دانلود کامل ترین جزوه هیدرولوژی مهندسی

جزوات تایپ شده هیدرولوژی مهندسی

دانلود فایل

دانلود کتاب هیدرولوژی مهندسی دکتر صفوی مهدوی مسلمی استاد سمیه جنت دوست چاووشیان  مقیم  دانشگاه شریف دانشگاه پیام نور و علمی کاربردی آزمون

— – : /. % ().

— () شکل 1-10 نشان داده شده است.

شکل 1- 10- تیوفن
تیوفن نشان داده شده در شکل 1-10 نسبتاً داراي بوي معطري است که قابل مقایسه با بنزن است، نسبتاً پایدار بوده و حتی ممکن است سودمند باشد. دیگر ترکیبات گوگردي زیاد قابل استفاده مفید نیستند. آنها منجر به خوردگی قابل ملاحظهاي در تاسیسات میشوند. در بنزین میتوانند اثرات فعالیتهاي ضد ضربهاي را کاهش داده و در نفت سفید (کروسین) منجر به ایجاد بوي بدي در مقابل حلالهاي پاكکننده شده و ممکن است باعث تغییر رنگ نقاشیها شوند.
ترکیبات نیتروژنی: ترکیبات نیتروژنی در نفت خام پیچیده بوده و فرآیند تقطیر ممکن است باعث ایجاد ترکیات نیتروژنی شود. آنها میتوانند باعث تغییر رنگ بنزین و کروسین شوند یا باعث کاهش تاثیر روغنهاي روان کننده شوند. محتوي اکسیژن نفت خام حدود 1/. تا9/. درصد است.
ترکیبات اکسیژنی: اکسیژن در مواد آلی همچون الکلها و استونها فراوان است. در نفتهاي جوان و نابالغ اسیدها فراوانند. محتوي اکسیژن نفت خام حدود %5/. وزنی آن است.
کلاً به ترکیبات هیدروکربنی داراي مقادیر قابل ملاحظه نیتروژن، گوگرد و اکسیژن NSO اطلاق میگردد. رابطه آنها با API نفت خام معکوس است.
به غیر از ترکیبات فوق، نفتهاي خام داراي عناصري مانند نیکل و وانادیوم هستند که مقدار آنها در حد ppm است.
1-7- تقسیمبندي نفتهاي خام
دیاگرام مثلثی زیر (شکل 1- 11) براي طبقهبندي نفتهاي خام بکار میرود. پارافینها، نفتنها بهمراه آروماتیکها و NSO ها سه جزء اصلی تشکیل دهنده نفت خام هستند. بر این اساس نفتهاي خام به شش گروه پارافینی، نفتنی، پارافینی-نفتنی، آروماتیک-نفتنیک ،آسفالتیک- آروماتیک، آروماتیک حدواسط طبقهبندي میشوند. نفتهاي خاورمیانه اکثرآً از نوع آروماتیک حدواسط هستند. طی مسیر بلوغ نفت (maturation) ترکیب آن به سوي پارافینی پیش میرود. در مسیر دگرسانی نفت ترکیب آن به سمت ضلع NSO پیش میرود.

شکل 1-11- دیاگرام مثلثی طبقهبندي نفتهاي خام
1-8- دماهاي زیرسطحی
با افزایش عمق در اثر شیب (گرادیان) زمینگرمایی دما افزوده میشود. شیب زمین گرمایی را میتوان از تقسیم اختلاف دماي چاه در
.بر عمق چاه محاسبه نمود (bottom hole temperature, BHT) و دماي ته چاه (surface hole temperature, SHT) سطح
Geothermal gradient= BHT SHT
Depth

دانلود رایگان خلاصه کتاب پی دی اف pdf کامل جزوه هیدرولوژی مهندسی

متوسط شیب زمینگرمایی °C/Km 30 است. کمترین شیب زمینگرمایی مربوط به سپرهاي پایدار پرکامبرین، دلتاهاي ترشیري و حوضههاي کششی- جدایشی (pullapart) است. بیشترین شیب زمینگرمایی مربوط به مناطق ریفتی و پشت قوس (backarc) است.
ایزوترم (isotherm) نشان دهنده خطی است که خطوط هم دما را به هم وصل میکند. گنبدهاي نمکی جزوه هیدرولوژی مهندسی رسانایی حرارتی بالایی هستند و خطوط ایزوترم در آنها برآمده است (تشکیل قله میدهند) در حالیکه گنبدهاي گلی داراي رسانایی حرارتی پایینی هستند و ایزوترمها در آنها به شکل فررفته (قعري) هستند.
1-9- فشارهاي زیرسطحی
با افزایش عمق فشار افزایش مییابد. به طور کلی سنگهایی که دفن میشوند تحت تاثیر دو نوع فشار قرار میگیرند: فشار هیدروستاتیک ((PH و فشار لیتوستاتیک ((PL. فشار لیتوستاتیک در اثر وزن لایههاي سنگی ایجاد میشود که روي هم قرار دارند (P=F/A). فشار هیدروستاتیک در اثر وزن ستون سیالات منفذي مرتبط به هم ایجاد میشود (P=ρ.g.h). فشار روباره
(overburden pressure) یا فشار طبقات بالایی از مجموع فشار هیدروستاتیک و لیتوستاتیک بدست میآید (شکل 1- 12).
Po (overburden pressure) = PL + PH :از اختلاف فشار لیتوستاتیک و هیدروستاتیک بدست میآید (effective stress) فشار موثر

