17066

17066

شبيه سازي CFD پديده انگشتي شدن جريان دو فازي درون محيط متخلخل

كارشناسي ارشد

مهندسي نفت - مخازن هيدروكربوري

ارديبهشت‌ماه 1395

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي

شيمي

چكيده بر اساس آمارها، نفت تا ساليان متمادي برجسته‌ترين نقش را در اقتصاد كشور ما بازي خواهد كرد كه اين امر، توجه جدي به تحقيقات در اين زمينه را مشخص مي‌كند. تعيين مقادير بهينه پارامترهاي عملياتي مخازن نفت و گاز از نظر اقتصادي حائز اهميت بوده و تأثير مستقيمي بر بهره‌برداري و مديريت مخازن خواهد داشت. در اين مطالعه محلول آب و سورفكتانت به ‌عنوان پارامتر تأثيرگذار بر روي كشش سطحي به درون ميكرو مدل كه با نفت اشباع‌شده با دبي 12-10 مترمكعب بر ثانيه تزريق شده و ميزان بازيافت نفت 1/57 درصد محاسبه شده¬است. نتايج آزمايشگاهي براي صحت سنجي شبيه‌سازي CFD مورداستفاده قرار گرفته و خطاي 11 درصد مشاهده شده است كه در بازه قابل قبولي مي‌باشد. در شبيه سازي CFD از نرم‌افزار متن‌باز اپن‌فوم و از مدل حجم سيال، براي بررسي حركت سيالات در محيط متخلخل استفاده شد. الگوريتم PISO براي حل هم‌زمان معادلات سرعت و فشار و عدد كورنت برابر 25/0 در نظر گرفته شد. اثر كشش بين سطحي، نسبت گرانروي، سرعت تزريق، سايز گلوگاه، چگالي و زاويه تماس بر روي رژيم جريان، بازيافت نفت، حركت سيال درون حفره و گلوگاه و تله افتادن سيال درون محيط متخلخل با استفاده از ديدگاه ديناميك سيالات محاسباتي موردبررسي قرار مي‌گيرد. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه در مقادير كم نسبت گرانروي (كمتر از 1/0)، سرعت‌بالا جريان (بيشتر از ms-1 5-10) و ميزان پايين كشش سطحي (كمتر از mNm-1 1) جريان به فرم انگشتي شدن بر اثر گرانروي مي¬باشد. در كشش بين سطحي زياد (بيشتر از mNm-1 5/7) انگشتي شدن بر اثر موئينگي مشاهده مي-شود. در نسبت گرانروي برابر يك جريان به‌ صورت پايدار مي‌باشد. زاويه تماس كم (o30 و o60) باعث مي‌شود كه سيال تمايل به چسبيدن به ديواره پيدا كند و رشد سريع پنجه‌ها در كنار ديواره‌ها مشاهده شود. در زاويه تماس‌هاي زياد (o120 و o150)، پنجه‌هاي نازك با تعداد شاخه‌هاي زياد مشاهده مي¬شود. با افزايش چگالي (گرانروي ثابت) تغير چنداني در ميزان بازيافت مشاهده نمي¬شود، به طوري كه با افزايش چگالي سيال درجا از 800 به 1000 كيلوگرم بر متر مكعب، تنها 7 درصد بر ميزان بازيافت افزوده مي-شود. سايز گلوگاه¬ها تاثير بسزايي بر روي شكل جريان، سيال به دام افتاده و قطر پنجه¬¬ها داشته است، به-طوري كه با افزايش سايز گلوگاه¬ها پنجه¬ها ضخيم¬تر و در زمان¬هاي ديرتر شكل مي¬گيرند. واژه‌هاي كليدي: ميكرو مدل، ازدياد برداشت، ديناميك سيالات محاسباتي، شبيه‌سازي محيط متخلخل، حجم سيال

1396/01/20

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: According to statistics, oil will play many years a prominent role in the economy of our country, this reveals serious attention to research in this area. Determining the number of operating parameters of oil an​d gas reservoirs in economic terms, is important an​d will have a direct impact on the operation an​d management of reservoirs. In this study, a solution of water an​d surfactant as an effective parameter of surface tension injected into the micro model that has been saturated with oil with the rate of 10e-12 m3s-1 an​d oil recovery is calculated 57%. Laboratory result is used to verify computational fluid dynamics (CFD) simulation an​d 11 percent error is observed that is in acceptable range. OpenFOAM CFD simulation software an​d volume of fluid (VOF) model was used to investigate the two phase flow through porous media. The PISO algorithm for coupling of velocity an​d pressure equations an​d corrant number of 0.25 was considered. The effect of surface tension, viscosity ratio, the speed of injection, throat size, density an​d contact angle on the flow regime, oil recycling, fluid motion through the pores an​d throats studied with using CFD. The simulation results show that in small amounts of viscosity ratio (lower than 0.1), high speed stream (higher than 1e-5 ms-1) an​d low levels of surface tension (lower than 1 mNm-1) viscous fingering occurs. In high interfacial tension (higher than 7.5 mNm-1) capillary fingering observed. In water wet media the fluid will tend to adhere to walls an​d the rapid growth of finger have been seen along the walls. In oil wet media thin fingers with a large number of branches can be seen. With the increasing density, significant changes, not observed in recovery factor. So that by increasing the in situ fluid density from 800 to 1000 Kgm-3 only 7 percent recovery added. Throat size has a significant impact on the flow, trapped fluid an​d finger width, so that by increasing the size of throat, thicker fingers are formed at later times. Keywords: Micro model, enhance oil recovery, computational fluid dynamics, porous media simulation, volume of fluid