آسفالتین سنگین ترین جزء نفت می باشد که در حالت عادی در نفت به صورت حل شده وپایدار وجود دارد. با تغییر شرایط ترمودینامیکی یا هیدرودینامیکی ممکن است آسفالتین از نفت جدا شده و در مخزن، نزدیکی دهانه چاه، ستون چاه، خطوط لوله انتقال نفت و یا تاسیسات رو زمینی رسوب کند. یکی از مهم ترین صدمات ناشی از رسوب آسفالتین در مخزن کاهش تراوایی می باشد. همچنین ته نشین شدن آسفالتین درستون چاه باعث کاهش تدریجی تولید از چاه شده و در نهایت با بستن مسیر جریان نفت، باعث توقف کامل تولید می گردد. با توجه به مشکل ناشی از آسفالتین در بسیاری از مخازن نفتی ایران و سایر نقاط، ضرورت بررسی و شناخت مکانیسم صدمات ناشی از رسوب آسفالتین درون سنگ مخزن،ستون چاه و تأثیر آن بر روند تولید اهمیت ویژه ای می یابد. تا کنون مطالعات فراوانی بر روی شناخت ساختار، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آسفالتین انجام شده است. اما در بحث رسوب آسفالتین در سیستم های جریانی مطالعات اندکی انجام شده، به طوری که در برخی موارد پاسخ درستی برای حل این مسئله ارائه نشده است. در این پروژه سینتیک رسوب آسفالتین مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور دستگاهی ساخته شده تا بتوان شرایط خطوط جریانی را شبیه سازی کرد. ازروش های گرمایی و شستشو برای اندازه گیری مقدار رسوب تشکیل شده داخل لوله استفاده شده است. تأثیر پارامترهایی مانند سرعت، دما، نوع نفت، غلظت و ... بر روی نرخ رسوب مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که افزایش سرعت، کاهش غلظت آسفالتین نفت و کاهش دمای سطح موجب کاهش نرخ رسوب روی دیواره در هر دو رژیم آرام و متلاطم می شود. بعلاوه افزایش سورفکتانت به نفت سبب کاهش نرخ رسوب می شود. همچنین با افزایش دمای نفت کاهشکمی در نرخ رسوب مشاهده گردید. تأثیر پایداری نفت نشان داد که نرخ رسوب برای نفتی که در ناحیه ناپایدار قرار دارد بیشتر است. همچنین برای پیش بینی رسوب آسفالتین در خطوط جریانی دو رابطه نیمه تجربی ارائه شد. رابطه سینتیکی رسوب آسفالتین بدست آمده را می توانبرایشبیه سازی هیدرودینامیکی در ستون چاه و خطوط جریان نیز مورد استفاده قرار داد.

هدف اصلی این پژوهش، ساخت بازدارنده های نانوساختار کلسیم-فسفونات و بررسی عملکرد بازدارندگی آن ها در جلوگیری از تشکیل رسوبات معدنی در توده محلول و نیز روی سطوح فلزی در معرض جریان شورابه های فوق اشباع است. در بخش آزمایشگاهی، کار در سه بخش انجام شده است: (1) ساخت نانوذرات کلسیم- فسفونات، (2) بررسی نقش بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم در محلول و (3) مطالعه اثر بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در کاهش نشست رسوب روی سطح فلزی در معرض محلول فوق اشباع کربنات کلسیم. در بخش مدل سازی، شبیه سازی فرایند انتقال نانوذرات بازدارنده در محیط متخلخل مورد مطالعه قرار گرفته است. در فرایند ساخت، سه نانوذره ca-dtpmp، ca-bhpmp و ca-dequest 2054 در حضور عامل فعال سطحی ctab به روش رسوب دهی تولید شدند. اثر پارامترهای ph، غلظت کلسیم، dtpmp و ctab و اثر فراصوت در فرایند ساخت ca-dtpmp مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه های ca-dtpmp در محدوده