسبه می شود. پیچیدگی بسیار و زمان بر بودن آزمایشات SCAL، هوازدگی و نفوذ گل حفاری در هنگام نمونه گیری و روش آماده سازی نمونه جهت انجام آزمایشات سنگ و سیال به همراه عدم قطعیت های موجود در فرض یکسان بودن ترشوندگی های اندازه گیری شده در آزمایشگاه با ترشوندگی واقعی که در میدان در شرایط مخزن بروز می یابد، همه و همه باعث شده اند تا توجه به درک و فهم اصولی و بنیادی از ترشوندگی مورد توجه دانشمندان و محققان قرار گیرد. لذا در این رساله دو مبحث مختلف پیرامون ترشوندگی بصورت تئوریک و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار خواهند گرفت که در ادامه به توضیح هر یک می پردازیم. در بخش اول، هدف اصلی ارتقا پیش بینی های صورت گرفته از ترشوندگی، زاویه تماس و پارامترهای وابسته با استفاده از روابط تئوریک می باشد. از این رو، مجموعه آزمایشهایی جهت تعیین خواص سطحی سنگ و سیال مانند پتانسیل زتا و کشش سطحی در محیط های آبی متفاوت با pH و غلظتهای مختلف صورت می پذیرد. سپس با استفاده از اطلاعات اندازه گیری شده، فشارهای جدایش بین میان رویه های سنگ/آب و نفت/آب برای هر یک از محیط های آبی محاسبه شده و زاویه تماس و ترشوندگی با استفاده از رابطه لاپلاس- یونگ برآورد می گردد. در مرحله بعد، آزمایشهای چسبندگی و اندازه گیری زاویه تماس در محیط های آبی مختلف انجام شده و نتایج آن به منظور اعتبار سنجی محاسبات، مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به ضعف مدل DLVO در پیش بینی مناسب داده های آزمایشگاهی و به منظور بهبود آن، فاکتورهای موثر در ارتقا پیش بینی مدل شناسایی شده و مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج حاصل از بررسی ها منجر به ارائه مدلی ارتقا یافته از مدل ساده DLVO گردید که با دقت بالایی آزمایشهای ترشوندگی، زاویه تماس و چسبندگی سطحی را پیش بینی می نماید. این مدل به منظور پیش بینی ترشوندگی در نمونه های نفتی دیگر (موجود در مقالات) نیز مورد استفاده قرار گرفت که نتایج بدست آمده بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد. از آنجا که ترشوندگی بر پراکندگی سیال در محیط متخلخل اثر می گذارد لذا تغییر این پارامتر باعث تغییر برخی پارامترهای مهم دیگر در محیط متخلخل از جمله تراوایی نسبی، فشار مویینه، ضریب بازیافت و میزان نفت باقیمانده می گردد. در بخش دوم از رساله، اثر تغییر ترشوندگی بر پتانسیل جریانی مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور، در ابتدا دستگاه اندازه گیری پتانسیل جریانی طراحی و ساخته می شود. سپس آزمایشهای الکتروسینتیک بر روی نمونه های ماسه سنگ آبدوست، نفت دوست و به طور جزئی نفت دوست در محیط های آبی مختلف با pH و غلظتهای نمک متفاوت به طور جداگانه انجام می پذیرد. نتایج آزمایشگاهی حاصله نشان می دهد با تغییر ترشوندگی، ضریب کوپلینگ پتانسیل جریانی و پتانسیل زتای محاسبه شده به طور قابل ملاحظه تغییر می یابد. میزان این تغییرات متناسب با میزان تغییر ترشوندگی نمونه می باشد. این بدین معنی است که با تغییر ترشوندگی در محیط متخلخل از آبدوست به نفت دوست، پتانسیلهای زتای اندازه گیری شده در نمونه سنگی به پتانسیل زتای نفت میل می نماید. آزمایشهای انجام شده در دو غلظت یونی مختلف (0.01 و 0.001 مولار) نشان داد که با توجه به بیشتر بودن کار چسبندگی در سیال آبی با غلظت پایینتر، میزان جابجایی پتانسیل جریانی به سمت پتانسیل سطح نفت پس از گذشت مدت زمان معین در سیال با غلظت پایین تر بیشتر می باشد. علاوه بر این آزمایشها، از مدل دسته لوله ها جهت شبیه سازی تغییر ترشوندگی و بررسی اثر آن بر پتانسیل جریانی استفاده گردید. نتایج حاصله افزایش محسوس در حفرات با ترشوندگی تغییر یافته را نشان می دهد. لذا با توجه به وابستگی پتانسیل جریانی به پارامتر ترشوندگی، می توان از این پارامتر جهت کنترل ترشوندگی نمونه در فرایندهای دینامیک تزریق و کمی سازی آن بهره برد. کلید واژگان: ترشوندگی، نظریه DLVO، زاویه تماس، پتانسیل جریانی، پتانسیل زتای سطح
- Abstract
