آزمایش سوم

21
1 ﺑﺴﻤﻪ ﺗﻌﺎﻟﯽ آزﻣﺎﯾﺶ ﺳﻮم اﻧﺪازﻩ ﮔﯿﺮی ﺗﺨﻠﺨﻞ و ﺗﺮاواﯾﯽ اﺳﺘﺎد : دﮐﺘﺮ رﺳﺘﻤﯽ ﻣﺤﻤﺪ ﺟﻮاد درﺧﺸﺎن810492180 ﮔﺮوهC ﺗﺎرﯾﺦ :31 / 1 / 94

Upload: mohammad-javad-derakhshan

Post on 19-Aug-2015

26 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: آزمایش سوم

1

بسمه تعالی

آزمایش سوم

اندازه گیری تخلخل و تراوایی

استاد : دکتر رستمی

محمد جواد درخشان

810492180

Cگروه

31/1/94تاریخ :

Page 2: آزمایش سوم

2

هدف از انجام آزمایش :

) pore spacesبین فضا های خالی سنگ (با توجه به اینکه نفت و گاز در عمق زمین

نهفته می باشد ، از این رو الزم است برای آگاهی از میزان ذخایر درون زمین تخلخل و

تراوایی مغزه های گرفته شده از عمق زمین را اندازه گیری کنیم . در این آزمایش یکی

از روش های اندازه گیری تخلخل و تراوایی مورد بحث قرار می گیرد .

تئوری آزمایش :

کلیه ی سنگ ها دارای سه نوع حجم می باشند :

نشان داده BVبه حجم کل سنگ گفته می شود و با ) : bulk volumeحجم کل (

می شود .

به حجم دانه های تشکیل دهنده ی سنگ گفته می ) : grain volume( حجم دانه

نشان داده می شود . GVشود و با

به فضای خالی بین دانه های سنگ گفته می ) : volumeporeحجم فضای خالی (

نشان داده می شود . PVشود و با

رابطه ی این سه حجم به صورت زیر است :

�� = �� + ��

Page 3: آزمایش سوم

3

به میزان فضای خالی سنگ که توانایی ذخیره ی سیال را دارد ) : porosityتخلخل (

نمایش می دهند . در واقع تخلخل کسری از حجم کل سنگ ∅تخلخل می گویند و با

)bulk volume) می باشد که توسط دانه های جامد (framework اشغال نشده (

باشد .

با توجه به تعاریف باال تخلخل از رابطه ی زیر به دست می آید :

∅ =���� ������

���� ������=

���� ������ − ����� ������

���� ������

∅ =��

��=

�� − ��

��

از نظر دیدگاه ها انواع تخلخل ، به دو دسته ی کلی تقسیم می شوند و هر یک از این

دسته ها به زیر شاخه هایی تقسیم می شوند که به صورت زیر است :

دیدگاه زمین شناسی

دیدگاه مهندسی

Page 4: آزمایش سوم

4

Intercrystalline

intergranular

bedding planes تخلخل اولیه

Miscellaneous sedimentary viods

دیدگاه زمین شناسی

Solution

dolomitizationتخلخل ثانویه

Fracture

این دیدگاه در این گزارش مورد بررسی قرار نمی گیرد .

دیدگاه مهندسی بر خالف دیدگاه زمین شناسی که طبقه بندی بر دیدگاه مهندسی :

تخلخل می باشد ، دیدگاه مهندسی بر اساس ارتباط حفرات با اساس اصل و نحوه ایجاد

یکدیگر می باشد . دیدگاه مهندسی شامل دو نوع تخلخل می باشد :

تخلخل مطلق : به نسبت حجم کل حفرات (به هم پیوسته و جدا از هم) به حجم

کل سنگ تخلخل کلی یا مطلق می گویند .

∅� =����� ���� ������

���� ������

تخلخل موثر : به نسبت حجم حفرات به هم پیوسته به حجم کل سنگ تخلخل

موثر می گویند .

∅� =�������������� ���� ������

���� ������

Page 5: آزمایش سوم

5

در خلبا توجه به ویژگی هندسی پیچیده ی حفرات در واقعیات ، مقدار تخلحدود مقادیر تخلخل :

در عمل ، امکان اندازه گیری دقیق هندسی وجود ندارد ، از این سنگ های مختلف متفاوت است .

رو چندین مدل ایده آل طراحی شده تا یک محدوده برای تخلخل در اختیار داشته باشیم .

برخی از مدل ها به صورت زیر است :

Page 6: آزمایش سوم

6

عوامل موثر در تخلخل :

در مدل های طرح شده مدل مکعبی با نحوه قرارگیری دانه ها نسبت به هم :

درصد بیشترین تخلخل و بعد از آن مدل شش وجهی با تخلخل 47.6تخلخل

درصد قرار دارند . 26درصد و مدل مخروطی با تخلخل 39.5

. جورشدگی دانه ها : هرچه جور شدگی بیشتر باشد ، تخلخل بیشتر است

دانه ها : هرچه گرد شدگی کمتر و زاویه دار بودن زاویه دار بودنگردشدگی و

بیشتر ، تخلخل بیشتر می باشد .

. سیمانی شدن : هر چه سیمانی شدن بیشتر باشد ، تخلخل کمتر می شود

شکستگی ها و واگ ها : تاثیر این عامل در جهت افزایش تخلخل است اما تاثیر

است .آن بسیار کم است و قابل چشم پوشی

. فشردگی : هرچه فشردگی بیشتر باشد تخلخل کمتر است

در مخازن نفتی در حالت عمودی تفاوت زیادی در تخلخل الیه های تخلخل متوسط :

د که به مختلف وجود دارد از این یک تخلخل متوسط برای کل مخزن بدست می آورن

صورت زیر به دست می آید :

Page 7: آزمایش سوم

7

مهندسی نفت به صورت زیر رده بندی می شود :حدود تخلخل از نظر کیفی در

به ظرفیت و توانایی یک سازند برای انتقال سیال در یک ) : permeabilityتراوایی (

. نمایش می دهند Kو با محیط متخلخل را تراوایی می گویند

ین ا ، و به توانایی انتقال سیال ازتخلخل به عبارت دیگر به فضای خالی درون سازند ،

فضاهای خالی درون سازند را تراوایی می گویند . از این رو برای حرکت راحت سیال

درون سنگ عالوه بر اینکه سنگ باید متخلخل باشد ، باید تراوا هم باشد .

تراوایی سنگ حرکت جهتی و شدت جریان سیال مخزن را در سازند کنترل می کند .

چون دارسی واحد بزرگی می باشد از واحد ) می باشد اماDarcyواحد تروایی دارسی (

میلی دارسی استفاده می کنند . تراوایی با توجه به قانون دارسی به صورت زیر به دست

می آید :

Page 8: آزمایش سوم

8

� =��(�� − ��)

��→ � =

���

�(�� − ��)

K ) تراوایی :Darcy(

Q ) شدت جریان :���

���(

µ ) ویسکوزیته :cp(

L ) طول :cm(

A : ) 2سطح مقطعcm(

2P-1P )اختالف فشار :atm(

حدود تراوایی از نظر کیفی برای یک سازند به صورت زیر رده بندی می شود :

قانون دارسی در یک شرایط خاص به دست آمده از این رو برای اینکه بتوانیم از این قانون

بهره مند شویم باید شرایط زیر را در آزمایشگاه ایجاد کنیم :

جریان باید حالت پایدار یاsteady state . داشته باشد

. جریان باید آرام باشد

. سنگ یا مغزه باید از یک نوع سیال اشباع شده باشد

Page 9: آزمایش سوم

9

. هیچ واکنشی بین سنگ و سیال رخ ندهد

. سنگ یا مغزه از نظر شکل یک دست و یکنواخت باشد

:تراوایی با توجه به عوامل زیر می تواند متغیر باشد

Gas slippage effect .

