شماره راهنما :
1809 دكتري
پديد آورنده :
حسيني فر، پويا
عنوان :
توسعهي روشهاي يكپارچهي مشخصهسازي، به منظور بهبود مدلسازي رفتار فازي سيالات مخزن توسط معادلات حالت آماري و مكعبي
گرايش تحصيلي :
ترموديناميك و نفت
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 326ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حميدرضا شاهوردي
استاد مشاور :
روح الله هاشمي
توصيفگر ها :
مشخصه سازي , سيال مخزن , منحني تقطير , واكاوي ساختار مولكولي , رفتار فازي سيال
استاد داور :
مسعود رياضي، عظيم كلانتري اصل، عليرضا خزعلي، محسن محمدي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/08/17
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/08/19
چكيده فارسي :
يش بيني رفتار فازي سيالات مخزن نيازمند بهبود معادلات حالت و افزايش دقت روش هاي مشخصه سازي مي باشد. در اين پژوهش، افزون بر معادلات حالت مكعبي شناخته شده ي پنگ-رابينسون (PR) و ساو-رِدليچ-كوانْگ (SRK)، معادله ي حالت آماري PC-SAFT نيز به كار گرفته شده است تا مجموعه اي از فرايندهاي مشخصه سازي به صورت يك پارچه و بر پايه ي ساختار معادلات حالت طراحي و ساخته شوند. يكي از مشكلات اساسي در زمينه ي مدل سازي سيال مخزن، وجود برش هاي نفتي است كه اين برش ها تركيبات هيدروكربني ناشناخته با اجزاء و تركيب درصد نامشخص هستند. شناسايي ماهيت چنين تركيباتي نيازمند انجام فرايندهايي است كه با نام روش هاي مشخصه سازي شناخته مي شوند. يكي از موثرترين رويكردهايي كه در زمينه ي مشخصه سازي برش هاي نفتي وجود دارد استفاده از روش هاي واكاوي ساختار مولكولي است. دو مورد از روش هايي كه در اين زمينه بسيار شناخته شده هستند، واكاوي هاي PNA و SAP مي باشند كه در هر كدام از آن ها به ترتيب يك برش نفتي به سه شبه جزء (پارافين ها، نفتن ها، و آروماتيك ها) يا (تركيبات اشباع، آروماتيك ها، و آروماتيك هاي چندحلقه اي) تفكيك مي گردد. نخستين رويكردي كه در اين پژوهش به آن پرداخته خواهد شد، توسعه ي روش هاي مشخصه سازي بر پايه ي واكاوي هاي PNA و SAP مي باشد. در اين راستا، ابتدا مدل تعميم يافته اي ساخته مي شود كه براي تعيين تركيب درصد شبه جزءهاي به دست آمده از تفكيك برش نفتي اوليه كاربرد دارد، به گونه اي كه با دريافت خواص فيزيكي يك برش نفتي (Mw,SG,Tb) مي تواند تركيب درصد PNA و SAP را براي آن تخمين بزند. سپس، مدل-هاي تعميم يافته ي ديگري كه توانايي پيش بيني خواص فيزيكي و پارامترهاي معادلات حالت مكعبي و معادله ي حالت PC-SAFT را براي شبه جزءهاي حاصل از واكاوي هاي PNA و SAP داشته باشند، توسعه داده مي شوند. پس از آن مدل جديد ديگري براي پيش بيني ضرايب جابه جايي حجمي در معادلات حالت مكعبي ارائه مي گردد و در نهايت پس از تعيين همه ي ويژگي هاي شبه جزءها، مدل تازه اي براي يك پارچه سازي آنها، بر مبناي قواعد اختلاط معادلات حالت ساخته خواهد شد. با فراهم شدن همه ي مدل هاي مورد نياز، فرايند مشخصه سازي كامل شده و نتايج آن در محاسبات تعادل فازي با استفاده از سه معادله ي حالت ياد شده، مورد ارزيابي قرار مي گيرد. دومين رويكردي كه در اين پژوهش به آن پرداخته مي شود، توسعه ي فرايند مشخصه سازي بر پايه ي استفاده از منحني هاي تقطير است. براي اين منظور، در آغاز دو ديدگاه متفاوت براي ساخت دو مدل كه بتوانند منحني تقطير برش هاي نفتي را بر حسب خواص فيزيكي آن ها تخمين بزنند، مطرح مي گردد. پس از توسعه ي مدل هاي پيش بيني كننده ي منحني هاي تقطير، از مفهوم برش هاي شاخصِ حاصل از عمليات تقطير نفت خام، براي افراز يك برش نفتي به مجموعه اي از شبه جزءهاي شناخته شده تر استفاده مي شود. سپس مدل هايي به منظور پيش بيني خواص فيزيكي و پارامترهاي معادلات حالت مكعبي و معادله ي حالت PC-SAFT براي شبه جزءهاي به دست آمده از منحني تقطير ساخته مي شود. پس از تكميل مدل هاي مورد نياز در فرايند مشخصه سازي، از آن ها در محاسبات تعادل فازي استفاده نموده و نتايج به دست آمده از مدل سازي سيال مخزن با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه مي گردد. با به كارگيري اين دو رويكرد، روي هم رفته 9 روش مشخصه سازي گوناگون به دست آمد كه عملكرد آن ها با يكديگر و هم چنين با داده هاي PVT مربوط به 20 نمونه سيال مخزن مختلف مقايسه شد. از ميان اين 9 فرايند مشخصه سازي، بهترين حالت مربوط به روشي بود كه در آن از واكاوي PNA و معادله ي حالت PC-SAFT استفاده شده بود و ميانگين خطاي آن حدود 4/5 درصد محاسبه شد. هم چنين، مقايسه ي جامع ديگري ميان روش هاي پيشنهادي و روشهاي مشخصه سازي موجود كه توسط ساير پژوهشگران پيشنهاد شده اند انجام گرفت. اين مقايسه نشان داد كه روش هاي ارائه شده در اين پژوهش، نسبت به روش هاي مشخصه سازي پيشين كه داراي ميانگين خطاي 3/18 درصد بودند، توانسته اند ميزان خطا را به طور ميانگين به بيش از يك سوم كاهش دهند.
