یکی از مشکلات رایج در برداشت نفت از مخازن، تولید آب اضافی است. این مسئله منجر به کاهش شدید تولید و همچنین افزایش هزینه های عملیاتی و به دنبال آن بسته شدن زود هنگام چاه های تولید به دلیل غیر اقتصادی بودن فرایند می شود. این مشکل به طور عمده در مخازن ناهمگن و مخازن دارای نفت سنگین مشاهده می شود. در این شرایط در حالی که مقدار قابل توجهی نفت در محیــط باقی مانده، آب خود را به چاه تولیــد می رساند. متداول ترین روش در حل این مشکل تزریق ژل پلیمر است. ژل پلیمرها تراوایی محیط را نسبت به آب بیش از نفت کاهش می دهند، بنابراین می توانند تولید آب اضافی از مخزن را کاهش دهند. در بخش اول این تحقیق با استفاده ازمدلhele-shaw، به صورت آزمایشگاهی به بررسی پدیده ی انگشتی شدن، اثرات آن بر بازدهی جارویی سطحی و در نتیجه میزان آب تولیدی در حین فرایند سیلاب زنی با آب و راه های کاهش این پدیده پرداخته شده است. تصاویر بدست آمده از این مدل در مراحل مختلف تزریق، با استفاده از نرم افزار matlab آنالیز شده و بازدهی جارویی سطحی در هر مرحله محاسبه شده است. در بخش دوم، با استفاده از مدل glass bead، کارایی سیستم ژل پلیمر پلی اکریل آمید/استات کروم در کاهش میزان آب تولیدی مورد مطالعه قرارگرفته است. در این بخش ابتدا با انجام آزمایشات استاتیکی پارامترهای بهینه مربوط به سیستم ژل پلیمر به دست آمده و در مرحله ی بعد با انجام آزمایش های سیلاب زنی، توانایی ژل در تغییر مسیر آب در محیط های ناهمگن لایه ای مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از میکرو مدل در این بررسی باعث به دست آوردن دید کاملی ازنحوه عملکرد ژل پلیمرها در حضور فازهای آب و نفت شده است. علاوه بر این با محاسبه ی میزان تراوایی نسبی آب و بازدهی جارویی قبل و بعد از تزریق ژل، به بررسی میزان موفقیت آمیز بودن فرایند تزریق ژل پرداخته شده است. مشاهدات نشان می دهد که آب به صورت لایه ای پیوسته در شبکه ژل نفوذ می کند، در حالی که نفت به صورت قطره های مجزا مسیر خود را در بین ژل باز می کند. میزان بهبود بازدهی جارویی بسته به کد استحکام ژل مورداستفاده و موقعیت قرار گیری لایه ها و اختلاف تراوایی لایه ها متغیر است.

یکی از روش¬های ازدیاد برداشت، تزریق آب کربناته می¬باشد، که به علت نیاز کم¬تر به گاز کربن دی اکسید (نسبت به روش¬های دیگر تزریق کربن دی اکسید) و کاربرد بهتر در مخازن شکافدار می¬تواند به عنوان یکی از روش¬های قابل اجرا در کشور مورد نظر باشد. از طرف دیگر نسل¬های آینده شبیه¬ساز¬های مخزن به سمت ارتباط جریان سیال در مقیاس میکرو و ماکرو پیش رفته¬اند. هدف این تحقیق بررسی جریان سیال از نگاه میکرو در محیط متخلخل (شبیه¬سازی شبکه-ای) و نیز نگاه ماکرو(شبیه¬سازی آشام خودبخودی یک بعدی) و همچنین بررسی آزمایشگاهی آشام آب و آب کربناته در سنگ کربناته می¬باشد. به علت تأثیر زیاد فشار مویینگی و تراوایی نسبی بر شبیه¬سازی در مقیاس ماکرو، کارایی نتایج شبیه¬سازی شبکه¬ای (داده¬های فشار مویینگی و تراوایی نسبی) در شبیه¬سازی آشام خودبخودی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تأثیر کشش بین سطحی آب و نفت و تغییر ترشوندگی بر نمودار¬های فشار مویینگی و تراوایی نسبی تخلیه و آشام مورد بررسی شده است و مشاهده شده که با افزایش نفت دوستی محیط متخلخل کشش بین سطحی تأثیر بیشتری بر نمودار¬های تراوایی نسبی آشام دارد. به علت امکان ناپذیر بودن انجام آزمایشات آشام آب کربناته در ظرف آشام معمولی، در این تحقیق، دستگاهی برای انجام این آزمایشات طراحی و ساخته شده است. با انجام آزمایشات مشاهده شد که آشام آب معمولی می-تواند حدود 9% بازدهی داشته باشد. همچنین با انجام آزمایشات رانش گاز محلول بعد از آشام آب کربناته مشاهده شد که این مکانیزم می¬تواند حدود 3 تا 4% بازدهی را افزایش دهد. همچنین نتایج آزمایشات آشام خودبخودی آب توسط شبیه¬ساز یک بعدی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج قابل قبولی بدست آمده است. سپس همین شبیه¬ساز را با داده¬های فشار مویینگی و تراوایی نسبی خروجی از شبیه¬ساز شبکه¬ای اجرا کرده که نتایج قابل قبولی حاصل نشده است.

