بررسی آزمایشگاهی تغییر ترشوندگی سنگ مخزن نفت با استفاده از نانوذرات سیلیکا، آلومینا و تیتانیا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی نفت، دانشکده نفت و مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر تحقیقاتی درخصوص استفاده از نانوذرات آب‌دوست سیلیکا (SiO2)، آلومینا (Al2O3) و تیتانیا (TiO2) به منظور تغییر ترشوندگی سنگ مخزن نفت جهت بهبود فرآیند سیلاب‌زنی و در نتیجه افزایش میزان برداشت نفت صورت گرفته که همگی مؤید تأثیر قابل توجه این نانوذرات است؛ اما میزان تغییر ترشوندگی، ازدیاد برداشت نفت و پایداری هر یک از این مواد در قیاس با دیگری مشخص نبوده و مقایسه یکپارچه آن‌ها ضروری به نظر می‌رسید. در این پژوهش، علاوه‌بر ارزیابی پایداری و قیمت این نانوذرات، اثرات آن‌ها بر ترشوندگی و ازدیاد برداشت نفت در نمونه‌های مغزه ماسه‌سنگی نفت‌دوست مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به‌ویژگی آب‌دوستی این نانوذرات، می‌توان انتظار داشت با تزریق نانوسیالات حاصل از آن‌ها، ترشوندگی نفت‌دوست سنگ به حالت آب‌دوست تغییر یابد. بدین منظور در این پژوهش، 10 برش یکسان از نمونه‌های مغزه در 10 غلظت مختلف از نانوسیالات قرار گرفته و تغییرات ترشوندگی آن‌ها با اندازه‌گیری زاویه تماس به روش قطره چسبیده در زمان‌های مختلف بررسی شده است. پس از آن، سه مغزه مشابه تحت سیل‌زنی آب (سیلاب‌زنی) و سیل‌زنی نانوسیالات قرار گرفته و میزان برداشت نفت حاصل از آن‌ها ارزیابی گردیده است. نتایج نشان دادند که نانوذرات تیتانیا، سیلیکا و آلومینا به‌ترتیب بیشترین تغییر را در ترشوندگی سنگ ایجاد کرده‌اند و با افزایش غلظت هر سه نوع نانوذرات، تغییرات ترشوندگی در جهت آب‌دوستی افزایش یافته است. پس از تزریق نانوسیالات تیتانیا، سیلیکا و آلومینا با غلظت بهینه ppm 1000، میزان برداشت نهایی نفت نسبت به سیلاب‌زنی به‌ترتیب با 27/18، 66/15 و 38/12% افزایش همراه بوده است. با این وجود، چالش‌های به‌کارگیری این نانوذرات از جمله عدم پایداری و قیمت، در آلومینا و تیتانیا که نوعی نانوذرات اکسید فلزی می‌باشند، بیشتر از سیلیکا بوده است.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Wettability Alteration in Reservoir Rock Using Silica, Alumina and Titania Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Meysam Ebrahimi
  • Riyaz Kharrat
  • Babak Moradi
Department of Petroleum Engineering, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In recent years, several studies have been conducted regarding wettability alteration in petroleum reservoir rock using hydrophilic Silica (SiO2), Alumina (Al2O3) and Titania (TiO2) nanoparticles in order to improve waterflooding process that results in enhanced oil recovery (EOR). The studies have showed the significant role of these nanoparticles; however, their potential in wettability alteration and enhanced oil recovery as well as stability of them compared to each other have not been cleared yet; thus, an integrated comparison of them seems necessary. In this study, in addition to evaluating stability and price of these nanoparticles, their impacts on wettability alteration and EOR were investigated on oil-wet sandstone core samples. By injecting the nanofluids prepared from these nanoparticles, it could be expected to alter the rock wettability condition from oil-wet to water-wet due to their hydrophilic properties. For this purpose in this research, ten similar slices of the core samples were floated in ten different concentrations of the nanofluids; and their wettability alterations were determined by measuring the contact angles through sessile drop technique at different aging times. Then, brine and the nanofluids were injected to the three similar core samples to evaluate oil recovery caused by injection scenario. The results indicated that Titania, Silica and Alumina nanoparticles, respectively, had the most impacts on wettability alteration in the rock and their impacts incremented by increasing the nanoparticles concentration. After the injections of Titania, Silica and Alumina nanofluids with the optimum concentration at 0.1 wt%, the ultimate oil recovery is enhanced up to 18.27, 15.66 and 12.38 %, respectively, compared to the waterflooding. However, challenges of the use of these nanoparticles including the lack of stability and price of Alumina and Titania which are types of metal oxide-based nanoparticles were more than Silica.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Enhanced Oil Recovery
  • Wettability Alteration
  • Nanoparticles
  • Nanotechnology
  • Core Flooding

[1]. Aurel C., “Applied enhanced oil recovery,” 1st ed., Prentice Hall, 1992.##

[2]. Green D. W. and Willhite G. P., “Enhanced oil recovery,” Vol. 6 of SPE Textbook Series, Henry L. Doherty Memorial Fund of AIME, Society of Petroleum Engineers, 1998.##

]3[. چهارده‌چریک م.، "بررسی اثر تغییر ترشوندگی در افزایش ضریب بازیافت در مخازن شکاف‌دار،" پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، ایران، 1390.##

[4]. Craig F. F. J., “The reservoir engineering aspects of waterflooding,” Vol. 3 of SPE Monograph Series, Henry L. Doherty Memorial Fund of AIME, Society of Petroleum Engineers of AIME, 1971.##

[5]. Anderson W. G., “Wettability literature survey part 5: the effects of wettability on relative permeability, Journal of Petroleum Technology, Vol. 39, No. 11, pp. 1453-1468, 1987.##

