تعیین مشخصه های نانو تخلل در سنگ مخزن و خاک

نتایج آزمایشات و تحقیقات انجام گرفته در ایتالیا و آمریکا بر روی مواد متخلخل از جمله خاک و سنگ مخزن، به عنوان دو محیط متخلخل طبیعی، وجود نانوحفره در این محیط ها را اثبات کرده اند. با توجه به تاثیر عمده ی نانو حفره ها بر شارش شاره در محیط متخلخل، از قبیل به دام افتادن شاره در نانوحفره که نقش بسزایی در میزان بازدهی مخازن در فرآیند استخراج نفت دارد، ما نیز بر آن شدیم که تحقیقی در این زمینه بر روی خاک و سنگ های مخزنی کشورمان انجام دهیم. خوشبختانه امکانات لازم برای انجام آزمایشات تخلخل سنجی فراهم شد و این آزمایشات پرهزینه به دو روش تخلخل سنجی بوسیله ی روش صفحه ی متخلخل و روش سانتریفوژ در آزمایشگاه مجهز آنالیز مغزه در انستیتو مهندسی نفت دانشگاه تهران انجام گرفت. نتایج حاصل از این تحقیقات وجود نانوحفره در سنگ و خاک مخزنی تحت بررسی را به اثبات رساند که نقش بسزایی در شارش شاره در این محیط های متخلخل ایفا می کند. این نتایج بدست آمده همچنین برای مطالعات بعدی در زمینه ی شارش شاره در نانوحفره ها مفید می باشد. در این تحقیق سه نمونه سنگ از مخازن نفت بوسیله ی آزمایشات تخلخل سنجی مورد بررسی واقع شده اند. روش های مورد استفاده، تخلخل سنجی بوسیله ی شارش شاره در محیط و استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem) می باشند. در آزمایشات تخلخل سنجی از نفت به عنوان شاره ی ترناکننده و از آب نمک به عنوان شاره ی ترکننده استفاده شده است. سپس به کمک رابطه ی لاپلاس، شعاع حفره های نمونه محاسبه شده و با شعاع های بدست آمده از تصاویر sem مقایسه شده است.در نمونه ی شماره یک که یک سنگ مخزن ماسه ای است، از روش صفحه ی متخلخل استفاده شده که در آن رژیم شارش ناپایا-تعادلی و زمان آزمایش طولانی(حدود45 روز) می باشد. به کمک این آزمایش که در دستگاه کپری صورت گرفته، کوچکترین شعاع حفره ای محاسبه شده 137 نانومتر می باشد. دستگاه اندازه گیری فشار مویینگی،کپری، در حداکثر دمای 175 درجه ی سانتیگراد و حداکثر فشار کار می کند. این دستگاه به منظور تعیین منحنی های فشار مویینه طراحی شده است. با توجه به قابلیت دستگاه برای اعمال فشارهای بالا، طبق معادله ی لاپلاس مشاهده می شود که با این فشار، تا حفره های حدود صفر نانومتر را می توان مشخص کرد. اما لازم به ذکر است که شاره در برخی حفره ها بنا به دلایلی که ذکر می شود، قادر به نفوذ نمی باشد. سیستم مذکور قادر به انجام آزمایشات با استفاده از نفت زنده و نیز نفت تصفیه شده بوده و مقادیر فشار مویینه را به صورت مستقیم اندازه گیری می کند. در این دستگاه با استفاده از غشاهای نیمه تراوا در برابر سیالات، امکان دستیابی به اشباع ثابت در طول مغزه ها میسر بوده و اندازه گیری مستقیم مقادیر واقعی مقدور می باشد. این سیستم به صورت تمام اتوماتیک و بدون جیوه بوده و قادر به انجام آزمایشات به طور همزمان بر روی چندین نمونه مغزه می باشد. وجود این دستگاه در کشورمان بسیار ارزشمند بوده و راه را برای تحقیقاتی از این قبیل که نقش مهمی در صنعت نفت دارند، را هموار می کند. تصاویر sem نیز از این نمونه تهیه شده که پس از تحلیل این تصاویر، مشخص شده که بیشترین تعداد حفره ها دارای شعاع بین 100 تا 200 نانومتر می باشند. این مشاهدات وجود نانوحفره در این سنگ را اثبات می کند. نمونه ی شماره دو، یک سنگ مخزن کربناته است که به کمک روش سانتریفوژ تحت آزمایش تخلخل سنجی واقع شده و رژیم شارش در این روش نیز ناپایا-تعادلی است. اما با اعمال نیروی گریز از مرکز فرآیند رسیدن به تعادل تسریع شده بنابراین زمان آزمایش کوتاه(حدودا 3 روز) می باشد. به کمک این روش و استفاده از رابطه ی لاپلاس، کوچکترین شعاع حفره ای محاسبه شده 16 نانومتر می باشد که حکایت از وجود نانوحفره در این سنگ مخزن دارد. همچنین تصاویر sem از این نمونه تهیه شده و پس از تحلیل این تصاویر مشخص شده است که بیشترین تعداد حفره ها دارای شعاع بین 250 تا 500 نانومتر می باشند. نمونه ی شماره سه یک خاک مخزنی کربناته است که باز هم بوسیله ی روش سانتریفوژ تحت آزمایش تخلخل سنجی واقع شده و به کمک رابطه ی لاپلاس کوچکترین شعاع حفره ای محاسبه شده در آن 20 نانومتر می باشد که وجود نانوحفره در این نمونه را تصدیق می کند. همچنین به کمک منحنی های فشار مویینگی هر سه نمونه می توان اطلاعاتی از قبیل sor (درصد اشباع شدگی باقی مانده شاره ی ترناکننده) و swi (درصد اشباع شدگی کاهش ناپذیر آب نمک) و با توجه به میزان همواری منحنی در فرآیند تخلیه، می توان میزان یکنواختی توزیع اندازه ی حفره ها در نمونه را بدست آورد.