2. Neutral Wet 3. Oil Wet 4. Spontaneous Imbibition 5. Water Wet. *مسؤول

Transcript

1 59 مدلسازی... و بهینهسازی استفاده با تماس زاويه مدلسازي و بهينهسازي ترشوندگي تغيير فرآيند در پاسخ سطح روش از هوشمند آب توسط کربناته سنگ 3 جراحيان خسرو و رستگار امید سید 2 بهراميان عليرضا * سفتي وفايي محسن احمدي صائب ايران تهران مدرس تربيت دانشگاه شيمي مهندسي دانشکده - ايران تهران دانشگاه نفت مهندسي انستيتو 2- ايران تهران نفت صنعت پژوهشگاه پليمر تکنولوژي و علوم پژوهشکده 3-93/7/30 پذيرش: تاريخ 92/7/28 دريافت: تاريخ چكيده سيالبزني است گرفته قرار توجه مورد اخيرا که کربناته مخازن از نفت برداشت ازدياد در استفاده مورد روشهاي از يکي دوست آب به دوست نفت حالت از کربناته سنگ سطح ترشوندگي حالت تغییر با هوشمند آب ميباشد. هوشمند آب با در کربناته سنگ ترشوندگي حالت بر هوشمند آب يوني ترکيب تاثير پژوهش اين در ميدهد. افزايش را نفت توليد سطح روش از آزمايشها طراحي در است. شده بررسي تماس زاويه آزمايش با متفاوت phهاي و مختلف ماندگاري دماهاي و سنگ سطح با برهمکنش دليل به K + 2- و SO 4 اMg 2+ يونهاي که ميدهد نشان آزمايشها نتايج شد. استفاده پاسخ SO و Mg+2 4 مانند فعال یون های بر عالوه بنابراین دارند. کربناته سنگ ترشوندگي تغيير در مهمي نقش چرب اسيد خاصيت افزايش سبب دما افزايش ميگذارند. تاثير کربناته سنگ ترشوندگي حالت بر نيز KCl مانند فعال غير نمک هاي کربناته سنگ سطح مثبت بار کاهش دليل به ph افزايش میشود. محلول در يونها فعاليت افزايش و آب با ترشوندگي تماس زاويه Mg 2+ يون رسوب تشکيل دليل به احتماال 8 حدود ph مقادير در ولی میگردد تماس زاويه کاهش سبب مییابد. افزایش کربناته سنگ آزمايش طراحي تماس زاويه هوشمند آب ترشوندگي تغيير كليدي: كلمات مقدمه مختلف شکافدار کربناته مخازن ترشوندگي ارزيابي ترشوندگي حالت ميدهد نشان دنيا سراسر در 3 دوست نفت يا 2 خنثي مخازن اين %90 از بيش آب تزريق از استفاده با نفت برداشت لذا ميباشد. حالت دليل به شکافدار کربناته مخازن در معمولي مكاتبات *مسؤول vafaiesm@modares.ac.ir الكترونيكي آدرس گونه اين در ][. است پايين مخازن اين ترشوندگي آب 4 خودي به خود آشام به نفت برداشت مخازن به آن در موجود نفت ساختن خارج و ماتريس در زماني فرآيند اين اما دارد بستگي شکافها سمت آب سنگ ماتريس شبكه كه است. امکانپذير. Wettability 2. Neutral Wet 3. Oil Wet 4. Spontaneous Imbibition 5. Water Wet ]2[. باشد 5 دوست

2 60 شماره 83 تغيير ترشوندگي سنگ مخزن به سمت آب دوستي بيشتر از رويکردهاي نوين در بهبود برداشت نفت از مخازن کربناته شکافدار محسوب ميشود. تغيير ترشوندگي سنگ از حالت نفت دوست به آب دوست با افزايش نيروهاي مويينگي از مقادير منفي به مثبت سبب آشام خود به خودي آب ميگردد ]3[. اثر مواد فعال سطحي در کاهش چسبندگي سطحي و تغيير ترشوندگي در سنگهاي کربناته يکي از روشهاي تغيير ترشوندگي مي باشد ]6-4[. کاربردهاي ميداني و مقدار زيادي مواد شيميايي گران قيمت برای تغییر ترشوندگی با استفاده از مواد فعال سطحی مورد نياز است. لذا به داليل اقتصادي اين روش در حوزههاي ميداني کاربرد ندارد. بنابراين استفاده از افزودنيهاي شيميايي ارزان قيمت بسيار مورد توجه بوده و از اهميت بسزايي برخوردار است. در سال هاي اخير پژوهشهايي در زمينه افزايش بازيابي نفت با آشام خود به خودي آب دريا انجام شده است. يلدز و مارو دريافتند که نمک محلول در آب تزريقي سبب افزايش بازيابي نفت در مخازن ماسه سنگي ميشود ]7[. کروسي و هامودا تاثير يونهاي سولفات و منيزيم موجود در آب دريا را بر روي ترشوندگي سنگ گچي 3 بررسي نمودند و با آزمايشهايي