Skip to main content
SUPERVISOR
محمد نیکوکار (استاد مشاور) محمدرضا احسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Gholamian
حسین غلامیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Modeling effect of Molecular diffusion and gravity drainage on oil recovery in naturally fractured reservoirs
: Gas injection in naturally fractured reservoirs for improving oil recovery is applicable for a long time. Gas injection maintains the reservoir pressure, and increases oil recovery by gravity drainage and to a lesser extent by mass transfer between the flowing gas in the fracture and the porous matrix or by evaporating middle or heavy components. Because injected gas isn’t in equilibrium with reservoir oil at first, contact between phases causes mass transfer and change properties of two phases. When gas injected into an unsaturated reservoir, gas entered into the matrix and fracture system. At first, the oil of fracture displaced and then oil of matrix contact with gas. Gas components, diffuse into the fracture and vice versa. This action, swell oil and displace oil from matrix to out of that. Effect of gas dissolvation in oil recovery is related to gas-oil system properties, mas transfer rate by diffusion, effective diffusion length and matrix- fracture contact surface. Although gravity drainage has been studied extensively, there has been limited research on mass-transfer mechanisms between the gas flowing in the fracture and fluids in the porous matrix. This dissertation presents a mathematical model which describes the mass transfer between a gas flowing in a fracture and a horizontal matrix block. The model accounts for diffusion and convection mechanisms in both gas and liquid phases in the porous matrix. The injected gas diffuses into the porous matrix through gas and liquid phases causing the vaporization of oil in the porous matrix which is traorted by convection and diffusion to the gas flowing in the fracture. Then numerical model is discretized with IMPESC (Implicit Pressure Explicit Saturation Composition) method. The mathematical model was validated by comparing calculations to two sets of experimental data reported in the literature (Morel et. al. and Le Romancer et. al.), one involving nitrogen flow in the fracture and the second with carbon dioxide flow. The matrix was a chalk. The resident fluid in the porous matrix was a mixture of methane and pentane. In the nitrogen injection experiments, liquid and vapor phases were initially present, while in the carbon dioxide experiment the matrix was saturated with a liquid phase. Calculated results match the experimental data, including recovery of each component, saturation profile, and pressure gradient between matrix and fracture. Finally, after solving the equation revealed that recovery of light component is more than heavy component. In addition, convection doesn’t have very important role in recovery of each component while diffusion is dominant mechanism in recovery of components. With passing the time, maximum saturation percentage decreased and more gas come out from porous matrix and with precession of nitrogen in length of core, because of porous media in core, gas moves towards end of core. Also the simulation shows that convection has very important role in preventing pressure drop during injection. The simulation revealed the presence of countercurrent flow inside the block. Diffusion was the main mass-transfer mechanism between matrix and fracture during nitrogen injection. In the carbon dioxide experiment, diffusion and convection were both important. Key words: Fractured reservoir, Matrix, Fracture, Core, Diffusion, Convection, Gravity drainage