چكيده انگليسي :
Prediction of the phase behavior of reservoir fluids requires modifying equations of state and improving characterization methods. In this work, besides the cubic equations of state (PR and SRK), a statistical EOS called PC-SAFT has also been employed to construct a collection of integrated characterization methods based on the structure of the corresponding equations of state. One of the major problems in reservoir fluid modeling is petroleum fractions, which are unknown hydrocarbon mixtures with unspecified components and compositions. In fact, characterization methods are needed to identify the nature of such unknown mixtures. Molecular type analysis methods are one of the most effective approaches applied to characterize petroleum fractions. The two best-known methods in this field are the PNA and SAP analyses in which a petroleum fraction is divided into three (Paraffinic, Naphthenic, and Aromatic) or (Saturate, Aromatic, and Ploy-nuclear aromatic) homologous groups. A generalized model is initially developed to predict the molar composition of the pseudo-components yielded from the main fraction. The model should be able to predict both the PNA and SAP compositions of the fraction based on its physical properties (Mw,SG,T_b). Afterward, some other generalized models are also developed to estimate physical properties and EOS parameters for the pseudo-components derived from the PNA or SAP analysis. Subsequently, a new method is proposed to calculate the volume translation coefficients for cubic equations of state and a lumping method is eventually put forward to combine pseudo-components after completing the property estimation. Having provided all required models, the characterization method is completed and can be used for the phase equilibrium calculations using the three equations of state mentioned. The second approach that will be addressed in this work is the characterization method based on the distillation curve. For this purpose, two different approaches are initially pursued to construct two diverse models, which possess the capability of distillation curve prediction for petroleum fluids based on their physical bulk properties. After providing predictive models for the distillation curve construction, the concept of characteristic cut points yielded from the atmospheric crude oil distillation unit is used to divide a petroleum fraction into some better-known pseudo-components. Furthermore, some new models are developed to predict physical properties and EOS parameters for pseudo-component derived from the distillation curve. The constructed characterization method is subsequently used in the phase equilibrium calculations to model reservoir fluids. The outcomes are then compared against the corresponding experimental PVT data. Finally, nine different characterization methods were obtained from these two points of view. The performances of the proposed characterization methods were totally compared to each other and compared to experimental PVT data of 20 diverse oil samples. The evaluation of results revealed that the most accurate characterization method was related to the condition in which the PC-SAFT equation of state has been coupled with the PNA analysis. The mean of AAD values was 5.4 % for this case. Moreover, a comprehensive comparison was also conducted between the proposed methods and previously existing characterization methods. The results showed that the proposed methods could considerably reduce deviations to one-third of the average of errors that occur in the previous methods with an AAD of 18.3 %.
استاد راهنما :
حميدرضا شاهوردي
استاد مشاور :
روح الله هاشمي
استاد داور :
مسعود رياضي، عظيم كلانتري اصل، عليرضا خزعلي، محسن محمدي