بررسی آزمایشگاهی تأثیر مواد فعال سطحی بر روی تغییر ترشوندگی سنگ‌های کربناته

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 پردیس پژوهش توسعه صنایع پایین‌دستی نفت، پژوهشکده توسعه فن‌آوری‌های شیمیایی، پلیمری و پتروشیمی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران

چکیده

رخنمون سنگ‌های کربناته در حالت کلی آب‌دوست می‌باشند. اما در بسیاری از مواقع پایداری فیلم آبی بین سنگ و فاز نفتی که بستگی زیادی به بار سطحی فصل مشترک سنگ ـ آب و آب ـ نفت دارد، دچار پارگی و ناپایداری می‌شود، به طوری که شرایط ترشوندگی مخازن کربناته را از حالت آب‌دوست در محدوده نفت‌دوست یا ترشوندگی حد واسط قرار می‌دهد. دلیل اصلی این پدیده جذب سطحی اجزای نفت خام بر روی سطح سنگ که عمدتاً اسیدهای چرب داخل فاز نفتی هستند، می‌باشد. در چنین شرایطی به دلیل منفی شدن فشار موئینگی، آشام خود به‌خودی آب به داخل ماتریکس سنگ کربناته انجام نگرفته و در نتیجه مقدار برداشت نفت به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. استفاده از سورفکتانت‌ها به عنوان مواد فعال سطحی یکی از روش‌های نوین ازدیاد برداشت نفت از طریق تغییر ترشوندگی سنگ مخزن کربناته از حالت نفت‌دوست به آب‌دوست می‌باشد. این مواد با توانایی قرارگیری در فصل مشترک آب ـ نفت و یا نفت‌ ـ سنگ از طریق مکانیسم‌های مختلف کاهش کشش میان سطحی و تغییر ترشوندگی به جابه‌جایی نفت به تله افتاده و متعاقباً ازدیاد برداشت نفت کمک می‌کند. در پژوهش حاضر با استفاده از روش‌های آنالیز دستگاهی نظیر اندازه‌گیری پتانسیل زتا، گرماسنجی وزنی و آزمایشات تزریق محلول سورفکتانت به محیط متخلخل توسط دستگاه سیلاب‌زنی مغزه، مکانیسم تغییر ترشوندگی حاکم بر انواع مختلف سورفکتانت‌ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که از این میان، سورفکتانت کاتیونی به دلیل برقراری جاذبه الکترواستاتیک قوی‌تر با اجزای جذب شده نفت خام در غلظت بالاتر از غلظت بحرانی میسل دارای بازدهی بیشتری در تغییر ترشوندگی سنگ مخزن و در نتیجه بازیافت بیشتر نفت می‌باشد. حال آنکه سورفکتانت‌های آنیونی و غیر یونی در جایگاه‌های بعدی قرار می‌گیرند.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Experimental Investigation of Wettability Alteration on Carbonate Rocks by Surfactant

نویسندگان [English]

  • Mohsen Vafaie Sefti 1
  • Mohsen Jamshidi 1
  • Khosrow Jarahian 2
  • Seyed Saeed Ghorashi 2
  • Ali Asghar Davoodi 2
1 Chemical Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran
2 Chemical, Polymeric and Petrochemical Technology Development Division, Upstream Technologies Center, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran
چکیده [English]

The outcrop of carbonate reservoirs is generally water-wet. However, in many cases, water film stability depending on surface charge between oil/water and rock/water interfaces is collapsed and the wetting condition changes from water-wet to oil-wet or intermediate wettability. The main cause of this phenomenon is resulted from the adsorption of some fatty acids in oil phase. Thus, due to the negative amount of capillary pressure, spontaneous imbibitions will not accomplish and consequently ultimate oil recovery will decrease. The utilization of surfactants is one of the available routes for wettability alteration of reservoir rock from oil-wet into water-wet. These materials can diffuse into water/oil or rock/oil interfaces through interfacial reduction and can consequently cause the wettability alteration of the trapped oil. Thus studying wettability alteration mechanism using surfactants has been emphasized by recent researchers.  This work focuses on presenting a process mechanism, which has a direct effect on surfactants behavior in oil field usage by using analysis techniques such as zeta potential, TGA, and the injection of surfactant solutions in porous media via core flooding apparatus. The results show that cationic surfactants have the greatest effect on wettability alteration at above critical micelle concentration (CMC) because of the electrostatic attraction between surfactant and adsorbed fatty acids in crude oil, whereas anionic and nonionic surfactants have less performance in the wettability alteration of carbonate rocks.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbonated Reservoirs
  • Wettability Alteration
  • Surfactant
  • Zeta Potential
  • Thermo Gravimetric Analysis (TGA)
  • Core Flooding System
[1]. Roehl P. O. Choquette P. W., Carbonate petroleum reservoirs, Spring- Verlag, New York 1985.##