. سیال فعال و واکنش دهنده

فشار های باال دستی

جریان آشفته

وسایل و دستگاه های مورد نیاز :

، آب ppm 1000محلول آب و نمک با غلظت سیاالت مورد استفاده :

و limestonمغزه هایی که ما در این آزمایش استفاده می کنیم از جنس مغزه :

sandstone . می باشد

گرم که به خوبی تراز شده باشد . 0.01ترازو با دقت ی آزمایشگاهی : ترازو

Page 10: آزمایش سوم

10

برای اتصال و ایجاد جریان بین چند دستگاه استفاده می شود .: الین

معموال از کمپرسور برای فشرده سازی گاز ها یا پمپ خال : )compressor( کمپرسور

و مایعات استفاده می شود ولی ما در این آزمایش از آن به عنوان پمپ خال و ایجاد خال

ها استفاده می کنیم . coreدر محفظه ی

پیکنومتر دستگاهی است که از آن برای بدست آوردن ) : pycnometerپیکنومتر (

شود و از یک بالن با حجم مشخص تشکیل شده است . دانسیته ی سیال استفاده می

نحوه ی کار به این صورت است که وزن خالیه پیکنومتر را توسط ترازو اندازه می گیریم

سپس بالن با حجم معین را از سیال پر می کنیم و وزن آن را اندازه می گیریم . با کم

ال به جم بالن دانسیته ی سیکردن وزن پیکنومتر خالی از پیکنومتر پر و تقسیم آن بر ح

دست می آید .

Page 11: آزمایش سوم

11

از این دستگاه برای ایجاد دما های باال استفاده می شود تا آزمایش ها در ) : ovenفر (

این دستگاه عالوه بر تامین دما فشار را نیز تامین می کند و شرایط مخزن انجام شوند .

که بر روی این دستگاه قرار دارد یک فشار در back pressureبا استفاده از دستگاه

خروجی جریان ایجاد می کند تا شرایط مخزن بهتر شبیه سازی شود .

Page 12: آزمایش سوم

12

البته این دستگاه عالوه بر تامین دما شامل یک فشارسنج می باشد که اختالف فشار را

اندازه گیری می کند .

بسته کردن الکتریکی شیر ها و اندازه گیری از رایانه برای کنترل پمپ ها ، باز و رایانه :

فشار پمپ استفاده می شود .

منبع یک از را مکانیکی یژانر که شودمی گفته دستگاهی به پمپ کلی طور به پمپ :

یالس یژانر نتیجه، در. دهد انتقال ، کندمی عبور آن از که سیالی به و گرفته خارجی

سیال یژانر تغییرات هاپمپ در. یابدمی افزایش) پمپ( دستگاه این از خروج از پس

از پمپ ها برای انتقال سیال از . گرددمی مشاهده سیال فشار تغییر صورت به همواره

یک نقطه به نقطه ی دیگر استفاده می شود . نحوه ی اتقال انرژی مکانیکی به سیال

توسط پره هایی مه داخل پمپ تعبیه شده صورت می گیرد . پمپی که ما در این آزمایش

استفاده می کنیم توسط رایانه کنترل می شود و همچنین دارای یک محفظه ی تغذیه

ی باشد که میزان سیال درون پمپ از این محفظه تنظیم می شود .م

Page 13: آزمایش سوم

13

transfer vessel : این دستگاه شامل یک سیلندر و پیستون می باشد که پیستون

سیلندر را به دو محفظه تقسیم می کند و از آن برای انتقال سیال استفاده می شود اما

گیری تخلخل است که موضوع بحث این یکی دیگر از کاربرد های این دستگاه اندازه

گزارش می باشد . برای انتقال سیال به یک طرف پیستون آب و به طرف دیگر سیال

با لوله ی اتصال به پمپ را مورد نظر خود را می ریزیم . طرفی که درون آن آب ریختیم

نداختن ر اوصل می کنیم و طرف دیگر را با لوله ی اتصال به محفظه ی مورد نظر . با به کا

افزایش فشار آب پیستون حرکت کرده و سیال مورد نظر را تحت فشار گذاشته و و پمپ

آن را به محفظه ی مورد نظر ما منتقل می کند .