نظیر جذب تنش ميان سطحي و اندازهگيري زاويه تماس دريافتند که اين يونها به صورت محلول در آب ميتوانند ترشوندگي سنگ گچي را تغيير دهند ]8[. ژانگ و همکاران مدلي براي رفتار يونها نسبت به سطح کلسيت بر اساس نتايج آزمايشهاي کروماتوگرافي ارائه کردند و مشخصههايي مانند غلظت يونهاي 2+ Caا 2+ Mg دما و دبي سيال تزريقي را مورد بررسي قرار دادند. آنها با بررسي تاثير آب دريا بر ميزان بازيابي نفت با آزمايش آشام خود به خودي براي مغزههاي گچي دريافتند که آب دريا ميزان بازيابي نفت را به مقدار زيادي افزايش مي دهد: این افزايش به دليل جدا شدن اسيدهاي چرب جذب شده از سطح سنگ ميباشد ]9[. آنها عقیده داشنتد که SO 4 موجود در آب دريا بار مثبت سطح آنيون 2- را کاهش داده و توانايي کاتيونها براي نزديک شدن به اسيد کربوکسيليک جذب شده بر روي سنگ گچي را افزايش میدهد. با افزایش غلظت کاتيون دو ظرفيتي 2+ Mg در آب هوشمند توانايي کاتيونها براي جدايش اسيد کربوکسيليک که با سر منفي جذب سنگ شده افزايش مييابد و سبب آب دوستي بيشتر سنگ ميگردد. يون SO 4 نيز در سنگ کربناته همانند سنگ گچي بار مثبت سطح سنگ را کاهش میدهد. در نتيجه کاتيونهاي دو ظرفيتي آسانتر ميتوانند به سطح سنگ و اسيدهاي جذب شده نزديک شوند ]9[. فتحي و همکاران مشاهده کردند که با حذف NaCl از محلول آشام در مقايسه با آب دريا حدود %0 بازيابي نفت افزايش مييابد ]0[. اما زماني که مقدار NaCl در محلول آشام چهار برابر مقدار آب دريا باشد بازيابي نفت حدود %5 کاهش مييابد. آنها نتيجه گرفتند که نه تنها يونهاي SO 4 و 2+ Ca در تغيير ترشوندگي موثر فعال Mg+2 ا 2- میباشند بلکه حضور يون غير فعال + Na نيز بر حالت ترشوندگي تاثيرگذار است و از آب دوستي سنگ گچي ميکاهد ]0[. اسيدهاي چرب موجود در نفت در حضور فيلم آب سطح کلسيت را نفت دوست ميکند. رضايي گماري و هامودا اثر يون سولفات در برهمکنش ميان اسيدهاي چرب و سطح کلسيت را با آزمايشهايي چون آناليز گرماسنجي وزني و اندازهگيري پتانسيل زتا مورد بررسي قرار دادند. ایشان دريافتند که کلسيتي که در تماس با محلول سولفات بوده کشش باالتري براي جذب آب نسبت به کلسيت خالص دارد. آنها نشان دادند که ترشوندگي سطح کلسيت به ساختار اسيدهاي چرب ترکيب آب سازند و ph بستگي دارد ][..Capillary Forces 2. Chalk

3 6 بهینهسازی و مدلسازی... رضايي دوست و همکاران تاثير دما را بر روي اقزايش بازيابي نفت بررسي کردند ]2[. ایشان نشان دادند كه سولفات به وسيله پيوند هيدروژني در آب آب SO 4 به سوي پوشي ميشود و واکنشپذيري يون سطح آهک در دماي باال به دليل شکست هيدروژني SO 4 قويتر افزايش مييابد. در نتيجه در دماي باال بر روي سطح سنگ جذب ميشود كه باعث كاهش نيروي دافعه بين بار مثبت سطح سنگ و کاتيونهاي موجود را کاهش شده و توانايي کاتيونها را براي جذب گروههاي کربوکسيليک افزايش ميدهد ]2[. به دليل تاثير زياد نوع حالت ترشوندگي مخازن کربناته در افزايش بازيابي نفت در اين پژوهش تاثير غلظت يونهاي مختلف ph و دماي آب هوشمند بر حالت ترشوندگي سطح سنگ کربناته با استفاده از روش اندازهگيري زاويه تماس بررسي شده است. روش سطح پاسخ 2 مجموعهاي از روشهای رياضي و آماري است که براي طراحي آزمايش توسعه مدل ارزيابي عوامل و بهينهسازي شرايط مورد استفاده قرار میگیرد. اين روش عالوه بر تعيين شرايط بهينه چگونگي حساسيت شرايط بهينه به متغيرهاي آزمايشگاهي را نيز تحليل مينمايد. در مواردی که چندين متغير بر روي پاسخ آزمايش تاثيرگذار بوده و هدف بهينهسازي پاسخ میباشد روش سطح پاسخ در تحليل مسائل و مدلسازي فرآيند موفق عمل میکند ]3[. به منظور بررسي عوامل اصلي در استفاده از آب هوشمند و اثر