شماره مدرك
21310
شماره راهنما
18240
پديد آورنده
عويد، يوسف
عنوان
تأثير استخراج نفت به كمك بخار (VAPEX) بر ضريب بازيافت نفت
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مخازن
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
93ص
توصيفگر ها
تزريق پروپان , نفت سنگين كمعمق , محفظه بخار , كاهش ويسكوزيته , بازيافت پيشرفته غيرحرارتي نفت
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/20
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي نفت
دانشكده
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/21
كد ايرانداك
23259972
چكيده فارسي
استخراج نفت سنگين غيرمتعارف و قير از مخازن كمعمق، يك چالش فني قابلتوجه براي صنعت نفت محسوب ميشود. در سازندهايي مانند مخزن 91 متري بررسيشده در اين مطالعه، روشهاي متداول استخراج حرارتي، بهويژه تخليه ثقلي به كمك بخار (SAGD)، اغلب به دليل اتلاف بيش از حد حرارت به لايههاي سنگي فوقاني و خطر شكست مكانيكي سنگ عايق در اثر فشار بالاي تزريق بخار، كارايي كافي ندارند. بهعنوان يك جايگزين پايدار و غيرحرارتي، استخراج به كمك بخار (VAPEX) بهعنوان راهكاري قابلاجرا مطرح شده است كه بهجاي انرژي حرارتي، از نفوذ مولكولي براي جابهجايي قير استفاده ميكند. اين پژوهش يك مطالعه عددي جامع از عملكرد فرايند VAPEX با استفاده از پروپان بهعنوان حلال گازي ارائه ميدهد. با استفاده از مجموعه شبيهسازي CMG STARS، يك مدل سهبعدي دكارتي با وضوح بالا و متشكل از 1950 سلول شبكه فعال ساخته شد تا يك دوره توليد 34 ساله (2026–2060) شبيهسازي شود. اين مطالعه بر مخزني حاوي قير با ويسكوزيته اوليه بين 10,000 تا 21,000 سانتيپواز در دماي معمولي 25.0 °C تمركز دارد. شش سناريوي عملياتي و ساختاري متفاوت براي تعيين راهبرد بهينه با هدف بيشينهسازي بازيافت، ضمن حفظ پايداري محفظه بخار، ارزيابي شدند.
نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه تخليه طبيعي (Case 1) براي چنين مخازني كاملاً ناكارآمد است و ضرايب بازيافت ناچيزي ايجاد ميكند. در مقابل، تزريق پروپان ويسكوزيته قير را بهطور قابلتوجهي كاهش داد و در ناحيه اختلاط، ويسكوزيته را از بيش از 20,000 سانتيپواز به كمتر از 100 سانتيپواز رساند كه نشاندهنده كاهش بيش از 99 درصدي است. تحليل حساسيت نشان داد كه فشار تزريق، عامل اصلي مؤثر بر سينتيك بازيافت است. اگرچه تزريق با فشار ثابت و بالاي 1500 kPa (Case 3) سريعترين پرشدن اوليه را فراهم كرد، اما منجر به تشكيل محفظه بخار باريكتري شد. اين پژوهش يك سازوكار تبخير سريع را شناسايي ميكند كه در آن كاهش فشار مخزن به كمتر از فشار بخار پروپان، يعني تقريباً 900 kPa، منجر به انبساط سريع گاز ميشود؛ سازوكاري كه براي رشد جانبي محفظه و افزايش بازده جابهجايي ضروري است. راهبردهاي پيشرفته، شامل راهبرد كاهش تدريجي فشار (Case 4) و راهبرد پيشخيساندن دورهاي (Case 5)، برتري بيشتري نشان دادند. در Case 5، كه طي آن چاههاي تزريق و توليد بهطور همزمان در سه سال ابتدايي تحريك شدند، گلوگاه ايجادشده در نزديكي چاه بهطور مؤثري برطرف شد و بالاترين نرخ اوج توليد مشاهدهشده، يعني تقريباً 100 m³/day، حاصل شد. افزون بر اين، معرفي يك طراحي بينچاهي با جابهجايي افقي (Case 6)، با ايجاد مسيرهاي زهكشي مورب كه به قير ساكن در مرز مخزن ميرسند، بهبود قابلتوجهي در بازده جاروب حجمي نشان داد.