مغزه نگهدار وسیله ای است که از آن برای نگهداشتن ) : core holderمغزه نگهدار (

داخل آن یک الستیک مغزه استفاده می شود . این دستگاه دارای یک سیلندرکه

)sleeve) و دو پخش کننده (distributor که یکی در ابتدا و یکی در انتها قرار دارند (

فشار باال دستی sleeveقرار می گیرد و sleeve، تشکیل شده است . مغزه داخل

)over burden را بر روی مغزه اعمال میکند . همچنین (sleeve هنگام عبور سیال ،

غزه ، باعث می شود تمام سیال به طور کامل از داخل مغزه رد شود و از نقاط از داخل م

می شود ، ابتدا از پخش کننده عبور core holderدیگر عبور نکند . وقتی سیال وارد

می کند . پخش کننده باعث می شود سیال از تمام سطح مقطع ورودی مغزه به داخل

عبور نکند . پخش کننده بر روی سطح آن نفوذ کند و سیال فقط از یک مسیر خاص

خود یک یا دو سوراخ دارد که یکی از سوراخ ها برای اندازه گیری اختالف فشار و دیگری

برای تزریق سیال استفاده می شود . از کاربرد های این دستگاه می توان به اندازه گیری

core holderغزه ، تراوایی و شست و شوی مغزه اشاره کرد . برای عبور سیال از داخل م

را با لوله transfer vesselو transfer vesselرا به وسیله ی لوله های اتصال به

Page 14: آزمایش سوم

14

transferهای اتصال به پمپ وصل می کنیم . با روشن شدن پمپ سیال از درون

vessel واردcore holder . می شود و از مغزه عبور می کند

.برای نگهداری سیال : بشر

برای اندازه گیری ارتفاع مغزه و قطر آن .کولیس :

برای جذب آب دیواره ی مغزه . پارچه :

Page 15: آزمایش سوم

15

روش انجام آزمایش :

را اندازه می گیریم . سپس ها ابتدا وزن خشک مغزه : porosityآزمایش اندازه گیری

را بدست می آوریم . ها اندازه می گیریم و حجم مغزه با کولیس را ها ارتفاع و قطر مغزه

استفاده می کنیم به این صورت که در transfer vesselبرای اندازه گیری تخلخل از

transfer پوشی خود را قرار می دهیم و درهایک طرف پیستون ، نمونه های مغزه

vessel سپس شیر محفظه ی مغزه ها را به پمپ خال وصل میکنیم و در را می گزاریم .

باید transfer vessel ه خال ایجاد می کنیم و بعد شیر را می بندیم .محفظه ی مغز

بعد از ایجاد خال ، درون بشری که ساعت به پمپ خال متصل باشد . 3الی 2در حدود

آب نمک درون آن قرار دارد یک الین شفاف قرار می دهیم و طرف دیگر الین را به شیر

ت به عل و که داخل محفظه خال می باشد محفظه ی مغزه وصل می کنیم . به دلیل این

ه باید توج اختالف فشار ، خود به خود آب نمک از بشر به داخل محفظه مکش می شود .

سپس شیر محفظه را می بندیم و داشت که نباید داخل الین هوا وجود داشته باشد .

یله سطرف دیگر را با استفاده از الین به پمپ وصل می کنیم . سپس شیر پمپ را بو

ساعت باید 24کنیم و حدود را بر آن اعمال می psi 100کامپیوتر باز می کنیم و فشار

ی . چون سنگ تمایل صبر کنیم اما چون وقت ما محدود است ، چند دقیقه صبر می کنیم

به نگهداشتن هوا ندارد پس آب نمک را به راحتی جذب می کند اما برای اینکه مطمئن

از سیال اشباع شده است ، یک فشار به آن اعمال می کنیم تا شویم سنگ به طور کامل

بر نیروی مویینگی غلبه کنیم . فشار وارده می تواند بر اساس نوع سنگ متفاوت باشد .

