طبق بررسیهای به عمل آمده، کشش سطحی احتمالا مهمترین عاملی است که سبب می شود حدود یک سوم نفت درجا، پس از سیلابزنی با آب یا رانش با گاز، به صورت غیر قابل استحصال در بیاید ]۸[.
از طرف دیگر مطالعه کشش سطحی در فرآیندهای ازدیاد برداشت به روش سیلاب زنی با حلال اهمیت ویژهای مییابد. یک حلال می تواند با تزریق به مخزن نفت را جابهجا کند. این تزریق می تواند سبب جابجایی امتزاج پذیر (تک فازی) یا امتزاج ناپذیر (دو فازی) گردد ]۷[.
مکانیزم های موثر در جابهجایی نفت به وسیله حلال عبارتند:
استخراج اجزای سبک[۱](و حتی متوسط) نفت به وسیله سیال
کاهش کشش سطحی بین حلال و نفت و کاهش ویسکوزیته نفت از طریق حل شدن حلال در نفت[۲]
-
- متورم شدن نفت از طریق نفوذ حلال درون نفت[۳]
از بین روشهای موجود برای اندازه گیری کشش سطحی، روش قطره معلق[۴]، در دما و فشار بالا کاربرد بیشتری یافته است.
در این تحقیق، با بهره گرفتن از داده های آزمایشگاهی کشش سطحی تعادلی و دینامیک، برای سیستمهای گاز- نرمال پارافین، دو نوع مدل انتقال جرمی مختلف بر روی سیستم قطرهی معلق بررسی، و روشی که نتایج آن منطبق بر نتایج آزمایشگاهی می شود به عنوان مدل اصلی انتقال جرم معرفی گردید. همین طور نحوه تاثیر دما، فشار، زمان و نوع مواد شرکت کننده در فرایند، روی پروسهی انتقال جرم تعیین گردید.
فصل دوم
۲- مبانی تحقیق
در این فصل و فصل بعدی، توضیحاتی در مورد واژه های کلیدی موجود در عنوان پایان نامه داده خواهد شد. در ابتدا به تعریف کشش سطحی و روشهای اندازه گیری آن میپردازیم.
۲-۱- کشش سطحی تعادلی و روشهای اندازه گیری آن
در درون یک فاز مایع، مولکولها به طور کامل توسط مولکولهای دیگر محاط میشوند، به طوری که نیروی جذب در همه جهتها یکسان است. اما در مرز، نیروهای بین مولکولی از یک جنس نیستند و در نتیجه همدیگر را خنثی نمیکنند.این بر هم کنش سبب به وجود آمدن نیرویی به سمت داخل میگردد. این پدیده دقیقا همان عاملی است که سبب میگردد قطرات کوچک، شکل کروی به خود بگیرند. بنابراین میتوان گفت کشش سطحی[۵] عبارت است از تمایل سطح به انقباض، برای حداقل کردن مساحت بین سطحی ]۹[.
از نظر فیزیکی، برای کشیدن یک فیلم صابون روی یک قاب سیمی شکل، بایستی نیرویی به اندازه F وارد شود تا از پارگی فیلم جلوگیری گردد. اگر فیلم به اندازه dx جابجا شود، انرژی آن به اندازه Fdx بالا میرود. اگر سیستم در حالت تعادل باشد، این تغییر انرژی بایستی دقیقا برابر با انرژی آزاد سطح گردد، یا به عبارتی
| (۲-۱) |
معادله (۲-۱) را میتوان به صورت زیر ساده نمود
| (۲-۲) |
این عبارت دقیقا معادل با کاری است که بایستی انجام شود تا مساحت سطح مایع را افزایش دهد و باعث شود سطح مایع، مانند یک پوست کشیده شده عمل کند که در اصطلاح علمی به آن کشش سطحی گفته می شود. این پدیده به صورت شماتیک در شکل ۲-۱ نشان داده شده است ]۱۰[.
.[۱۰]شکل ۲-۱ شکل یک فیلم صابونی که روی چارچوبی فلزی کشیده شده است
هر چند در صنایع نفت و گاز کاهش کشش سطحی بین نفت خام و سیال تزریقی باعث افزایش تولید میگردد، اما در مواردی مانند صنعت روغن خوراکی تلاشها برای افزایش کشش سطحی صورت میگیرد تا با جذب کمتر این مواد، ضرر کمتری متوجه بدن گردد ]۱۱[.
در چند دهه گذشته روشهای مختلفی برای اندازه گیری کشش سطحی بین مواد مختلف ارائه شده است. درلیخ و همکارانش، روشهای اندازه گیری کشش سطحی را به پنج دستهی کلی تقسیم بندی کردند که عبارتند از:
اندازه گیری مستقیم با بهره گرفتن از یک میکروبالانس که شامل روش صفحهی ویلهلمی[۶]وحلقهی دوندیا[۷] میباشد.
اندازه گیری فشار موئینه که شامل روشهای بیشترین فشار حباب[۸] و رشد قطره[۹] میباشد.
آنالیز تعادل بین نیروهای گرانش و موئینه شامل روشهای حجم قطره[۱۰] و بالا رفتن در لولهی موئین[۱۱].
آنالیز قطرههای منحرف شده بر اثر گرانش شامل قطره معلق[۱۲] و قطره چسبیده[۱۳].
روش انحراف قطره تقویت شده شامل روش چرخش قطره[۱۴] و میکروپیپت [۱۵] ]۶[.
۲-۱-۱- دستهی اول: اندازه گیری با بهره گرفتن از یک میکروبالانس
برای اندازه گیری مستقیم کشش سطحی با بهره گرفتن از یک میکروبالانس، یک صفحه، حلقه، یا هر وسیله سادهی دیگر، در تماس با مرز دو سیال قرار میگیرد. اگر میکروبالانس به طور کامل با یکی از این سیالات تر شده باشد، مایع به وسیله میچسبد و در نتیجه نیروی مویینگی از آن بالا میرود و باعث افزایش مساحت مرزی شده و نیرویی ایجاد می نماید که سعی می کند صفحه را به طرف مرز بکشد. این نیرو مستقیما با کشش سطحی ارتباط پیدا می کند و می تواند به وسیله میکروبالانس اندازه گیری شود. این نیرو به صورت معادله (۳-۱) در کشش سطحی تاثیر می گذارد.
| (۲-۳) |
