Download - آزمایش ششم

Transcript
Page 1: آزمایش ششم

1

بسمه تعالی

آزمایش ششم

اندازه گیری تراوایی

به روش تزریق گاز

استاد : دکتر رستمی

محمد جواد درخشان

810492180

Cگروه

18/2/94تاریخ :

Page 2: آزمایش ششم

2

هدف از انجام آزمایش :

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

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

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

داریم با استفاده از تزریق گاز به مغزه میزان تروایی آن را اندازه بگیریم .

تئوری آزمایش :

ادانه داخل سنگ حرکت کنند سنگ عالوه بر تخلخل برای اینکه یک نفت و گاز بتوانند آز

باید داری تروایی مناسبی باشد . تروایی به صورت زیر تعریف می شود :

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

نمایش می دهند . Kمحیط متخلخل را تراوایی می گویند و با

، و به توانایی انتقال سیال از این تخلخل فضای خالی درون سازند ، به عبارت دیگر به

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 .

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

) می باشد اما چون دارسی واحد بزرگی می باشد از واحد Darcyواحد تروایی دارسی (

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

می آید :

Q =KA(P� − P�)

μL→ K =

QμL

A(P� − P�)

Page 3: آزمایش ششم

3

K ) تراوایی :Darcy(

Q ) شدت جریان :���

���(

µ ) ویسکوزیته :cp(

L ) طول :cm(

A ) 2: سطح 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

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

جریان باید حالت پایدار یاsteady state . داشته باشد

. جریان باید آرام باشد

. جریان افقی باشد

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

. سیال داخل مغزه تراکم ناپذیر باشد

Page 4: آزمایش ششم

4

. هیچ واکنشی بین سنگ و سیال رخ ندهد

زه از نظر شکل یک دست و یکنواخت باشد .سنگ یا مغ

تراوایی با توجه به عوامل زیر می تواند متغیر باشد :

Gas slippage effect .

. سیال فعال و واکنش دهنده

. فشار های باال دستی

. جریان آشفته

هبرای اندازه گیری تروایی هم از مایعات استفاده می شود و هم از گاز ها ، اما به علت اینک

و ممکن است این واکنش ها مغزه را از احتمال واکنش مایعات با سنگ زیاد می باشد

گاز استفاده می کنند . در گاز ها ، به علت تراکم پذیری گاز ها این رو از از بین ببرد

شدت جریان حجمی گاز با فشار تغییر می کند از این رو نمی توان به طور مستقیم از

رد . به همین دلیل در گاز ها از متوسط شدت جریان حجمی در قانون دارسی استفاده ک

فشار متوسط استفاده می کنند . با فرض اینکه گازی که استفاده می کنیم یک گاز کامل

در دمای ثابت باشد ، روابط برای محاسبه ی تروایی گاز به صورت زیر خواهد بود:

P�Q� = P�Q��

P�Q�� =P� + P�

2

k�A(P� − P�)

μ�L

Q�� =P� + P�

2P�

k�A(P� − P�)

μ�L=

k�A(P�� − P�

�)

2P�μ�L

gbQ ) شدت جریان حجمی گاز در فشار پایه :���

���(

Page 5: آزمایش ششم

5

bP 1: فشار پایه ( فشار محیطی که فشار هایP 2وP ) (. در آن خوانده می شوندatm(

1P ) فشار ورودی :atm(

2P ) فشار خروجی :atm(

gµ ) ویسکوزیته ی گاز در فشار متوسط :cp(

L ) طول مغزه :cm(

A ) 2: سطح مقطع مغزهcm(

gK ) تروایی مغزه :darcy(

باید توجه کنیم که در هنگام آزمایش فشار ورودی را نباید از حدی بیشتر کنیم چون

روابط باال با فرض گاز کامل نوشته شده اند و گاز ها در فشار های پایین رفتاری نزدیک

به گاز کامل دارند .

