پایان نامه شبیه سازی پدیده ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم های نفت حلال بر اساس فرآیند نفوذ

  • Code: # 31751

  • تعداد صفحات: 107
  • فرمت فایل: word
  • سال: 1391
  • مقطع: کارشناسی ارشد
  • دسته بندی: مهندسی شیمی
قیمت جدید: ۳۵,۰۰۰ تومان
۶۵,۰۰۰ تومان
دانلود
  • خلاصه
  • فهرست
  • خلاصه پایان نامه شبیه سازی پدیده ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم های نفت حلال بر اساس فرآیند نفوذ

    پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی شیمی 

    چکیده

     

    شبیه سازی پدیده­ ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم ­های نفت حلال بر اساس فرآیند نفوذ

     

    یکی از فرآیند­های مطرح در زمینه­ی ازدیاد برداشت از مخازن نفتی، تزریق گاز است. بنابراین دریافتی صحیح از مکانیزم­ها و چگونگی انجام این فرآیندها گامی بزرگ در جهت افزایش بهره­وری از مخازن نفتی به شمار می­آید. در این تحقیق، مکانیزم انتقال جرم در سیستم­های گاز- مایع برای دو هیدروکربن موجود در نفت، در حضور گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن مورد بررسی قرار می­گیرد. از آنجایی که تغییر کشش سطحی دینامیک نتیجه­ی انتقال جرم بین فاز مایع و گاز است، در تحقیق حاضر، دو مدل انتقال جرمی مختلف برای این سیستم­ها بر اساس داده­های کشش سطحی دینامیکی موجود در مرکز ازدیاد برداشت ارائه گردید. با مقایسه­ی نتایج به دست آمده از مدل­ها با نتایج واقعی، مدل انتقال جرمی شامل مقاومت در مرز دو سیال، به عنوان مدل انتقال جرمی صحیح انتخاب و اثر پارامترهای دما، فشار و زمان بر روی ضرایب انتقال جرم مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده، ضریب انتقال جرم در مرز دو سیال با گذشت زمان، کاهش و با افزایش فشار، افزایش می­یابد؛ اما تغییرات این ضریب با دما روند مشخصی ندارد که علت آن اثر متفاوت دو پدیده­ی حلالیت و نفوذپذیری در انتقال جرم می­باشد. به طور کلی در سیستم­هایی که نیتروژن به عنوان فاز گاز به کار رفته باشد، نسبت به سیستم­های شامل دی اکسید کربن، مقاومت انتقال جرمی در مرز دو سیال بیشتر است. علاوه بر این، سیستم­های شامل هپتان، مقامت مرزی کمتری نسبت به سیستم­های حاوی هگزادکان از خود نشان می­دهند.

    مقدمه

     

    مطالات اخیر نشان می­دهد که فرآیند نفوذ مولکولی یک گاز مثل دی اکسید کربن، نقشی اساسی در فرآیندهای استحصال نفتی بازی می­کند. بنابراین مطالعه­ی انتقال جرم در سیستم­های گاز-نفت، در شرایط دمایی و فشاری مخزن ضروری به نظر می­رسد ]4-1[.

    از نظر فیزیکی، فرآیند نفوذ مولکولی گاز در نفت طی سه مرحله صورت می­گیرد. ابتدا گاز تزریقی به سمت مرز گاز-نفت حرکت کرده و سپس در مرز نفوذ می­کند و در نهایت وارد فاز نفتی می­گردد. انتقال جرم گاز در نفت باعث می­شود خصوصیات مرزی بین نفت خام و گاز تزریقی تغییر کند. در گذشته مطالعات زیادی برای تعیین پارامترهای انتقال جرم در  سیستم­های مختلف گاز-نفت ارائه شده است. یکی از این روش­­ها استفاده از تغییر کشش سطحی دینامیکی سیستم است ]5[.

    کشش سطحی در مرز دو سیال، نتیجه­ی انرژی اضافه­ای است که در اثر نیروهای بین مولکولی اشباع نشده در سطح به وجود می­آید ]6[. این پارامتر با روش­های گوناگونی قابل اندازه­گیری است که در فصل دوم به طور کامل در مورد آنها توضیح داده شده است.

    طبق بررسی­های به عمل آمده، کشش سطحی احتمالا مهم­ترین عاملی است که سبب می­شود حدود یک­ سوم نفت درجا، پس از سیلاب­زنی با آب یا رانش با گاز، به صورت غیر قابل استحصال در بیاید ]8[.

    از طرف دیگر مطالعه­ی کشش سطحی در فرآیندهای ازدیاد برداشت به روش سیلاب زنی با حلال اهمیت ویژه­ای می­یابد. یک حلال می تواند با تزریق به مخزن نفت را جا­به­جا کند. این تزریق می­تواند سبب جابجایی امتزاج پذیر (تک فازی) یا امتزاج ناپذیر (دو فازی) گردد ]7[.

    مکانیزم های موثر در جا­به­جایی نفت به وسیله حلال عبارتند:

    استخراج اجزای سبک[1](و حتی متوسط) نفت به وسیله­ی سیال

    کاهش کشش سطحی بین حلال و نفت و کاهش ویسکوزیته نفت از طریق حل شدن حلال در نفت[2]

    3.   متورم شدن نفت از طریق نفوذ حلال درون نفت[3]

    از بین روش­های موجود برای اندازه­گیری کشش سطحی، روش قطره معلق[4]، در دما و فشار بالا کاربرد بیشتری یافته است.

    در این تحقیق، با استفاده از داده ­های آزمایشگاهی کشش سطحی تعادلی و دینامیک، برای سیستم­های گاز- نرمال پارافین، دو نوع مدل انتقال جرمی مختلف بر روی سیستم قطره­ی معلق بررسی، و روشی که نتایج آن منطبق بر نتایج آزمایشگاهی می­شود به عنوان مدل اصلی انتقال جرم معرفی ­گردید. همین طور نحوه­ی تاثیر دما، فشار، زمان و نوع مواد شرکت کننده در فرآیند، روی پروسه­ی انتقال جرم تعیین گردید. 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    فصل دوم

     

     
     

     

     

     

     

    2- مبانی تحقیق

     

     

    در این فصل و فصل بعدی، توضیحاتی در مورد واژه­های کلیدی موجود در عنوان پایان نامه داده خواهد شد. در ابتدا به تعریف کشش سطحی و روش­های اندازه گیری آن می­پردازیم.

     

     

    2-1- کشش سطحی تعادلی و روش­های اندازه گیری آن

     

    در درون یک فاز مایع، مولکول­ها به طور کامل توسط مولکول­های دیگر محاط می­شوند، به طوری که نیروی جذب در همه­ی جهت­ها یکسان است. اما در مرز، نیروهای بین مولکولی از یک جنس نیستند و در نتیجه همدیگر را خنثی نمی­کنند.این بر هم کنش سبب به وجود آمدن نیرویی به سمت داخل می­گردد. این پدیده دقیقا همان عاملی است که سبب می­گردد قطرات کوچک، شکل کروی به خود بگیرند. بنابراین می­توان گفت کشش سطحی[5] عبارت است از تمایل سطح به انقباض، برای حداقل کردن مساحت بین سطحی ]9[.

     

    ABSTRACT

     

    Simulation of dynamic interfacial tension phenomena in oil-solvent systems based on diffusion process

    By:

    Fatemeh Nikkhou

    Gas injection is considered as one of the most important methods among EOR techniques. Therefore, having a good understanding about its mechanisms and details of this process is a vital step to enhance recovery of oil reservoirs. In this study, mass transfer process is simulated for two hydrocarbons in the presence of carbon dioxide and nitrogen. Mass transfer process results in dynamic interfacial tension changes between two phases. Thus, in the thesis, two different mass transfer models were introduced based on dynamic interfacial tension data. Comparison of the obtained results from the models with experimental data showed that mass transfer model including interfacial resistance was considered as the governing mechanism and the effect of temperature, pressure, and time on the interface mass transfer coefficient was examined. According to obtained results, interface mass transfer coefficient decreased by passing the time and increased with temperature, Althougth changes of this coefficient with temperature, did not show any specific trend and this phenomenon was attributed to behavior of diffusion and solubility relative to mass transfer process.

     

    Generally, in systems including nitrogen as gas phase, rather than systems consisting carbon dioxide, had higher interfacial resistance. Moreover, in systems that heptanes acted as liquid phase, interfacial resistance was lower than those in systems consisting hexadecane were.

