ارائه روابط جهت پیش ‌بینی کشش سطحی به صورت نیمه تحلیلی و تمام تحلیلی با بهره گیری از توابع ترمودینامیک بین مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نفت

2 دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 استادیار دانشکده مهندسی نفت دانشگاه صنعتی امیر کبیر

10.22078/pr.2023.5027.3242

چکیده

همواره در سطح مشترک فازهای سیال، نیروهای سطحی وجود دارند که بر تعادل فازی سیال مورد نظر تأثیرگذار میباشند. بدلیل عدم وجود موازنه میان این نیروها (شامل نیروهای جاذبه و دافعه مولکولی،) یک کششی وجود دارد. یک شاخص کمی از کشش مولکولی در سطح مشترک فاز بخار و مایع، کشش سطحی می باشد که به عنوان نیروی اعمال شده بر واحد طول سطح مشترک و یا انرژی در واحد سطح مشترک تعریف میگردد. کشش سطحی تنها هنگامی وجود دارد که دو فاز بخار و مایع در کنار هم در حال تعادل باشند.
از مهمترین کاربردهای ارزیابی کشش سطحی در مطالعات مخزن، پیش بینی فشار موئینگی جهت در نظر گرفتن نیروهای سطحی بر توزیع سیال درون یک مخزن و تخمین فشار امتزاجی کمینه در فرآیندهای تزریق گاز می باشد. اگرچه تراوایی نسبی بشدت وابسته به کشش سطحی می باشد، ارزیابی دینامیکی رفتار جریان چند فازی در محیط متخلخل نیز بشدت تحت تاثیر این پارامتر خواهد بود.
در این مطالعه مدلسازی جهت پیش بینی کشش سطحی با بهره گیری از مدل های ترمودینامیکی بین مولکولی شامل مدل دو پارامتری لنارد-جونز به صورت نیمه‌-تحلیلی و مدل سه پارامتری چاه-مربعی به صورت تمام تحلیلی در محدوده وسیعی از دما در مقیاس توده توسعه یافته است.
مقایسه نتایج برای سیالات هیدروکربونی (سبک تا سنگین) و سیالات غیر هیدروکربونی نشان میدهد که پیش بینی کشش سطحی از طریق مدل چاه-مربعی بدلیل انعطاف پذیری بالا و سادگی ریاضی نسبت به مدل لنارد-جونز، با داده های تجربی تطبیق قابل توجهی ارائه نموده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

correlations to predict interfacial tension in semi-analytical and fully-analytical formula using intermolecular thermodynamic functions

نویسنده [English]

  • Mohammad Reza Khorsand Movaghar 1
1 Amirkabir University of Technology, Department of petroleum Engineering
چکیده [English]

There are always surface forces at the interface of fluid phases that affect the phase balance of the fluid under consideration. Tension always exists at the interface of fluid phases, due to unbalanced molecular attractive and repulsive forces. A quantitative index of molecular tension at the interface between the vapor and liquid phase is surface tension, which is defined as the force applied per unit length of the interface or energy per unit interface. Surface tension exists only when the vapor and liquid phases are in equilibrium.
One of the most important applications of surface tension evaluation in reservoir studies is capillary pressure prediction to consider the fluid distribution within a reservoir and the estimation of minimum miscibility pressure in gas injection processes. Although the relative permeability is highly dependent on the surface tension, the dynamic evaluation of the multiphase flow behavior in the reservoir porous medium would also be highly influenced by this parameter.
In this study, surface tension modeling is developed using intermolecular thermodynamic potential function including the two-parameter Lennard-Jones model in a semi-analytical form and the three-parameter well-square model in a full-analytical form in a wide range of temperatures in the bulk scale.
The comparison of the results for hydrocarbon fluids (light to heavy) and non-hydrocarbon fluids shows that the prediction of surface tension through the square-well model, due to its high flexibility and mathematical simplicity compared to the Lennard-Jones model, provides significant agreement with experimental data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interfacial tension
  • Intermolecular Thermodynamic function
  • Square-well model
  • Lennard-jones model
  • Bulk scale