دستگاه مطالعاتي فرايند هاي ازدياد برداشت از مخازن شكاف دار به گونه اي طراحي و ساخته شده است كه قادر به انجام كليه آزمايش هاي ازدياد برداشت نفت در دما و فشار واقعي مخزن هدف مي باشد. با اين دستگاه مي توان آزمايش هاي تزريق آب، تزريق مواد شيميايي و پليمري، مواد ميكروبي، تزريق انواع گاز ها و تزريق بخار آب در حالت اشباع و فوق اشباع مي باشد. با توجه به اينكه فرايند ريزش ثقلي، مكانيزم غالب توليد در اين روش ها مي باشد. دستگاه به صورتي طراحي شده است كه اين فرايند را در حين آزمايش ها شبيه سازي كند. در هر يك آزمايش ها مغزه هاي استوانه اي اشباع شده از نفت به قطر حداكثر ۱۰ سانتي متر و تا طول حداكثر ۱۰۰ سانتي متر روي سر هم در داخل مغزه نگهدار اصلي قرار مي گيرند، فضاي بين مغزه ها و بدنه داخلي مغزه نگهدار نشانگر شكاف عمودي و فاصله بين دو مغزه روي سر هم قرار گرفته نمايانگر شكاف هاي افقي مي باشند. اين دستگاه قابليت انجام آزمايش ها را تا حداكثر فشار ۴۰۰ بار دارد و قادر است كه گاز داغ و بخار آب در دماي اشباع و فوق اشباع در اين فشار به سيستم تزريق نمايد. تجهيزات اصلي ساخته شده اين دستگاه شامل موارد زير مي باشد: 1. مغزه نگهدار اشباع كننده Saturation Core Holder)) 2. . نگهدارنده سيال Accumulator)) 3. مغزه نگهدار اصلي Main Core Holder)) 4. توليد كننده بخار Steam Generator)) 5. رگولاتور فشار پشتي (Back Pressure Regulator- BPR) 6. سيستم كنترلي Controlling System))

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.

به هنگام توليد نفت يا گاز از مخازن هيدروكربني معمولاً مقداري آب نيز توليد مي شود؛ در اوايل دوران بهره-برداري از مخازن، حجم آب توليدي كم بوده و روش هاي رايج جداسازي براي تفكيك آن از سيالات هيدروكربني كافي مي باشد. اما با افزايش سن بهره برداري از مخزن، معمولاً نسبت آب به هيدروكربن توليدي افزايش قابل توجهي مي يابد. افزايش نسبت آب به هيدروكربن سبب كاهش ميزان توليد هيدروكربن¬ها (نفت و گاز)، افزايش هزينه هاي توليد و فرازآوري و همچنين نياز به تسهيلات بيشتر براي جداسازي مي شود. به علاوه افزايش حجم آب توليدي در مخازن معمولاً مشكلات ديگري نظير افزايش خوردگي، افزايش توليد امولسيون، مهاجرت ذرات و توليد شن و رسوب را بوجود مي آورد. لازم به ذكر است كه اگر درصد آب همراه گاز متناسب با فشار و دبي توليد از حدي زياد¬تر شود، ديگر گاز قادر به خارج كردن آن از چاه نخواهد بود و در اين صورت به دليل تجمع آب در چاه، چاه كاملا بسته خواهد شد. به علاوه رها سازي آب جداسازي شده از سيال توليدي در محيط، باعث آلودگي محيط زيست مي شود. هدف اين اختراع طراحي شير هوشمند مكانيكي، جهت جلوگيري از عبور آب در مقابل گاز و جلوگيري از ورود آب به ستون چاه گازي مي باشد. در طراحي اين شير، از قوانين سيالاتي (به طور خاص قانون برنولي) استفاده شده است كه بر اساس اين قوانين مبناي جداسازي آب از گاز در شير طراحي شده تفاوت در گرانروي مي باشد كه سبب تفاوت در سرعت عبور و فشار ديناميكي سيال مي شود. در اين راستا ساخت اين شير مي تواند در صنعت نفت و گاز و در زمينه بهره برداري از چاه هاي گازي با جلوگيري از توليد آب بسيار سودمند باشد و علاوه بر افزايش گاز توليدي، موجب حذف يا كاهش هزينه هايي نظير هزينه جداسازي آب از گاز استخراج شده شود. لازم به ذكر است كه تا كنون شير هايي جهت جلوگيري از توليد سيال سبك در مقابل سيال سنگين (جلوگيري از توليد گاز اضافي در مخازن نفتي) در كشور هاي پيشرفته مورد طراحي و تست قرار گرفته است در طراحي نوآورانه اين شير جديد با الهام گرفتن از طرح شير هوشمند پيشين، عملكرد شير به گونه اي تغيير پيدا كرده تا مانع از توليد سيال سنگين(آب) در مقابل سيال سبك¬تر (گاز) شود. طرح فني جهت تحقق بخشيدن به هدف اختراع: اين شير داراي 5 قطعه اصلي شامل بدنه بالايي، بدنه پاييني، ديسك متحرك، فنر و نگه دارنده شير مي باشد. بدنه پاييني شامل يك خروجي اصلي در پايين و 12 خروجي كنترلي در جداره شير مي¬باشد. همچنين بدنه¬ي پاييني داراي 12 زائده نگه دارنده ديسك و 6 پايه به عنوان نشيمنگاه ديسك نيز مي باشد. بدنه پاييني به وسيله ي سطح رزوه شده¬ به بدنه ي بالايي متصل شده است. سطح پاييني بدنه بالايي به صورت مخروط طراح شده است كه ديسك متحرك را به وسيله ي فنر هاي نگه دارنده بين دو بدنه به صورت معلق نگه داشته است. طراحي مقاومتي فنر ها به گونه اي انجام مي شود كه در صورت عبور آب، مسير خروجي اصلي شير بسته شده و در هنگام عبور گاز شير باز بماند. ساخت قطعات شير با استفاده از دستگاه تراش براي تعداد كم و با استفاده از قالب ريخته گري براي تعداد بالا جهت تجاري سازي امكان پذير مي باشد.