  • فهرست پایان نامه شبیه سازی پدیده ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم های نفت حلال بر اساس فرآیند نفوذ

    فهرست:

    فصل اول: مقدمه..........................................................................................................................................1

    فصل دوم: مبانی تحقیق.............................................................................................................................4

    2-1- کشش سطحی تعادلی و روش­های اندازه گیری آن.................................................................5

    2-1-1- دسته­ی اول: اندازه گیری با استفاده از یک میکروبالانس..................................................7

    2-1-2- دسته­ی دوم: اندازه گیری فشار مویینگی..............................................................................8

    2-1-3- دسته­ی سوم: آنالیز تعادل بین نیروهای گرانش و موئینه ...............................................9

    2-1-4- دسته­ی چهارم: آنالیز قطره­های منحرف شده بر اثر گرانش ....................................... 10

    2-2- کشش سطحی دینامیک ...........................................................................................................13

     فصل سوم: روش های اندازگیری ضریب نفوذ ................................................................................14

    3-1- روش های اندازه گیری ضریب نفوذ به صورت مستقیم.......................................................16

    3-2- روش های اندازه گیری ضریب نفوذ به صورت غیر مستقیم.........................................16

    3-2-1- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس تغییر حجم گاز ..................................................16

    3-2-2- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس تغییر فشار گاز..........................................................18

    3-2-3- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس آنالیز کشش سطحی تعادلی و دینامیکی...........19

    3-2-4-  اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس شکل قطره­ی معلق................................................22

    3-2-5-  اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس حجم قطره­ی معلق................................................25

    فصل چهارم: مروری بر تحقیقات انجام شده.....................................................................................27

    4-1- پیشینه­ی تحقیق.........................................................................................................................28

    فصل پنجم: انجام کار.............................................................................................................................32

    5-1- قسمت آزمایشگاهی....................................................................................................................33

    5-1-1- مواد به کار رفته  ................................................................................34

    5-1-2- تجهیزات به کار رفته در آزمایش.........................................................................................34

    5-1-3- شرح آزمایش............................................................................................................................35

    5-2- قسمت مدلسازی...........................................................................................................................36

    5-2-1- مدل انتقال جرمی.................................................................................................................. 37 فصل ششم: نتایج......................................................................................................................................44

    6-1- اندازه گیری کشش سطحی دینامیکی.....................................................................................44

    6-2- کشش سطحی تعادلی.................................................................................................................47

    6-3- محاسبه­ی ضریب نفوذ با فرض عدم وجود مقاومت در مرز گاز- مایع..............................52

    6-4- محاسبه­ی ضریب انتقال جرم در مرز گاز- مایع با فرض وجود مقاومت مرزی...............59

    6-5- اثر دما، فشار و زمان روی ضریب انتقال جرم مرزی..............................................................60

    فصل هفتم: نتیجه گیری...................................................................................................................72

    فصل هشتم: پیشنهادات....................................................................................................................75

     منابع.....................................................................................................................................................77

    منبع:

     

    [1]  Stalkup, F. I. “Jr. Miscible Displacement”; Monograph Series; SPE, Vol. 8, 1983.

     

    [2]  Boustani, A., Maini, B. B., “The Role of Diffusion and Convective Dispersion in Vapour Extraction Process”. Journal of Canadian Petroleum Technology. Vol. 40, 68-77, 2001. 

     

    [3]  Bijeljic, B., Muggeridge, A. H., Blunt, M. J., “Multicomponent Mass Transfer across Water Films during Hydrocarbon Gas Injection”. Chemical Engineering Science. Vol. 58, 2377-2388, 2003.

     

    [4]  Hoteit, H., Firoozabadi, A., “Numerical Modeling of Diffusion in Fractured Media for Gas Injection and Recycling Schemes”. Paper SPE 103292 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, TX, September 24-27, 2006.

     

    [5]  Yang, D., Gu, Y., "Determination of diffusion coefficients and inerface mass transfer coefficients of the crude oil-CO2 system by analysis of the dynamic and equilibrium interfacial tensions”.  Industrial and Chemical Research Journal, Vol. 47, 5447-5455, 2008.

     

    [6]  Derlich, L., Fang, Ch; White, C.L. "Measurement of Interfacial Tension in Fluid-Fluid Systems”. Encyclopedia of Surface and Colloid Science. 3152-3165, 2002.

     

    [7]  Baruffet, M. "EOR Course,Module4: Solvent Flooding."PETE609, 2001.

