بررسی آزمایشگاهی قابلیت کنترل تحرک‌پذیری فوم دی اکسید کربن پایدار شده با مخلوط نانوذره و سورفکتانت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد

2 عضو هیئت علمی دانشگاه تهران

چکیده

هدف این مقاله بررسی کنترل تحرک‌پذیری فوم‌هایی است که با نانوذرات اصلاح‌شده، پایدار می‌شوند. اضافه کردن سورفکتانت با بار مخالف به نانو ذره سیلیکای آب‌دوست، منجر به تغییر ترشوندگی نانو‌ذره از حالت آب‌دوستی کامل به سوی آب‌گریزی جزیی آن می‌شود. در این مطالعه آزمایشگاهی، میزان جذب سورفکتانت کاتیونی بر روی نانوذره سیلیکا، با بار منفی، با استفاده از معیار جدیدی که از طریق اندازه‌گیری رسانایی به‌دست آمده؛ مقایسه شده است. معیار جذب سطحی در دامنه سورفکتانت استفاده شده دارای یک بیشینه حدود CMC 1(غلظت بحرانی مایسلی شدن) تخمین زده شد که در آن نانوذره به حداکثر آب‌گریزی خود می‌رسد. سپس فوم CO2 پایدار شده با مخلوط نانوذره و سورفکتانت از طریق تزریق هم‌زمان CO2 و مخلوط نانوذره و سورفکتانت در میان فضای متخلخل و در فشار مخزنی تشکیل شد. نتایج حاصل ‌شده نشان می‌دهد که نانوذره استفاده شده به تنهایی فعال سطحی نبوده بلکه با اضافه کردن سورفکتانت قابلیت ایجاد فوم پیدا می‌کند. مطالعات متمم روی رفتار فشاری و مورفولوژی فوم‌ها که توسط دستگاه اندازه‌گیری دینامیک خواص فوم به‌دست آمد، نشان می‌دهد که در محدوده غلظت سورفکتانت استفاده شده، ویسکوزیته ظاهری فوم دارای یک بیشینه برابر cP 03/6 است که مطابق با بیشینه معیار جذب سطحی است. همچنین با اضافه کردن نانوذره به محلول سورفکتانتی، کاهش نسبت فازی و افزایش غلظت نانوذره، فوم‌های یکنواخت‌‌تر و کوچک‌تری تشکیل می‌شود، که ویسکوزیته ظاهری را به‌صورت معنی‌داری افزایش یافته است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Nanoparticle-Surfactant Stabilized CO2 Foam for Potential Mobility Control

نویسندگان [English]

  • Hamed Farhadi 1
  • Siavash Riahi 2
چکیده [English]

The aim of this work is to study stability and mobility of modified nanoparticle-stabilized foam. Adding oppositely charged surfactant to the hydrophilic silica nanoparticle leads to variation in the hydrophobicity of nanoparticles. Surfactant’s adsorption on the nanoparticle’s surface is compared with different mixtures by a new criterion which is calculated by measuring conductivity. The adsorption criterion in domain of surfactant concentration has a maximum close to 1 CMC where nanoparticle reaches to maximum hydrophobicity. NPS-stabilized CO2 foam formed with simultaneous injection of CO2 and foam agent dispersion through a glass bead pack at reservoir pressure. Nanoparticle alone is not surface active. By adding appropriate surfactant concentration to nanoparticle dispersion, it becomes surface active. The complementary study of both pressure behaviour and morphology of foam using foam’s dynamic characterization apparatus, shown in the domain of surfactant concentration, apparent viscosity of the foam has a maximum about 6.034 cp which is consistent with the maximum adsorption criterion. Also, adding nanoparticle to the solution of surfactant forms more uniform, and the smaller foams and the apparent viscosity increase significantly. Increasing at a CO2 injection rate will also increase the size of the bubbles and reduce the apparent viscosity which means an increase in mobility.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Foam
  • Nanoparticle
  • stability
  • Mobility Control
  • Hydrophobicity
  • EOR

[1]. Wang G. C., “A laboratory study of CO2 foam properties and displacement mechanism, Presented at the SPE Enhanced Oil Recovery Symposium, 1984.##

[2]. Binks Bernard P., “Particles as surfactants—similarities and differences,” Current Opinion in Colloid & Interface Science, Vol. 7, No. 1, pp. 21–41, 2002.##