در مخازن گاز میعانی به وسیله ی تخلیه ی مخزن، فشار به زیر فشار نقطه ی شبنم کاهش می یابد و میعانات گازی در مخزن تشکیل می شود. این قسمت سنگین گاز (میعانات) کاربرد های زیادی در صنعت و زندگی روزمره دارد. وقتی که میعانات گازی در مخزن تشکیل می شود، نه تنها این مایع ارزشمند از بین می رود بلکه تجمع آن منجر به تشکیل بانک میعانات در ناحیه ی اطراف چاه می شود. بنابراین پیدا کردن یک راه اقتصادی برای بازیافت میعانات از مخزن گاز میعانی امری ضروری است. در این مطالعه نرم افزار شبیه سازeclipse 300 جهت شبیه سازی ترکیبی مخزن گاز میعانی استفاده شده است و پدیده ی تزریق گاز و حلال برای از بین بردن تجمع میعانات بررسی شده است. معادله ی حالت پنگ رابینسون با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود توسط نرم افزار pvti تنظیم شده است. مخزن به صورت شعاعی شبیه سازی شده است و تزریق گازهای مختلف مانند co2، ch4 و n2 در دبی ها و زمان های تزریق مختلف مطالعه شد. همچنین تزریق حلالch3oh - co2 با co2 خالص مقایسه شد. بر اساس نتایج بدست آمده از مدل سازی تزریق گاز و حلال، از بین سه سیال تزریقی (co2، ch4، n2) بهترین نتیجه برای حذف میعانات تجمع یافته در اطراف چاه مربوط بهco2 می باشد و با اضافه کردن ch3oh به co2تأثیرش نسبت به co2 خالص افزایش می یابد.

تغییرات کشش بین سطحی با دما و فشار شدیداً بر روی جابه جایی سیال در مخزن موثر است. اکثر تحقیقات بر روی کشش بین سطحی آب نمک+ نفت خام بدون حضور دی اکسید کربن در شرایط محیط انجام شده است. در این مطالعه، اندازه گیری کشش بین سطحی آب نمک+ نفت خام، آب نمک+ نفت خام+ دی اکسید کربن در شرایط مخزن بررسی می شود. به دلیل گزارش بهبود تولید نفت در فرآیند تزریق آب کربناته- دی اکسیدکربن نسبت به فرآیند تزریق آب- دی اکسیدکربن در شرایط مخزن، اندازه گیری کشش بین سطحی بین سیالات به روش قطره آویزان در دما و فشارهای متفاوت مورد بررسی قرار می گیرد. در این پایان نامه، یک تکنیک آزمایشگاهی برای اندازه گیری کشش بین سطحی مربوط به سیستمهای نفت خام (زنده و مرده)+ آب نمک+ دی اکسید کربن در بازه فشارهای (400 تا 2000) پام و دو دمای (40 و 50) درجه سانتیگراد با استفاده از تکنیک آنالیز شکل قطره متقارن محوری (adsa ) برای حالت قطره معلق توسعه یافته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که کشش بین سطحی دینامیکی اندازهگیری شده به تدریج تا یک مقدار ثابت کاهش مییابد. مشاهده می شود که برای هر دو سیستم آب نمک+ دی اکسید کربن و سیستم نفت خام+ دی اکسید کربن، کشش بین سطحی با افزایش فشار، کاهش مییابد، در صورتیکه با افزایش دما، افزایش مییابد. تحت شرایط یکسان کشش بین سطحی تعادلی مربوط به سیستم نفت خام+ آب نمک با وجود دی اکسید کربن محلول در مقایسه با سیستم نفت خام+ آب نمک بدون دی اکسید کربن کاهش می یابد.

