بررسی فرآیند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از امواج اولتراسونیک: تحلیل عددی

آقایی, سید مهدی; نصیرزاده, فرامرز; جعفری, آرزو; خوزان, داود; نامدار, حامد

بررسی فرآیند ازدیاد برداشت نفت با استفاده از امواج اولتراسونیک: تحلیل عددی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

سید مهدی آقایی ¹

فرامرز نصیرزاده ²

آرزو جعفری ¹

داود خوزان ²

حامد نامدار

¹ دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس

² دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

Research topic: One of the new methods in the processes of increasing oil recovery from hydrocarbon reservoirs is the method of using ultrasonic waves. In this research, using ultrasonic waves and their application in a large-scale sample tank, its effect on increasing oil extraction by the numerical method is investigated.

Research Method: In this research, the modeling process has been performed using MATLAB software. First, by determining the porous environment, the amount of pressure increases due to ultrasonic waves due to solving the sound equations (Helmholtz) by MATLAB k-waves toolbox is investigated. Finally, considering the cumulative production at a specific time from the production well and determining the oil recovery from the reservoir in the presence of a wave, to examine the effect of well location parameters and its distance from the wave generation source, wave production starts time, wave application methods (Pulsed and continuous), is performed at an optimal frequency and power.

Main results: According to the modeling results, the closer the wave start time is to the first days of production, the higher the oil recovery rate; So that by starting the application of ultrasonic wave under the power of 5 kW and frequency 20 kHz simultaneously with the production of well oil from the first day, oil recovery compared to oil recovery in the case of starting the wave from the fifty and ninety days, respectively 4/5% and 8% more. Oil recovery is 1.8% higher if the wave is applied continuously to the reservoir at a given time than when pulsed at the same time. The modeling results show that the shorter the distance between the wave source and the production well, the lower the pressure drop in the reservoir area and the higher the oil recovery. According to the results, if the source of wave production is located at a distance of 200 feet from the production well, it will increase by 7.1% compared to the distance of 1800 feet from the oil recovery well.

کلیدواژه‌ها

ازدیاد برداشت

امواج اولتراسونیک

شبیه سازی و مدلسازی

دبی تجمعی

تغییرات فشار

موضوعات

ازدیاد برداشت نفت

عنوان مقاله English

Ultrasonic Assisted Enhanced Oil Recovery Process: Numerical Analysis

نویسندگان English

Sayed Mahdi Aghaei ¹

Faramarz Nasirzade ²

Arezou Jafari ¹

Davood Khoozan ²

Hamed Namdar

¹ Department of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University

² Department of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University

چکیده English

موضوع تحقیق: یکی از روشهای نوین در فرآیندهای افزایش بازیافت نفت از مخازن هیدروکربوری، بکارگیری امواج اولتراسونیک میباشد. در این تحقیق با استفاده از امواج اولتراسونیک و اعمال آن در یک مخزن نمونه مقیاس بزرگ، به بررسی اثر آن در ازدیاد برداشت نفت به روش عددی پرداخته شده است.

روش تحقیق: در این تحقیق فرایند مدلسازی با استفاده از نرم افزار متلب انجام شده است. ابتدا با تعیین محیط متخلخل میزان افزایش فشار حاصل از موج اولتراسونیک با توجه به حل معادلات صوت ( هلمهولتز) توسط جعبه ابزار k-waves متلب بررسی شده و سپس با تعیین مخزن نمونه و حل معادلات حاکم بر مخزن میزان تغییرات فشار حاصل از جریان سیال در حضور چاه تولیدی به بررسی اثر موج اولتراسونیک در ازدیاد برداشت نفت پرداخته میشود. در نهایت با توجه به تولید تجمعی در یک زمان مشخص از چاه تولیدی و تعیین بازیافت نفت از مخزن در حضور موج، به بررسی اثر پارامترهای موقعیت مکانی چاه و فاصله آن از منبع تولید موج، زمان شروع تولید موج، شیوهای اعمال موج (پالسی و پیوسته)، در یک فرکانس و توان بهینه پرداخته میشود.