[3]. Horozov Tommy S., “Foams and foam films stabilised by solid particles,” Current Opinion in Colloid & Interface Science, Vol. 13, No. 3, 2008.##

[4]. Adkins, Stephanie S., “Water-in-carbon dioxide emulsions stabilized with hydrophobic silica particles,” Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 9, No. 48, 2007.##

[5]. Dickson Jasper L., “Stabilization of carbon dioxide-in-water emulsions with silica nanoparticles,” Langmuir, Vol. 20, No. 19, 2004.##

[6]. Binks Bernard P., “Aqueous foams stabilized solely by silica nanoparticles,” Angewandte Chemie, Vol. 117, No. 24, 2005.

[7]. Binks Bernard P., “Particles adsorbed at the oil-water interface: A theoretical comparison between spheres of uniform wettability and ‘Janus’ particles,” Langmuir, Vol. 17, No. 16, 2001.##

[8]. Glaser Nicole., “Janus particles at liquid-liquid interfaces,” Langmuir, Vol. 22, No. 12, 2006.##

[9]. Yu Jianjia., “Generation of nanoparticle-stabilized supercritical CO2 foams,” Presented at the Carbon Management Technology Conference held in Orlando, Florida, 2012.##

[10]. Yu, Jianjia., “Foam mobility control for nanoparticle-stabilized supercritical CO2 foam,” Presented at the SPE Improved Oil Recovery Symposium, 2012.##

[11]. Espinosa, David R., “Nanoparticle-stabilized supercritical CO2 foams for potential mobility control applications,” presented at the SPE Improved Oil Recovery Symposium, 2011.##

[12]. Gonzenbach, Urs T, “Ultrastable particlestabilized foams, Angewandte Chemie International Edition, Vol. 45, No. 21, 2006.##

[13]. Cui Z-G, Cui Y-Z, Cui C-F, Chen Z and Binks B. “Aqueous foams stabilized by in situ surface activation of CaCO3 nanoparticles via adsorption of anionic surfactant,” Langmuir, 2010. Vol. 26, No. Is, pp.67-74. ##

[14]. Arriaga L. R., Drenckhan W., Salonen A., Rodrigues J. A., Íñiguez-Palomares R., Rioa E. and Langevina D., “On the long-term stability of foams stabilised by mixtures of nano-particles and oppositely charged short chain surfactants”, Soft Matter. Vol. 8, No. 43, pp.:11085–97, 2012. ##

[15]. Yazhgur P., Noskov B., Liggieri L., Lin S-Y., Loglio G., Miller R. and F. Ravera, “Dynamic properties of mixed nanoparticle/surfactant adsorption layers,” Soft Matter. Vol. 9, No, pp. ;9(12):3305–14, 2013.##

[16]. Binks B. P. and Bernard P., “Influence of particle wettability on the type and stability of surfactant-free emulsions”, Langmuir, Vol. 16, No. 23, 2000.##

[17]. Carn, Florent., “Foam drainage in the presence of nanoparticle− surfactant mixtures,” Langmuir, Vol. 25, No. 14, 2009.##

[18]. Gary K., “On the equation of the maximum capillary pressure induced by solid particles to stabilize emulsions and foams and on the emulsion stability diagrams,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 282, 2006.##

[19]. T. Zhang, M. Roberts, S. L. Bryant, and C. Huh, “Foams and emulsions stabilized with nanoparticles for potential conformance control applications,” Presented at the SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, 2009.##

[20] R. Singh and K. K. Mohanty, “Synergistic stabilization of foams by a mixture of nanoparticles and surfactants,” presented at the SPE Improved Oil Recovery Symposium, 2014.##

[21]. Carpena P., Aguiar J., Bernaola-Galván P. and Carnero Ruiz C. “Problems associated with the treatment of conductivity-concentration data in surfactant solutions: simulations and experiments,” Langmuir. Vol. 18, No. 16, pp. ;18(16):6054–8, 2002.##

[22]. Fini MF, Riahi S, Bahramian A. “Experimental and QSPR studies on the effect of ionic surfactants on n-decane–water interfacial tension,” Journal of Surfactants and Detergents. Vol. 15, No. 4, pp. ;15(4):477–84, 2012.##