Skip to main content
SUPERVISOR
محمد نیکوکار (استاد مشاور) محمدرضا احسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mojgan Ebrahiminejadhasanabadi
مژگان ابراهیمی نژادحسن آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Mathematical Modeling of Imbibition Process in Fractured Heavy Oil Reservoirs
A lot of researches have beendone to increase production of heavy oil and improve EOR methods, Because of increasing global oil demand, declining production of light oil reservoirs and increasing oil prices in recent years. Fractured hydrocarbon reservoirs are more than 20 percent of the world’s oil reservoirs so researchers are examining fractured reservoirs for more oil production. There are several mechanisms for crude oil recovery from the fractured reservoirs that the Spontaneous imbibition of water into the matrix blocks is the most important mechanism for reservoirs with low permeability. This project presented a numerical modeling of spontaneous imbibition process when water was imbibed by capillary forces into an oil saturated cube core for studying effect of capillary forces, oil and water relative permeabilities and viscosity. In this modeling, we assumed that imbibition process was a diffusion process, gravity forces were neglectedand capillary diffusivity coefficient (CDC) was a function of water saturation. Finite difference implicit method was used to solve the spontaneous and counter-current imbibition equations and finally imbibition process was simulated using MATLAB program. Accuracy of the modeling was investigated with comparison of the modeling results and the experimental data. After validation,the proposed model was used for studying the effect of capillary pressure, water and oil relative permeabilities and viscosity on the oil recovery. In order to examine the effect of capillary pressure, three different capillary pressures were used with multiplication in order of 0.1, 1 and 10 to the matching result of capillary pressure. Capillary pressure was driving force in the spontaneous imbibition process, thus, oil recovery was increased with increasing the capillary pressure.In order to examine the effect of relative permeability on oil recovery, three cases of oil and water relative permeabilities curves were used. Oil recovery was increased with increasing the oil and water permeabilities significantly but the effect of oil permeability was less. In order to examine the effect of viscosity, the oil recover curves for three different oil viscosities and three different water viscosities were plotted. Oil recovery was increased with decreasing the oil and water viscosity, but the effect of oil viscosity was less.In order to investigate the sensitivity of gravity on imbibition rate, the vertical cube core was modeled by proposed numerical method. The capillary and gravity forces were driving forces of water imbibition, but each of these forces could act as dominant force to control the imbibition rate. According to the matrix property and the position of the matrix and the fracture, the dominant force was determined.Increasing the height of core increased the effect of gravity and decreased the effect of capillary forces. Neglecting the gravity force caused a lot of error in predicting the oil recovery from high reservoirs by imbibition process.This project also presented a numerical modeling of imbibition phenomenon into an oil saturated cylindrical core for studying effect of boundary condition and shape factor on spontaneous imbibition. By using the proposed model, the most effective boundary condition for achieving the maximum oil recovery could be determined. The oil recovery was increased with increasing the permeable surfaces in contact with water. Keywords: mathematical modeling of fractured reservoirs, spontaneous imbibition, counter-current imbibition, capillary diffusivity coefficient, spontaneous imbibition up scaling
بهعلتافزایشتقاضایجهانینفت،کاهشتولیدازمخازننفتسبکوافرایشقیمتنفت، در سال های اخیر پژوهش های بسیاری در جهت افزایش تولید از مخازن نفت سنگین و بهبود روش های ازدیاد برداشت انجام شده است. از آنجایی که مخازنهیدروکربنیشکافداربیشاز 20 درصدازذخایرنفتیدنیاراتشکیلمی دهند، محققین برا ی تولید هر چه بیشتر نفت مخازن شکافدار را مورد بررسی قرار می دهند. چندینمکانیسمدربازیافتنفتازمخازنشکافدارطبیعیوجودداردکهفرایندآشامخودبه خودیمهم ترینفرایندبازیافتنفتازمخازنباعبورپذیریکمماتریساست.مخازنشکافداربهواسطه یشکاف هایطبیعیموجوددرآن،سطحوسیعیجهتتماسآببامحیطمتخلخلراایجادمی کند. بنابر این فرایندآشامکهتابعسطحتماسبینفازنفوذکنندهوماتریسسنگمی باشدبهعنوانبهترینمکانیزمجهتبازیافتنفتدراین گونهمخازنمی باشد. هدف از این پروژه مطالعه ی فرایند خودبه خودی و استاتیک آشام و بررسی پارامترهای موثر بر این فرایند بوده است.نخست فرایند آشام خودبه خودی در یک مغزه ی مکعبی شکل که از همه ی وجوه آن انتقال جرم وجود داشته، مدلسازی شده است. شیوه ی انتخاب شده، مدلسازی فرایند آشام به عنوان یک فرایند نفوذی بود که ضریب نفوذ مویینگی وابسته به اشباع آب است. معادلات حاصل به کمک روش عددی تفاضل محدود و با استفاده از نرم افزار مطلب حل شدند. سپس نتایج عددی بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود در مقالات مقایسه شده اند تا اعتبار روش پیشنهاد شده تایید گردد. در ادامه با استفاده از روش عددی پیشهاد شده به بررسی تاثیر فشار مویینگی، تراوایی، ویسکوزیته و گراویتی بر میزان بازیافت نفت از فرایند آشام پرداخته شده است. از آنجایی که فشار مویینگی نیروی محرکه ی فرایندآشام بود با تغییر دادن آن میزان بازیافت نفت به مقدار قابل توجهی تغییر کرد. با 10 برابر شدن نیروهای مویینگی سرعت بازیافت به همین میزان زیاد شده است. تغییر تراوایی و ویسکوزیته ی آب به مقدار بیشتری نسبت به تراوایی و ویسکوزیته ی نفت، بر بازیافت نفت تاثیر گذار بود، به عنوان مثال با یک دهم برابر کردن ویسکوزیته ی آب، زمان رسیدن به ماکزیمم بازیافت یک چهارم شده است.در حالی که با تغییر ویسکوزیته ی نفت به همین مقدار زمان رسیدن به ماکزیمم میزان برداشت سه چهارم زمان اولیه بود. گراویتی در ماتریس هایی که ارتفاع زیاد داشتند، به عنوان نیروی محرکه ی فرایندآشام تاثیر گذار بود. با افزایش ارتفاع نمونه اثر گراویتی از اثر نیروهای مویینگی بیشتر شده است و در نمونه هایی با ارتفاع زیادتر اثر نیروهای مویینگی قابل صرف نظر کردن بود. بنابراین در مقیاس بندی داده های آزمایشگاهی به ابعاد میدانی، در شرایط مرزی خاص، صرف نظر کردن از نیروهای گراویتی باعث ایجاد خطای قابل توجهی در تخمین میزان بازیافت نفت از فرایندآشام شده است. به منظور بررسی اثر شرایط مرزی مختلف بر روند میزان بازیافت نفت از فرایند آشام، مدل سازی این فرایند در مغزه های استوانه ای نیز انجام شده است. به طور کلی با افزایش سطوح نفوذپذیر میزان بازیافت نفت از فرایند آشام افزایش یافته است، ولی تاثیر هر سطح نفوذپذیر بر میزان بازیافت نفت به اندازه های مغزه بستگی داشت و در ماتریس هایی با اندازه ی خاص اضافه کردن یک وجه نفوذپذیر تغییر قابل توجهی در میزان بازیافت نفت ایجاد نکرد. کلمات کلیدی : مدل سازی ریاضی مخازن شکافدار ، آشام متقابل،آشام موئینه، ضریب نفوذ مویینگی، مقیاس بندی به ابعاد میدانی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی