دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز

مهندس پوریا اسماعیل‌زاده، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، دوم اردیبهشت ماه 1396، از رساله خود با عنوان «مطالعه تجربی استفاده از نانوسیالات برای تغییر ترشوندگی سنگ مخازن گاز میعانی، به منظور ازدیاد برداشت» با راهنمایی دکتر محمد‌تقی صادقیدفاع نمود.

چکیده

هدف از انجام این پژوهش بهره‌گیری از ویژگی‌های منحصر به فردنانوسیالات به منظور کاهش آب دوستی و نفت دوستی سنگ‌ کربناته‌ و تغییر ترشوندگی آن به حالت ابر گازدوست می‌باشد، به‌طوریکه موجب پیشگیری از وقوع پدیده‌ی انسداد میعانی و یا کاهش آن در مخازن گاز میعانی شده و در نتیجه، برداشت گاز و میعانات گازی از مخزن افزایش یابد.در ابتدا نانوذرات متعددی سنتز شدو توانایی آنها در تغییر ترشوندگی سنگ کربناته به حالت گازدوست، به کمک آزمایش زاویه تماس قطرات آب و نفت روی سطح سنگ پوشش داده شده با این نانوذرات سنجیده شد. از میان نانوذرات سنتز شده، چهار نانوذره‌ی TiO₂، SiO₂، CNT وZnO/SiO₂ موفق شدند ترشوندگی سنگ را به حالت ابر آبگریز تغییر دهند و خاصیت خود تمیزشوندگی به سطح آن القا نمایند. دو نانوذره‌ CoBST و CeBSTنیز موجب آبگریز شدن سنگ شدند. پس از مشخصه‌یابی هر یک از این نانوذرات، از آنها به همراه مواد فلئوردار در ساخت نانوسیالات استفاده شد و به کمک آنالیز طراحی آزمایش‌ها، پارامترهای موثر در ساخت نانوسیالات به منظور ابر گازدوست شدن سنگ کربناته بهینه شد. نتایج آزمایش زاویه تماس روی سطح سنگ‌های پوشش داده شده با این شش نانوسیال نشان داد که ترشوندگی سنگ از حالت مایع دوست به حالت ابر آبگریز (با زاویه تماس استاتیک °160< و دینامیک °0) و ابر نفت گریز (با زاویه تماس استاتیک140-152°و دینامیک °10≥) تغییر یافت.کاهش % 100 آشام آب و % 90 آشام نرمال دکان درون سنگ نیز صحت نتایج فوق رامورد تائید قرار داد.پس از آن مکانیزم تغییر ترشوندگی سطح و گازدوست شدن آن توسط آنالیز‌های SEM، SPو EDXمورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از این آنالیز‌ها نشان داد که به واسطه‌ی پوشش‌دهی سنگ با نانوسیال، سطح سنگ تبدیل به یک سطح میکرو/نانو ساختار با انرژی سطح پایین شده که باعث به دام افتادن گاز در میان حفرات موجود در آن و در نتیجه دفع آب و نفت می‌شود. در ادامه، پایداری نانوسیالات با بررسی نتایج آنالیز زتا پتانسیل و پایداری سطوح پوشش داده شده با نانوسیال با انجام تست سایش تائید شد. سپس آزمایش آشام نانوسیال به درون مغزه‌ی اشباع از میعانات گازی انجام گرفت که نشان داد محتویات نانوسیال می‌توانند به درون منافذ مغزه نفوذ کرده و روی سطح بنشینند و با تغییر ترشوندگی سنگ باعث کاهش درصد اشباع نفت در آن بشوند، به طوریکه مقداربازیابی نهایی میعانات گازی در حدود % 34 اندازه‌گیری شد. پس از آن، برای بررسی عملکرد نانوسیال بر تغییر ترشوندگی در مقیاس مغزه و تاثیر آن بر جریان سیال، آزمایش‌های سیلابزنی به روش ناپایا برای دو سناریوی تزریق به صورت سیلاب زنی مایع درون مغزه‌ی اشباع از گازو سیلابزنی گاز درون مغزه‌ی اشباع از مایع انجام گرفت. بررسی نمودار‌هایافت فشارو تراوایی نسبی نشان داد که در هر دو سناریو، پس از تغییر ترشوندگی مغزه، تراوایی نسبی فاز گاز و مایع در مغزه و میزان تولید آنها، در قیاس با قبل از تغییر ترشوندگی به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافتند.به عنوان نمونه در سناریو‌ تزریق گاز نیتروژن به مغزه‌ی اشباع از میعانات گازی،پس از تغییر ترشوندگی مغزه به وسیله‌ی نانوسیال، تراوایی نسبی گاز در در اشباع باقیمانده نفتو همچنینمقدار نهایی تولید میعانات گازی به ترتیب % 68 و % 57 افزایش یافتند.

واژه‌های کلیدی:انسداد میعانی، نانوسیال، تغییر ترشوندگی، گازدوستی، خود تمیزشوندگی، تراوایی نسبی.