نتایج اصلی: با توجه به نتایج بدست آمده از مدلسازی، هرچقدر زمان شروع اعمال موج به روزهای اول تولید نزدیکتر باشد، میزان بازیافت نفت نیز بیشتر میشود؛ به گونه ای که با شروع اعمال موج اولتراسونیک تحت توان 5 کیلووات و فرکانس 20 کیلوهرتز همزمان با تولید نفت چاه از روز اول، بازیافت نفت نسبت به بازیافت نفت در حالتی که شروع اعمال موج از روزهای پنجاه و نود باشد، به ترتیب %5/4 و %8 بیشتر شده است. بازیافت نفت درصورتی که موج در یک زمان مشخص بصورت پیوسته به مخزن اعمال شود به میزان 8/1% نسبت به حالتی که در همان زمان بصورت پالسی اعمال شود، بیشتر است .نتایج مدلسازی نشان میدهد که هرچقدر فاصله منبع تولید موج با چاه تولیدی کمتر باشد، افت فشار محدوده چاه کمتر شده و بازیافت نفت افزایش میابد. بطوری که طبق نتایج اگر منبع تولید موج در فاصله 200 فوتی از چاه تولیدی قرار گرفته باشد، نسبت به فاصله 1800 فوتی از چاه بازیافت نفت % 1/7 افزایش میابد.

کلیدواژه‌ها English

Enhanced oil recovery

ultrasonic waves

Simulation and Modeling

Cumulative rate

pressure change

[1] Rehman, M. M., & Meribout, M. (2012). Conventional versus electrical enhanced oil recovery: a review. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 2(4), 157–167.
[2] R. . W, “Radiation heating,” May 2005.
[3] Mohsin, M., & Meribout, M. (2015). An extended model for ultrasonic-based enhanced oil recovery with experimental validation. Ultrasonics Sonochemistry, 23, 413–423.
[4] Pérez-Arancibia, C., Godoy, E., & Durán, M. (2018). Modeling and simulation of an acoustic well stimulation method. Wave Motion, 77, 214–228.
[5] Usman, H., Joseph, A. A., & Alhaji, D. I. S. (2019). Evaluating the performance of ultrasound energy on improved oil recovery using MATLAB reservoir simulation toolbox (MRST). Journal of Petroleum and Gas Engineering, 10(4), 85–100.
[6] Yu, H., Tan, C., & Dong, F. (2020). Measurement of oil fraction in oil-water dispersed flow with swept-frequency ultrasound attenuation method. International Journal of Multiphase Flow, 133, 103444.
[7] A. D. Pierce, Acoustics. Springer International Publishing, 2019.
[8] A. Sahni, M. Kumar, R. B. Knapp, and L. Livermore, “Approved for public release; further dissemination unlimited Electromagnetic Heating Methods for Heavy Oil Reservoirs May 1, 2000.” Accessed: Fe 11, 2021. [Online]. Available: http://www.llnl.gov/tid/Library.html.
[9] Inoue, T., Nonissue, T., Sugita, K., Nakanishi, H., Tran-Cong-Miyata, Q., 2018. Size distribution and elastic properties of thermo-responsive polymer gel micro particles in suspension probed by ultrasonic spectroscopy. Ultrasonic 82, 31–38.
[10] Ibrahim Palaz, Kurt J. Marfurt,” Carbonate Seismology,” (Geophysical developments series;
no. 6). Includes bibliographical references. ISBN 978-1-56080-038-5
[11] D. G. Brown and M. F. Insana, “Acoustic scattering theories applied to biological tissues.,”
JAcoust. Soc. Am., vol. 91, no. 4, p. 2406, 1992, doi: 10.1121/1.403244.
[12] A. D. Pierce, “Mathematical Theory of Wave Propagation,” Encyclopedia of Acoustics. John Wiley & Sons, Inc., pp. 21–37, 2007, doi: 10.1002/9780470172513.ch2.