بیشتر شود چون قانون bar 2نکته ی دیگر اینکه نباید اختالف فشار دوسر مغزه از

صادق است و با افزایش فشار جریان آشفته steady stateدارسی برای جریان آرام و

ارد و گذ شده و همان گونه که قبال هم اشاره شد جریان آشفته بر روی تروایی تاثیر می

دت جریان تغییر می کند .قانون دارسی صادق نیست چون ش

گاز ها نسبت به مایعات کمتر با سنگ واکنش می دهند ، اما تراوایی که از نفوذ اگر چه

گاز به دست می آید تروایی واقعی سنگ نمی باشد . علت این امر پدیده ای است به نام

gas slippage effect اگر یک محیط متخلخل که در فشار های پایین اتفاق می افتد .

را در نظر بگیریم ، در هنگام عبور مایعات چون مایعات تراکم ناپذیراند به علت اصطکاک

سیال با سطح دیواره سرعت حرکت بر روی دیواره ی محیط متخلخل صفر می باشد اما

Page 6: آزمایش ششم

6

سر می در گاز ها چون تراکم پذیرند ، هنگام حرکت در سطح دیواره مولکول های گاز

و سرعت بر روی دیواره ها صفر نیست . به همین دلیل سرعت الیه های دیگر خورند

به دست آمده بیشتر از مقدار kسیال نیز افزایش می یابد و در نتیجه دبی افزایش یافته و

واقعی زمانی است که تروایی k می گویند . gkواقعی خواهد بود . به همین دلیل به آن

می گویند . Lkیریم که به آن سنگ را با مایعات اندازه بگ

برحسب gkنمودار Lkو به دست آوردن gkبرای اصالح �

��را رسم می کنیم . این

نمودار یک نمودار خطی خواهد بود . چون با افزایش فشار رفتار گاز ها به مایعات نزدیک

نزدیک تر خواهد شد و وقتی فشار بینهایت شود نمودار Lkبه gkمی شود در نتیجه

�kرا قطع می کنند که در این نقطه که عرض از مبدا نمودار می باشد gkمحور = k�

می باشد . چون ما نمی توانیم فشار بینهایت اعمال کنیم و همچنین با اعمال فشار باال

کرد از این رو در فشار های جریان آشفته می شود و نمی توان از قانون دارسی استفاده

را اندازه می گیریم و نمودار را رسم می کنیم و با توجه به معادله ی خط gkپایین چند

واقعی در نظر می گیریم . kعرض از مبدا را پیدا کرده و آن را به عنوان

Page 7: آزمایش ششم

7

همان طور که در نمودار باال مشاهده می شود هرچه گاز سنگین تر ، رفتار آن به مایعات

نزدیک تر می باشد . Lkبه gkنزدیک تر و در نتیجه

وسایل و دستگاه های مورد نیاز :

برای اندازه گیری طول و قطر مغزه .کولیس :

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

گازی که استفاده می کنیم باید دارای نفوذ پذیری خوبی باشد وخنثی باشد مثل گاز :

هلیوم و نیتروژن و هوا که ما از هوا استفاده می کنیم .

نمونه ای که می خواهیم تراوایی آن را اندازه بگیریم .مغزه :

برای اندازه گیری شدت جریان حجمی گاز از دبی سنج گازی استفاده می ستون سیال :

شود اما از ستون سیال هم می توان برای اندازه گیری شدت جریان استفاده کرد . بدین

را درون ستون مایع فرار می دهیم و با خروج گاز مایع core holderصورت که خرجی

میزان جابه جایی سطح مایع و زمان جابه جابه جا شده و سطح مایع پایین تر می رود .

جایی را اندازه می گیریم و دبی را به صورت زیر به دست می آوریم :

Q�� =∆h

∆tA

سطح مقطع ستون سیال می باشد . باید توجه داشت که قبل از اندازه گیری شدت Aکه

به جا زمان جریان باید مطمئن شویم که شدت جریان پایدارشده است که برای این کار

گیری می کنیم و اگر این زمان ها به هم جایی سیال در بازه های طولی یکسان را اندازه

نزدیک و برابر باشند متوجه می شویم که جریان پایدار شده است .

Page 8: آزمایش ششم

8

از ستون دوم برای تغذیه ی ستون اول استفاده می شود به این صورت که پمپ خال را

ن پمپ خال سیال از ستون دوم وارد ستون به ستون اول وصل می کنیم و با روشن شد

اول می شود .

coreدر این آزمایش از کمپرسور برای تزریق گاز به ) : compressorکمپرسور (

holder وcore استفاده می کنیم بدین صورت که با یک الینcore holder را به

core holderکمپرسور مرکزی وصل می کنیم و کمپرسور هوا را با فشار ثابت وارد

میکند .

Page 9: آزمایش ششم

9

در این آزمایش از پمپ خال برای جابه جایی سیال از ستون دوم به ستون اول پمپ خال :

در دستگاه ستون سیال استفاده می شود بدین صورت که روغن داخل پمپ خال تبخیر

شده و با مکش سیال را از ستون دوم به ستون اول وارد می کند .

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

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

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

اندازه گیری می کند . همچنین این دستگاه می تواند فشار ورودی و خروجی را نیز اندازه

گیری کند .

Page 10: آزمایش ششم

10

ورودی و خروجی استفاده می کنیم .از فشار سنج برای اندازه گیری فشار فشار سنج :

از رایانه برای کنترل کمپرسور مرکزی استفاده می شود .رایانه :

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

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

)sleeve کننده () و دو پخشdistributor 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 ،

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

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

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

Page 11: آزمایش ششم

11

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 holderرد . برای عبور سیال از داخل مغزه ، تراوایی و شست و شوی مغزه اشاره ک

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

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

vessel واردcore holder . قرار گرفتن در نحوه می شود و از مغزه عبور می کند

core holder در حالت مایع و گاز تفاوت وجود دارد . اگر سیال مورد استفاده مایع

به صورت افقی قرار می گیرد اما در مایعات به صورت عمودی . علت core holderباشد

) over rideاین امر این است که گاز ها به علت دانسیته کم تمایل دارند به سمت باال (

به صورت افقی قرار گیرد در اینصورت گاز فقط از core holderاگر حرکت کند که

باالی مغزه عبور کرده و از قسمت پایین مغزه سیالی عبور نمی کند و در نتیجه نتایج

را به صورت عمودی قرار می دهند و از core holderاشتباه خواهد بود . از این رو

ظر می کنند .نیروی گرانش به علت دانسیته ی کم گاز صرف ن

جهت عبور گاز باید از باال به پایین باشد چون دانسیته ی گاز کم است و تمایل دارد به

باال حرکت کند بنابراین اگر از پایین به باال گاز تزریق شود ممکن است گاز از تمام فضا

ها عبور نکند و نتایج به دست آمده درست نباشد .

Page 12: آزمایش ششم

12

کمپرسور دسترسی نداشتیم می توانیم از کپسول گاز یا هوا برای اگر بهکپسول گاز :

تزریق و انجام آزمایش استفاده کنیم .

روش انجام آزمایش :

ابتدا طول و قطر مغزه خود را که آن را با استفده از دستگاه های موجود خشک کرده ایم

را داخل sleeveقرار می دهیم و sleeveرا اندازه می گیریم . سپس آن را در داخل

core holder گذاشته وdistributer ها را در طرف قرار می دهیم . درپوشcore

holder راگذاشته و آن را به حالت عمودی قرار می دهیم . سپس به شیر باالی الین

هوا را متصل می کنیم و طرف دیگر الین هوا را به کمپرسور مرکزی وصل می کنیم .

فشار سنج نیز وصل می کنیم تا فشار گاز ورودی را داشته باشیم همچنین به شیر باالیی

. شیر پایینی هم که خروجی گاز است را درون ستون مایع قرار می دهیم تا شدت جریان

حجمی گاز را اندازه بگیریم . فشار خروجی گاز را اگر چه درون ستون سیال است اما

رسور مرکزی را روشن کرده و یک برابر با فشار محیط در نظر می گیریم . سپس کمپ

فشار ثابت و کم را اعمال میکنیم . کمی صبر می کنیم تا جریان پایدار شود . سپس در

مدت زمان جابه جایی ستون سیال را اندازه می گیریم تا مطمئن شویم cm 10بازه های

نکه جریان پایدار شده است . بعد از اینکه مطمئن شدیم مدت زمان جابه جایی ستو

Page 13: آزمایش ششم

13

سیال را برای یک مقدار اندازه می گیریم و آن را ثبت می کنیم . همین مراحل با اعمال

چند فشار ورودی مختلف که همگی آن ها فشار های پایین هستند انجام می دهیم و

kنسبت جابه جایی ستون سیال به زمان را یادداشت می کنیم و مطابق محاسبات زیر

واقعی را بدست می آوریم .

یج آزمایش و آنالیز داده ها :نتا

اطالعات مربوط به تزریق گاز برای اندازه گیری تراوایی :

∆�

∆� (

��

��� 1P (psig)فشار ورودی (

10/21.6 42 10/52 22 20/27 57 20/55 34 5/58 10

اطالعات مربوط به مغزه و محیط و گاز :

2P 12.7 (psia)فشار خروجی

bP 12.7 (psia)فشار مبنا

surP 12.7 (psia)فشار محیط

L (cm) 9.1طول مغزه

D (cm) 3.8قطر مغزه

2A (cm 11.341(سطح مقطع مغزه

μویسکوزیته گاز �

(cp) 2

cm ( 10قطر ستون سیال (

Page 14: آزمایش ششم

14

محاسبه ی شدت جریان ها :

Q�� =∆h

∆tAستون سیال

Aستون سیال =πD�

4

Aستون سیال =π10�

4= 78.54 cm�

Q�� (��

���) ∆�

∆� (

��

���)

36.361 10/21.6 15.103 10/52 58.177 20/27 28.560 20/55 6.770 5/58

: atmتبدیل فشار های نسبی به فشار مطلق و تبدیل واحد آن ها به واحد

P (psia) = P (psig) + 12.7

P (atm) =P(psi)

14.7

(atm) 1P (psia) 1P (psig) 1P 3.721 54.7 42 2.360 34.7 22 4.741 69.7 57 3.176 46.7 34 1.544 22.7 10

Page 15: آزمایش ششم

15

P� = 12.7 psia = 0.863 atm

P� = 12.7 psia = 0.863 atm

برای فشار و شدت جریان های مختلف : gkمحاسبه

Q�� =k�A(P�

� − P��)

2P�μ�L

k� =2Q��P�μ�L

A(P�� − P�

�)

k� =2Q��(0.863)(0.02)(9.1)

(11.341)(P�� − 0.863�)

(darcy) gk Q�� (��

���) (atm) 1P

0.07687 36.361 3.721 0.08670 15.103 2.360 0.07415 58.177 4.741 0.08467 28.560 3.176 0.11440 6.770 1.544

محاسبه ی �

�� برای فشار های ورودی مختلف :

1

P�=

2

P� + P�

P� = 0.863 atm

�� (atm) (atm) mP (atm) 1P

0.436 2.2920 3.721 0.620 1.6115 2.360

Page 16: آزمایش ششم

16

0.356 2.8020 4.741 0.495 2.0195 3.176 0.830 1.2035 1.544

بر حسب gkرسم نمودار �

�� :

یا تراوایی واقعی را نشان می دهد Lkعرض از مبدا نمودار که همان نتیجه گیری نهایی :

�kبرابر است با = 0.0417 darcy محسوب می شود . متوسطکه یک تراوایی

k� = 0.0417 darcy

y = 0.0835x + 0.0417

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

kg

1/Pm

تروایی گاز بر حسب عکس فشار متوسطنمودار


Top Related