وسیعی از ph به شکل ذرات کروی تولید می-شوند. با افزایش ph، اندازه میانگین ذرات به کمتر از nm 100 کاهش یافته، به هم چسبیدگی ذرات شدیدا کم می شود و توزیع اندازه یکنواخت تری به دست می آید. اثر غلظت کلسیم، ctab و dtpmp به طور جداگانه و به طور ترکیب نسبت مولی مطالعه شد. با انتخاب نسبت غلظت ها در محدوده 55/0 > ctab/ca> 21/0، نانوذراتی با کیفیت بالاتر تولید می شود. با افزایش نسبت مولیca/dtpmp ، نانوذرات ریز تر با پراکندگی بیشتر به دست آمد. بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم در محلول با اندازه گیری غلظت یون کلسیم در محلول به روش اندازه گیری مستقیم الکتروشیمیایی توسط یون متر با استفاده از الکترود انتخابگر یون کلسیم و نیز اندازه-گیری مستقیم ph محلول بر حسب زمان بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد که در حضور بازدارنده های nano-ca-dtpmp، رسوب دهی به شدت به تأخیر افتاده و کاهش می یابد. تصاویر fesem رسوبات تشکیل شده نشان داد که این نانوذرات از طریق ایجاد نقص های در شبکه و تغییر شکل بلوری عمل می کنند. مقایسه عملکرد سه نوع بازدارنده nano-ca-dtpmp، nano-ca-bhpmp و nano-ca-dequest 2054 نشان داد که nano-ca-dequest 2054 درصد بازدارندگی بیشتری را نسبت به دو نوع دیگر دارا است. بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در رسوب دهی کربنات کلسیم روی سطح فلزی به روش الکترود دیسک گردان مورد بررسی قرار گرفت. میزان درصد پوشش سطح توسط رسوب به روش آنالیز الکتروشیمیایی تعیین گردید. نتایج نشان داد که نانوذرات بازدارنده میزان پوشش سطح را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در مقایسه عملکرد انواع بازدارنده ها، بازدارنده های میکروساختار ca-dtpmp و dtpmp تجاری عملکرد به شدت ضعیف تری نسبت به بازدارنده نانوساختار نشان دادند. مقایسه عملکرد سه نوع نانوذره nano-ca-dtpmp، nano-ca-bhpmp و nano-ca-dequest 2054 عملکرد تقریبا مشابه و نزدیک به هم را برای دو بازدارنده nano-ca-dtpmp و nano-ca-dequest 2054 نشان داد در حالی که nano-ca-bhpmp به نحو موثرتری میزان پوشش سطح را کاهش داده است. بررسی اثر دما و فشار نشان می دهد که افزایش دما موجب افزایش میزان رسوب تشکیل شده روی سطح و افزایش فشار موجب کاهش آن می شود. در مطالعات شبیه سازی، انتقال نانوذرات ca-dtpmp در محیط متخلخل شبیه سازی شد. هندسه محیط متخلخل به صورت بستری از ذرات کروی صلب غیرمتداخل تولید شده و اعتبارسنجی با مقایسه افت فشار محاسبه شده با روابط موجود بررسی و تأیید شد. اثر پارامترهای سرعت و جزء حجمی نانوذرات در ورودی بستر و اندازه نانوذرات بر انتقال نانوسیال آب/نانوذرات ca-dtpmp در محیط متخلخل بررسی شد. مطالعه اثر پارامترها به روش تاگوچی با در نظر گرفتن پارامتر ترکیبی زمان نفوذ و غلظت نانوذرات در نیمه بستر به عنوان پاسخ انجام شد. نتایج نشان داد که سرعت ورودی بیشترین تأثیر را در انتقال و پخش نانوذرات در بستر دارد. طراحی شرایط بهینه با استفاده از روش تاگوچی انتخاب پارامترهای سرعت و جزء حجمی ورودی را در مقدار بیشینه و قطر نانوذرات را در اندازه های کم برای افزایش پراکندگی و انتقال سریع تر نانوذرات در طول بستر نشان داد.

