با توجه به اهداف بنيادين صنعت نفت مبني بر استفاده از روش¬هاي بهره¬برداري با كم¬ترين تخريب و آلودگي زيست¬محيطي و هم¬چنين هزينه عملياتي پايين، نياز به استفاده از تكنولوژي¬هاي جديد مانند امواج فراصوت و امواج مغناطيسي در اين صنعت بيش از پيش مورد توجه است. در حالت كلي استفاده از اين دستگاه مي¬تواند تاثير تابش امواج فراصوت و امواج مغناطيسي به سيال تزريقي (هم¬چون تزريق آب، سيال شيميايي (تزريق سورفكتانت)، تزريق پليمر، تزريق آب هوشند و آب كم شور ) را به صورت مجزا يا تركيبي، در راندمان توليد نفت از ميكرومدل (طبق محيط متخلخل سنگ مخزن) مورد بررسي و ارزيابي قرار دهد. براي شناخت مكانيزم¬هاي توليد نفت از محيط متخلخل در شرايط مختلف، تخمين راندمان توليد نفت از مخازن و حجم سيالات توليد شده از محيط متخلخل در سناريوهاي متفاوت توليد، از ميكرومدل¬هاي شيشه¬اي استفاده مي¬شود و با گرفتن تصاوير از فرآيندهاي ذكر شده و تحليل اين تصاوير از محيط متخلخل موارد مذكور ارزيابي و مقايسه مي¬شوند. در اين دستگاه با تابش امواج فراصوت و امواج مغناطيسي به سيال تزريقي به ميكرومدل امكان بررسي تاثير اين امواج به صورت مجزا يا تركيبي فراهم شده است و بسترسازي مناسبي براي استفاده از اين تكنولوژي¬ها در صنعت نفت فراهم مي¬شود.

امروزه يكي از اولويت‌هاي مهم صنعت نفت، ازدياد برداشت از مخازن نفتي است. تزريق سيالات به مخزن نفتي از طريق چاه حفاري شده (مانند تزريق آب، شيميايي (تزريق سورفكتانت)، تزريق پليمر، تزريق آب هوشند، آب كم شور و ...) از جمله روش¬هاي ازدياد برداشت نفت از مخزن است. دماي سيال تزريقي به مخزن نفتي، از عوامل موثر در راندمان توليد نفت است. براي شناخت مكانيزم¬هاي توليد نفت در محيط متخلخل و تخمين راندمان توليد نفت از محيط متخلخل در سناريوهاي متفاوت توليد، از ميكرومدل¬هاي شيشه¬اي استفاده مي¬شود و با گرفتن تصاوير از فرآيندهاي ذكر شده و تحليل اين تصاوير، موارد مذكور ارزيابي و مقايسه مي¬شوند. در اكثر آزمايشگاه¬هاي مهندسي نفت، دستگاه ميكرومدل موجود است ولي امكان تزريق سيال به ميكرومدل در دماهاي متفاوت و امكان تنظيم دماي سيال درون ميكرومدل (تفاوت در دماي سيال تزريقي و سيال درون ميكرومدل) فراهم نيست؛ كه باعث محدوديت¬هايي در استفاده از اين دستگاه شده است. بنابراين براي حل اين مشكل دستگاهي طراحي شده است كه امكان تغيير گراديان دماي سيال تزريقي به ميكرومدل و تنظيم دماي سيال درون ميكرومدل را فراهم مي¬كند. با استفاده از اين دستگاه مي¬توان سيال تزريقي به ميكرومدل را در بازه دمايي گسترده¬تري به ميكرومدل تزريق كرد در حالي كه خود ميكرومدل و سيال درون آن نيز در دماهاي مورد نظر (مانند دماي مخزن) توسط كاربر قابل تنظيم است. اين دستگاه امكان بررسي تاثير عامل دما در عمليات تزريق سيالات به ميكرومدل¬هاي محيط متخلخل را فراهم مي¬كند و با انتخاب بهينه¬ترين روش براي ازدياد برداشت، مناسب-ترين سناريو را براي مخزن شبيه¬سازي شده (با ميكرومدل) تعيين مي¬كند.

سيستم : استخراج نفت بوسيله تزريق آب در يك چاه به صورت جابه جايي امتزاج ناپذير نفت و آب عمل مي كند. اين روش در مخازني كه فشار مخزن كم بوده و يا فشار در طي توليد متوالي كاسته شده است مورد استفاده قرار مي گردد. معمولا در ابتداي بهره برداري از مخازن نفتي به علت فشار بالاي مخزن و رانش گرهاي طبيعي خود مخزن شامل: 1- رانش طبيعي آب مخزن 2- رانش كلاهك گازي و........ نفت به واسطه انرژي طبيعي مخزن به صورت طبيعي به سطح منتقل مي شود. بعد از توليد متوالي از مخزن با افت فشار مخزن، نفت ديگر قادر به انتقال به سر چاه نمي باشد. در اين مواقع از روش هاي تزريق آب و گاز ، روشهاي حراراتي –شيميايي – ميكروبي يا فرازآوري با گاز و استفاده از پمپ درون چاهي استفاده مي شود. موارد ذكر شده فوق در برخي شرايط مخزن و محدوده زماني خاص قابل استفاده و بهره برداري نمي باشند. سيستم پمپ هيدروليكي نفت به وسيله آب در يك چاه از انرژي پتانسيل آب نسبت به اعماق با بازدهي مناسب سبب جابه جايي نفت به سطح و ثابت نگه داشتن فشار مخزن مي گردد. اين سيستم قابليت اجرا بر روي چاه هاي نفت خشكي و دريايي را دارا مي باشد.

با توليد نفت بتدريج از فشار مخازن كاسته ميشود. وناگزير از روش هاي ثانويه توليد استفاده ميشود. روشهاي ثانويه موجود در بعضي شرايط مخزني با مشكلاتي مواجه است. لذا بر اين اساس اين روش براي اولين بار در ستون چاه نفت استفاده ميشود،كه با انتقال حرارت موجب انبساط حجمي تركيبات نفتي و ايجاد و افزايش حجم حبابهاي گاز آزاد شده ميگردد. كه با كاهش چگالي ميانگين ستون هيدروكربني بوسيله حرارت و توليد حبابهاي بيشتر و بزرگتر باعث كارآمد شدن دوباره فشار مخزن نفت در جهت توليد از چاه ميگردد.

اين سيستم جهت جابه جايي مايعات اعم از نفت مخزن زير زميني ، چاه هاي آب زير زميني و انواع مايعات در تاسيسات صنعتي از كمپرسور جهت جابه جايي مايعات استفاده مي شود و داراي قطعات بسيار كم درون چاهي مي باشد. بيشتر قطعات حساس سر چاه و در سطح زمين نصب مي گردد. معمولا جهت جابه جايي مايعات از پمپ استفاده مي شود كه به دليل پديده هاي كويتاسيون و جريان هاي گردابي در پروانه پمپ ها بازدهي كاهش مي يابد .ولي درهيچ مورد براي جابجايي مايعات به صورت پيوسته از كمپرسور استفاده نگرديده و در سيستم هاي فراز آوري با گاز،گاز را به صورت محلول در نفت استفاده مي كنند كه پديده هاي كانالي شدن و بازدهي نامطلوب در اواخر بهره برداري از اين روش به وجود مي آيد. اين سيستم براي جابجايي مايعات به وسيله پيستون گاز بر روي سطح مايع عمل ميكند و موجب جا به جايي مايعات مي گردد.