هیدرولوژی مهندسی

شکل 1-12- انواع فشارهاي زیرسطحی
براي محاسبه فشار مخزن در هر عمقی میبایست فشار اتمسفر (psi 7/14) را به مقدار محاسبه شده افزود. در لایههاي زیر زمین سه نوع فشار ممکن است وجود داشته باشد که عبارتند از فشار نرمال، فشار زیرحد نرمال (subnormal pressure)، و فشار فوق حدنرمال (super normal pressure). شکل زیر به طور شماتیک انواع فشارهاي ذکر شده را نشان میدهد.

A= سطح پتانسیومتریک یا ایستابی
(subnormal pressure) سطح فشار زیر حد معمول =B
(super normal pressure) سطح فشار فوق نرمال =C
در مخازن هیدروکربنی با توجه به برهمکنش فشار جزوه هیدرولوژی مهندسی سازند یا فشار مخزن ((PR و فشار هیدروستاتیک ((PH روابط زیر را میتوان نوشت:
اگر PH=PR، آنگاه فشار مخزن نرمال است.
اگر PH>PR، آنگاه فشار مخزن تحت نرمال است.
اگر PH<PR، آنگاه فشار مخزن فوق نرمال است.
فشار فوق نرمال مخزن مخاطرهانگیز است و در حین حفاري چاههاي نفت اگر حجم گل خروجی بیشتر از حجم گل ورودي باشد، نشان از فشار فوق نرمال مخزن دارد و منجر به ایجاد Kick (ضربه) میشود، بطوري که افرادي که در سرچاه حفاري هستند، ضربه مزبور را احساس میکنند. اگر Kick مهار نشود منجر به فوران چاه (blow out) میشود، علاوه بر از دست رفتن چاه و هزینههاي مالی، منجر به تلفات جانی میشود. با افزایش وزن گل میتوان فشار هیدروستاتیک گل حفاري را افزایش داد و Kick را مهار نمود. گاهی حجم گل خروجی از چاه بسیار کمتر از حجم گل ورودي میباشد که به این پدیده mud lost یا گم شدگی گل اطلاق میگردد. این حالت در مخازن تراوا رخ میدهد، زمانی که فشار هیدروستاتیک ستون گل بیشتر و فشار مخزن است (فشار تحت نرمال). با استفاده از افزودنیهایی (additives) مانند نشاسته (starch) میتوان وزن گل را کاهش داد.
هر فرآیندي که منجر به افزایش حجم منافذ مخزن یا انقباض سیال آن شود، فشار تحت نرمال ایجاد میکند:
 استخراج از مخزن و کاهش فشار آن
 بالاآمدگی و فرسایش لایههاي فوقانی مخزن (uplift and erosion)
 کاهش دماي مخزن در اثر کاهش شیب زمینگرمایی به مرور زمان (انقباض سیالات)
هر فرآیندي که منجر به کاهش حجم منافذ مخزن یا انبساط سیال آن شود، فشار فوق نرمال ایجاد میکند:
 عوامل آرتزین
 نیروهاي فشارشی که سبب ایجاد جزوه جنگلداری ۲ شده و حجم منافذ را کاهش میدهند
 سرعت بالاي تدفین رسوبات نفوذپذیر که توسط رسوبات ناتراوا احاطه شدهاند و منجر به ایجاد عدسیهاي پرفشار میشود
 تبدیل ژیپس به انیدریت و آزاد شدن آب
 تبدیلات کانیهاي رسی به یکدیگر و آزاد شدن آب
 انبساط ناشی از تبدیل کروژن جامد به فاز مایع (نفت) که در سیستم منجر به ازدیاد حجم میشود
براي اندازهگیري فشار سازند از آزمایش ساق مته (drill stem test) و آزمایش دوباره سازند (repeat formation test) استفاده میشود.
1-10- رفتار فازي سیستمهاي هیدروکربنی