متقابل بين آنها بر ترشوندگي سنگ کربناته با هدف کمترين تعداد آزمايش و صرفهجويي در زمان و هزينه از روش طراحي مکعب ترکيب مرکزي 3 که يکي از روشهاي خانواده سطح پاسخ است و كاربرد فراواني در طراحي آزمايش دارد استفاده شد. در انتها براي پيشبيني زاويه تماس بر حسب عوامل مورد بررسي و اثر متقابل بين آنها يک رابطه چند جملهاي به وسيله ماتريس طراحي آزمايش ارائه شده است. مواد و روشها مواد 5 در اين پژوهش از سنگ رخ نمون 4 کربناته آهکي به عنوان فاز جامد استفاده شده است. نمونه سنگ مورد استفاده در آزمايش زاويه تماس که به شکل قرص برش داده شده در شکل نشان داده شده است. نرمال دکان که اسيد استئاريک با غلظت 0/0 م والر در آن ح ل ش ده ب ه عن وان م دل س يال نفت ي مورد استفاده قرار گرفته است. دليل استفاده از نرمال دکان حاوی اسيد استئاريک به عنوان نفت مدل اين است که تاثير اسيدهاي چرب موجود در نفت واقعي همچون اسيد استارئيک بر حالت ترشوندگي سنگ کربناته بررسي شود. از مقدار زاويه تماس ميتوان فهميد که عمده نفت دوستي سنگ کربناته به دليل اسيد چرب موجود در نفت ميباشد. مقدار زاويه تماس قبل از قرار دادن سنگها در نفت مدل 3/ درجه است که نشاندهنده آب دوستي سنگها قبل از قرار دادن آن ها در نفت مدل ميباشد. شکل - سنگ کربناته برش داده شده براي آزمايش زاويه تماس. Smart Water 2. Response Surface Method 3. Central Composite Design 4. Outcrop 5. Limestone

4 83 شماره 62 مقدار به تماس زاويه مقدار افزایش همچنين نفت در سنگها دادن قرار از پس درجه /3 موجود چرب اسيد که است اين نشاندهنده مدل شدن دوست نفت در زيادي تاثير مدل نفت در از نيز پژوهشگر چندين است. داشته سنگها 4[. و ] نمودهاند استفاده مدل نفت آلماني شرکت از ماده دو اين که است ذکر به الزم جدول در شدهاند. تهيه %99 خلوص با مرک اصالحگر محلولهاي در استفاده مورد نمکهاي با و مرک آلماني شرکت محصول که ترشوندگي مبناي شدهاند. معرفی میباشند %99 باالي خلوص بوده دريا آب در موجود يونهاي نمکها انتخاب شده استفاده غلظتهاي محدوده همچنين است. میباشد. دريا آب به نزديک و کم پژوهش اين در کم غلظتهاي از استفاده پژوهش اين هدف زيرا سنگ ترشوندگي تغییر منظور به موجود يونهاي میباشد. دوست آب به دوست نفت حالت از کربناته شده استفاده محلولهاي در استفاده مورد نمکهاي - جدول ترشوندگي تغيير براي نمک کلرايد پتاسيم سولفات سديم آبه شش کلرايد منيزيم کلرايد کلسيم بيکربنات سديم آزمايشگاهي روشهاي نمونهها آمادهسازي شيميايي فرمول KCl Na 2 SO 4 MgCl 2.6H 2 O CaCl 2 NaHCO 3 تماس زاويه آزمايش براي سنگها آمادهسازي گرفت: انجام زير مراحل طي 70 mm طول به شکل استوانهاي مغزههايي ابتدا - برش زاد برون کربناته سنگهاي از اينچ قطر و شد. داده از اينچ قطر و 2 mm ضخامت به قرصهايي 2- زاويه اندازهگيري جهت آنها سطح و تهيه مغزهها شد. همگن و صيقلي کامال تماس برش از باقيمانده ذرات حذف براي هوا جريان از 3- گرديد. استفاده سنگها روي از کلسيت سنگ دماي در و شده شسته مقطر آب با نمونهها 4- شدند. خشک ساعت 24 مدت به 40 C جذب چرب اسيدهاي حذف منظور به نمونهها 5- به دست تماس و برش از حاصل ناخالصي و شده شدند. داده قرار تولوئن محلول در روز 2 مدت خشک و شده شسته مقطر آب با نمونهها 6- اندازهگيري با مرحله اين در دوستي آب گرديد. شد. بررسي نمونهها تماس زاويه 5 مدت به مقطر آب در گرفتن قرار از پس 7-2 مدت به 80 C دماي در مدل نفت در دقيقه نفت مرحله اين در ]5[. شدند داده قرار هفته قطره دان قرار با تماس زاويه آزمايش با دوستي اين در که است بهذکر الزم گردید. بررسي هپتان )به استئاريک اسيد حاوی دکان نرمال از پژوهش دوستي نفت