:تزریق گاز در یک مخزن شکافدار طبیعی، به منظور افزایش بازیابی نفت زمان زیادی است که کاربرد دارد . تزریق گاز، باعث حفظ فشار مخزن می شود و بوسیله ریزش ثقلی و در مقیاس کمتر، بوسیله انتقال جرم بین گاز جاری در شکاف و ماتریس متخلخل و یا تبخیر اجزاء میانی یا سنگین نفت، بازیابی اولیه مخزن را افزایش می دهد. به دلیل اینکه گاز تزریقی در ابتدا در تعادل با نفت مخزن نمی باشد، تماس بین فازها باعث انتقال جرم می شود بنابراین خواص دو فاز تغییر می کند. زمانیکه گاز به یک مخزن شکافدار اشباع نشده تزریق می شود، گاز، وارد سیستم شکاف و ماتریس می شود. نفت داخل شکاف ابتدا جابجا شده و سپس نفت ماتریس با گاز تماس پیدا خواهد کرد. اجزاء گاز ممکن است به داخل شکاف نفوذ کنند و برعکس. این عمل باعث تورم نفت شده و نفت به خارج ماتریس جابجا می شود. اثر حل شدن گاز در بازیابی نفت، به خواص سیستم گاز - نفت ، نرخ انتقال جرم بوسیله نفوذ ، طول نفوذ موثر و سطح تماس بین شکاف و ماتریس بستگی دارد. اگرچه ریزش ثقلی به صورت گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است، تحقیقات محدودی بر مکانیزم های انتقال جرم بین گاز جاری در شکاف و سیالات داخل ماتریس متخلخل انجام گرفته است.در این پژوهش، یک مدل ریاضی برای انتقال جرم بین یک گاز جاری در یک شکاف و سیال باقی مانده در بلوک ماتریس افقی توسعه داده شده است. مدل ارائه شده، مکانیزم های نفوذ و جابجایی در هر دو فاز گاز و مایع در ماتریس متخلخل را در بر می گیرد. گاز تزریقی داخل ماتریس متخلخل از میان فاز گاز و مایع باعث تبخیر نفت در ماتریس متخلخل شده که بوسیله جابجایی و نفوذ به گاز جاری در شکاف منتقل می شود. سپس مدل عددی معادله حاصل با استفاده از روش IMPESC (Implicit Pressure Explicit Saturation Composition) گسسته شده است. مدل ریاضی با نمونه داده های آزمایشگاهی معتبر (مورل و همکاران ، لرومنسر و همکاران) که در اولین نمونه، نیتروژن و در دیگری جریان دی اکسید کربن در داخل شکاف تزریق شده است مورد مقایسه گرفته است. ماتریس آهکی می باشد و سیال باقی مانده داخل ماتریس، مخلوطی از متان و پنتان می باشد. در آزمایش تزریق نیتروژن، در ابتدا فازهای مایع و بخار موجود بودند در حالیکه در آزمایش کربن دی اکسید، ماتریس با فاز مایع اشباع شده بود. نتایج محاسبه شده با داده های آزمایشگاهی شامل بازیابی هر جزء، پروفایل های اشباع و گرادیان فشار بین ماتریس و شکاف تطابق داشتند. در نهایت پس از حل معادلات، مشخص شد که بازیابی اجزاء سبک بیشتر از اجزاء سنگین است. پس از 25 روز از آغاز عملیات تزریق نیتروژن، جزء سبکتر در حدود 50 درصد و جزء سنگین تر در حدود 40 درصد بازیابی داشته است. همچنین معلوم شد که جابجایی نقش زیادی در میزان بازیابی اجزاء ندارد و نفوذ، مکانیزم غالب بازیابی می باشد. با افزایش زمان تزریق نیتروژن داخل مغزه، ماکزیمم درصد اشباع گاز داخل مغزه کاهش می یابد و گاز بیشتری از داخل منافذ مغزه خارج می گردد. ماکزیمم درصد اشباع پس از 4 روز، در حدود 65 درصد و در پایان روز 16 ، در حدود 45 درصد می شود. هرچه به انتهای مغزه پیش می رویم درصد اشباع بیشتر است. این بدان معنی است که نیتروژن نتوانسته است تا انتهای مغزه پیش روی کند. با حرکت نیتروژن در طول مغزه، به دلیل منافذ و خلل و فرج داخل مغزه، گازها به سمت انتهای مغزه حرکت می کنند و در آنجا تجمع می کنند و درصد اشباع گاز در قسمت های انتهایی مغزه افزایش می یابد. همچنین مشخص شد که مکانیزم جابجایی تأثیر زیادی در جلوگیری از افت فشار مخزن در طول عملیات تزریق دارد. در عملیات تزریق نیتروژن، بدون در نظر گرفتن جابجایی، پس از 30 روز، فشار ماتریس ازPsi1479 بهPsi1320 می رسد اما با در نظر گرفتن جابجایی ، پس از 30 روز ، فشار از Psi1479 به Psi1473 می رسد. شبیه سازی نشان داد که یک جریان مخالف جهت داخل بلوک وجود دارد. نفوذ مهمترین مکانیزم انتقال جرم بین ماتریس و شکاف در طول تزریق نیتروژن بود. در آزمایش کربن دی اکسید، نفوذ و جابجایی هر دو مهم بودند. .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی