بررسي آزمايشگاهي پديده‌ مارانگوني حرارتي در بازيافت نفت پسمانده در يك ماتريس‌ شكاف‌دار

An Experimental Investigation of Thermal Marangoni Phenomena on Recovery of By-passed Oil in a Fractured Matrix

تزريق گاز از جمله روش‌هاي ازدياد برداشت موفق به شمار مي‌رود. اما سيال تزريقي از مسيرهايي حركت مي‌كند كه ممكن است با تمامي نفت مخزن در تماس قرار نگيرد و نفت به تله بيافتد. پديده‌ مارانگوني مي‌تواند يكي از مكانيزم‌هاي موثر در توليد نفت بجامانده باشد كه سبب ايجاد جريان همرفتي از نقطه‌اي با تنش ميان رويه كم به سمت نقطه‌اي با تنش ميان رويه زياد مي‌شود. اين تحقيق، مطالعه آزمايشگاهي اثر جريان مارانگوني حرارتي در ميزان بازيافت نفت به‌جامانده‌ درون ماتريس، در يك سيستم ماتريس شكاف‌دار را گزارش مي‌دهد. آزمايش‌هاي مغزه تحت فشار و دماي بالا، در دو حالت «هم‌دما» و «غيرهم‌دما» و حالت رژيم تزريق غيرامتزاجي انجام شده است تا سطح تماس بين فازها حفظ شود. در شرايط هم‌دما، گراديان دمايي وجود ندارد و درجه آزادي صفر خواهد بود. لذا جريان مارانگوني وجود ندارد. اما در شرايط غيرهمدما براساس جهت شيب گراديان تنش ميان رويه، اين جريان مي‌تواند سبب توليد و يا مانع از آن شود. با تحليل و بررسي اعداد بدون بعد، نقش نيروهاي ثقلي، گرانرو و موئينه و همچنين نيروهاي نفوذ مولكولي مشخص گرديده است. از اين رو، آزمايش‌ها به گونه‌اي طراحي شده‌اند كه از نظر تعادل نيروهاي ثقلي، گرانرو و موئينه هم ارز باشند و بتوان نقش جريان مارانگوني را از مقايسه ميزان بازيافت، تحقيق كرد. همچنين به‌دليل كاربرد گسترده‌ي دي‌اكسيد‌كربن از اين گاز براي تزريق استفاده شده است. آزمايش‌هاي انجام شده، نشان مي‌دهد كه جريان مارانگوني حرارتي يكي از مكانيزم‌هاي موثر در بازيافت نفت، تحت فشار و دماي بالا، مي‌باشد و مي‌تواند با غلبه بر نيروي موئينه سبب حركت نفت شود. شدت اين جريان متناسب با اختلاف دماي گاز و نفت در سطح تماس دو سيال مي‌باشد. افزايش يا كاهش ميزان بازيافت نسبت به آزمايش‌هاي هم‌دما، نشانگر نقش اين مكانيزم درون محيط متخلخل است.

Gas injection is one of common EOR methods in oil reservoirs. However, it might not contact with whole oil and ride over the liquid phase or channels through the high permeable paths of the reservoir and bypasses some oil. Marangoni phenomena is an effective mechanisms in bypassed oil production and causes convective flow from a point with low IFT to one with high IFT. This study reports the role of thermal Marangoni phenomena in the recovery of bypassed oil experimentally. Core flooding experiments have been conducted under high pressure at various temperature, in immiscible regime due to the existence of interface between phases and into two categories of “isothermal” and “non-isothermal”. In isothermal design, the degree of freedom is zero, and there is no Marangoni flow. But also, in non-isothermal category, Marangoni flow might increase or decrease the amount of recovery based on the interfacial tension gradient direction. Analytical investigation of experiments have been conducted through dimensionless analysis and evaluation of viscose, capillary, gravity and molecular diffusion forces. Therefore, experiments have been designed by determination and investigation of dimensionless numbers in such a way that similarity of cross-flow forces like gravity, capillary and viscosity have been considered. Therefore, the role of Marangoni flow can be verified by comparison of recovery factor. Furthermore, carbon dioxide is used to be injected in fracture due to widespread application of this gas in the oil industry. The results of experiments show that Marangoni flow is one of the effective mechanisms in recovery of bypassed oil under high pressure and temperature. This phenomena can dominate capillary force and move the trapped oil in matrix. The magnitude of this flow is proportional to temperature difference of gas and oil in their interface. Increase or decrease in oil recovery of similar experiments, indicate the role of this phenomena in porous media.