از اين اختراع ميتوان در صنعت نفت و گاز استفاده نمود. امروزه در صنايع نفت و گاز جهت برداشت حداكثري از مخازن زيرزميني با استفاده از روشهاي متفاوت، تكنولوژي اي نوين را براي تحقق هدف افزايش توليد از مخازن به كار ميگيرند. يكي از مهمترين فاكتورهايي كه باعث تشكيل رسوب در ديواره ي لوله ها ميشود وجود پتانسيل الكتريكي بين اجزا يا توده هاي آسفالتين با جداره ي رساناي لوله انتقال است كه باعث ميشود ذرات آسفالتين در طي گذر از لوله ناپايدار شده و رسوب گذاري نمايند. يكي از مشكلات بسيار مهم در صنعت نفت و گاز، ته نشيني مواد آلي سنگين مثل آسفالتين از فاز نفت در مخازن نفتي، تجهيزات بهره برداري و لوله هاي انتقال نفت است. يكي از پارامترهاي عملياتي مهم در فرآيند تشكيل رسوبات آسفالتين تغييرات دما ميباشد. در اين دستگاه دماي سيال عبوري از درون لوله با استفاده از آون كنترل ميشود. اين دستگاه به گونه اي طراحي شده است كه بتوان به تحليل تاثير پارامترهاي عملياتي بر رسوب گذاري آسفالتين درون لوله پرداخت و همچنين با استفاده از راهكارهايي مثل افزودن نانوذره به نفت، به كاهش رسوب گذاري آسفالتين درون لوله كمك كرد.

در اين اختراع به طراحي و ساخت شير كنترل هوشمند ممانعت كننده از عبور جريان گاز، جهت كاهش نسبت گاز به نفت پرداخته شده است. شير متشكل از يك ورودي سيال و ديسك متحرك واقع در مسير جريان است، ديسك متحرك مي تواند بطور آزادانه در شير حركت كند و براساس قانون برنولي ورودي شير را ببندد. اين شير به گونه اي طراحي شده است كه بدون نياز به هيچ گونه حسگر، برق و كنترل خارجي و به طور كاملا مكانيكي و هوشمند در هنگام عبور سيال سبك، شير به طور خودكار بسته مي شود. در حالي كه در حين عبور سيال سنگين شير باز شده و به سيال اجازه عبور مي دهد.

