بررسی آزمایشگاهی افزایش پایداری فوم با استفاده از نانوذره ، سورفکتانت و بیوپلیمر زانتان جهت افزایش برداشت نفت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

چکیده

 
نیاز روز‌افزون جهانی سبب شده است که در بهره‌برداری از منابع تجدیدناپذیر به‌خصوص منابع نفتی، تلاش بر بهترین استفاده و بهره‌برداری باشد. تزریق گاز در میادین نفتی یکی از روش های متداول در صنعت بهره‌برداری از مخازن هیدروکربوری است. از گازهای متداول تزریق گاز در مخازن، گاز دی اکسید کربن به‌دلیل نتایج خوب تزریق است. در تزریق گاز به مخازن مشکلاتی وجود دارد که از بارزترین آنها می‌توان به حرکت نامطلوب گاز در محیط متخلخل اشاره کرد. از دلایل حرکت نامطلوب گاز، چگالی و ویسکوزیته پایین گاز است. این عوامل سبب جدایش گرانشی و نیز پدیده انگشتی شدن می‌گردد. جایگزین کردن فوم به‌جای گاز یکی از راه‌کارهای کاهش مشکلات تزریق گاز است. سیلاب‌زنی نفت به‌وسیله فوم می‌تواند راندمان جاروبی بهتری نسبت به گاز داشته باشد. فوم ویسکوزیته ظاهری بالاتری نسبت به گاز دارد و در تزریق سبب کاهش پدیده انگشتی شدن خواهد شد. در این پژوهش، با استفاده از آب دیونیزه و در شرایط دمایی و فشاری اتمسفریک، در مرحله نخست توانایی فوم‌زایی محلول‌های طراحی شده مورد بررسی قرار گرفت. در غلظت بحرانی wt.% 24/0 از سورفکتنت، تأثیر انواع پارامترها بر میزان فوم‌زایی مورد بررسی قرار گرفت. علاوه‌بر این، پایداری این محلول ها براساس زمان نیمه عمر فوم مورد اندازه‌گیری قرار گرفت و پارامترهای بهینه محلول نهایی جهت تزریق به میکرومدل تعیین گردیدند. در انتها، محلول به‌دست آمده از پارامترهای بهینه جهت تزریق به میکرومدل انتخاب شده و میزان نفت تولیدی برای محلول‌های مختلف توسط آزمایش محاسبه گردید. نتایج این پژوهش نشان داد که حضور نانوذره سیلیکا نیمه عمر فوم را حدود 25% افزایش داده و اگر پلیمر زانتان گام نیز به‌همراه نانوذره  استفاده شود، این افزایش نیمه عمر به 60% خواهد رسید. برای بررسی اثر تزریق فوم بهبود یافته با پلیمر زانتان گام و نانوذره سیلیکا از یک میکرومدل شیشه‌ای طراحی شده استفاده گردید.  میزان نفت باقی‌مانده در میکرومدل در حالتی که از فوم بهبود یافته با پلیمر و نانوذره استفاده شد به حدود 4/4% کاهش پیدا کرد که علاوه‌بر تخلیه محیط متخلخل در زمان کوتاه‌تر، افزایش برداشت قابل توجهی نیز در مقایسه با حالت تزریق فوم بدون پلیمر مشاهده گردید.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Investigation of Foam Stability Enhancement using Nanoparticles, Surfactant and Xanthan Biopolymer to Enhance Oil Recovery

نویسندگان [English]

  • Rohallah Hashemi
  • Hamidreza Salehi
Department of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