آشام خود به خودی مختلف الجهت به عنوان یکی از مهم ترین مکانیسم های تولید از مخازن شکافدار شناخته می شود. افزایش نرخ آشام آب بوسیله افزودن موادی به آب در چنین مخازنی همیشه برای محققین چالش برانگیز بوده است. تزریق آب کربناته که همان تزریق آب اشباع از دی اکسیدکربن می باشد، مورد توجه کمی برای تزریق در مخازن شکافدار قرار گرفته است. در این مطالعه یک مدل ریاضی به منظور شبیه سازی اثر تزریق آب کربناته بر بازدهی نفت بوسیله آشام خود به خودی مختلف الجهت ارائه می شود. این شبیه سازی شامل اثر کاهش ویسکوزیته نفت، انبساط نفت و تغییرات کشش سطحی و زاویه تماس می باشد. نتایج این تحقیق با تزریق آب مقایسه شدند و آنالیز حساسیت بر روی بعضی از پارامتر های مهم در فرایند تزریق آب کربناته انجام شد. نتایج نشان می دهد که تزریق آب اشباع از دی اکسیدکربن می تواند نرخ آشام خود به خودی را افزایش دهد و در نتیجه باعث افزایش بازدهی تولید نفت شود. با تزریق آب کربناته سیستم بوسیله کاهش زاویه تماس به سمت شرایط آب-دوستی بیشتر پیش می رود و سیستم به دلیل کاهش ویسکوزیته نفت باقی مانده برای انجام یک فرایند تولید ثالثیه مهیا می-شود. از طرف دیگر، نتایج نشان می دهد که استفاده از منحنی های تراوایی نسبی و فشار مویینگی آب/ نفت برای شبیه سازی جریان آب کربناته/ نفت باعث می شود که سیستم زودتر به اشباع نفت باقی مانده برسد و بازدهی نهایی یکسانی با آشام خود به خودی آب/ نفت می دهد. در بخش دیگری از این تحقیق اثر انحلال سنگ کربناته در مجاورت با آب کربناته بر ویژگی های سنگ کربناته به صورت آزمایشگاهی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که سنگ کربناته در مجاورت آب کربناته دچار انحلال می شود و این انحلال تخلخل و تراوایی سنگ را تغییر می دهد؛ چنانچه تخلخل به میزان 09/8+ درصد و تراوایی به میزان 73/9+/- تغییر کردند. همچنین وزن سنگ نیز به میزان 82/0 درصد کاهش یافت. این نتایج نشان می دهند که انحلال سنگ کربناته باید در پروژه های تزریق متناوب آب و دی اکسیدکربن و آب کربناته در نظر گرفته شوند.