اين دستگاه جزء تجهيزات پژوهشي و آزمايشگاهي ازدياد برداشت از مخازن نفت مي باشد. به منظور بررسي فرايند آشام خود به خودي، انتقال سيالات بين شبكه شكاف و ماتريكس و همچنين جريان سيالات به دليل نيرو هاي مويينه در شرايط دما و فشار مخزن، ساخت دستگاهي كه بتواند اين فرايند را كه در مقالات علمي به عنوان مهم ترين مكانيسم توليد از مخازن شكافدار شناخته مي شود، شبيه سازي كند، ضروري به نظر مي رسد. بنابراين با توجه به اينكه جنس بدنه اين دستگاه از استيل ضد زنگ (stainless steel) L316 ساخته شده است و طراحي آن به گونه اي است كه مي تواند تا فشار psi 3000 و دماي 100 درجه سانتيگراد را تحمل كند، مي توان آزمايشات آشام خود به خودي را در شرايط طبيعي مخزن و با انواع سيالات تزريقي با دقت بالا شبيه سازي كرد. همچنين بوسيله اين دستگاه مي توان تاثير انحلال گاز ها در سيال تزريقي و سيال درجاي سنگ مخزن، كه نيازمند فشار هاي بالا مي باشد، بر فرايند آشام خود به خودي بررسي كرد.

دستگاه آشام همسو و غير همسو جهت فراهم كردن شرايط براي فرآيند آشام كه بتوان مكانيزم هاي آشام همسو و غير همسو را به تفكيك بررسي كرد طراحي و ساخته شده است.با محدود كردن آشام به يك سطح مغزه و در تماس بودن سطح ديگر با سيالي كه مغزه با آن اشباع شده است،شرايط اندازه گيري فاز غيرترشونده توليدي به تفكيك توسط جريان هاي همسو و غير همسو فراهم آمده است.قبلا" هم توليد توسط فرآيند آشام بررسي مي شده و در آشام هاي معمولي نفت هاي توليدي در مكانيزم هاي هم سو و غيرهمسو هردو باهم توليد مي شدند. اما با اين اختراع جريان هاي همسو و غير همسو را به علت اينكه شرايط به گونه اي مهيا شده است كه يك سطح مغزه با نفت در تماس است ، مي توان به تفكيك بررسي نمود و مي توان دريافت كدام يك از مكانيزم هاي آشام همسو و غير همسو در توليد نفت قويتر عمل مي كنند.

دستگاه حاضر با نام \\"دستگاه اندازه گيري كشش بين سطحي آب و نفت و زاويه تماس بين سطح و سيالات در شرايط آزمايشگاهي\\" اندازه گيري كشش مرزي بين آب و نفت و همچنين اندازه‌گيري زاويه تماس قطره مايع روي سطح جامد را انجام مي دهد. بررسي كشش سطحي آب و نفت و زاويه تماس بين سطح و سيالات مخزن در بررسي كشش سطحي آب و نفت در صنايع نفت به خصوص در روش هاي ازدياد برداشت و تشكيل امولسيون هاي نفت و آب به منظور انتقال نفت خام حائز اهميت مي باشد. اگر خواص دو سيال به هم نزديك شود كشش بين سطحي دو سيال كاهش مي يابد و در نهايت به صفر مي رسد كه اين نشان مي دهد دو سيال به حالت امتزاج پذيري رسيده اند و يك سيال تك فازي را تشكيل مي دهند. بنابراين كشش بين سطحي يك پارامتر مفيد براي تعيين نقطه تعادلي دو فاز سيال مي باشد. پراكندگي سيالات در محيط متخلخل به طور مستقيم تحت تاثير خاصيت ترشوندگي سنگ مي باشد، لذا جهت توليد بهينه از هر مخزني و كنترل عملكرد مخزن، دانستن اين خاصيت ضروري مي باشد. به طور حتم عبور پذيري هاي نسبي به شدت تحت تأثير ترشوندگي مخزن هستند. لذا تعيين ترشوندگي براي مطالعه مخزن و بخصوص براي تعيين روش محاسبه و اندازه گيري عبور پذيري هاي نسبي مهم ميباشد. مبناي كار دستگاه در اندازه‌گيري كشش بين سطحي روش قطره آويزان است كه در آن پارامترهاي ذكر شده با استفاده از پارامترهاي هندسي و ابعاد قطره شكل گرفته از سيال فاز پراكنده درون سيال فاز پيوسته دست مي‌آيد. همچنين اساس كار در