نفوذپذیری به عنوان توانایی یک ماده برای فعال کردن سیالات برای عبور از آن توصیف می‌شود. این یک ویژگی ضروری برای مشاغلی است که به حمل و نقل مایعات کارآمد متکی هستند. آزمون‌ها و فرمول‌های متخلخل برای بررسی مخازن در بخش نفت و گاز و تعیین سازگاری مصالح ساختمانی مفید هستند. این مطلب به تعریف، اندازه‌گیری و کاربرد متخلخل می‌پردازد تا به شما در درک اهمیت عملی آن کمک کند.

نفوذپذیری چیست؟

نفوذپذیری به توانایی در اجازه دادن به مایعات یا گازها برای عبور از آن اشاره دارد. متخلخل یک کلمه علمی است که توصیف می‌‎کند که چگونه یک سیال به راحتی از یک محیط متخلخل عبور می‌کند. این یک جزء مهم در علم و مهندسی مواد است. وقتی تنوع برنامه‌ها را در نظر می‌گیرید، موضوع متخلخل اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

نفوذپذیری اثربخشی استخراج هیدروکربن در تجارت نفت و گاز را تعیین می‌کند. ویژگی‌های مغناطیسی متخلخل در فیزیک چگونگی تعامل میدان‌های مغناطیسی با مواد را توصیف می‌کند. مهندسان و دانشمندان می‌توانند از متخلخل برای افزایش جریان سیال در مخازن طبیعی یا لوله های صنعتی استفاده کنند.

چگونه نفوذپذیری را اندازه گیری کنیم؟

نفوذپذیری با انجام آزمایش نفوذپذیری بر روی یک ماده نمونه اندازه گیری می‌شود تا مشخص شود سیالات چگونه از آن عبور می‌کنند. این روش معمولا شامل:

تجزیه و تحلیل نمونه اصلی:

در تجارت نفت و گاز، نمونه‌های تشکیل سنگ در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار می‌گیرند. سیالاتی مانند آب یا گاز از میان این نمونه‌ها رانده می‌شوند تا سرعت و فشار جریان را اندازه گیری کنند. متخلخل بر روی هسته‌ها در آزمایشگاه با جریان دادن سیال با ویسکوزیته شناخته شده در یک نمونه هسته با ابعاد شناخته شده با سرعت تعیین شده اندازه گیری می‌شود.

اندازه گیری افت فشار در سراسر هسته، یا با تنظیم سیال برای جریان در یک اختلاف فشار تنظیم شده، و اندازه گیری سرعت جریان تولید شده.

تجهیزات تست نفوذپذیری:

دستگاه‌هایی مانند نفوذسنج‌ها سرعت حرکت سیال را در شرایط کنترل شده اندازه گیری می‌کنند و داده‌های دقیقی را برای محاسبات متخلخل ارائه می‌دهند.

این آزمایش‌ها برای درک نحوه عملکرد مواد در شرایط واقعی حیاتی هستند و از طراحی بهینه سیستم‌هایی که بر جریان سیال متکی هستند اطمینان می‌دهند.

واحد نفوذپذیری چیست؟

نفوذپذیری در واحدهای دارسی (Darcy) اندازه گیری می‌شود که به نام مهندس فرانسوی هنری دارسی نامگذاری شده اند. یک دارسی منعکس کننده متخلخل یک ماده است که به سیال اجازه می‌دهد با سرعت مشخصی تحت شرایط فشار از پیش تعیین شده جریان یابد. در کاربردهای علمی، متخلخل فضای آزاد، که به عنوان متخلخل مغناطیسی نیز شناخته می شود، بر حسب هنری بر متر (H/m) اندازه گیری می‌شود.

نفوذپذیری در واحدهای SI مانند هانری بر متر (H/m) یا نیوتن بر آمپر مربع اندازه گیری می شود. این مطلب برهمکنش میدان مغناطیسی و خلاء یا ماده را شرح می‌دهد. استفاده از واحدهای استاندارد، سازگاری در آزمایشات، محاسبات و کاربردهای صنعتی را تضمین می‌کند.

