فهرست مطالب

مجله پژوهش نفت
پیاپی 121 (بهمن و اسفند 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • صادق محمودی، سعید جمشیدی*، شهاب آیت الهی صفحات 3-21
    در فرآیند اسیدزنی مخازن نفت و گاز، اسید تزریق شده در اثر واکنش با ذرات سنگ و تغییر ساختار حفرات سنگ، بر کیفیت جریان سیالات تاثیر می گذارد. در مدل سازی این فرآیند با روش مقیاس پیوسته،  به دلیل وجود گرادیان غلظت در مجاورت ذرات سنگ و تغییرات پیوسته محیط متخلخل، برقراری پیوستگی در ضریب انتقال جرم و رابطه تخلخل-تراوایی که وابسته به ساختار حفرات هستند محل اشکال و مناقشه بوده و نیاز به مدل سازی در مقیاس حفره مشهود است. روش نوین این مطالعه در ترکیب شرایط واکنشی با روش پالایش گریدی است که با استفاده از شبکه بولتزمان ضریب انتقال جرم محلی را در مقیاس حفره و در محیط متخلخل متغیر محاسبه می نماید. روش پالایش گریدی چهارگانه درختی یک تفکیک گر تراکم شبکه ای چندمقیاسی مبتنی بر تقسیمات برگشتی است که توانایی کاهش بار محاسباتی و در عین حال حفظ دقت مطلوب را داراست. نتایج شبیه سازی با یک و دو درجه تفکیک تراکم شبکه ای، افزایش دو تا سه برابری سرعت محاسبات را نسبت به مدل شبکه ریز یکنواخت نشان می دهد. این تحقیق با استفاده از مدل توسعه داده شده ضمن بازتولید نتایج آزمایشگاهی الگوی انحلال کرمچاله، تغییرات تخلخل-تراوایی و ضریب انتقال جرم را در اثر انحلال سنگ و در شرایط جریانی متفاوت با استفاده از اعداد بی بعد دامکولر، پکلتو شروود مورد بحث قرار می دهد. نتایج این تحقیق نشان می دهد بین میزان انحلال و تغییرات عدد شروود رابطه وجود دارد. همچنین، می توان با تحلیل رابطه کوزنی-کارمن در شرایط جریانی متفاوت، تغییرات تخلخل- تراوایی را دقیق تر بررسی نمود. بنابراین، روش پالایش گریدی ابزاری به دست می ‎دهد تا با دستیابی به دامنه شبیه سازی بزرگتر در مقیاس حفره، رابطی بین مقیاس حفره و دارسی ایجاد نمود.
    کلیدواژگان: شبکه بولتزمان، پالایش گریدی، جریان کنشگر، ضریب انتقال جرم، تغییرات تخلخل-تراوایی
  • حسین قبادی، سیاوش ریاحی*، علی نخعی صفحات 22-33
    یکی از روش های ازدیاد برداشت از مخازن نفتی تزریق آب با شوری های کم و pH بالا است. این روش علی رغم مزایای فراوان مانند هزینه کم و دسترسی زیاد، می تواند باعث آسیب به سازند شود. یکی از مشکلات هنگام تزریق آب با شوری کم، مهاجرت ذرات ریز است. مهاجرت ذرات ریز می تواند تراوایی مخزن را کاهش دهند و یا به تجهیزات آسیب جدی وارد کند. شرایط آب تزریقی با توجه به قدرت یونی، نوع یون ها و pH به شکل های مختلف برروی مهاجرت ذرات موثر است. در این مقاله، تاثیر قدرت یونی و نوع یون های موثر، اعم از یون های یک و دو ظرفیتی، در قدرت یونی که کمتر به مفهوم آن پرداخته شده است برروی مهاجرت ذرات مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. به این منظور، چهار نمک شامل یون های یک و دو ظرفیتی انتخاب و با تغییرات فاکتور قدرت یونی و نوع یون مهاجرت ذرات بررسی شد. تاثیر pH نیز در مقادیر 5/6، 8، 10 و 12 برروی مهاجرت ذرات ریز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دادند که به طور کلی با افزایش قدرت یونی سیال تزریقی میزان مهاجرت ذرات کاهش می یابد. نمک های دو ظرفیتی نیز به دلیل افزایش قدرت یونی باعث کاهش میزان مهاجرت ذرات می گردد، ولی اثر آن ها در قدرت های یونی یکسان نبوده و رفتاری متفاوت نشان می دهند تا حدی که حضور هم زمان یون های دو ظرفیتی در سیال تزریقی حتی باعث افزایش شدت مهاجرت ذرات ریز می گردد. علاوه برآن، نتایج نشان داد که با افزایش pH میزان مهاجرت ذرات تشدید می شود. هنگام تزریق سیال با pH بالا پتانسیل زتا سطح ذرات زیاد شده و در نتیجه با افزایش نیروی دافعه بین ذرات میزان مهاجرت و تولید ذرات افزایش می یابد
    کلیدواژگان: مهاجرت ذرات ریز، آسیب سازند، قدرت یونی، پتانسیل زتا و pH
  • مصطفی احمدی اهنک، الهام یساری*، علی احمدپور صفحات 34-46

    با استفاده از فرآورده های نفتی در صنعت پتروشیمی و انجام یک سری فرآیندهای شیمیایی، می توان محصولات متنوع و با ارزش افزوده به دست آورد. پروپیلن یکی از این محصولات بسیار مهم و اساسی است که می تواند برای تولید مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، در مطالعه حاضر، یک مدل پایا و دو بعدی از فرآیند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن در یک راکتور میکرو کانال در شبیه ساز COMSOL انجام شد. سپس، یک بهینه سازی چند هدفه با هدف افزایش پروپیلن (افزایش تولید) و کاهش CO (جلوگیری از تشکیل کک) برای اولین بار انجام گرفت. در مرحله اول مقایسه نتایج شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی خطایی حدود 7% را نشان می دهد که براساس فرضیات مدل قابل قبول است. به منظور تجزیه و تحلیل فرآیند، اثر دما، سرعت جریان خوراک، ترکیب خوراک و ضریب انتقال حرارت بر میزان تولید پروپیلن و CO بررسی شد. سپس برای بهینه سازی عملکرد راکتور و با توجه به هزینه محاسباتی مدل COMSOL و مسئله بهینه سازی، یک مدل جایگزین برای راکتور میکرو کانال براساس روش طراحی آزمایش (DOE) ارایه شد. سرانجام، با کمک مدل حاصل بهینه سازی چند هدفه فرآیند توسط روش D-optimal انجام و جبهه بهینه پرتو به دست آمد. با توجه به نتایج بهینه سازی، افزایش پروپیلن منجر به افزایش تولید CO می شود که نشان دهنده وجود تضاد بین این دو تابع هدف می باشد. پس از بهینه سازی نتایج یکی از نقاط بهینه جبهه پرتو ارایه گردید. دما و سرعت بهینه در این نقطه C° 513 و m/s 103/0 می باشد. در این شرایط، بیشترین مقدار غلظت پروپیلن و کمترین مقدار CO به ترتیب برابر با 195/0 و mol/m3 088/0 محاسبه می گردد.

    کلیدواژگان: هیدروژن زدایی اکسایشی، پروپان، میکروکانال، مدل سازی، بهینه سازی چند هدفی
  • مهدی فدائی، محمدجواد عامری شهرابی*، علی سلمانی، کیوان قربانپور صفحات 47-57

    در این پژوهش هدف بررسی آزمایشگاهی عملکرد جداساز دوفازی مایع-گاز است. به همین منظور، جداساز دوفازی مایع-گاز با استفاده از روابط تجربی موجود طراحی گردید. در مدل های نیمه تجربی علاوه بر فرض های ساده شونده، تاثیر منحرف کننده ورودی جداساز بر فرآیند جدایش نادیده گرفته شده و قطر قطرات فاز ثانویه یک مقدار ثابت تعیین شده است که تمامی قطرات مایع در بالاترین نقطه جداساز قرار دارند و سپس از آن نقطه سقوط می کنند. مفاهیم مربوط به جریان آشفته در این روش مد نظر قرار نگرفته است. در این پژوهش، چرخه جریانی دوفازی مایع-گاز طراحی و ساخته شد. در چرخه جریانی ساخته شده، آب به عنوان سیال مایع و هوا به عنوان سیال گاز مورد استفاده قرار گرفتند. سیال آب و هوا در نقطه اختلاط که یک سه راهی °45 است، تشکیل جریان دوفازی داده و پس از طی مسافتی معادل با 160 برابر قطر خط لوله، جریان توسعه یافته تشکیل می شود. محدوده دبی جریان آب و هوا به ترتیب برابر با m3/h 5/2-0 و  m3/h 100- 0 است. فشار عملیاتی حداکثر Pa 202450 و دمای عملیاتی برابر با دمای محیط است. برای بررسی عملکرد جداساز دوفازی گاز-مایع، در خروجی گاز جداساز جریان گاز خروجی از نظر کسر حجمی آب و حداکثر قطر قطره های آب بررسی شدند. سپس با استفاده از نتایج تجربی به دست آمده و استفاده از آنالیز ابعادی رابطه کلی عملکرد جداساز دوفازی گاز-مایع برحسب کسر حجمی فاز مایع در گاز خروجی از جداساز تعیین گردید. از مهم ترین دست آوردهای این پژوهش فراهم نمودن بستر لازم جهت طراحی جداسازهای دوفازی گاز-مایع برای سرچاه با توجه به شرایط تولید است.

    کلیدواژگان: مطالعه، تجربی، ابعادی، جداساز سرچاهی، دوفازی
  • امیرعباس فالی پور، ناصر اخلاقی*، روناک پروانه صفحات 58-70
    بخش بزرگی از سنگ های مخزن را سنگ های کربناته تشکیل می دهند که دارای پیچیدگی فراوانی هستند. مهم ترین چالش در بهره برداری نفت از مخازن کربناته که سبب کاهش میزان بازیافت نهایی نفت خام می شود، باقی ماندن مقدار زیادی از نفت درون سنگ است. تکنیک های ازدیاد برداشت نفت نقش به سزایی در بهبود تولید نفت دارند. تزریق آب هوشمند به مخزن نفتی یکی از روش های جدید ازدیاد برداشت نفت است که با تنظیم و بهینه سازی ترکیب یون ها در آب تزریقی طراحی می شود. تزریق آب هوشمند به مخازن نفتی به دلیل هزینه کم نسبت به سایر روش های ازدیاد برداشت در صنعت نفت کاربرد زیادی دارد.هدف این مطالعه استفاده مناسب تر از روش تزریق آب برای افزایش راندمان تولید نفت از مخازن کربناته است. لذا در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر غلظت های یون های منیزیم، سولفات و کلسیم در فرآیند ازدیاد برداشت به روش تزریق آب هوشمند برروی ضریب بازیافت نفت از سنگ کربناته پرداخته می شود. با مقایسه ضریب بازیافت ضریب بازیافت، "آب دوبار تقطیر شده" و "آب های حاوی یون های دو ظرفیتی" مشخص شد که حضور یون های دو ظرفیتی تاثیر مثبتی برروی ضریب بازیافت نفت از مخازن کربناته دارد. در ضمن با تغییر غلظت یون های دو ظرفیتی در آب های هوشمند طراحی شده در این مطالعه مشخص شد که افزایش غلظت منیزیم، سولفات و کلسیم باعث افزایش ضریب بازیافت نفت می شود. با مقایسه میزان ضریب بازیافت نهایی نفت مربوط به آب های هوشمند 4، 5 و 6 نسبت به آب هوشمند 3 مشخص شد که افزایش غلظت یون های Mg+2 و SO4-2 و Ca+2 باعث افزایش میزان ضریب بازیافت نهایی نفت به ترتیب از 55% به 7/57، 56 و 59% در سنگ های کربناته می شوند. به عبارت دیگر، افزایش غلظت یون کلسیم بیشترین تاثیر را برروی بازده نهایی نفت تولیدی و افزایش غلظت یون سولفات کمترین تاثیر را برروی بازده نفت تولیدی داشته است.
    کلیدواژگان: آب هوشمند، مخازن کربناته، ضریب بازیافت نفت، ازدیاد برداشت، تزریق آب
  • کورس نکوفر*، سینا فروتن، سید آرش سید شمس طالقانی صفحات 71-88

    یکی از پدیده های مخرب که موجب شکست و آسیب های شدید مکانیکی به کمپرسورهای جابه جایی مثبت می شود پدیده برگشت مایع مبرد به ساکشن کمپرسور است. این تحقیق متمرکز بر طراحی و ساخت دستگاهی در جهت محافظت از کمپرسور در برابر این پدیده است. این سیستم بر پایه پردازش الکترونیکی پارامترهای موثر شامل فشار عملیاتی، دمای عملیاتی، دمای سوپرهیت، درجه سوپر هیت و نوع گاز مبرد است. در ادامه، سیستم محافظ براساس فرمول های ترمودینامیکی مربوطه پردازش را انجام می دهد و براساس نتیجه پردازش فرمان مناسب را صادر می کند. تحقیقات معتبر مختلف برتری روش پردازش الکترونیکی را بر پردازش مکانیکی اثبات می کند. نمونه موردی کمپرسور جابه جایی مثبت چیلر تراکمی به عنوان مورد مطالعاتی انتخاب و سیستم مورد تحقیق با موفقیت نصب و آزمایش گردید. استفاده از سیستم پردازش الکترونیکی به جای سیستم تشخیص مکانیکی و قابلیت اعتمادپذیری بالای این سیستم و همچنین به روزرسانی کمپرسورهای قدیمی نصب شده در صنعت، جنبه جدید و نوآورانه تحقیق هست. نتایج ارزیابی اقتصادی و پایش عملکردی طی یک دوره یک ساله نشان داد با صرف هزینه اندک معادل با هزینه یک بار تعمیرات ناشی از پدیده برگشت جریان مایع، می توان مانع از بروز این پدیده و هزینه های تعمیرات در این حوزه شد.

    کلیدواژگان: مایع مبرد، کمپرسور جابه جایی مثبت، تهویه مطبوع، تبرید تراکمی، میکروکنترلر
  • زهرا مددی، علی میثاقی*، لطیف صمدی، محسن سیدعلی صفحات 89-102
    یکی از اهداف اصلی در توصیف مخازن نفت و گاز، تعیین نسبتا دقیق میزان ذخیره درجای هیدروکربن است و یکی از پارامترهای اصلی برای تعیین این کمیت، اشباع شدگی است. فرض اصلی در این پژوهش بر این اساس است که محتوی سیال در مخازن باعث میرایی و پاشش امواج لرزه ای می شود که این فرض توسط مدل های فیزیک سنگ، مدل سازی عددی و برخی مطالعات دیگر تایید شده است. در این مطالعه با استفاده از مدل فیزیک سنگ وایت، سه نوع مخزن ماسه سنگی تعریف شده است که در عمق و درجه تراکم متفاوت هستند. سپس با استفاده از برنامه توسعه یافته در نرم افزار متلب تاثیر اشباع ها و تخلخل های متفاوت برروی نشان گرهای سرعت فاز، میرایی، ضریب بازتاب عمودی و زاویه فاز مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج بررسی نشان می دهد که از بین مجموعه نشانگرها، سرعت وابسته به بسامد و زاویه بازتاب وابسته به بسامد، دراشباع های مختلف روند یکسانی دارند. در ادامه با استفاده از تقریب های علمی از ضریب بازتاب برای تخمین پاشش استفاده شده است و در پایان این روش برروی داده های یکی از میادین نفتی خلیج فارس مورد آزمون قرار گرفته و حدود میزان اشباع گاز تخمین زده شده است.
    کلیدواژگان: اشباع شدگی، فیزیک سنگ، مدل وایت، پاشش امواج لرزه ای، ضریب بازتاب
  • مهدی صدیقی، مجید محمدی* صفحات 103-115
    در بین فرآیندهای با بازدهی بالا جهت تولید الفین های سبک، روش تبدیل کاتالیستی متانول به الفین طی یک دهه گذشته، توسعه قابل توجهی داشته است. در این مطالعه سعی شده است تا با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و به کمک نرم افزار کامسول به بررسی فرآیند تبدیل متانول به الفین پرداخته شود. از مدل اویلرین-اویلرین برای حل جریان فاز پیوسته و پراکنده استفاده شد و روابط با استفاده از روش المان محدود حل شدند. برای فرآیند متانول به الفین، مدل سینتیکی پیشنهاد شد و پارامترهای سینتیکی توسط الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب به دست آمدند. سپس مقایسه ای بین نتایج تجربی و مدل پیشنهادی برای محصولات مهم صورت گرفت که نشان از تطابق خوب بین این دو داشت و متوسط خطای نسبی برای درصد مولی اتیلن، پروپیلن و بوتن به ترتیب برابر 40/2%، 35/1% و 11/3% به دست آمد. در ادامه پس از اعتبارسنجی مدل، پارامترهای مختلفی از جمله توزیع فاز جامد درون بستر، بردارهای سرعت، اندازه ذرات، افت فشار بستر و متوسط کسر جرمی اجزاء، بر عملکرد راکتور مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی توزیع فاز جامد درون بستر در سرعت ورودی و زمان های مختلف نشان داد که غلظت جامد درون بستر تقریبا رقیق بوده و ساختار جریان به طور کلی نسبتا همگن به نظر می رسد. علاوه برآن، بررسی اثر اندازه ذرات برروی بردارهای سرعت مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش قطر ذرات، آشفتگی بردارهای جریان بیشتر شده و تعداد گردابه های تشکیل شده در مناطق پایینی بستر افزایش یافته است. سپس، بررسی متوسط کسر جرمی هیدروکربن های تولید شده در طول راکتور نشان داد که میزان کسر جرمی اجزاء افزایش پیدا کرده است. همچنین، میزان تبدیل متانول در خروجی راکتور به بیش از 90% رسید.
    کلیدواژگان: راکتور بستر سیال، متانول، الفین، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل سینتیکی
  • حمید بذرکار، علیرضا لرک*، بابک امین نژاد صفحات 116-127
    تولید پایدار از منابع هیدروکربنی امری بسیار مهم در ثبات اقتصادی، حفظ توان تولیدی و عمل به تعهدات صادراتی دولت ها در زمینه فراهم کردن منابع انرژی از سوخت های هیدروکربنی است. برای دست یافتن به اهداف تولید پایدار از ذخایر نفت و گاز لازم است تا چاه های نفت و گاز به عنوان مجراهای تولیدی، به ایمن ترین و کارآمدترین روش های ممکن حفاری و تکمیل شوند. یکی از تهدیدات تولید پایدار از مخازن نفت و گاز، از دست دادن یکپارچگی ساختار چاه و عدم تحقق تفکیک لایه های مختلف زیرزمینی از فضای درونی چاه است که مشکلات متعددی از جمله تولید زود هنگام آب از چاه های نفت و گاز، نشت گاز یا شورآب از حاشیه باند سیمانی پیرامون چاه یا لبه آستری فولادی محافظ دیواره چاه است. برای دست یافتن به اهداف تفکیک لایه های زیرزمینی و کنترل جریان دلخواه سیال هیدروکربنی به مجرای تولیدی، عملیات سیمان کاری به عنوان یک سد جداکننده در برابر لایه هایی با محتوای سیال و فشار منفذی متفاوت و ایجاد غلاف یکپارچه جدا کننده چاه از محیط خارجی استفاده می شود. این غلاف سیمانی که پس از راندن جداری های فولادی به فضای پشت آنها پمپ می شود، پس از استقرار و سخت شدن به استحکام سازه چاه و پایداری آن در برابر فشارهای خارجی می انجامد. این تحقیق به طور خلاصه عوامل موثر بر ایجاد پیوند ضعیف سیمانی به سازند و جداره فولادی، تشکیل فضای میکروآنالوس در حاشیه باند سیمانی، بهینه سازی ترکیبات سیمان جهت تقویت مشخصات مکانیکی آن، مهاجرت گاز درون سیمان و راه کارهای موثر بر کنترل این پدیده زیان بار تمرکز دارد. در آزمایشات انجام شده اثر نانوذرات سیلیکا در بهبود مقاومت تراکمی سیمان، کاهش تخلخل و نفوذپذیری موثر در مهاجرت گاز به خوبی مشخص گردیده است. همچنین، لاتکس پلیمری با توسعه خواص سیکسوتروپیک در دوغاب و کاهش پنجره زمانی حالت گذرا کمک شایانی به دوغاب سیمانی می کند تا احتمال مهاجرت گاز در زمان بحرانی که سیمان قادر به مقاومت موثر در برابر آن نیست را به حداقل رسانده و فرصت لازم برای تهاجم سیالات و خلل در ساختار غلاف سیمانی را به کمترین مقدار کاهش دهد.
    کلیدواژگان: سیمان چاه نفت و گاز، میکرو آنالوس، پیوند سیمانی ضعیف، مهاجرت گاز، لاتکس پلیمر-نانو ذرات سیلیکا
  • امیر محمدی، محمد چهاردولی*، محمد سیم جو صفحات 128-140
    کشش بین سطحی یکی از مهم ترین پارامترهایی است که مستقیما بر نیروهای مویینگی تاثیر می گذارد. از این رو، در فرآیند تولید نفت خام از مخازن نقش مهمی دارد. در این پژوهش با استفاده از روش قطره آویزان، اثرات غلظت آسفالتین در شوری های مختلف و یون های دوظرفیتی محلول در آب بر کشش بین سطحی بررسی شده است. فاز نفتی به شکل مخلوطی از تولوین و نرمال هپتان (هپتول) در نظر گرفته شده و سپس آسفالتین به آن اضافه گردید تا فعالیت سطحی مولکول های آسفالتین و تاثیر آن بر کشش بین سطحی بررسی شود. آب با غلظت ppm 000/40 به عنوان سیال مبنا و غلظت های ppm 4000 به عنوان آب با شوری کم و ppm 000/80 به عنوان آب با شوری بالا تهیه و کشش بین سطحی فاز نفتی-فاز آبی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش آسفالتین تا غلظتی مشخص در دامنه شوری های مختلف، کشش بین سطحی هپتول/آب شور کاهش پیدا می کند. کمترین مقدار کشش بین سطحی در شوری های مختلف، در آب با شوری ppm 000/40 مشاهده شد که نشان از این دارد که در شوری بهینه ای، حداکثر غلظت آسفالتین به سطح تماس هپتول/آب شور مهاجرت کرده و کشش بین سطحی را از mN/m 23 به عدد mN/m 16 کاهش داد. همچنین غلظت 5/0% آسفالتین بیانگر غلظت مهم مایسلی شدن مواد فعال سطحی بود که نشان داد که سطح تماس هپتول/ آب شور تقریبا توسط مولکول های آسفالتین در غلظت 5/0% اشغال شده است. بنابراین در غلظت های بیشتر از این مقدار، کشش بین سطحی کاهش نیافت. در بخش آخر نیز اثر یون های دو ظرفیتی محلول در آب بررسی شد و نتایج نشان داد که با افزایش یون کلسیم تا 4 برابر، کشش بین سطحی هپتول/آب شور به mN/m 15 (حدود 10% کمتر از حالت مبنا) رسید که به نسبت تمامی نمونه ها کمترین مقدار بود.
    کلیدواژگان: کشش بین سطحی دینامیک، هپتول، آسفالتین، یون های دوظرفیتی، شوری
|
  • Sadegh Mahmoudi, Saeid Jamshidi *, Shahab Ayatollahi Pages 3-21
    During the Acidizing process in oil and gas reservoirs, the injected acid reacts with the rock grains, changes the rock pore structure and affects the flow conditions. Due to the presence of a concentration gradient at the vicinity of the rock grains and the continuous changes in rock-fluid interfaces, the continuum assumption of the effective local mass transport coefficient and porosity-permeability relation in the continuum scale modeling of this process has been remained debatable. Therefore, the need for pore scale modelling is evident. The novelty of this study relies in adapting the grid refinement method on reactive flow modeling that implements the Lattice Boltzmann method to compute the effective local mass transport coefficient on the pore scale and in changing porous media. Quadtree grid refinement method is a multiscale mesh refiner that adjusts the grid resolution based on recursive subdivisions, and it is able to reduce the computational load while keeping the desired precision. The simulation results with one- and two-level refinements show that quadtree is two to three times faster relative to uniform fine grid model. Meanwhile, this study uses the constructed model to regenerate the experimental results of wormhole dissolution pattern and discusses the variation in the porosity-permeability relation and the mass transport coefficient due to rock dissolution at different flow conditions that are characterized using the dimensionless numbers of Damkohler, Peclet and Sherwood. The simulation results demonstrate the relation between the dissolution and the Sherwood number and indicate that accurate investigation of the variation in porosity-permeability relation can be performed through analyzing the Kozeny-Carman relation in different flow conditions. Therefore, grid refinement method provides a Pore-Darcy scale bridging tool by achieving larger simulation domains on the pore scale.
    Keywords: Lattice Boltzmann, grid refinement, reactive flow, mass transport coefficient, porosity-permeability variation
  • HOSSEIN GHOBADI, Siavash Riahi *, Ali Nakhaee Pages 22-33
    Low salinity water (LSW) injection and alkaline flooding are two common enhanced oil recovery (EOR) methods. Although these methods have a lot of advantages, they could cause some formation damages. One of the main problems during LSW injection and alkaline flooding is fine migration. Fine migration might reduce reservoir permeability or produce and damage well facilities. Ionic strength and pH are two main factors that could control fine migration in these EOR methods. In this paper, the effect of four salts NaCl, KCl, CaCl2, and MgCl2 was studied as an ion strength parameter on fine migration. To investigate the effect of pH, four pH of 6.5, 8, 10, and 12s was considered. The results showed that the presence of salts decreases the amount of fine migration compared to distilled water injection, and divalent salts have a better performance than monovalent salts. The results also showed that the simultaneous presence of divalent ions in the injection fluid increases the intensity of fine migration. Furthermore, studies on pH’s effect indicate that increasing the injection fluid’s pH causes the more fine migration. Zeta potential measurements prove that the potential of fine particles surfaces increases by raising fluid pH. As a result, the repulsive forces between fine particles are greater at the higher pH which causes to increase fine migration.
    Keywords: Fine Migration, Formation Damage, Ion Strength, Zeta Potential, pH
  • Mostafa Ahmadi Ohnak, Elham Yasari *, Ali Ahmadpour Pages 34-46

    By using petroleum products in the petrochemical industry and performing series of chemical processes, various and value-added products can be obtained. Propylene is one of these very important and basic products that can be used to produce various materials. Therefore, in the present study, a two-dimensional steady state model of the process of oxidative dehydrogenation of propane to propylene in a micro-channel reactor was performed in the COMSOL simulator. Then, a multi-objective optimization with the purpose of increasing propylene (increasing production) and decreasing CO (preventing coke formation) was performed, for the first time. Comparison of the simulation results with laboratory data shows an error of about 7%, which is acceptable based on the model assumptions. In order to analyze the process, effect of temperature, feed flow rate, feed composition and heat transfer coefficient on the amount of propylene and CO production was investigated. To optimize the performance of the reactor and due to computational cost of the COMSOL model and optimization process, an alternative model for the micro-channel reactor was presented based on the design of experimental (DOE) method. Finally, the multi-objective optimization of the process was performed based on the prepared model by the response surface method (D-optimal), and the optimal pareto front was obtained. According to optimization results increasing propylene leads to an increase in CO production, which it shows a trade-off between objectives. After optimization, the results of one of the optimal points of the Pareto front were presented. The optimum temperature and velocity at this point is 513°C and 0.103 m/s, and in these conditions, the maximum concentration of propylene and the minimum amount of CO are set equal to 0.195 and 0.088 mol/m3, respectively.

    Keywords: Oxidative Dehydrogenation, Propane, microchannel, Modeling, Multi-objective Optimization
  • Mehdi Fadaei, MohammadJavad Ameri Shahrabi *, Ali Salmani, Keyvan Qorbanpour Pages 47-57

    The performance of two-phase (gas-liquid) separator was investigated in this paper. Two-phase (gas-liquid) separator was designed and manufactured using empirical correlations. The simplifying assumptions were used in these empirical equations, which their results of are less valuable. The effect of inlet diverter was neglected in designing, and the diameter of the liquid droplets assumed constant and predetermined. In these designing approaches, it was assumed that the liquid droplets were falling from the top of the two-phase (gas-liquid) separator, but in practice, the inlet diverter leads to separate the majority of liquid droplets because of momentum changing. The fundamentals of the turbulent multi-phase flow were not considered in these designing methods. The two-phase (air-water) flow loop was designed and manufactured. Air and water flows were mixed together at mixing section that is a 45° Tee and two-phase flow was formed. The two-phase (gas-liquid) flow had been considered as developed two-phase flow after passing 160 times greater than pipe diameter along pipe. Water and air flow rates were in ranges 0-2.5m3/h and 0-100m3/h, respectively. The maximum of operational pressure was 202650 Pascal at the ambient temperature. The liquid droplets trapper with 20 micron filter was mounted at gas outlet section of the two-phase separator to measure the volume fraction of the liquid phase in outlet gas flow and photography of liquid droplets in order to determine the diameter of the liquid droplets in outlet gas flow. Finally, the dimensionless groups were developed in order to model and investigate the two-phase (gas-liquid) separator performance. One of the most important achievements of this paper was providing the suitable platform to design well head (gas-liquid) two-phase separators based on the production conditions.

    Keywords: Study, Experimental, Dimensional, Well-Head Separator, Two-Phase
  • Amirabbas Falipour, Naser Akhlaghi *, Ronak Parvaneh Pages 58-70
    A large part of reservoir rocks is composed of carbonate rocks, which are more complicate. The most important challenge in oil production form the carbonate reservoirs, which decreased the ultimate oil recovery is that a great volume of oil remains in the rock. Enhanced oil recovery (EOR) techniques play an important role in improving oil production. Injecting smart water into the oil reservoir is one of the new methods of increasing oil extraction, which is designed by adjusting and optimizing the composition of ions in the injected water. Smart water injection into oil reservoirs is widely used in the oil industry due to its low cost compared to other methods of EOR. Generally, the objective of this study is better utilization of water flooding methods to increase the oil recovery efficiency from the carbonate reservoirs. Therefore, in this research, the effect of magnesium, sulfate and calcium ion concentrations in the process of enhanced oil recovery by smart water injection method on oil recovery coefficient from carbonate rock is investigated. By comparing the recovery factors for the double-distilled water and water types containing divalent ions, it was found out that the presence of divalent ions has a positive effect on the ultimate recovery from the carbonate reservoirs. In addition, changing the divalent ion concentrations in the designed smart water proved that an increase in the concentration of magnesium, sulfate, and calcium promotes the oil recovery factor. By comparing the final oil recovery coefficient of smart waters 4, 5 and 6 compared to smart water 3, it was found that by increasing of ions concentration of  Mg+2, SO4-2 and Ca+2 increase of the final oil recovery coefficient from 55%, 57.7%, 56% and 59% are in carbonate rocks, respectively. In other words, increasing the concentration of calcium ions had the greatest effect on oil recovery factor and increasing the concentration of sulfate ions had the least effect on the oil recovery factor.
    Keywords: Smart Water, Carbonate Reservoirs, ultimate oil recovery, enhanced recovery, water flooding
  • Kouros Nekoufar *, Sina Forootan, Seyed Arash Seyed Shams Taleghani Pages 71-88

    Positive displacement compressors are one of the most important and expensive components of the vapor compression refrigeration cycle, it is very important to protect this equipment during operation and against destructive phenomena. The compressive mechanism of this type of compressors is based on the compressibility of gases and the pressure increases by reducing the volume and compressing the refrigerant gas. One of the destructive phenomena that causes main failure and mechanical damage to this type of compressors is the liquid flood back that occurs when liquid refrigerant returns to the compressors suction line. This research focuses on design, fabricate and test a protecting system to protect the compressor against liquid flood back. This protecting system is based on electronic processing of effective parameters including operating pressure, operating temperature, superheat temperature, superheat degree and type of refrigerant. The protection system processes based on the relevant thermodynamic formulas and issues the appropriate command based on the processing result. Validated researches prove electronic processing method is better than mechanical processing. The protection system installed successfully on a 30 ton Positive displacement compressor with R-22 refrigerant.

    Keywords: Refrigerant, Positive Displacement Compressor, Air Conditioning, Compression Refrigeration, Microcontroller
  • Zahra Madadi, Ali Misaghi *, Latif Samadi, Mohsen Seyedali Pages 89-102
    Accurate estimation of in-situ hydrocarbon is one of the most important objectives for oil/gas reservoir description. Fluid saturation is an essential parameter for this purpose. In this context, it is assumed that fluid content in a reservoir can cause seismic wave attenuation and dispersion. This assumption, however, has been confirmed using rock physics and numerical modeling and other research approaches. In this research, based on a White’s rock physics model, three types of sandstone reservoirs of different depth and degree of compaction were synthesized. A MATLAB code was developed to investigate the impact of saturation and porosity variations on velocity, attenuation, vertical reflection coefficient and phase angle, and the results were implemented on the data from an oil field in the Persian Gulf. These investigations revealed that among different attributes, frequency related velocity and frequency related reflection angle at different saturation status show similar trends. In this research, approximate reflection angle was carefully obtained for estimation of dispersion. Analysis of reflection coefficient and velocity reveals that gas saturation and porosity affect dispersion. Finally, reflection coefficient and dispersion cross plots were successfully used to estimate gas saturation.
    Keywords: gas saturation, rock physics, White’s Model, seismic wave dispersion, reflection coefficient
  • Mehdi Sedighi, Majid Mohammadi * Pages 103-115
    Over the past decade, catalytic methanol-to-olefin conversion has been among the most highly developed processes for light olefin production. In this study, computational fluid dynamics (CFD) and COMSOL software were used to investigate the process of methanol conversion to light olefins. The Eulerian-Eulerian model was used to solve continuous and scattered phase flows. A simplified kinetic model was used for methanol conversion to olefin, including a catalyst effect, coke deposition, and the finite element method used to solve the equations. MATLAB software was used to obtain the kinetic parameters of the methanol to olefin process using a kinetic model and a genetic algorithm. A comparison was made between the experimental results and the proposed model for the main products, which showed a good agreement. For ethylene, propylene, and butene, the mean relative error was 2.40%, 1.35%, and 3.11%, respectively. Following the model validation, various parameters such as solid-phase distribution in the bed, velocity vectors, particle size, bed pressure drop, and average mass fraction of the components are investigated on reactor performance. Examining the solid phase distribution in the bed at various input velocities and times revealed that the solid concentration in the whole bed is almost dilute in the Ergun drag model. The flow structure appears generally homogeneous. By studying the particle size effect on velocity vectors, it is found out that as particle diameter increased, the turbulence of flow vectors increased and the number of vortices forming in the bed increased. Furthermore, the average mass fraction of hydrocarbons achieved during reactor output increased. Moreover, the methanol conversion reached more than 90%.
    Keywords: Fluidized Bed Reactor, Methanol, Olefin, Computational Fluid Dynamics, Kinetic Modeling
  • Hamid Bazrkar, Alireza Lork *, Babak Aminnejad Pages 116-127
    Sustainable production from hydrocarbon resources is very important in economic stability, maintaining production capacity, and fulfilling the export commitments of governments in providing energy sources from hydrocarbon fuels. Drilling and completing oil and gas wells in the safest and most efficient manner is possible in order to meet sustainable production objectives from oil and gas reserves. One of the threats to sustainable production from oil and gas reservoirs is the wellbore integrity failure and missing isolation for various underground layers from the inner space of the well. Alternatively, the leakage of gas and saltwater from the liner lap or casing shoe due to the micro-annulus phenomenon at the margin of the cement bond is another threat to oil and gas wells. To fulfill the aims of separating subsurface layers and directing the appropriate flow of hydrocarbon fluid to the production duct, the cement sheath acts as a sealing barrier against formation layers with varying fluid content and pore pressure. Cement slurry is pumped to the annular space after driving the steel casing. Improving the properties of cement structures is a continuous technical-engineering effort to increase the durability of structures and prevent the destruction or occurrence of problems related to weakness in these structures. Cement design requirements for oil and gas wells are accompanied by perfect sealing of the well. This research seeks to provide an efficient solution to cover the gas and fluid migration issues due to cement sealing inefficiency. Combining the superior rheological properties of latexes in cement with the strength properties of silica nanoparticles is an idea that has been developed in this research. In experiments, the effect of silica nanoparticles on improving the compressive strength of cement, reducing porosity, and effective permeability in gas migration has been well established. Polymer latex also helps cement slurry by developing thixotropic properties in the slurry and reducing the transient time window to minimize the gas migration possibility in critical times when the cement column is not able to effectively resist the formation fluids and restrict the opportunity for formation fluid invasion.
    Keywords: Oil, gas well cement, optimization of cement compounds, microannulus, Gas Migration, Polymer latex-Silica nanoparticles
  • Amir Mohammadi, Mohammad Chahardowli *, Mohammad Simjoo Pages 128-140
    Interfacial tension (IFT) is one of the most important parameters that directly affects the capillary forces, which affects oil recovery. This research investigates the effects of asphaltene concentration and water-soluble divalent ions on IFT. A mixture of toluene and n-heptane, which is called heptol, is used as the model oil, and then asphaltene was added into Heptol to study its effect on the surface-active properties of the model oil. Brine in a salinity of sea water (SW) with a concentration of 40,000 ppm was considered as the base aqueous phase. A diluted brine with a concentration of 4000 ppm was prepared as a low salinity water (LSW), and a concentrated 80,000 ppm aqueous solution is considered high salinity water (HSW). Afterwards, the dynamic IFT of the oil phase/aqueous phase interface was measured using the pendant drop method. Results show that with the increase in the asphaltene concentration, IFT of heptol/brine system was decreased. The lowest value of IFT was observed in the salinity of 40,000 ppm. This may show an optimum salinity range to facilitate migration of asphaltene molecules into brine/heptol interface, which led to an IFT reduction from 23 to 16 mN/m. Results indicated that an asphaltene concentration of 0.5% can be was considered as the critical micelle concentration. At the end, the effect of divalent ions, i.e. calcium, magnesium and sulfate ions in the aqueous phase was investigated, and it is shown that the calcium ion has a larger effect on IT reduction compared to the magnesium and sulfate ions.
    Keywords: Dynamic Interfacial Tension, Heptol, Asphaltene, divalent ions