اين مطالعه نتيجه ميگيرد كه براي مخازن كمعمق با عمق 91 متر، يك رويكرد تركيبي شامل تحريك اوليه با فشار بالا، بهدنبال آن كاهش فشار و مهندسي چاههاي درهمتنيده، مناسبترين چارچوب فني براي استخراج تجاري قير را فراهم ميكند. اين يافتهها نقشه راهي براي بهبود بازيافت پيشرفته غيرحرارتي نفت (EOR) در محيطهاي كمعمق با ويسكوزيته بالا ارائه ميكنند؛ محيطهايي كه در آنها بهرهوري انرژي و اثرات زيستمحيطي از ملاحظات حياتي بهشمار ميروند.
چكيده انگليسي
Extracting unconventional heavy oil and bitumen from shallow reservoirs presents a significant technical challenge for the petroleum industry. In formations such as the 91-meter reservoir analyzed in this study, conventional thermal extraction methods, specifically vapor -assisted gravity drainage (SAGD), often prove inefficient due to excessive heat loss to overlying rock layers and the risk of mechanical failure of the insulating rock under high vapor injection pressure. As a sustainable, non-thermal alternative, vapor-assisted extraction (VAPEX) has emerged as a viable solution, utilizing molecular diffusion instead of thermal energy to move the bitumen. This research presents a comprehensive numerical study of the performance of the VAPEX process using propane as the gaseous solvent. Using the CMG STARS simulation suite, a high-resolution 3D Cartesian model consisting of 1950 active grid cells was constructed to simulate a 34-year production period (2026–2060). This study focuses on a reservoir containing bitumen with an initial viscosity between 10,000 and 21,000 centipoise at a normal temperature of 25.0 °C. Six different operational and structural scenarios are evaluated to determine the optimal strategy for maximizing recovery while maintaining vapor chamber stability. Simulation results show that natural depletion (Case 1) is entirely inefficient for such reservoirs, yielding negligible recovery factors. In contrast, propane injection significantly reduced bitumen viscosity, lowering it from over 20,000 centipoise to below 100 centipoise within the mixing zone, a reduction of over 99%. Sensitivity analysis revealed that injection pressure is the primary factor influencing recovery kinetics. While injection at a constant high pressure of 1500 kPa (Case 3) provided the fastest initial filling, it resulted in a narrower vapor chamber. The research identifies a rapid evaporation mechanism where a drop in reservoir pressure below propane vapor pressure approximately 900 kPa leads to rapid gas expansion, which is essential for side chamber growth and increased displacement efficiency. Advanced strategies, including a gradual pressure reduction strategy (Case 4) and a periodic pre-saoking strategy (Case 5), were found to be superior. Case 5, which involved simultaneously stimulating both the injection and production wells for an initial three years, effectively eliminated bottleneck near the well, resulting in the highest observed peak production rate of approximately 100 m³/day. Furthermore, the introduction of a cross-well design with horizontal displacement (Case 6) demonstrated a significant improvement in volumetric sweeping efficiency by creating diagonal drainage paths that reach the stagnant bitumen at the reservoir boundary. This study concludes that for shallow reservoirs of 91 meters in depth, a hybrid approach combining high-pressure initial stimulation with subsequent pressure reduction and interlocking well engineering provides the most technically robust framework for commercial bitumen extraction. These findings offer a roadmap for improving non-thermal enhanced oil recovery (EOR) in shallow, high-viscosity environments where energy efficiency and environmental impact are critical considerations.
استاد راهنما
روح اله هاشمي
استاد داور
حميدرضا شاه وردي , محسن محمدي