محفظه ی پوشبعد از اینکه مطمئن شدیم شیر پمپ را توسط رایانه می بندیم و در

transfer vessel را به آرامی از داخل محفظه بیرون را به آرامی باز می کنیم . مغزه ها

و در شودجذب ها می آوریم و بر روی یک پارچه قرار می دهیم تا آب دیواره ی آن

Page 16: آزمایش سوم

16

محاسبات خطا ایجاد نشود . بعد از آن وزن اشباع شده ی مغزه را اندازه گیری می کنیم

رای کنیم . بو آن را ثبت می کنیم . حال نیاز داریم تا دانسیته ی سیال را اندازه گیری

این کار از پیکنومتر استفاده می کنیم به این صورت که وزن خالیه پیکنومتر را اندازه

گیری می کنیم سپس سیال مورد استفاده را داخل آن می ریزیم و وزن آن را اندازه

با توجه به اینکه حجم پیکنومتر مشخص است گیری می کنیم و آن را ثبت می کنیم .

ه ی سیال را به دست آوریم . می توانیم دانسیت

نتایج آزمایش و آنالیز داده ها :

برای دو نوع مغزه به صورت زیر می باشد : porosityاطالعات بدست آمده از آزمایش

وزن تر وزن خشک )D(قطر )L(ارتفاع مغزه

mm 36.93 mm 92.38 gr 103.98 gr 44.76 1نمونه

k18 37.60 mm 37.27 mm 90.97 gr 98.51 grنمونه

اطالعات به دست آمده از پیکنومتر هم به صورت زیر است :

وزن همراه با سیال وزن خالی حجم پیکنومتر

10.21 cc 15.39 gr 25.89 gr

با توجه به اطالعات باال ابتدا دانسیته ی سیال را اندازه گیری می کنیم :

������ =��,���� ����� − ��,������� �����

��

������

=25.89 − 15.39

10.21=

10.50

10.21= 1.028

��

���

داریم : 1حال برای نمونه ی

Page 17: آزمایش سوم

17

44.76 �� = 4.476 ��

36.93 �� = 3.693 ��

�� = ���

4�

�� = �(3.693)�

4(4.476) = 47.944 ���

�� =���� − ����

������

�� =103.98 − 92.38

1.028= 11.284 ���

∅ =��

��

∅ =11.284

47.944= 0.235 �� 23.5 %

با توجه به حدود تخلخل ، این مقدار تخلخل بسیار خوبی برای این سنگ می باشد .

داریم : k18حال برای نمونه

37.60 �� = 3.760 ��

37.27 �� = 3.727 ��

�� = �(3.760)�

4(3.727) = 41.383 ���

�� =98.51 − 90.97

1.028= 7.334 ���

Page 18: آزمایش سوم

18

∅ =7.334

41.383= 0.177 �� 17.7 %

تخلخل این سنگ هم در ناحیه ی خوب می باشد .

core holderبرای اندازه گیری تراوایی از : permeabilityآزمایش اندازه گیری

را از sleeveرا باز می کنیم و core holderمی کنیم به این صورت که ابتدا استفاده

core holderقرار می دهیم و هردو را در sleeveآن خارج می کنیم و مغزه را داخل

core holderرا روی آنها قرار می دهیم و درپوش distributorقرار می دهیم سپس

در اینجا مغزه هم می تواند خشک باشد یا با سیالی که می خواهد از آن را می بندیم .

) قرار می هیم . ovenرا داخل فر ( core holderسپس شد .عبور کند اشباع شده با

transferمی ریزیم و طرف دیگر transfer vessel به یک طرفرا آب نمکبعد از آن

vessel . سپس الین اختالف فشار را به پمپ وصل می کنیمoven را به دو سرcore

holder وصل می کنیم . سپس ورودی جریانcore holder را با الین بهtransfer

vessel وصل می کنیم و خروجی آن را در یک محفظه قرار می دهیم تا سیال خروجی

overburdenبرای ایجاد core holder. شیر باالیی بر روی در آن جمع شود

pressure . اگر بخواهیم شرایط مخزن را را شبیه سازی کنیم می توانیم از می باشد

قرار دارد استفاده کنیم و یک فشار بر روی ovenکه بر روی back pressureدستگاه

حال شیر پمپ را توسط رایانه باز می کنیم و آب درون جریان خروجی اعمال کنیم .