۳ عامل نفوذپذیری چیست؟

عوامل متعددی بر نفوذپذیری تاثیر می‌گذارند که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

• اندازه ذرات

نفوذپذیری یک ماده با اندازه ذرات آن رابطه مستقیم دارد. اندازه ذرات بزرگتر، شکاف‌ها یا سوراخ‌های بزرگ تری را ایجاد می‌کند و به سیالات اجازه می‌دهد تا راحت‌تر در ماده جریان پیدا کنند. از سوی دیگر، ذرات کوچکتر، محکم بسته می‌شوند، فضای منافذ را کاهش می‌دهند و حرکت مایع را محدود می‌کنند. اندازه ذرات بر اتصال منافذ تاثیر می‌گذارد، که به نوبه خود کارایی حرکت سیال را تعیین می‌کند. موادی با اندازه ذرات یکنواخت نسبت به موادی که ترکیبی از ذرات کوچک و بزرگ دارند، دارای تخلخل بیشتری هستند.

• نسبت خالی

نسبت فضای خالی نسبت حجم فضاهای خالی به حجم ذرات جامد در یک ماده معین است. نسبت فضای خالی بالاتر نشان‌دهنده مساحت بیشتری برای جریان سیال است که باعث افزایش متخلخل می‌شود. جریان سیال در مواد با نسبت فضای خالی کم به دلیل محدودیت فضای منافذ محدود می‌شود. درک نسبت خالی در زمینه‌هایی مانند ساخت و ساز و مهندسی نفت، که در آن مدیریت جریان سیال کلیدی برای رسیدن به اوج عملکرد است، بسیار مهم است.

• درجه اشباع

درجه اشباع نسبت حجم سیال به حجم منافذ کل در یک ماده است. این جزء تاثیر قابل توجهی بر متخلخل دارد زیرا افزایش اشباع اغلب پتانسیل جریان سیال را افزایش می‌دهد. با این حال، در برخی از مواد، مانند خاک رس، اشباع بالا می‌تواند نفوذپذیری را به دلیل اثرات تورم مختل کند.

درک درجه اشباع در مهندسی مخازن و هیدرولوژی بسیار مهم است، زیرا تعیین می‌کند که سیالاتی مانند آب، نفت یا گاز چگونه در شرایط مختلف از یک ماده عبور کنند.

نمونه‌هایی از نفوذپذیری چیست؟

• صنعت نفت و گاز

نفوذپذیری هنگام ارزیابی مخازن برای استخراج هیدروکربن بسیار مهم است. نفوذپذیری بالا جریان کارآمد نفت و گاز را تضمین می کند و هزینه های عملیاتی را کاهش می‌دهد.

• صنعت پتروشیمی

تست نفوذپذیری در پتروشیمی تضمین می‌کند که مواد مورد استفاده در عملیات‌هایی مانند فیلتراسیون و جداسازی مشخصات عملکرد را برآورده می‌کنند.

• صنعت برق

نیروگاه‌ها از موادی با کیفیت نفوذپذیری خاص برای بهبود جریان سیال در سیستم‌های خنک کننده و سایر عملکردهای کلیدی استفاده می‌کنند.

انواع نفوذپذیری چیست؟

• نفوذپذیری موثر

نفوذپذیری موثر اندازه گیری جریان سیال در حضور فازهای مختلف مانند نفت، آب و گاز است. در مدیریت مخزن بسیار مهم است.

• نفوذپذیری مطلق

نفوذپذیری مطلق اندازه گیری حرکت یک سیال در یک ماده است که اغلب در تنظیمات آزمایشگاهی بهینه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• نفوذپذیری نسبی

نفوذپذیری نسبی راندمان جریان چند سیال در یک ماده را اندازه گیری می‌کند. به ویژه در سیستم‌های سیال چند فازی بسیار مهم است.

 

مقایسه نفوذپذیری بالاتر و نفوذپذیری پایین‌تر

مواد با متخلخل بالاتر به سیالات اجازه می‌دهند تا به راحتی جریان پیدا نموده و آنها را برای کاربردهایی مانند فیلتراسیون و استخراج هیدروکربن ایده آل می‌کند. به عنوان مثال می‌توان به ماسه سنگ و شن اشاره کرد. متخلخل یک ماده با ارزیابی میزان مقاومت یک ماده در برابر جریان سیالات تعیین می‌شود – اگر سیال به راحتی عبور کند، متخلخل بالایی دارد. در مقابل، مواد متخلخل کمتر، مانند خاک رس یا شیل، جریان سیال را محدود می‌کنند. این مواد به عنوان موانع در ساخت و ساز یا سیستم‌های مهار استفاده می‌شود. اگر فشار زیادی برای فشار دادن سیال از طریق مواد لازم باشد، متخلخل کم است. درک تفاوت بین مواد پرتخلخل و کم برای انتخاب مواد مناسب در مهندسی، علوم محیطی و کاربردهای صنعتی حیاتی است.