امروزه از جمله روش های ازدیاد برداشت که با توجه به منابع آبی و گازی کشور مطلوب می باشد روش تزریق آب کربناته است. در این روش از گاز دی اکسید کربن و آب بصورت همزمان و محلول در یکدیگر استفاده می شود. مطالعات انجام شده نشان می دهد این روش علاوه بر اینکه مشکلات تزریق مستقیم آب و گاز را برطرف نموده در زمینه افزایش بازیافت نفت نیز موثرتر است و همچنین می تواند از لحاظ زیست محیطی در زمینه ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در لایه های زیر زمین حائز اهمیت باشد. در این تحقیق تأثیر آب کربناته روی میزان بازیافت نفت مخازن کربناته از طریق آزمایش های سیلاب زنی مغزه طی دو روش تزریق ثانویه و ثالثیه مطالعه شده و نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین میزان گاز دی اکسید کربن ذخیره شده در پایان فرآیند مورد ارزیابی قرار گرفته تا از لحاظ زیست محیطی نیز این روش بررسی شود. علاوه بر این تأثیر میزان اشباع آب همزاد بر میزان بازیافت نفت طی فرآیند تزریق ثانویه آب کربناته نیز بررسی گردید. این کار بر روی مغزه هایی که از رخنمون یکی از مخازن کربناته نفتی ایران تهیه شده انجام گرفته است. نتایج بدست آمده افزایش چشمگیری در میزان بازیافت نفت در هر دو روش تزریق ثانویه و ثالثیه آب کربناته را نسبت به تزریق آب نشان می دهد. البته این افزایش بازیافت نفت در روش تزریق ثانویه آب کربناته بسیار محسوس تر است بطوری که بیش از5/2 برابر بازیافت نفت را نسبت به تزریق آب در پی دارد. همچنین نتایج حاکی از تأثیر منفی اشباع بالای آب همزاد بر روی بازیافت نفت است. میزان گاز دی اکسید کربن ذخیره شده برای هر دو روش تزریق ثانویه و ثالثیه آب کربناته یکسان بدست آمد. این ذخیره سازی تا بیش از نیمی از گاز تزریق شده گزارش شده است.

یکی ازمهم ترین روش های ازدیادبرداشت ، تزریق گاز به مخزن است. گاز دی اکسیدکربن از متداول ترین و در دسترس ترین گازها جهت تزریق و افزایش برداشت از مخزن می باشد. تزریق این گاز علی رغم فوایدی که دارد مشکلاتی نظیر ناپایدار بودن جبهه جابه جایی و میان شکنی زودهنگام را داراست. در این تحقیق جهت حل این مشکلات از تزریق آب کربناته استفاده شده است و سعی بر آن شده است که با انجام آزمایش های تزریق دوره ای آب،آبکربناته و دی اکسیدکربن مشکلات تزریق مستقیم گاز دی-اکسیدکربن را با افزایش گرانروی فاز جابهجاکننده و مثبت کردن ضریب پخش به حداقل رساند. آزمایش های این تحقیق با استفاده از نفت مرده اهواز-بنگستان و با دستگاه سیلاب زنی مغزه انجام شده است. نتایج حاصله نشان می دهد که تزریق دوره ای آب کربناته و دی اکسیدکربن در فشار بالا مشکلات ناشی از تزریق ثالثیه این گاز را ازبین می برد. و همچنین فشار بالای هنگام تزریق از طریق تقویت مکانیزم های امتزاج پذیری تأثیر بسزایی در میزان بازیافت نفت دارد.

گل حفاری که از آن با عنوان سیال حفاری نیز یاد می شود، پیچیده ترین سیالی است که تاکنون توسط بشر ساخته و استفاده شده است و بسته به شرایط مخزن می تواند پایه آبی یا پایه روغنی باشد. معمولاً در پایان عملیات حفاری، سیال حفاری تبدیل به یک محصول هرز می شود که باید بر اساس قوانین زیست محیطی دفع گردد. گل حفاری و پسماندهای ناشی از حفاری در صورتی که به نحو مطلوبی مدیریت نشوند، علاوه بر تحمیل هزینه های سنگین به صنعت نفت، می توانند به یکی از منابع آلودگی در محل حفاری تبدیل شوند. تاکنون روش های متعددی جهت پاکسازی گل حفاری از آلاینده های نفتی ارائه شده است. با انجام آنالیزهایxrd و sem بر روی گل حفاری قبل و بعد از فرآیند پاکسازی، تاثیر دی اکسیدکربن فوق بحرانی بر میزان استخراج آلاینده ها از گل حفاری مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش، پارامترهایی از جمله دما و فشار عملیاتی، زمان استاتیک و دینامیک و دبی دی اکسیدکربن فوق بحرانی نقش به سزایی را در میزان استخراج آلاینده ها از گل حفاری ایفاء می نمایند که با انجام آزمایشات گسترده ای در محیط کاملاً کنترل شده، دمای ?c 60 ، فشار bar 180، دبی کمتر از 1/0 سی سی بر ثانیه و زمان استاتیک 110 دقیقه به عنوان شرایط عملیاتی بهینه به منظور پاکسازی مواد آلاینده گل حفاری مشخص شده است.