     

    [8]  Gu, Y., Yang, D. “Interfacial Tensions and Visual Interactions of Crude Oil-Brine-CO2 Systems Under Reservoir Conditions”. Paper 2004-083 presented at the Petroleum Society’s 5th Canadian International Petroleum Conference, Calgary, Alberta, Canada, June 8-10, 2004.

     

    [9]  Moules, Carole; Camtel Ltd."The Role Of Interfacial Tension Measurement in Oil Industry."

     

    [10]  Pashley, R. M., Karman, M. E. (2004), Applied Colloid and Surface Chemistry. Austraia: John Wiley & Sons.

     

    [11]  Dopoerala, K., Javadi, A., Kragel, J., Schano, K.H., Kalogianni, E.P., Leser, M.E., Miller, R., “Dynamic Interfacial Tensions of Dietary Oils”. Colloids and Surface: A, Vol: 382, 261-265, 2002.

     

    [12]  Juza, J., “ The Pendant Drop Method of Surface Tension Measurement: Equation Interpolating The Shape Factor Tables For Several Selected Planes”. Czechosloval Journal of physics, Vol: 47, 351-357, 1997.

     

    [13]  Rusanov, A.I., Prokhorov, V.A., “Interfacial Tensiometry”. Elsevier: Amsterdam, 1996.

     

    [14]  Stauffer, C.E., “The measurement of surface tension by the pendent drop technique”. Journal of Physical Chemistry, Vol. 69, 1933-1938, 1965. 

    [15]  Yang, D., Gu, Y., "A new experimental technique for studing gas mass transfer in crude oil by analysis of the measures dynamic and equilibrium interfacial tension." , Proceedings of the SPE Annual Technical Conference, San Antonio, Texas, U.S.A., 24-27 September, 2006.

     

    [16]  Saboorian-Jooybari, H.," A novel methodology for simultaneous estimation of gas diffusivity and solubility in bitumens and heavy oils”. Proceedings of the SPE Heavy Oil Conference Canada, Calgary, Alberta, Canada, 12-14 June 2012.

     

    [17]  Sigmund, P.M., “Prediction of Molecular Diffusion at Reservoir Conditions, Part I. Measurement and Prediction of Binary Dense Gas Diffusion Coefficients”. Journal of Canadian Petroleum, Vol. 15, 48-57, 1976.

     

    [18]  Renner, T. A., "Measurement and Correlation of Diffusion Coefficients for CO2 and Rich Gas Applications”. SPE Reservoir Engineering, Vol. 3, 517-523, 1988.

     

    [19]  Grogan, A.T., Pinczewski, V.W., Ruskauff, G.J., Orr Jr., F.M., “Diffusion of CO2 at reservoir conditions: Models and measurements”. SPE Reservoir Engineering, Vol. 3, 93-102, 1988. 

     

    [20]  Zhang ,Y., Hyndman, C.L. ," Measurement of gas diffusivity in heavy oils". Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 25, 37-47, 2000.

     

    [21]  Civan, F., Rasmussen, M.L., "Determination of gas diffusion and interface-mass-transfer coefficients for quiescent reservoir liquids". SPE Journal, Vol. 11, 71-79, 2006.

     

    [22]  Yang, C., Gu, Y., " New Experimental Method for Measuring Gas Diffusivity in Heavy Oil by the Dynamic Pendant Drop Volume Analysis (DPDVA)”. Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 44, 4474-4483, 2005.

     

    [23]  Yang, C., Gu, Y., "A New Method for Measuring Solvent Diffusivity in Heavy Oil by Dynamic Pendant Drop Shape Analysis (DPDSA)". SPE Journal, Vol. 11, 48- 57, 2006.

     

    [24]  Riazi, M.R., “A New Method for Experimental Measurement of Diffusion Coefficients in reservoir fluids”. Journal of Petroleum Sience and Engineering, Vol. 14, 235-250, 1996.

     

    [25]  Etminan, S.R., Pooladi-Darvish, M., Maini, B., Chen, Z.," Mass diffusion parameters in presence of interface resistance in gas-bitumen systems". Proceedings of the Canadian Unconventional Resources & Internatinal petroleum Conference, Calgary, Alberta, Canada, 19-21 October 2010.

     

    [26]  Upreti, S.R., Mehrotra, A.K., "Experimental measurement of gas diffusivity in bitumen: results of carbon dioxide", Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 39, 1080-1087, 2000.