حالت تغيير براي چرب( اسيد عنوان با تماس زاويه آزمايش و شد استفاده سنگها زاويه مقدار است ممکن گردید. انجام هپتان قطره استفاده صورت در خاص آزمايش يک براي تماس باشد. داشته اندکي تفاوت هپتان يا دکان قطره از است مشابه حالت دو هر در کلي تغييرات روند اما با آزمايشها تمامي است الزم مقایسه انجام برای و ]6[. شود انجام ماده يک دماي در و شد شسته مقطر آب با نمونهها 8- گردید. خشک ساعت 24 مدت به 40 C جهت استفاده مورد محلولهاي در نمونهها 9- شد. داده قرار ساعت 72 مدت به ترشوندگي تغيير دماي در و شده شسته مقطر آب با نمونهها انتها در شد. خشک ساعت 24 مدت به 40 C فشار و اتاق دماي در تماس زاويه نیز انتها در 0- گردید. اندازهگيري اتمسفري تماس زاويه اندازهگيري قطره يک دان قرار با تماس زاويه اندازهگيري در آبي محيط در سنگ سطح بر پايين از هپتان است. شده انجام اتمسفري فشار و اتاق دماي

5 63 مدلسازی... و بهینهسازی 2 شکل در که تماس زاويه اندازهگيري دستگاه يک شامل کلي حالت در است شده داده نشان براي جک )2( شفاف محفظه يک )( نور منبع 00 بزرگنمايي با دوربين )3( ارتفاع دقيق تنظيم سرنگ )5( تزريق پمپ شامل تزريق سيستم و )4( باال دقت با تماس زاويه مقدار ميباشد. سوزن و ميشود. محاسبه رايانه توسط ph اندازهگيري ترشوندگي تغيير براي رفته کار به محلولهاي ph موالر 0/0 غلظت با NaOH و HCl از استفاده با روي بر 0 تا 3 بازه در ph تاثير است. شده تنظيم است. شده بررسي ترشوندگي آزمايش طراحي مکعب آزمايش طراحي روش از پژوهش اين در پاسخ سطح روشهاي از يکي که مرکزي ترکيب فاکتور هر روش اين در است. شده استفاده است α+(. و )α- ميشود تعريف سطح پنج در برابر آزمايشها ترکيب کل تعداد حالت این در مستقل متغيرهاي تعداد k که ميباشد 2 k +2k+n 0 است. مرکزي نقاط در آزمايشها تکرار تعداد n 0 و از استفاده با سادهتر کاربرد و آماري بررسي جهت ميشوند: تبديل x( i ( به )X i ( زیرعوامل رابطه x i )( مرکزي نقطه در X i مقدار X 0 X i شده کد مقدار x i به نياز بدون بهينه شرايط میباشد. گام تغيير δx و از استفاده با ممکن آزمايشهاي همه ترکيب انجام محاسبه پاسخ سطح روش مبناي بر آزمايش طراحي براي ورودي متغيرهاي سطوح همچنين ميشود. است. محاسبه قابل پاسخ از مشخص سطح يک تحليل سوم درجه جملهاي چند يک با پاسخ رفتار تاثير Design Expert 7 نرمافزار از استفاده با ميشود. آب ph و دما MgCl 2 او N SO KClا نمکهاي غلظت 2 4 منظور به شد. بررسي تماس زاويه مقدار بر هوشمند جزیی نيمه نوع از نرمافزار در آزمايشها تعداد کاهش براي شده ارائه مدل همچنين است. شده استفاده ارزيابي مورد 2 واريانس تحليل نتايج از استفاده با پاسخ با مدل بودن معنيدار آماري لحاظ از گرفت. قرار ميشود. بررسي 4 F مقدار و 3 P مقدار بحث و نتايج ل قب و ن تولوئ ا ب نگها س وي شستش از س پ دا ابت در سنگها ترشوندگي حالت نفت در آنها دادن قرار از سنگها که گردد حاصل اطمينان تا ميشود بررسي تماس از پس آنها دوستي نفت و بودهاند دوست آب سطح روي بر نفتي مواد جذب دليل به و نفت با تماس زاويه 3/ o مقدار است. شده ایجاد سنگ از پس است. مرحله اين در دوستي آب نشاندهنده در هفته دو مدت به مدل نفت با سنگها تماس اندازهگيري /3 o برابر تماس زاويه 80 C دماي نمونهها بودن دوست نفت نشاندهنده که شد ميباشد تماس زاويه اندازهگيري دستگاه شکل 2 -. Fraction 2. Analysis of Variance 3. P-value 4. F-value