به منظور کاهش رسوب واکس در خطوط لوله نفت خام روش های متعددی مورد استفاده قرار گرفته است، که از میان آن تزریق پیوسته ممانعت کننده‎های شیمیایی به عنوان جایگزین جذاب مورد ارزیابی قرار گرفته است. هدف اصلی این پروژه تعیین اثر سورفکتانت های آنیونی و کاتیونی و ترکیب آن با نانو ذرات فلزی و شبه فلزی در ضخامت رسوب واکس بر روی نفت خام ایران (میدان نفتی آزادگان اهواز) می‎باشد. به منظور انجام قسمت آزمایشی این مطالعه وسیله راه اندازی شده است. در این مطالعه، جهت اندازه‎گیری ضخامت رسوب در شرایط مختلف آزمایشگاهی روش انتقال حرارت به‎کار گرفته شده‎است. بعلاوه، نمونهایی از نفت خام در پایان هر آزمایش آنالیز شده است تا مقدار واکس و آسفالتین+رزین آنها بدست آید. مقایسه روش‎های انتقال حرارت و آنالیز شیمیایی نتایج سازگاری با داده های آزمایشگاهی نشان داده است. برای تعیین اثرات مواد شیمیایی، آزمایشات با تزریق و بدون تزریق ممانعت کننده‎های شیمیایی واکس انجام شده است. ممانعت کننده‎ها با غلظت های مختلف آزمایش شده‎اند و ضخامت رسوب و مقدار واکس و آسفالتین+رزین هر آزمایش بدست آمده است. ممانعت کننده sds, ctab نانو ذرات fe2o3, sio2 کاهنده ضخامت رسوب واکس برای نفت خام واکسی مورد ارزیابی قرار گرفته است و نتایج حاصل از آزمایشات نشان می دهد که بیشترین کاهش با ppm 1200 از سورفکتانت آنیونی sds به همراه 800 ppm نانو ذره اکسید سیلیس بدست‎آمده است. بعلاوه، این مخلوط از ممانعت کننده‎ها، رسوبات واکسی که قبل از تزریق رسوب کرده‎اند را حذف کرده است

اندازه گیری آزمایشگاهی مقادیر تراوایی نسبی و فشار موئینه در فرآیند های مختلف از قبیل تزریق آب، تزریق ثانویه و ثالثیه گاز و تزریق متناوب آب و گاز بسیار دشوار بوده و با وجود اینکه تلاش های بسیاری برای اندازه گیری این پارامتر ها به صورت دقیق در سیستم های دو فازی و سه فازی انجام پذیرفته است، گاهی این امر غیر ممکن می شود. به دلیل اهمیت یافتن داده های تراوایی نسبی و فشار موئینه در تخمین میزان بازدهی یک روش ازدیاد برداشتی و آماده سازی مدل های استاتیک برای شبیه سازی های دینامیک مخازن واقعی، کارایی روشی نوین در تعیین آن پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه، با بکار گیری روش شبکه حفرات در شبیه سازی جریان سیالات در محیط متخلخل و بهبود پارامتر های آن، مقادیر تراوایی نسبی و فشار موئینه برای سیستم های دو و سه فازی بدست آمده است. ابتدا شبکه ای تصادفی با ماکزیمم مقدار تناسب 26، ساخته و پس از کالیبره کردن آن با داده های آزمایشگاهی فرآیند های تخلیه و آشام پیاده سازی شدند. مشاهده شد که برای تمامی سیستم ها اعم از آب/نفت و آب/نفت/گاز، افزایش نیروی کشش بین سطحی باعث افزایش فشار موئینه می شود. همچنین نشان داده شد که با افزایش زاویه تماس بین سیال ها در فرآیند آشام، درجه اشباع نفت به دام افتاده برای تا 90 درجه افزایش یافته و برای مقادیر بیشتر از 90 درجه کاهش می یابد. هدف اصلی در این مطالعه این است که با ساخت یک شبکه واقعی از حفرات و گلوگاه ها و شبیه سازی مکانیسم های موثر در حرکت سیالات، بتوان به یک روش قابل اطمینان دست یافت تا به این طریق خصوصیات جریانی سیستم های دو و سه فازی با دقت بالا تعیین گردد.