نفوذ می کند و به پیستون فشار وارد می کند و transfer vesselپمپ به داخل

coreمی رود . در داخل core holderاز طریق الین به آب نمک پیستون باال رفته و

holder ، را به کل سطح آب نمکپخش کننده از طریق شیار های موجود در سطح

coreاز درون مغزه عبور کرده و از انتهای آب نمکمقطع سنگ پخش می کند .

holder خارج می شود . اختالف فشار توسطoven و شدت جریان ورودی و خروجی

Page 19: آزمایش سوم

19

یری می شوند . این آزمایش تا زمانی ادامه می یابد که شدت جریان توسط رایانه اندازه گ

ورودی و خروجی برابر شود تا بتوانیم از قانون دارسی استفاده کنیم . با برابر شدن شدت

را core holderجریان ها ، آن ها را ثبت می کنیم و همچنین اختالف فشار دو سر

ی و انسان ممکن است در انجام آزمایش نیز ثبت می کنیم . چون دستگاه های مکانیک

خطا ایجاد کنند از این رو این آزمایش را در شدت جریان های مختلف اندازه گیری می

Qمحور های نمودار excelحال با استفاده از نرم افزار کنیم تا خطا به حداقل برسد .

را رسم کرده و سه نقطه ی به دست آمده را در آن مشخص می کنیم . �∆بر حسب

سپس خط رگرسیون این سه نقطه را مشخص کرده و شیب خط را بدست می آوریم . از

باید به این نقطه توجه داشت که که چون شیب خط می توانیم تراوایی را بدست آوریم .

دهیم ، صفر اختالف فشار دستگاه ما در سه نقطه اندازه گیری های خود را انجام می

اهمیتی ندارد و در رسم نمودار امکان ایجاد عرض از مبدا وجود دارد که مهم نیست و

فقط شیب نمودار برای ما مهم می باشد .

نتایج آزمایش و آنالیز داده ها :

اطالعات آزمایش به صورت زیر می باشد :

3 2 1 آزمایش

شدت جریان (��

���( 1 5 8

psi( 0.12 0.34 0.49اختالف فشار (

برای مغزه و سیال مورد استفاده داریم :

� = 36.93 �� = 3.693 ��

� = 44.76 �� = 4.476 ��

Page 20: آزمایش سوم

20

� = ���

4= �

(3.693)�

4= 10.711 ���

����

= 0.98 ��

� =���

�∆�

: 1آزمایش شماره

� = 1 ��

���=

1

60

��

���

∆� = 0.12 ��� = 0.00816 ���

� =

160 × 0.98 × 4.476

10.711 × (.00816)= 0.836 �����

: 2آزمایش شماره

� = 5 ��

���=

5

60

��

���

∆� = 0.34 ��� = 0.0231 ���

� =

560 × 0.98 × 4.476

10.711 × (0.0231)= 1.477 �����

: 3آزمایش شماره

� = 8 ��

���=

8

60

��

���

Page 21: آزمایش سوم

21

∆� = 0.49 ��� = 0.0333 ���

� =

860 × 0.98 × 4.476

10.711 × (0.0333)= 1.639 �����

خط رگرسیون سه نقطه به صورت زیر است :

� = 4.6276∆� − 0.0218

شیب =��

��

4.6276 =� × 10.711

0.98 × 4.476→ � = 1.895 �����

این مقدار تراوایی برای این سنگ خیلی خوب می باشد .

y = 4.6276x - 0.0218

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Q

P∆

نمودار شدت جریان بر حسب اختالف فشار