6 83 شماره 64 مرکزي ترکيب مکعب طراحي روش پژوهش اين در Mg 2+ ظرفيتي دو کاتيون عوامل تاثير بررسي جهت آب دماي و ph ا SO آنيون +K 4 ظرفيتي يک کاتيون روش به کربناته سنگ ترشوندگي حالت بر هوشمند کارگرفته به سطح پنج در تماس زاويه اندازهگيري ترشوندگي تغيير براي شده استفاده محلول است. شده نمکهاي از NaHCO 3 و KClا CaClا 2 Naا 2 SO 4 MgClا 2 کامال هوشمند آب در NaCl نمک است. شده تشکيل قرار بررسي مورد KCl نمک تاثير تا گرديد حذف تمامي در NaHCO 3 و CaCl 2 نمکهاي غلظت گيرد. و 0/008 با برابر ترتيب به و ثابت آزمايشها موجود مقادير مشابه که شد انتخاب موالر 0/002 ميباشد. فارس خليج آب در جدول در شده بررسي متغيرهاي سطوح و محدوده نرمافزار از استفاده با است. شده داده نشان 2 شد. طراحي آزمايش تعداد 32 Design Expert 7 به مربوط پاسخ و آزمايش ها شرايط 3 جدول مدل چندين ميان از ميدهد. نشان را يک هر دل م ک ي گاهي آزمايش ج نتاي ه ب ه توج ا ب ن ممک شد. برازش نتايج روي بر مکعبي نوع از سوم درجه زاويه واريانس تحليل از پس آمده به دست معادله کد مقادير حسب بر را کربناته سنگ سطح تماس محلول در K + و SO Mg+2 ا 4 يونهاي غلظت شده رابطه با شده استفاده محلول دماي و ph اصالحگر ميکند: پيشبيني زير تماس 89/48-4/75A-9/25B+6/25C-4/25 =زاویه D-0/75E 0/94-AE/9+BC/56+BD+CD0/063-CE+ 0/062DE +6/05D 2 /2E 2 4/94+A 2 B-4/3A 2 C0/44-A 2 D+4/94A 2 E+ 2/8AB 2 )2) غلظت ترتيب به وE Dا C B ا Aا باال رابطه در ph موالريته حسب بر K + و SO +ا 4 Mg +2 يونهاي میباشد. )C ( دما و بزرگي بيانگر شده ارائه مدل در عامل هر ضريب 2 رابطه به توجه با است. پاسخ بر عامل آن تاثير بر عامل تاثيرگذارترين ماندگاري( )دماي E عامل واريانس تحليل نتايج میباشد. تماس زاويه مقدار است. شده ارائه 4 جدول در خالصه طور به همگرايي ضريب توسط مدل معادله برازش کيفيت 4 جدول نتايج اساس بر است. شده بيان R( 2 ( میباشد 0/05 از کوچکتر P مقدار اینکه دليل به است. معنيدار %95 اطمينان فاصله با مدل عوامل از يک هر براي F مقدار و P مقدار همچنين روي بر داري معنا تاثير آنها همه ميدهد نشان و واقعي مقادير 3 شکل دارند. تماس زاويه مقدار نشان را مدل توسط تماس زاويه شده پيشبيني 0/9 و 0/96 ترتيب به مدل براي R 2 و R 2 ميدهد. adj با مدل نتايج تطابق نشاندهنده که آمد دست به ميباشد. تجربي مقادير متغير آزمايشگاهي مستقل متغيرهاي سطوح و محدوده 2- جدول )+( باال فاکتوريل )0( مرکزي نقطه )-( پايين فاکتوريل )α-( پايين محوري )α+( باال محوري 0/ 0/05 0 )موالريته( Mg 2+ 0/ 0/ )موالريته( SO 4 0/5 0/25 0 )موالريته( +K 0 3 ph )C ( ماندگاري دماي. Cubic

7 65 بهینهسازی و مدلسازی... جدول 3- طرح آزمايش و نتايج E:T( C( عامل 5 - D:pH عامل 4 - C:K+ عامل 3 - B:SO 4 )شماره آزمايش( عامل - 2+ A:Mg عامل 2-2- پاسخ /0 3 0/000 0/500 0/000 0/00 0/000 0/ جدول 4- نتايج تحليل واريانس مدل مقدار F مقدار P منبع مجموع مربعات درجه آزادي متوسط مجموع مربعات >0/000 0/0269 0/0003 0/0060 0/0439 >0/000 6/07 6/22 23/57 0/76 4/98 3/83 466/67 80/50 684/50 32/50 44/50 924/50 29/ /97 80/50 684/50 32/50 44/50 924/50 377/53 مدل A (Mg +2 ( B (SO 4 ( + C (K( D (ph( E (T( باقيمانده

8 83 شماره )درجه( شده پيشبيني مقادير 59 59/ )درجه( واقعي مقادير آزمايشگاهي مقادير و مدل توسط تماس زواياي شده پيشبيني مقادير 3- شکل در تماس زاويه مقدار بر Mg 2+ يون غلظت تاثير که ميدهد نشان نتايج است. شده رسم 4 شکل تا موالريته 0/03 مقدار از Mg 2+ يون غلظت افزايش در ترشوندگي اصالحگر محلول در موالريته 0/08 اس تم ه زاوي ش کاه ب موج ر ديگ اي يونه ور حض ميشود. کربناته سنگ سطح بيشتر دوستي آب و افزايش ميشود مشاهده 5 شکل در که همانگونه موالريته 0/08 تا موالريته 0/02 از SO 4 يون غلظت تماس زاويه کاهش موجب هوشمند آب در نيز يون غلظت افزايش ولي میشود. کربناته سنگ شده تماس