مدل آزمايشگاهي سه‌بعدي و شعاعي با قابليت تنظيم موقعيت مشبك‌كاري و نحوه تكميل چاه جهت مطالعه مخروطي شدن در محيط متخلخل، مربوط به حوزه بالا دستي صنعت نفت و گاز است. با استفاده از اين مدل و با شناخت پديده مخروطي شدن، مي توان سبب كاهش توليد آب و افزايش صرفه اقتصادي در صنعت نفت و گاز شد. تاكنون از مدل آزمايشگاهي سه‌بعدي و شعاعي جهت بررسي و مشاهده پديده مخروطي شدن و حركت سيال در محيط متخلخل استفاده نشده است كه همين موضوع سبب ايجاد انحراف داده‌هاي آزمايشگاهي در مقايسه با داده‌هاي واقعي از مخزن نفت و گاز مي‌شود. به همين منظور براي بررسي و مشاهده حركت سيال به صورت واقعي، نياز به ساخت مدل مذكور (سه‌بعدي و شعاعي) احساس مي‌شد. به وسيله اين مدل مي‌توان پديده مخروطي شدن و جريان سيال در محيط متخلخل را به صورت سه‌بعدي و شعاعي بررسي و مشاهده نمود. همچنين اين مدل امكان تنظيم طول ناحيه مشبك‌كاري و نحوه تكميل چاه را دارد. علاوه بر اين براي ساخت اين مدل از پارامترهاي بدون بعد استفاده شده است تا ابعاد مخزن با مقياس مناسبي كوچك شود و از انحراف نتايج حاصل از آزمايش اين مدل، جلوگيري شود.

يكي از مهمترين دستگاه هايي كه در آزمايشات ازدياد برداشت از مخازن نفتي كاربرد فراواني دارد. دستگاه سيلاب زني با مغزه مي باشد. اين دستگاه نيازمند بخش هاي حساس با قابليت كار در فشارهاي بالاست. اجزاي سيستم شامل آب مقطر ، پمپ تزريقي ، نگهدارنده هاي سيال ، محفظه جهت پر كردن دوباره سيال، نگهدارنده مغزه، تنظيم كننده فشار و مخزن نيتروژن مي باشد. نگهدارنده مغزه و نگهدارنده سيال دو بخش اصلي سيستم است. نگهدارنده مغزه وسيله اي است كه مغزه در آن قرار مي گيرد و به اين ترتيب مي توان سيال را به داخل آن تزريق كرد. همانطور كه در شكل نشان داده شده است ، اجزاي دستگاه شامل بدنه اصلي ، بست انتهايي، محكم كننده مغزه، فضا دهنده، پخش كننده و لاستيك محدود كننده مي باشد. نگهدارنده سيال: وسيله اي است كه توسط آن فشار از يك سيال به سيال ديگر منتقل مي شود البته بدون امتزاج دو سيال با يكديگر .اجزاي دستگاه شامل سيلندر، بست انتهايي، هدايت كننده و پيستون مي باشد.

يكي از مشكلات اساسي در مخازن هيدروكربوري بحث توليد آب و كاهش راندمان توليد ناشي از اين پديده است. با كاهش فشار مخزن در اثر توليد و با نزديك شدن مخازن به عمر بلوغ خود، توليد آب از آن‌ها افزايش مي‌يابد. آبزده شدن مخزن و توليد آب از چاه‌ها مشكلات عديده‌اي مانند كاهش ضريب بازيافت توليدي، كاهش ظرفيت تاسيسات سطح الارضي، افزايش فشار هيدرواستاتيك ستون چاه و كاهش بهره‌وري توليد هيدروكربن از چاه ايجاد مي‌كند. درميان روش‌هاي انسداد توليد آب، روش شيميايي و تزريق ژل پليمر بعنوان متداول‌ترين روش شناخته مي‌شوند. مواد متداول و رايج مورد استفاده در روش تزريق ژل پليمر، كارايي خود را در مخازن با دما و شوري بالا از دست داده و غيرقابل استفاده مي‌شوند. براي توليد ژل پليمر مقاوم نسبت به دما و شوري بالا ابتدا پليمري با اين خصوصيت توليد و سپس با استفاده از يك شبكه‌ساز آلي از آن ژل تهيه شد. براي توليد پليمر از گروه‌‌هاي عاملي استفاده شد كه قابليت پايداري در برابر دما و شوري بالا را داشته باشند. نتايج حاصل از آزمايش‌ها نشان مي‌دهد اين ژل پليمر با زمان بندش مناسب خود قابليت تزريق به مخازن هيدروكربوري را داشته و از پايداري مناسبي نيز برخوردار است.