هیدرولوژی

نمودار فشار-دماي یک سیستم چندفازي هیدروکربنی در شکل 1- 13 نشان داده شده است. این نمودار از دو منحنی اصلی تشکیل شده است که عبارتند از منحنی نقطه حباب(bubble point curve) و منحنی نقطه شبنم (dew point curve). منحنی نقطه حباب منطبق بر خط AC و منحنی نقطه شبنم منطبق بر خط BC است. محل تلاقی این دو منحنی نقطه بحرانی نامیده میشود (نقطه C). نقطه بحرانی نقطهاي به حالت دما و فشاري اشاره دارد که در آن خواص نفت و گاز مشابه یکدیگرند. دما و فشار منطبق بر نقطه بحرانی به ترتیب Tc (critical point temperature) وPc (critical point pressure) نامیده میشوند.
بطور کلی اگر دماي مخزن بالاتر از دماي بحرانی سیستم هیدروکربنی باشد، مخزن از نوع گازي خواهد بود. مخازن نفتی مخازنی هستند که دماي آنها کمتر از دماي بحرانی است.
نقطه کریکاندنترم (cricondentherm) یا نقطه حداکثر دما، جزوه هیدرولوژی مهندسی حداکثر دمایی است که بالاتر از آن هیچ مایعی در هر فشارينمیتواند تشکیل شود و آنرا با Tct نشان میدهند.
نقطه کریکاندنبار (cricondenbar) یا نقطه حداکثر فشار، نشاندهنده حداکثر فشاري است که بالاي آن هیچ گازي در هر دمایی نمیتواند تشکیل شود و آنرا با Tcb نشان میدهند.
ناحیه داخل نمودار فشار- دما، منطقه دوفازي نامیده میشود. در این ناحیه دو فاز نفت و گاز با هم وجود دارند. مخازنی نفتی که داراي کلاهک گازي هستند در این ناحیه قرار میگیرند. به این مخازن، مخازن اشباع گویند. ناحیه سمت بالاي سمت چپ شکل که بالاتر از منحنی نقطه حباب قرار گرفته منطقه تک فازي مایع میباشد که فقط نفت میتواند در دما و فشارهاي آن پایدار باشد. مخازن نفتی فاقد کلاهک گازي (مخازن نفتی تحت اشباع) در این ناحیه قرار میگیرند. ناحیه سمت راست شکل (از نقطه بحرانی به سمت راست) منطقه تک فازي گازي است. خطوط منقطع داخل منطقه دوفازي خطوط کیفیت (quality lines) نام دارند. منحنی نقطه حباب منطبق بر خط کیفیت 100% نفت و صفردرصد گاز است. منحنی نقطه شبنم منطبق بر خط کیفیت 100 گاز و صفر درصد نفت است. مابقی خطوط کیفیت بین دو منحنی مزبور تغییر میکنند. هر چه خطوط کیفیت از منحنی نقطه حباب دور میشوند از درصد نفت کاسته شده و به درصد گاز افزوده میشود. مثلاً خط کیفیت 90% نشان داده شده در شکل 1-13 (که به منحنی نقطه حباب نزدیکتر است) نشان دهنده هیدروکربنی با ترکیب 90 درصد نفت و 10% گاز است.
در شکل 1-14 شرایط دما-فشار چهار مخزن هیدروکربنی نشان داده شده است. مخزن X1 از نوع تحت اشباع است که فقط داراي نفت است. مخازن X3 ،X2 و X4 گازي هستند.
مخزن X1 را درنظر بگیرد که با تولید از مخزن فشار افت میکند. اگر فرض شود با افت فشار دماي مخزن تغییري نکند، نقطه X1 افت میکند تا به نقطه M برسد. این نقطه جایی است که اولین حبابهاي گاز در نفت ظاهر میشوند. با افت فشار بیشتر ترکیب هیدروکربن از نقطه M باز هم افت میکند تا خطوط کیفیت را قطع کند و به تدریج با کاهش فشار بیشتر درصد گاز بیشتر میشود و از درصد نفت کاسته میشود.
نقطه X2 یک مخزن گازي میعانی را نشان میدهد که با تولید از آن فشار در دماي ثابت کاهش یافته است، ابتدا وارد منطقه دوفازي و مجدداً وارد منطقه گازي شده است.
نقطه X3 یک مخزن گازي را نشان میدهد که مخزن در حالت اولیه در فاز گازي است. با تولید از مخزن ابتدا دما ثابت است و فشار افت پیدا میکند. با تولید بیشتر علاوه بر فشار، دما نیز کاسته میشود و مسیر افت فشار در جهت افت حرارت نیز پیش میرود تا اینکه منحنی نقطه شبنم را در نقطه N قطع میکند. در این نقطه است که اولین قطرات نفت تشکیل میشوند. با ادامه تولید، ترکیب مخزن به سمت گاز میعانی پیش میرود (وارد منطقه دوفازي میشود).
نقطه X4 یک مخزن گازي را نشان میدهد که در آن چه قبل از تولید و چه بعد از تولید با افت فشار (دماي مخزن ثابت است)، در فاز گازي باقی میماند.