زاويه افزايش موجب K + ظرفيتي تک دوست نفت سمت به را سنگ ترشوندگي حالت و معادله در B ضريب اينکه به توجه با ميدهد. تغيير نتيجه ميتوان است A ضريب از بزرگتر مدل يون به نسبت موثرتري نقش SO 4 يون که گرفت سطح بيشتر دوستي آب و تماس زاويه کاهش در Mg +2 همکاران و ژانگ توسط شده ارائه مدل دارد. سنگ این يافتههاي با آنها آشام آزمايشهاي نتايج و سنگ براي تماس زاويه آزمايش به مربوط پژوهش که است اين نشاندهنده و دارد مطابقت کربناته سنگ و گچي سنگ در ترشوندگي تغيير کار و ساز این يافتههاي ]9[. میباشد شبيه هم به کربناته آب در K + يون غلظت افزايش درخصوص پژوهش همکاران و فتحي نتايج با هماهنگ نيز هوشمند زا Na + يون که همانطور ميرسد نظر به و بوده ديگر يونهاي حضور در گچي سنگ دوستي آب دوستي آب کاهش سبب نيز K + يون ميکاهد ]0[. ميشود کربناته سنگ نشان 6 شکل در ترشوندگي حالت بر دما و ph تاثير ميشود مشاهده دما اثر مورد در است. شده داده 73 C تا C از ماندگاري دماي افزايش با که ترشوندگي حالت و شده کم تماس زاويه مقدار ر تغيي تر بيش تي دوس آب مت س ه ب ه کربنات نگ س در که شيميايي واکنش به امر اين دليل مييابد. برميگردد. شده معرفی 7 شکل نفتي فاز در شده حل آب مقدار باال دماهاي در در موجود چرب اسيد مقدار آن تبع به و افزايش مخزن سنگ نتیجه در مييابد. کاهش نفتي فاز پايين دماي در آنکه حال ميشود. دوست آب که مييابد کاهش نفتي فاز در شده حل آب غلظت راست سمت به تعادلي واکنش برگشت معناي به سيستم دوستي نفت خاصيت افزايش نتيجه در و پژوهش این آزمايشهاي نتايج تطابق میباشد. سنگ ترشوندگي حالت بر دما تاثير خصوص در در همکاران و دوست رضايي يافتههاي و کربناته کار و ساز که ميدهد نشان گچي سنگ مورد و کربناته سنگ در دما افزايش با ترشوندگي تغيير 7[. و ]2 است یکدیگر مشابه گچي سنگ سپس و کاهش تماس زاويه ابتدا نيز ph اثر مورد در صورت بدين را امر اين دليل مييابد. افزايش سمت به ph افزايش با که نمود توجيه ميتوان داراي تدريج به کربناته سنگ سطح بازي مقادير يونهاي ميان دافعه نتيجه در میشود. منفي بار چرب اسيد و شده کم سنگ سطح و ظرفيتي دو ميشود. جدا آسانتر شده جذب

9 67 بهینهسازی و مدلسازی... مقدار زاویه تماس )درجه( 0 97/ /5 0/0 0/03 0/06 0/08 0/0 غلظت یون 2+ Mg )موالریته( شکل 4- تاثير غلظت يون 2+ Mg بر مقدار زاويه تماس 0/38 غلظت یون + K )موالریته( 0/3 0/25 0/9 98/628 93/463 88/ /28 77/963 0/3 0/02 0/04 0/05 0/06 0/08 SO 4 )موالریته( غلظت یون + K بر زاويه تماس SO 4 و شکل 5- تاثير غلظت يونهاي 73/75 65/63 57/50 86/675 92/067 8/ / /38 02/97 97/5384 /25 4/75 5/63 0 7/38 8/25 ph شکل 6- تاثير ph و دماي ماندگاري آب هوشمند بر مقدار زاويه تماس دمای ماندگاري )C ( شکل 7- واكنش شيميايي مربوط به تأثير دماي ماندگاري آب هوشمند بر حالت ترشوندگی سنگ کربناته

10 68 شماره 83 دليل افزايش زاويه تماس در مقادير باالتر ph نيز Mg(OH) 2 باشد ممکن است به دليل تشکيل رسوب که تشکيل اين رسوب با کدر شدن رنگ محلول قابل تشخيص است. بهينهسازي هدف بهينهسازي سطح پاسخ تعيين محل مطلوب بيشينه يا کمينه در فضاي طراحي است که در آن پاسخ پايدار میباشد. بهينهسازي پاسخ با نرمافزار Expert 7 ا Designا و بر اساس معادله مدل محاسبه ميشود. پس از تعيين شرايط بهينه توسط مدل گام آخر بررسي صحت نقاط پيشبيني شده توسط نرم افزار است. جدول 5 شرايط بهينه نقاط پيشبيني شده و آزمايش تاييد کننده را نشان ميدهد. جدول 5- نقطه پيشبيني شده پاسخ در شرايط بهينه زاويه تماس پاسخ کمينه کردن هدف نقطه پيشبيني شده /46 56 آزمايش تاييد حد پايين با بازه اطمينان 95% 42/68 حد باال با بازه اطمينان 