 
The growing demand of the world for energy has caused to exploit the non-renewable resources using best techniques to enhance the recovery. Gas injection is one of the most common techniques in the exploitation of reservoir’s hydrocarbon. In addition, carbon dioxide is used widely for gas injection processes in oil reservoirs due to the good results obtained by executing numerous field projects. It should be noted that there exist problems in the process of gas injection into reservoirs. Low density and viscosity of gas is caused unfavorable movement of gas in the porous environment as well as early gas breakthrough in production wells. These factors cause gravitational separation as well as fingering phenomenon in reservoirs. To reduce gas injection problems, foam is replaced instead of gas as injecting material. Implementing the foam injection techniques would result better sweeping efficiency than solely gas flooding since foam has a higher apparent viscosity than gas. Fingering and early breakthrough of gas are reduced by foam injection in oilfields. In this research, by using deionized water at atmospheric temperature and pressure, in the first step, the foaming ability of the designed solutions was investigated. At a critical concentration of 0.24% (weight percent of surfactant), the effect of various parameters on the foaming ability were investigated. In addition, the stability of these solutions were measured based on the foam half-life and the optimal parameters of the different solution were determined to be injected into the micromodel. At the end, the solution obtained from the optimal parameters was prepared for running the injection scenarios. Then the amount of produced oil for different solutions was evaluated by micromodel experiments. It should be stated that presence of silica nanoparticles increased the half-life of the foam by about 25%. In addition, adding the Xanthan gum polymer to injecting foam structure along with the silica nanoparticle increased foam half-life to about 60%.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • EOR
  • Foaming Ability
  • Carbon Dioxide
  • Foam Stability
  • Xanthan
  • Micromodel
[1]. Farhadi H, Riahi S (2016) Nanoparticle-surfactant stabilized CO2 foam for potential mobility control, Journal of Petroleum Research, 26, 95-3: 4-15. ##
[2]. Babamahmoudi S, Jabaran M H, Riahi S (2017) Experimental investigation of foam stability, improvement by nanoparticle and surfactant in the presence of crude oil, Journal of Petroleum Research, 27, 96-1: 152-163. ##
[3]. Denkov N D (2004) Mechanisms of foam destruction by oil-based antifoams, Langmuir, 20, 22: 9463. ##
[4]. Murray B S, Ettelaie R (2004) Foam stability: proteins and nanoparticles, Current Opinion in Colloid and Interface Science, 9, 5: 314-320. ##
[5]. Zhao J, Torabi F, Yang J (2021) The synergistic role of silica nanoparticle and anionic surfactant on the static and dynamic CO2 foam stability for enhanced heavy oil recovery: An experimental study, Fuel, 287: 119443. ##
[6]. Khajehpour M, Etminan R, Goldman J, Wassmuth F, Bryant S (2018) Nanoparticles as foam stabilizer for steam-foam process, SPE Journal, 23, 06: 2232-2242. ##
[7]. Chipfunhu D, Bournival G, Dickie S, Ata S (2019) Performance characterisation of new frothers for sulphide mineral flotation. Minerals Engineering, 131: 272-279. ##
[8]. Lv Q, Li Z, Li B, Li S, Sun Q (2015) Study of nanoparticle–surfactant-stabilized foam as a fracturing fluid, Industrial and Engineering Chemistry Research, 54: 9468. ##
[9]. Yu W, Kanj M Y (2022) Review of foam stability in porous media: The effect of coarsening, Journal of Petroleum Science and Engineering, 208: 109698. ##
[10]. Monjezi K, Mohammadi M, Khaz›ali A R (2020) Stabilizing CO2 foams using APTES surface-modified nanosilica: Foamability, foaminess, foam stability, and transport in oil-wet fractured porous media, Journal of Molecular Liquids, 311: 113043. ##
[11]. Yekeen N, Padmanabhan E, Idris A K (2018) A review of recent advances in foam-based fracturing fluid application in unconventional reservoirs, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 66: 45-71. ##
[12]. Zheng C, Cheng Y, Wei Q, Li X. Zhang Z (2017) Suspension of surface-modified nano-SiO2 in partially hydrolyzed aqueous solution of polyacrylamide for enhanced oil recovery, Colloids and Surfaces A: PhysicoChemical and Engineering Aspects, 524: 169-177. ##
[13]. Lai N, Tang L, Jia N, Qiao D, Chen J, Wang Y, Zhao X (2019) Feasibility study of applying modified nano-SiO2 hyperbranched copolymers for enhanced oil recovery in low-mid permeability reservoirs, Polymers, 11, 9: 1483. ##
[14]. Jia D (2017) CO2 Foam for heavy oil recovery: stabilization of CO2 foam by nanoparticle and polymer. ##
[15]. Rio E, Drenckhan W, Salonen A, Langevin D (2014) Unusually stable liquid foams, Advances in Colloid and Interface Science, 205: 74-86. ##
[16]. Osei-Bonsu K, Shokri N, Grassia P (2015) Foam stability in the presence and absence of hydrocarbons: From bubble-to bulk-scale, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 481: 514-526. ##
[17]. Zeng Y, Muthuswamy A, Ma K, Wang L, Farajzadeh R, Puerto M, Hirasaki G J (2016) Insights on foam transport from a texture-implicit local-equilibrium model with an improved parameter estimation algorithm, Industrial and Engineering Chemistry Research, 55, 28: 7819-7829. ##
[18]. Wang W, Zhang L, Tong S, Li X, Song W (2009) Three-dimensional network films of electrospun copper oxide nanofibers for glucose determination, Biosensors and Bioelectronics, 25, 4: 708-714. ##
[19]. Koehler S A, Hilgenfeldt S, Stone H A (2000) A generalized view of foam drainage: experiment and theory, Langmuir, 16, 15: 6327-6341. ##
[20]. Petkova R, Tcholakova S, Denkov N (2012) Foaming and foam stability for mixed polymer–surfactant solutions: effects of surfactant type and polymer charge, Langmuir, 28, 11: 4996-5009. ##
[21]. Pu W F, Liu R, Li B, Jin F Y, Peng Q, Sun L, Yao F S (2015) Amphoteric hyperbranched polymers with multistimuli-responsive behavior in the application of polymer flooding, RSC Advances, 5, 107: 88002-88013. ##
[22]. Li D, Xu X, Xu J, Hou W (2011) Poly (ethylene glycol) haired layered double hydroxides as biocompatible nanovehicles: Morphology and dispersity study, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 384, 1-3: 585-591. ##