شبیه سازی و بررسی پارامترهای موثر بر فرایند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از نانو ذرات

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.