نانو سیالات از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی که به عنوان سیال پایه برای پخش شدن نانو ذرات در آن به کار می¬روند، به دست می¬آیند. در سال های اخیر با پیشرفت علم نانو، استفاده از نانو ذرات در بخش¬های مختلف صنعت نفت موردتوجه قرارگرفته است. به کمک نانو سیالات می¬توان جدایش نفت و گاز در داخل مخزن را تسهیل نمود و میزان برداشت نفت را نسبت به روش¬های فعلی افزایش داد. با افزودن نانو ذرات به یک سیال خواص آن از قبیل چگالی، گرانروی، هدایت حرارتی و گرمای مخصوص را می¬توان به حالت بهینه تنظیم کرد. دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) یکی از روش¬های قدرتمند محاسباتی است که در سالیان اخیر مورد توجه دانشمندان و مهندسان قرارگرفته است. توانایی شبیه¬سازی در مطالعه¬ی شرایط ویژه و بحرانی، کم کردن زمان و قیمت هنگام طراحی¬ تجهیزات و به دست آوردن اطلاعات کامل و جزئیات دقیق از سامانه مورد بررسی از مزایای cfd نسبت به روش¬های آزمایشگاهی است. لذا هدف اصلی در این پژوهش، شبیه سازی فرایند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از نانو ذرات و مطالعه و بررسی پارامترهای موثر بر این فرایند است. این پژوهش به سه بخش تقسیم می¬شود، در بخش اول هدف به دست آوردن یک مدل مناسب است که نتایج سیلابزنی در آن نزدیک به نتایج واقعی سیلابزنی در مخزن باشد و فرایندهای گیرافتادگی و انگشتی شدن را بتوان به خوبی در آن موردمطالعه قرار داد. به همین منظور هفت مدل با الگوهای متفاوت تولید و سیلابزنی نانو سیال در آن ها انجام شد. با بررسی نتایج کلی و مقایسه همه¬ی مدل¬های تولیدی با یکدیگر، مدل تولیدشده بر اساس الگوی پخش تصادفی خلل و فرج در مدل به عنوان الگوی مناسب برای انجام شبیه¬سازی تزریق نانو سیال انتخاب شد. در بخش دوم به دست آوردن یک روش حل دقیق در نرم افزار فلوئنت و انتخاب یک مدل چند فازی مناسب برای شبیه سازی فرایند تزریق نانو سیال هدف اصلی است. درنهایت مدل مخلوط به عنوان مدل چند فازی برای حل مسئله انتخاب شد. در بخش آخر به منظور به دست آوردن مقادیر بهینه هر یک از پارامترهای موثر بر فرایند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از نانو ذرات، طراحی آزمایش به کمک نرم¬افزار design expert و روش فاکتوریل کامل انجام شد. در این بخش چهار پارامتر نوع نانوذره (نانو ذرات خاک رسی، تیتانیوم اکسید و سیلیکا)، نوع سیال پایه (آب، الکل، آب سازندی)، قطر نانوذره (از 2 تا 50 نانومتر) و جزء حجمی نانو ذرات در سیال پایه (از 5/0 تا 5 درصد حجمی) به عنوان پارامترهای موثر بر فرایند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از نانو ذرات انتخاب شدند. با استفاده از نتایج به دست آمده از شبیه¬سازی، مشاهده شد که نانو ذرات خاک رسی نسبت به نانو ذرات تیتانیوم اکسید و سیلیکا و آب سازندی نسبت به آب و الکل، تأثیر بیشتری بر روی افزایش ضریب برداشت نفت دارند. همچنین هرچقدر قطر نانو ذرات کمتر (نزدیک به مقدار 2 نانو¬متر) و جزء حجمی نانو ذرات در سیال پایه بیشتر باشد (نزدیک به 5 درصد حجمی)، ضریب برداشت نفت افزایش بیشتری خواهد داشت. در نهایت بیشترین ضریب برداشت نفت (%34/57) با اسفاده از نانوذرات خاک رسی به قطر 2 نانومتر و جزء حجمی 5% در آب سازندی بدست آمد.

در این پژوهش هدف اصلی بررسی کارایی نانوذرات در فرایند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از سیالات پایه مختلف امتزاج پذیر و امتزاج ناپذیر با نفت است. طبق جدول طراحی آزمایش سیال پایه در چهار سطح، نانوذره در دو سطح (سیلیکا-خاک رس) و درصد وزنی نانوذرات در سه سطح (صفر، سه و پنج درصد) مورد بررسی قرار گرفتند. با استفاده از نتایج آزمایش های طراحی شده مشاهده شد که افزودن نانوذرات منجر به افزایش برداشت نفت شده و پس از 3 درصد وزنی غلظت نانوذره شیب افزایش برداشت کاهش می یابد. سیالات امتزاج پذیر با نفت به همراه نانوذره سیلیکا به مقدار قابل توجهی برداشت نفت را افزایش دادند و می توانند گزینه های مناسبی برای ازدیاد برداشت نفت سنگین باشند.