Skip to main content
SUPERVISOR
محمد نیکوکار (استاد راهنما) محمدرضا احسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Karami gamasaee
مهدی کرمی گماسائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Modeling of Reactions Kinetics and Study of Effective Mechanisms of In-Situ Combustion Process at Heavy Oil Reservoirs
Heavy oil, as one of the world's hydrocarbon resources, has special characteristics that differentiate it from other instances of oil in the world. Density and viscosity of this oil result in different kind of extraction from other lighter naphtha. Normally this type of oil is immobile. So that in some parts of Canada, where the oil is spread on the surface of the earth, surface drilling machines are used transfer to it to downstream processes. The mobility of the subsurface oil must be increase in order to be extracted. In-situ combustion method is the most important method to extract the heavy oil fields. In this method, some amounts of have oil in the reservoir is burned to increase the temperature of the remained oil. So the viscosity and gravity of the oil are decreased in the way that the mobility is increased. To determine the optimized condition in the in-situ combustion process, it is essential to have synthetic parameters of this reaction such as activation energy, pre _exponential factor and the reaction mechanism as an approximate. Accordingly, various techniques have been proposed. In practice, different reactions occur when burning a fuel mixture which are generally not possible to predict. But it is not too far-fetched to introduce a good way to specify the behavior of the burning. Kissinger method, as a subset of integral method, is widely used in the literature. It is generally used to predict the activation energy of the reaction. However, in this method, it is assumed that the temperature varies linearly with time. While this assumption is valid for gravimetery analyzers, it is not more valid for real systems. In a burning reaction, there may be some exothermic or endothermic reaction which may slant the temperature from the pre estimated temperature. Here we proposed a new method based on the Kissinger method in which the so called assumption was ignored. In this study, the results of new method was compared with those of Kissinger and Vyazokin methods. It was shown that the new method could predict the activation energy extracted from Vyazokin method with a good accuracy. While the Vyazokin method is based on a trail and error procedure, the new method can predict the activation energy explicitly. Master plot method was also used to predict the pre_exponential factor. Eighteen different reaction models were used to enhance the accuracy. Use of CMG simulator and the so described synthetic parameters, a combustion tube was simulated. The mechanism of the reaction was extracted from the literature. The heat of the reactions were estimated to have the best accuracy between the simulated temperature profile and those of experimental data. Key Words: Activation energy, kinetic, modeling, in-situ combustion, heavy oil, combustion tube, Kissinger, Vyazokin
نفت سنگین به عنوان یکی از منابع طبیعی هیدروکربوری در جهان، ویژگی‌های خاصی دارد که آن را از دیگر نمونه‌های نفتی در جهان متمایز ساخته است. گرانروی و دانسیته بالای این نفت باعث شده است که استخراج آن با استخراج نفت‌های سبک‌تر متفاوت باشد. این نوع نفت در حالت معمولی غیر متحرک بوده به طوری که در برخی از مناطق کانادا که این نفت به صورت سطحی وجود دارد، توسط ماشین‌های حفاری سطحی از زمین جدا شده و برای فرآیندهای پائین دستی به سمت کارخانه‌ها منتقل می شود. در مورد مخازن زیر سطحی نفت سنگین لازم است تا تحرک نفت افزایش یابد. مهمترین روش برای استخراج نفت سنگین در این میدان ها، روش احتراق درجا می‌باشد. در این روش، مقداری از نفت سنگین موجود در مخزن سوزانده شده و گرمای ناشی از سوختن باعث کاهش گرانروی و دانسیته نفت شده و در نهایت باعث افزایش تحرک پذیری نفت سنگین خواهد شد. به منظور تعیین شرایط بهینه برای انجام عملیات احتراق درجا [1] لازم است تا پارامترهای سینتیکی این واکنش شامل انرژی فعال سازی، ثابت واکنش و مکانیسم تقریبی واکنش مشخص شوند. بر این اساس، روش های مختلفی پیشنهاد شده است. در عمل واکنش‌های متنوعی در مکانیسم احتراق یک ترکیب نفتی رخ می‌دهد که پیش بینی آنها به طور کلی مقدور نیست. اما ارائه یک روش مناسب که بتواند رفتار سوختن را تا حدودی مشخص سازد، چندان دور از ذهن نیست. یکی از مهم ترین این روشها، روش انتگرالی است که زیرشاخه های متتنوعی دارد. روش کسینجر به عنوان یکی از کاربردی ترین این روشها در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته است. این روش عمدتاً برای محاسبه انرژی فعال سازی به کار می‌رود. یکی از مهم ترین فرض های انجام شده در این روش، تغییرات خطی دما برحسب زمان است. این فرض عملاً برای سیستم های واقعی دقیق نبوده و دما بنا به شرایط گرمادهی یا گرماگیری واکنش ممکن است پیش بینی‌های خطی اولیه را نقض کند. در این پژوهش بر مبنای روش انتگرالی، فرمولاسیون جدیدی ارائه شده است که می‌تواند تغییرات غیر خطی این پارامتر را بنابه شرایط عملیاتی در نظر بگیرد. در این پژوهش، نتایج حاصل از این روش با روشهای کسینجر و ویازوکین مقایسه شده است. به این منظور نمونه‌های نفتی مختلفی از مراجع استخراج شد. سوختن این نمونه‌ها در دستگاه وزن سنجی حرارتی (TGA) و نیز لوله سینتیکی به همراه نمونه هایی از سنگ مخزن مورد مطالعه قرار گرفت. بر خلاف روش ویازوکین که روشی زمانبر و مبتنی بر حدس و خطا بوده و نیازمند حدس‌های اولیه مناسب است، روش حاضر صریح بوده و بدون نیاز به حدس اولیه می تواند مانند روش کسینجر مورد استفاده قرار بگیرد. علاوه بر آن استفاده از روش جدید نسبت به روش کسینجر تطابق مناسب تری با مدل ویازوکین دارد. در این پژوهش از روش Master Plot برای محاسبه ثابت واکنش به کمک مدل‌های مختلف واکنشی استفاده شده است. همچنین مکانیسم واکنش احتراق از نتایج آزمایش‌های تکمیلی موجود در مراجع استخراج شده است. همچنین با استفاده از نرم افزار CMG و اطلاعات سینتیکی بدست آمده در این پژوهش، شبیه سازی یک لوله احتراق انجام شده است. به منظور همخوانی داده‌های شبیه سازی شده با اطلاعات تجربی دما، آنتالپی به عنوان پارامتر آزاد در نظر گرفته شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی