ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز

جریان همرفت از نقاطی با تنش میان‌رویه‌ی کمتر به‌سمت نقاطی با تنش میان‌رویه‌ی بیشتر را جریان مارانگونی می‌نامند. متأسفانه این پدیده در مهندسی نفت کمتر شناخته شده است. حال آنکه نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که در شرایط مطلوب، مارانگونی بازیافت نفت را تا حدود 35 درصد افزایش می‌دهد. بررسی مطالعات پیشین نشان می‌دهد که این پدیده گاهی در نتایج آزمایشگاهی مشاهده شده اما با استفاده از مفهوم جریان متقاطع موئینه، توجیه یا مدل‌سازی شده است. در حالی‌که جریان موئینه‌ی متقاطع و مارانگونی تفاوت‌های بنیادینی با یکدیگر دارند.

در این مقاله با استفاده از طراحی دقیق آزمایش‌های تزریق دی‌اکسیدکربن در شکاف نشان خواهیم داد که در شرایطی که نیروهای موئینه رو به زوال هستند (یعنی در فشارهای نزدیک بحرانی) جریان قوی مارانگونی چگونه فعال می‌شود و به‌صورت کاملاً مستقل به بازیافت نفت کمک می‌کند. برای تحقیق این ادعا، ابتدا دی‌اکسیدکربن در فشارهای مختلف در سیستم شکاف/ماتریس اشباع از دکان خالص به‌عنوان سیستم عاری از جریان‌های مارانگونی، تزریق می‌گردد. در هریک از آزمایش‌های فشار ثابت درجه‌ی آزادی ترمودینامیکی سیستم صفر است و بنابراین در نقاط مختلف تنش میان‌رویه ثابت است و می‌توان مطمئن بود نتایج این آزمایش‌ها در سطح صفر مارانگونی انجام می‌شوند. در سری آزمایش‌های بعدی با اضافه کردن یک جزء نفتی دیگر (پروپان)، درجه‌ی آزادی به یک افزایش می‌یابد و بنابراین در نقاط مختلف محیط متخلخل و میان‌رویه‌ی نفت و گاز، تنش‌های میان‌رویه ی متفاوتی تجربه می‌شود که در اثر آن انتظار وجود جریان‌های همرفت مارانگونی را داریم. مقایسه‌ی تفاوت نتایج بازیافت نفت از این دو سری آزمایش با عدد مارانگونی نشان می‌دهد که میزان ازدیاد برداشت ناشی از مارانگونی با عدد مارانگونی متناسب است. در شرایط غیرامتزاجی این جریان‌ها بسیار ضعیف هستند و در شرایط بحرانی از بین می‌روند. در حالی که در شرایط نزدیک بحرانی مارانگونی بسیار قوی و فعال عمل می‌کند.