[2]. Zhang P. and Austad T., “Wettability and Oil recovery from carbonates: effects of temperature and potential determining ions”, J. Colloid and Surfaces. pp. 179-187. 2006.##

[3]. Karousi O. and Hamouda A. A., Macroscopic and Nanoscale Study of Wettability Alteration of Oil-Wet Calcite Surface in Presence of Mg+2 and SO4-2. J. Colloid and interfaces science, pp. 26-34, 2008.##

[4]. Chilinger G. V. and Yen T. F., “Some notes on wettability and relative permeability of carbonate rocks”, Energy Sources 7. pp. 67- 75. 1983.##

[5]. Thomas M. M., Clouse J. A. and Lango J. M. Chem. Geol., pp. 109-201, 1993.##

[6]. Rezaei Gomari K. A., Denoyel R.and A. A.Hamouda, Wettability of Calcite and Mica Modified by Different Long-Chain Fatty Acids (C18 Acids), Journal Colloid and Interface Science, 297, pp. 470-479., 2006.##

[7]. Peimao Zhang, Medad T. Teweheyo, Tor Austad, Wettability Alteration and Improved Oil Recovery by Spontaneous Imbibition of Seawater into Chalk, Impact of the Potential Determining Ions Ca+2 and SO4-2. J. Colloid and Surfaces, pp. 199-208. 2006.##

[8]. T.Austad, S.Strand, E.J.Hognesen, P.Zhang, Seawater as IOR Fluid in Fractured Chalk in SPE 93000, Presented at the 2005 SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, TX, USA, 2-4. 2005.##

[9]. R.Gupta, K.K.Mohanty, Wettability Alteration of Fractured Carbonate Reservoirs, in SPE 113407, Presented at the 2008 SPE/ DOE Improved Oil recovery Symposium, Tulsa, Oklahoma, USA, 19-23. 2008.##

[10]. B. Adibhatla, K. K. Mohanty, Oil Recovery from Fractured Carbonates by Surfactant – Aided Gravity Drainage: Laboratory Experiments and Mechanistic Simulations,  SPE 99773, Proceedings of Symposium on IOR, Tulsa, 22- 26. 2006.##

[11]. T. Austad, J. Miller,  Spontaneous Imbibition of Water into Low Permeable Chalk at Different Wettabilities Using Surfactants, Paper 37236 SPE, Proceeding of SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, 18-21. 1997.##

[12]. D.C. Standnes, T. Austad, Wettability Alteration in Chalk 1: Preparation of Core Material and Oil Properties, J. SPE, 28, 111. 2001.##

[13]. Standnes D. C., T. Austad, Wettability Alteration in Chalk 2: Mechanistic for Wettability Alteration from Oil-Wet to Water-Wet Using Surfactants. J. SPE, 28, 123. 2000.##

[14]. K. Kumar, E.K. Dao, K.K. Mohanty, AFM study of Wettability Alteration of Surfactants, SPE 93009, Proceedings of SPE International Symposium of Oilfield Chemistry, Houston, 2-5. 2005.##

[15]. M.T. Teweheyo, Pand. Zhang, T.Austad, The Effect of Temperature and Potential Determining Ions Present in Seawater on Oil Recovery from Fractured Carbonates, SPE 99438, Proceedings of the Symposium on IOR, Tulsa, 22-26. 2006.##

[16]. George Hirasaki, Danhua Leslie Zhang, Surface Chemistry of Oil Recovery from Fractured, Oil-Wet, Carbonate Formation, paper SPE 80988 presented at the 2003-SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, Texas, pp. 5-8, 2003.##

[17]. D. Leslie Zhang, Shu. Liu, Maura Puerto, Clarence A. Miller, George J. Hirasaki, Wettability alteration and spontaneous imbibition in oil-wet carbonate formations, Journal of Petroleum Science and Engineering, 52, pp. 213-226., 2006##

[18]. Kh.Jarrahian, O.Seiedi, M.Sheykhan, M.Vafaie Sefti, Sh.Ayatollahi, Wettability Alteration of Carbonate rocks by Surfactants: A mechanistic Study, 410, pp. 1-10, 2012.##