تحلیل و شبیه سازی فرآیند کاهش وزن مولکولی هیدروکربن های سنگین در شرایط عملیاتی مختلف چاه نفت مشبک شده

در این پژوهش، اثر کاتالیست بر فرآیند شکست هیدروکربن های سنگین در بخش مشبک چاه نفت با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی بررسی گردید. هندسه چاه نفت عمودی با نواحی مشبک شده در بخش انتهایی چاه به طور سه بعدی مش بندی و مدل سازی شد. در این مدل سازی سیال نیوتنی، تراکم ناپذیر و با جریان آرام فرض شد و روابط حاکم بر جریان سیالات، انتقال جرم و واکنش های شیمیایی به روش المان محدود حل شدند. سپس تاثیر پارامترهایی مانند نوع کاتالیست، تغییرات دما، درصد تبدیل، حضور بخار آب، تشکیل رسوب کربن و شاخص بهره وری چاه بر فرآیند بررسی و تحلیل گردید. نتایج نشان داد که افزایش دما در محدوده دمایی ۳۵۰ تا C° ۴۲۵ و استفاده از یک لایه کاتالیست برروی نواحی مشبک، نرخ تبدیل از ۷% به ۴۵% افزایش می یابد. بررسی اثر نوع کاتالیست نشان داد که کاتالیست آلومینا-سیلیکا با انرژی فعال سازی پایین (-۱ kJmol ۳/۲۲) و همچنین مساحت سطح بالا (m۲g-۱ ۵۵۳/۲۴۰)، بالاترین میزان تبدیل را ارائه می دهد. همچنین بررسی تاثیر بخار آب با سه نسبت حجمی مختلف بخار به نفت یعنی ۱/۰، ۰۵/۰ و ۰۲/۰ نشان داد که افزایش نسبت بخار به نفت میزان درصد تبدیل را تقریبا ۶% افزایش می دهد. افزایش قطر پرفوریشن ها از بازه mm ۵/۴ تا ۵/۱۰ موجب افزایش ۱۰ برابری نرخ بهره وری چاه شد که منجر به افزایش چشمگیر در نرخ تولید چاه می شود. یکی از چالش های اصلی در این فرآیند، تشکیل رسوب کربن برروی سطح کاتالیست بود که منجر به کاهش تدریجی فعالیت کاتالیستی شد. در مراحل اولیه، کاتالیست عملکرد بالایی دارد، اما با گذر زمان، فعالیت آن کاهش یافته و نرخ رسوب کک افزایش می یابد. مقایسه نتایج مدل سازی با داده های آزمایشگاهی در محدوده دمایی ۳۵۰ تا C° ۴۲۵ و فشار bar ۲۰ نشان داد که نتایج شبیه سازی همخوانی خوبی با داده های تجربی دارند.

کلیدواژه ها:

وزن مولکولی ، فرآیند شکست ، هیدروکربن های سنگین ، کاتالیست ، نفت خام ، بخش مشبک ، دینامیک سیالات محاسباتی