95% /25 0/073 Mg +2 0/089 SO 4 شرايط بهينه 0/ K + 6/4 ph 87 T همانگونه که در این جدول قابل مشاهده است حد پایین و باالی بازه اطمینان %95 در نظر گرفته شده است. زیرا با افزايش مقدار فاصله اطمينان با دقت بيشتري به نتيجه ميرسيم. حدود اطمينان %95 اغلب به عنوان محدوده مرجع شناخته ميشود و معموال در آمار با در نظر گرفتن فاصله اطمينان %95 آناليزها را انجام ميدهند ]8[. شکل 8 قطره هپتان بر سطح سنگ را در شرايط آزمايش بهينه نشان ميدهد که مقدار زاويه تماس آن 56 درجه است. شکل 8- آزمايش بهينه- قطره هپتان برروي سنگ کربناته با زاويه تماس 56 درجه نتيجهگيري با استفاده از آزمايش زاويه تماس مشاهده شد که آب هوشمند در دما و ph مناسب به خوبي حالت ترشوندگي سنگ کربناته را از نفت دوست به آب دوست تغيير ميدهد. يک معادله درجه سه به منظور پيش بيني زاويه تماس بر اساس غلظت ph دماي ماندگاري و K+ و Mg +2 SO 4 يونهاي 2- آب هوشمند ارائه و پس از بررسي عوامل نتايج زير حاصل شد: - اسيدهاي چرب موجود در نفت قادرند حالت ترشوندگي سنگ کربناته را به نفت دوست تغيير دهند. 2- افزايش غلظت يون 2+ Mg در محلول آب هوشمند با جذب اسيد چرب چسبیده به سطح سنگ حالت ترشوندگي سنگ کربناته را به سمت آب دوستي تغيير ميدهد. SO 4 در محلول آب هوشمند سبب 3- افزايش يون آب دوستي بيشتر سنگ کربناته شده و اثر بيشتري نسبت به يون 2+ Mg دارد. 4- افزايش غلظت کاتيون يک ظرفيتي + K به آب هوشمند از آب دوستي سنگ کربناته ميکاهد. 5- در بین عوامل بررسي شده دماي ماندگاري بيشترين تاثير را در تغییر آب دوستي سنگ دارد. 6- در ph پايين به دليل فعاليت بيشتر 2+ Ca در حضور آب سطح سنگ مثبت است و در ph باالتر از CO 3 در حضور آب سطح 8 به دليل فعاليت بيشتر کربناته منفي میشود. θ= 56

11 69 در )موالريته( Mg 2+ يون غلظت شده کد مقدار A: مدل رابطه در )موالريته( SO 4 يون غلظت شده کد مقدار B: مدل رابطه در )موالريته( K + يون غلظت شده کد مقدار C: مدل رابطه x i شده کد مقدار X: i مرکزي نقطه در X i مقدار :X 0 روش در آزمايش طراحي باالي محوري نقطه α+: مرکزي ترکيب طراحي طراحي روش در آزمايش طراحي پايين محوري نقطه α- مرکزي ترکيب پتاسيم يون K: + سولفات يون :SO 4 منيزيم يون :Mg 2+ مدلسازی... و بهینهسازی و ظرفيتي دو يونهاي ميان دافعه نتيجه در جذب چرب اسيدهاي و شده کم سنگ سطح بآ ph افزايش لذا ميشوند. جدا آسانتر شده بب س ه کربنات طح س ار ب ر تغيي ل دلي ه ب مند هوش سنگ سطح بيشتر دوستي آب و تماس زاويه کاهش تشکيل دليل به 8 از بيشتر ph مقادير در ميشود. مييابد. افزايش تماس زاويه Mg(OH) 2 رسوب نشانهها و عالئم فهرست آزمايش طراحي در مستقل متغيرهاي تعداد k: مرکزي نقاط در آزمايشها تکرار تعداد n: 0 آزمايش طراحي در گام تغيير :δx مدل تعيين ضريب R: 2 آزمايش طراحي عوامل X: i )C ( ماندگاري دماي شده کد مقدار اE : مدل رابطه در ph شده کد مقدار D: مراجع []. Strand S., et al., Smart water for oil recovery from fractured limstone:a preliminary study, Energy & Fuels., Vol. 22, pp , [2]. Jerauld G. R. and Rathmell J. J., Wettability and relative permeability of prudhoe bay: a case study in mixed wet reservoirs, 3 rd Int. Symposium on Evaluation of Reservoir Wettability and Its Effect on Oil Recovery, Laramie, Wyoming, 994. [3]. Austad T., Matre B., Milter J., Saevereid A., and Oyno L., Chemical flooding of oil reservoirs and spontaneous oil expulsion from oil-and water-wet low permeable chalk material by imbibition of aqueous surfactant solution, Colloid Surf. A., Vol. 37, pp. 7-29, 997. [4]. Gupta R. and Mohanty K. K., Wettability alteration of fractured carbonate reservoirs, Paper SPE 3407 presented at the SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium, Tulsa, Oklahoma, pp. 93, 203, Apr [5]. Salehi M., Johnson S. J., Liang J. T., Mechanistic study of wettability alteration using surfactants with applications in naturally fractured reservoirs, Journal of Langmuir., Vol. 24, pp , [6] Standnes D. C. and Austad T., Wettability alteration in chalk 2. mechanisms for wettability alteration from oil-wet to water-wet using surfactants, Journal of Petroleum Science & Engineering., Vol. 28, pp.23-43, 2000.

12 70 شماره 83 [7]. Yildiz H. O. and Morrow N. R., Effect of brine composition on recovery of moutray crude Oil by water flooding, J. Pet. Sci. Eng., Vol. 4, No. 3/4, pp.59-68, 996. [8]. Karoussi O. and Hamouda A. A., Macroscopic and nanoscale study of wettability alteration of oil-wet calcite surface in presence of magnesium and sulfate ions, Journal of Colloid and Interface Science., Vol. 37, pp , [9]. Zhang P., Tweheyo M. T., and Austad T., Wettability alteration and improved oil recovery by spontaneousimbibitions of seawater into chalk: Impact of the potential determining ions Ca 2+, Mg 2+ 2-, SO 4, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 30, pp. 9908, [0]. Fathi S.J., Austad T., and Strand S., Smart Water as a Wettability Modifier in Chalk: The Effect of Salinity and Ionic Composition, Energy & Fuels., Vol. 24, pp , 200. []. Rezaei Gomari K. A. and Hamouda A. A,. Effect of fatty acids, water composition and ph on the wettability alteration of calcite surface, Journal of petroleum science and engineering, Vol. 50, pp , [2]. Rezaei Doust A., Puntervold T., Strand S. and Austad T., Smart water as wettability modifier in carbonate and sandstone/differences in the chemical mechanisms, Energy & Fuels., Vol. 23, pp , [3]. Amani T., Nosrati M., Mousavi S. M., and Kermanshahi R. K., Study of syntrophic anaerobic digestion of volatile fatty acids using enriched cultures at mesophilic conditions, Int. J.Environ.Sci. Technol., Vol. 8, pp , 20. [4]. Legens C., Toulhoat H., Cuiec L., Villie ras F., and Palermo T.,. Wettability change related to the adsorption of organic acids on calcite: experimental and ab initio computational studies, Paper SPE 4939 Presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in New Orleans, Louisiana, Sep [5]. Webb K. J.; Black C. J. J., and Tjetland G. A laboratory study investigating methods for improving oil recovery in carbonates, In International Petroleum Technology Conference, IPTC, Doha, Qatar, [6]. Karimi A., Fakhroueian Z., Bahramian A. R., Pour Khiabani N., Babaee Darabad J., Azin R., and Sh. Arya, Wettability alteration in carbonates using zirconium oxide nanofluids: EOR implications, Energy Fuels, 26 (2), pp , 202. [7]. Glandt C. A., Chapman W. G., Effect of water dissolution on oil viscosity, SPE Reservoir Engineering, pp , Feb., 995. [8]. Myers R. H. and Montgomery D. C., Response surface methodology, John Wiley & Sons, New York, 2002.