- Wettability has a key role on determination of characteristics of different colloidal, geological and environmental systems. Proper understanding of wettability is crucial in various branches of engineering and has many applications in lubricants, emulsions, detergents, separators, and also oil recoveries. In the oil industry, wettability is an essential factor in primary and secondary oil recoveries especially in water injection process. Special core analysis tests (SCAL) for determination of the reservoir rocks wettability are expensive and time consuming. Moreover, core samples taken from reservoir encounter aeration and penetration of drilling mud which modify its surface properties. In addition, different handling and preservation procedures lead to different experimental results. Proper mathematical modeling can help us to measure more reliable experimental data. It may also be used to anticipate water film stability for different rocks and crude oils and at various aqueous conditions. Therefore, huge efforts have been carried out to build a fundamental understanding of wettability in oil and gas industries. In this regard, theoretical and experimental investigations are focused on wettability prediction in this desertation. This will be performed in two different parts. In the first part, the main purpose of the project is to improve prediction of wettability, contact angle and related parameters by theoretical relations. Therefore, a set of experiments were designed to measure different physical and electrical properties of oil/water and sand/water interfaces at different pHs and salinities. Zeta potentials of the both interfaces as well as interfacial tensions of oil/water interface have been measured using electrophoresis and Du Nouy ring methods, respectively, at different aqueous solutions. Disjoining pressure (sum of double layer, van der Waals, and structural forces) between the interfaces was calculated for each aqueous solution. Contact angle and wettability of each aqueous solution were calculated using augmented Laplace-Young equation. Adhesion tests and contact angle measurements were used to check the validity of the results. Comparing experimental and predicted values indicated the poor capability of simple DLVO model in prediction of contact angle. We thoroughly investigated different factors and assessed their importance in improving the predicted data. Considering effective factors, a new model was proposed. The results show noticeable enhancements in wettability, contact angle, and adhesion predictions. Since wettability affects the fluid distribution in porous media, it can influence different factor such as relative permeability, capillary pressure, recovery factor and residual oil saturation. In the second part of this project, the effect of wettability alteration on streaming potential was investigated. Therefore, a set of experiments was conducted to determine the zeta potential and streaming potential coupling coefficient of a crystalline granular quartz pack under different wetting conditions. The electrokinetic experiments were performed for the completely water-wet and oil-wet and also partial oil-wet sand packs. The tests were conducted by various aqueous solutions having different pHs and salinities. The results demonstrate that streaming potential measurably changes with the wetting state of the rock surface. When wettability of rock partially changes to the oil-wet, the overall zeta potential and coupling coefficient approach to their values for the completely oil-wet sand particles. The amount of this approach is proportional to the magnitude of wetting transition. Furthermore, bundle-of-tubes (BOT) model was used to simulate the experiments and quantify wetting transitions. The results show reasonable agreement with the experimental data and introduce a new method for monitoring the wettability change of porous media during a dynamic injection process.