[6]. Morrow N. R., “Wettability and its effect on oil recovery, Journal of Petroleum Technology, Vol. 42, No. 12, pp. 1476-1484, 1990.##

[7]. Ogolo N. A., Olafuyi O. A. and Onyekonwu M. O., “Enhanced oil recovery using nanoparticles, SPE Saudi Arabia Section Technical Symposium and Exhibition, Al-Khobar, Saudi Arabia, 2012.##

[8]. Maghzi A., Mohammadi S., Ghazanfari M. H., Kharrat R. and Masihi M., “Monitoring wettability alteration by silica nanoparticles during water flooding to heavy oils in five-spot systems: A pore-level investigation, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 40, pp. 168-176, 2012.##

[9]. Li S., Hendraningrat L. and Torsaeter O., “Improved oil recovery by hydrophilic silica nanoparticles suspension: 2-phase flow experimental studies, International Petroleum Technology Conference, Beijing, China, 2013.##

[10]. Ju B. and Fan T., “Experimental study and mathematical model of nanoparticle transport in porous media, Powder Technology, Vol. 192, No. 2, pp. 195-202, 2009.##

[11]. Hendraningrat L., Li S. and Torsaeter O., “Effect of some parameters influencing enhanced oil recovery process using silica nanoparticles: an experimental investigation, SPE Reservoir Characterization and Simulation Conference and Exhibition, Abu Dhabi, UAE, 2013.##

[12]. Hendraningrat L., Li S. and Torsaeter O., “Enhancing oil recovery of low-permeability berea sandstone through optimized nanofluids concentration, SPE Enhanced Oil Recovery Conference, Kuala Lumpur, Malaysia, 2013.##

[13]. Roustaei A., Moghadasi J., Bagherzadeh H. and Shahrabadi A., “An experimental investigation of polysilicon nanoparticles› recovery efficiencies through changes in interfacial tension and wettability alteration, SPE International Oilfield Nanotechnology Conference and Exhibition, Noordwijk, The Netherlands, 2012.##

[14]. Shahrabadi A., Bagherzadeh H., Roustaei A. and Golghanddashti H., “Experimental investigation of HLP Nanofluid potential to enhance oil recovery: a mechanistic approach, SPE International Oilfield Nanotechnology Conference and Exhibition, Noordwijk, The Netherlands, 2012.##

[15]. Sedaghat M. H., Mohammadi H. and Razmi R., “Application of SiO2 and TiO2 nanoparticles to enhance the efficiency of polymer-surfactant floods, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol. 38, No. 1, pp. 22-28, 2016.##

[16]. قجری ز.، "استفاده از نانوتکنولوژی در فرآیند ازدیاد برداشت نفت (استفاده از نانوذرات SiO2 در مرحله سیلاب‌زنی آبی و نحوه تأثیر آن روی تغییرات ترشوندگی مخازن و میزان برداشت نفت)،" پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، ایران، 1389.##

[17]. نجاتی‏نژاد ع.، "مطالعه آزمایشگاهی و مدل‎سازی بهبود ازدیاد برداشت از مخازن نفت در فرآیند تزریق آب حاوی ذرات نانوسیلیکا،" پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، ایران، 1391.##

[18]. Giraldo J., Benjumea P., Lopera S., Cortés F. B. and Ruiz M. A., “Wettability alteration of sandstone cores by alumina-based nanofluids,” Energy Fuels, Vol. 27, No. 7, pp. 3659-3665, 2013.##

[19]. Ehtesabi H., Ahadian M. M., Taghikhani V. and Ghazanfari M. H., “Enhanced heavy oil recovery in sandstone cores using TiO2 nanofluids,” Energy Fuels, Vol. 28, No. 1, pp. 423-430, 2014.##

[20]. Kiani S., Mansouri Zadeh M., Khodabakhshi S., Rashidi A. and Moghadasi J., “Newly prepared nano gamma alumina and its application in enhanced oil recovery: an approach to low-salinity waterflooding,” Energy Fuels, Vol. 30, No. 5, pp. 3791-3797, 2016.##

[21]. Karimi A., Fakhroueian Z., Bahramian A., Pour Khiabani N., Babaee Darabad J., Azin R. and Arya S., “Wettability alteration in carbonates using zirconium oxide nanofluids: EOR implications,” Energy Fuels, Vol. 26, No. 2, pp. 1028-1036, 2012.##

[22]. Wasan D. T. and Nikolov A. D., “Spreading of nanofluids on solids,” Nature, Vol. 423, pp. 156-159, 2003.##

[23]. Chengara A., Nikolov A. D., Wasan D. T., Trokhymchuk A. and Henderson D., “Spreading of nanofluids driven by the structural disjoining pressure gradient,” Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 280, No. 1, pp. 192-201, 2004.##

[24]. Wasan D., Nikolov A. D. and Kondiparty K., “The wetting and spreading of nanofluids on solids: Role of the structural disjoining pressure,” Current Opinion in Colloid & Interface Science, Vol. 16, No. 4, pp. 344-349, 2011.##

[25]. Rahbar M., Ayatollahi S. and Ghatee M. H., “The Roles of Nano-Scale intermolecular forces on the film stability during wettability alteration process of the oil reservoir rocks,” Trinidad and Tobago Energy Resources Conference, Port of Spain, Trinidad and Tobago, 2010.##

[26]. Ayatollahi S. and Zerafat M. M., “Nanotechnology-assisted EOR techniques: new solutions to old challenges,” SPE International Oilfield Nanotechnology Conference and Exhibition, Noordwijk, The Netherlands, 2012.##

[27]. Donaldson E. C. and Alam W., “Wettability,” Gulf Publishing Company, 2008.##