     

    [27]  Sheikha, H., Pooladi-Darvish, M., Mehrotra, A.K., “Development of Graphical Methods for Estimating the Diffusivity Coefficient of Gases in Bitumen From Pressure-Decay Data”. Fuel & Energy Journal, 19, 2041-2049, 2005. 

     

    [28]  Reamer, H.H., Opfell, J.B., Sage, B.H., "Diffusion Coefficient in Hydrocarbon Systems: Methane-Pentane in Liquid Phase", Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 48, 275-282, 1956.

     

    [29]  Walas S.M., "Modeling with differential equations in chemical engineering", Butterworth-Heinemann serries in chemical engineering, Boston, 1991.

     

    [30]  Civan, F., Rasmussen, M.L., "Accurate Measurement of Gas Diffusivity in Oil and Brine Under reservoir Conditions". Proceedings of the SPE Production and Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, 24–27 March, 2001.

     

    [31]  Civan, F., Rasmussen, M.L.," Improved Measurement of Gas Diffusivity for Miscible Gas Flooding Under Non-Equilibrium Vs. Equilibrium Conditions". Proceedings of the SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium, Tulsa, Oklahoma, 13-17 April, 2002.

     

    [32]  Tharanivasan, A.K., Yang, C., Gu, Y., "Comparison of Three Different Interface Mass Transfer Models Used in The Experimental Measurement of Solvent Diffusivity in Heavy Oil". Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 44, 269-282, 2004.

     

    [33]  Policarpo, N.A., "The study of mass transfer between phases in gas and organic drilling fluid mixtures", Prpceedings of the SPE Annual Technical Conference, San Antonio, Texas, USA, 8-10 October, 2012.

     

    [34]  Yang, C., Gu. Y., “A Novel Experimental Technique for Studing Solvent Mass Transfer and Oil-Swelling Effect in the Vapor Extraction Process, Journal of Canadian Petroleum Technology, Vol. 46, 44-49, 2007.

     

    [35]  Treybal R.E., "Mass transfer operations", "New York: MC Graw Hill", 1990.

     

    [36]  Ayirala, S.C., Rao, D.N., "A New Mechanistic Parachor Model to Predict Dynamic Interfacial Tension and Miscibility in Multicomponent Hydrocarbon Systems". Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 299, 321-331, 2006.

     

    [37]  Ayirala, S.C., Rao, D.N., “Solubility, Miscibility and Their Relation to Interfacial Tension in Ternary Liquid Systems”. Fluid Phase Equilibria, Vol. 249, 82-91, 2006.

     

    [38]  Nobakht, M., Moghadam, S., Gu, Y., "Mutual Interactions Between Crude Oil and CO2 Under Different Pressures". Fluid Phase Equilibria, Vol. 265, 94-103, 2008.

     

    [39]  Zolghadr, A., “Determination of Optimum Gas Injection Conditions in EOR Process by Interfacial Tension Investigation”. M.Sc. thesis, Shiraz university, Shiraz, Iran,2011.

     

    [40]  Zolghadr, A., Escrochi, M., Ayatollahi, Sh., “Temperature and Composition Effect on CO2 Miscible Injection by Interfacial Tension Measurement”. Journal of Chemical Engineering Data, (2013), In Press.

     

    [41]  Saatdjian, E., “Transport phenomena: equations and numerical solutions”. John Wiley & Sons, Chichester, U.K., 2000.

     

    [42]  Matthews, M.A., Rodden, J.B., Akgerman, A. ,"High temperature diffusion of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide in liquid n-Heptane, n-Dodecane, n-Hexadecane". Journal of Chemical Engineering Data, Vol. 32, 319-322, 1987.

     

    [43]  Perry, R.H., Green, D.W., "Perry's chemical engineerer's handbook" , Mc. Graw-Hill, Japan, 1997.

     

    [44]  Nobakht, M., Moghadam, S., Gu, Y., “Determination of CO2 Minimum Miscibility Pressure from Measured and Predicted Equilibrium Interfacial Tensions”. Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 47, 8918-8925, 2008.

     

    [45]  Saad,H., Gulari, E., “Diffusion of Carbon Dioxide in Heptane”. Journal of Physical Chemistry, Vol. 88, 136-139,1983.

     

    [46]  www.elmhurst.edu

     

    [47]  www.Chemwiki.ucdavis.edu

  • ثبت سفارش
    عنوان محصول
    قیمت