اندازه‌گيري زاويه تماس ديناميكي روش قطره چسبيده مي‌باشد كه به ابعاد قطره تشكيل شده روي سطح جامد در حضور سيال ديگر وابسته است. براي انجام تست اندازه گيري كشش بين سطحي و زاويه تماس دستگاه به گونه اي ساخته شده كه بتوان ضمن كنترل همه مراحل انجام آزمايش، مسير عبور سيالات، تنظيم دوربين، دبي خروجي سيال را كنترل كرد. دستگاه اين قابليت را دارد كه با تغييرات جزيي در دستگاه هركدام از آزمايش هاي كشش بين سطحي و زاويه تماس را انجام داد. با تغيير نور صفحه نوري و دوربين تعبيه شده دستگاه، قادر خواهيم بود شفاف ترين تا كدرترين سيالات را هم مشاهده نمود. همچنين سيستم تزريق اين دستگاه به صورت بهينه از هدر رفتن سيال قطره جلوگيري كرده و حداقل سيال جهت انجام آزمايشگاه ها مورد استفاده قرار مي گيرد. اپراتور قادر است كه همه مراحل انجام آزمايش را مشاهده نموده و تغييرات لازم را جهت انجام آزمايش ها اعمال نمايد. داده ها در اين آزمايش ها ابتدا به صورت تصاوير با كيفيت در كامپيوتر ثبت شده و سپس با نرم افزار آناليز قطره آناليز مي شوند.

امروزه در صنايعي كه در بالا ذكر شد، بخصوص صنايع نفت و گاز براي اندازه گيري ويسكوزيته كه يكي از خواص مهم و اثر گذار نفت مي باشد از دستگاه هاي نه چندان دقيق و غير قابل اتكا كه تكنولوژي خيلي پيشرفته اي در ساخت آن ها بكار نرفته، استفاده مي شود كه حتي در نمونه هاي خارجي هم مشكلاتي مشاهده شده كه اين موارد علاوه بر اينكه خطا هاي زيادي در نتايج آزمايش ايجاد مي كند، باعث صرف هزينه و وقت زيادي براي انجام تست ها خواهد شد. دستگاه ويسكومتر گوي غلتان يكي از بهترين و دقيق ترين دستگاه هاي اندازه گيري ويسكوزيته در جهان بوده زيرا مي تواند نتايج دقيقي را در عين شرايط بالاي دمايي و فشاري ارائه دهد سيستم كاري دستگاه بنحوي است كه گوي استيل را در سيال تحت دما و فشار مورد نظر رها مي كنند و با بدست آوردن سرعت حركت گوي در ميانه مسير و روابط از قبل اثبات شده مي توان ويسكوزيته را محاسبه كرد. امر مهم در بالا بردن سطح تكنولوژي اين دستگاه مربوط به بدست آوردن سرعت حدي گوي مي باشد كه با توجه به اين امر، در دستگاه فوق الذكر، سنسور مجاورت كه لحظه قطع شدن زمان را مشخص مي كند، را در انتهاي مسير قرار نداده و سعي شده در قسمتي كه سرعت حدي باشد قرار داده شود. اين دستگاه در عين شرايط عملياتي بالا(500 bar--800C) دقت بالايي داشته و سرعت شما را در انجام تست بالا مي برد. پس از بدست آمدن سرعت گوي با توجه به روابطي كه در نرم افزار دستگاه نوشته شده، با استفاده از سرعت و چگالي و ديگر پارامترها ويسكوزته سيال مشخص مي شود. قابل ذكر است كه جنس مواد بكار رفته در همه قسمت هاي دستگاه از نوع فولاد ضد زنگ بوده كه همگي قابليت تحمل فشاري و دمايي بالايي دارند و در هر شرايط عملياتي كارايي خود را دارد. جعبه كنترل و PLC، وظيفه تنظيم كردن دماي سيال، نمايش فشار سيال و بدست آوردن زمان حركت گلوله را دارد. همچنين يكي ديگر از محدوديت ها و اشكالات دستگاه هاي مشابه خارجي اين است كه براي مشخص شدن لحظه رسيدن گوي به قسمت انتهايي سيلندر از سيم مسي و اتصال كوتاه در لحظه رسيدن استفاده مي شود كه اين خود در نفت هاي سنگين و حتي در نفت هايي با ويسكوزيته عادي در اكثر اوقات جواب نمي دهد و كاربر مجبور است كه يك تست را چندين بار انجام دهد و علاوه بر صرف زمان، هزينه زيادي نيز حدر مي رود.