شکل1- 14 تاثیر افت فشار و حرارت (در نتیجه تولید) در نمودار فشار-دماي یک سیستم هیدروکربنی چندجزئیبراي چهار مخزن X3 ،X2 ،X1 و X4سوال: Hydrocarbon Play به چه معناست؟
مجموعهاي از وقایع زمینشناسی که با هم ترکیب میشوند تا شرایط جدیدي را براي تجمع نفت و گاز فراهم کنند. این وقایع عبارتند از:
الف- وجود واحدهاي مخزنی مناسب ب- وجود یا احتمال پوشسنگ و ساختار تله ج- جزوه هیدرولوژی مهندسی سنگ منشاءهاي بالغ و مناسب د- وجود مسیرهاي مهاجرت
احتمالات بالا در زمان زمینشناسی با هم جمع میشوند بطوریکه یک مخزن ممکن است شکل گیرد. به این مفهوم که تله نفتی قبل از مهاجرت هیدروکربنها شکل میگیرد.
وقتی صحبت از Play Type میشود منظور این است که نوع هیدروکربن تولیدي میدان از چه نوعی است (نفت، گاز، نفت میعانی).

فصل دوم: سنگهاي منشا
2-1- رسوبگذاري مواد آلی
هیدروکربنها از تبدیل مواد کربنی ذخیره شده در لابلاي رسوبات و در شرایط احیایی طی سالیان زمینشناسی در اثر حرارت و عمق تدفین شکل میگیرند. دو نوع چرخه کربن وجود دارد: چرخه معدنی و چرخه کوتاهتر آلی. در این چرخه آلی ،کل کربن سنگهاي رسوبی از دياکسیدکربن (که بطور اولیه از چرخه معدنی بدست میآید) و هیدروژن از آب تامین میشود. این دو عنصر در مواد آلی گیاهی و جانوري با هم ترکیب شدهاند و انرژي لازم از تشعشع خورشید تامین میشود. ارگانیسمهاي گیاهی و جانوري فتوسنتز کننده توسط کلروفیل CO2 اتمسفر را جذب میکنند. بنابراین فتوسنتز شروع چرخه کربن آلی در طبیعت است. حجم زیادي از CO2 توسط ارگانیسمهاي ریز و درشت تنفس کننده به اتمسفر برگردانده میشود. اما بخشی از کربن به فرم دياکسیدکربن به اتمسفر برگردانده نمیشود. این کربن در لابهلاي رسوبات به تله میافتد و در صورت فراهم شدن شرایط احیایی و حرارت لازم طی زمان زمینشناسی به محصولات کربنی و هیدروکربنی تبدیل میشود. در شکل 2-1 چرخه آلی کربن نشان داده شده است که خود از الف: چرخه بیولوژیکی و متئورولوژیکی (چرخه اول) و ب:
چرخه رسوبی (چرخه دوم) تشکیل شده جزوه هیدرولوژی مهندسی . همانطور که مشاهده میشود چرخه اول با فتوسنتز شروع میشود. گاز 2CO توسط جانوران تنفس کننده تولید میشود. گیاهان 2CO را طی فتوسنتز طبق رابطه زیر جذب کرده و آن را به اکسیژن، آب و گلوکز تبدیل میکنند:
6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2

شکل 2-1- چرخه کربن آلی
گلوکز که طی این فرآیند تولید میشود ماده اولیه جهت ساخت ترکیبات پیچیده هیدروکربنی است. بعد از مرگ گیاهان بقایاي آنها ممکن است دوباره توسط جانوران مصرف شده یا اینکه در لابهلاي رسوبات دفن شوند. بعد از تدفین گیاهان تحت تاثیر باکتريهاي هوازي یا غیرهوازي و یا اکسیداسیون قرار میگیرند و گازي که در این مرحله میتواند تولید شود متان است که به آن گاز مرداب (marsh gas) نیز گفته میشود. تنها 1/. تا 1./. درصد کربن از چرخه اول وارد چرخه دوم شود. در چرخه دوم مواد آلی دفن شده تحت تاثیر فرآیندهاي دیاژنز ،کاتاژنز و متاژنز قرار گرفته و تبدیل به نفت، گاز، زغالسنگ و آنتراسیت شوند. ممکن است بقایاي کربن، آنتراسیت و گرافیت تحت تاثیر فرسایش(ersosion) و حمل دوباره (rework) قرار گرفته و از چرخه دوم به چرخه اول برگردند. در کل از مجموع چرخه اول و دوم حدود 1../. درصد مواد آلی فرار کرده و دفن میشوند. این مقدار ناچیز کربن است که تشکیل منابع عظیم هیدروکربنی را به مرور زمان میدهد.
2-2- محیطهاي () – ً () ، () () ًً (-) % (-) %