دستگاه سنجش پايداري ديناميكي و آناليز كننده ساختاري فوم Dynamic Foam Stability and Structure Analyzer • زمينه فني اختراع: اين اختراع در صنايع نفت و گاز و ديگر صنايعي كه فوم در آنها كاربرد دارد، مورد استفاده قرار مي ¬گيرد. امروزه جهت برداشت حداكثري از مخازن هيدروكربوري نياز به تكنولوژي هاي جديد و بسيار كار آمد وجود دارد. استفاده از فوم يكي از اين تكنولوژي ها مي باشد كه با استفاده از اين اختراع مي توان پايداري فوم را در مقياس بالك بصورت ديناميكي و آناليز ساختاري آن را با استفاده از نرم افزار، با دقت بيشتر بررسي نمود. • مشكل فني و بيان اهداف اختراع: امروزه در صنايع نفت و گاز تلاش هاي بسيار فراواني در جهت بيشتر كردن توليد از مخازن صورت مي ¬گيرد. همچنين در استفاده هاي ديگري مانند شستن و تميز كردن، آتشفشاني، صنايع غذايي و محصولات بهداشتي، توسعه سورفكتانت، شناور سازي براي جداكردن ذرات جامد، تسويه آب و روغن هاي سرد كننده از فوم استفاده مي شود.بنابراين سنجش پايداري فوم در علوم مختلف داراي اهميت زيادي است. روش هاي آزمايشگاهي مرسوم براي اندازه گيري ميزان پايداري فوم عمدتاً دستگاه هاي عملكرد مناسبي ندارد. در موارد كمي نيز كه دستگاهي بدين منظور ساخته شده، داراي هزينه بسيار زياد مي باشد. با توجه به تجربه چند ساله ي مخترعين در انجام آزمايشات و تحليل داده هاي پايداري فوم، سعي شده كه كاستي هاي روش هاي ارائه شده در اين اختراع بر طرف شود. بنابراين مزيت دستگاه مورد نظر اين مي باشد كه پايداري فوم را در دما-فشار بالا اندازه گيري مي كند.و همچنين تحليل ساختار آن توسط نرم افزار و الكترود هاي مسي استفاده شده، انجام مي شود. استفاده از الكترود هاي مسي در تشخيص پايداري فوم و وجود مايع درون فيلم نازك مايع تاثير شاياتي در بالا بردن دقت اندازه گيري ها دارد. • ايراد هاي دستگاه هاي مشابه o در دستگاه هاي مشابه سنجش پايداري فوم را در دما و فشار محيط انجام مي ¬دهند. o در دستگاه هاي مشابه، آناليز پايداري فوم بر اساس ديداري انجام مي ¬شود كه مي تواند باعث بروز مشكلاتي در ثبت زمان پايداري فوم گردد. o در دستگاه هاي مشابه در بعضي مواقع فوم ايجاد شده بعد از فرو نشست مايع دورن فيلم نازك مايع (لملا)، ساختار فوم خشك شده و بصورت تار عنكبوتي باقي مي ¬ماند كه باعث ايجاد خطا در ثبت زمان پايداري فوم مي ¬گردد. • مزيت اين دستگاه نسبت به دستگاه هاي مشابه اين دستگاه، قادر به اندازه گيري پايداري فوم در بازه دماي محيط تا °C120و فشار تا bar 16 مي باشد. نحوه انجام آزمايشات به نحوي است كه ابتدا محفظه شيشه اي از سيال مورد آزمايش پر مي¬شود و بعد از بستن درپوش، محفظه شيشه اي درون جعبه قرار گرفته و محكم مي ¬گردد، سپس گاز مورد نظر از پايين (طبق طراحي صورت گرفته) وارد محفظه شده و فوم تشكيل مي شود. نرم افزار مورد نظر براساس تصاوير دوربين صنعتي مونوكروم، ارتفاع مايع و فوم تشكيل شده را گزارش داده و اندازه گيري پايداري فوم بر اساس زمان نيمه عمر (مدت زماني كه سپري مي شود تا ارتفاع فوم به نصف ارتفاع اوليه برسد) گزارش مي ¬دهد. همچنين اين دستگاه، توزيع اندازه حباب هاي مايع فوم و تغيير اين توزيع نسبت به زمان را آناليز مي ¬¬كند. بعلاوه، بررسي و سنجش دقيق اندازه حباب را مي ¬توان انجام داد كه اين آناليز براساس تعداد و اندازه حباب ها و توزيع اندازه آنها صورت مي ¬گيرد و ما قادر هستيم كه حباب ها كه رنج اندازه هاي متفاوت از خيلي كوچك تا خيلي بزرگ هستند را به آساني مشخص كنيم. آناليز پايداري فوم بر اساس وابستگي به زمان در ساختار فوم يكي ديگر از قابليت هاي اين دستگاه مي باشد كه قبل از فرو ريختن فوم، ساختار فوم شروع به تغيير دادن مي ¬كند، جايي كه حباب هاي بزرگ بزرگتر مي شوند و حباب هاي كوچك ناپديد مي شوند. عكس برداري با وضوح بالا نسبت به زمان در اندازه گيري هاي ساختار فوم، اين فرآيند به درستي ثبت و با كمك نرم افزار آناليز فوم تحليل مي شود. اندازه گيري همزمان ارتفاع فوم و تحليل ساختاري آن يكي ديگر از توانايي اين نرم افزار است كه بر اساس تحليل كننده ديناميكي فوم، نمودار ازبين رفتن مي تواند به طور همزمان با ساختار فوم ثبت و در يك بازه ارتفاع قابل انتخاب محاسبه شود و به طور همزمان، ازبين رفتن كلي فوم را تعيين كند. دستگاه تحليل كننده ديناميكي فوم براي اندازه گيري توانايي فوم سازي و پايداري فوم براساس اندازه گيري هاي دقيق ارتفاع فوم استفاده مي شود. اين دستگاه براي مشخص كردن پايداري محصولات تشكيل شده از فوم و يا در مورد فوم ناخواسته يا جلوگيري از تشكيل فوم مي توان استفاده نمود. يكي ديگر از قابليت هاي اين دستگاه آناليز محتواي مايع فوم ها و تغييراتش نسبت به زمان مبتني بر رسانايي است كه اين مهم براساس الكترود هاي مسي استفاده شده صورت مي پذيرد. كه اين نتايج، اطلاعات مهم روي ساخت فوم را فراهم مي آورد و به بهينه كردن محتواي مايع به طور ويژه و پايداري فوم ها به ما كمك مي كند. اين آناليز دقت وضوح بالا نشان مي دهد كه چگونه فوم يك شكل است و چگونه همگني با زمان تغيير ميكند. اين اطلاعات براي تعيين كيفيت فوم هاي خوراكي مهم است. براي مثال، بايد مقداري ثابت در هر سطحي داشته باشد. بعلاوه، قرار دادن زياد الكترود هاي رسانايي به اين معني است كه يك اندازه گيري هميشه در ناحيه كمتر و در مجاورت بالاي فوم در دسترس است. اين اندازه گيري هاي نسبي مايعات باعث مي شود كه فوم با شدت متفاوت بيشتر قابل اطمينان باشد و باعث مي شود كه راحت تر با محتواي مايع بهينه شود. فشار و دماي مورد استفاده را مي توان با استفاده از Mass Flow Controller (MFC) (ابزار كنترل كننده جريان ورودي) و فشار سنج ديجيتالي و المنت هاي حرارتي تنظيم كرد و آزمايشات را در دما و فشار هاي مختلف انجام داد.