مدل‌سازی اثر نانوذرات بر روی بهینه‌سازی فرآیند انحلال و خود انحرافی اسید در مخازن کربناته و مقایسه آن با اسید معمولی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 انستیتو مهندسی نفت ، دانشکده مهندسی شیمی ، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

3 دانشکده مهندسی نفت و زمین‌شناسی، دانشگاه اوکلاهوما، نورمن، ایالات متحده آمریکا

10.22078/pr.2018.2714.2251

چکیده

سیالات در مناطق پرتراوا به نسبت محیط کم تراوا تحرک بیشتری دارند. بنابراین اسید بیشتر به سمت این مناطق می‌رود اما واضح است که مناطق کم تراوا نیازمند عملیات اسیدکاری هستند پس نیاز به یک عامل منحرف کننده مانند نانوذرات است. انجام آزمایشات برای حالات و شرایط خاص در آزمایشگاه نیازمند زمان و هزینه است و چه بسا گاهی برای بهبود نتایج، یک آزمایش نیز چند بار تکرار شود. همچنین تاثیر پارامترهای خاص بر یکدیگر و نتایج آزمایش نیز مشخص نیست پس به این دلایل نیاز به کار مدل‌سازی محسوس است و باید انجام گیرد. در این کار ابتدا شبیه‌سازی اسید متعارف انجام شده است تا میزان حجم مورد نیاز برای رسوخ اولیه بدون ایجاد انحراف در اسید به دست آید. سپس اثر نانوذرات از قبیل تحرک نانوذره در محیط با توجه به تئوری حرکت تصادفی ذرات در محیط مورد بررسی قرار گرفت و همچنین از مدلی برای اتصال و جدایش ذرات از سطوح نیز استفاده گردید. نهایتا ژل با ایجاد مقاومت در مقابل لایه های پرتراوا باعث هدایت اسید به سمت مناطق کم تراوا می‌شود. برای میزان ژله‌ای شدن اسید باید به ترم ایجاد تجمعات پرداخت. در انتها نیز با استفاده از مدل گرانروی کریگر میزان تغییر در گرانروی سیال به دست می‌آید و اسید ماهیت هدایت به سمت مناطق کم تراوا را به دست می‌آورد. با توجه به نتایج، اسید نانوذره‌ای باعث می‌شود در حجم تزریق کمتری به رسوخ رسیده و این بدین معنا است که به نسبت اسید معمولی عملیات بهینه‌تری وجود داشته است. در ادامه این نکته که افزودن نانوذرات به طور میانگین حجم رسوخ را تا 50% کاهش می‌دهد به‌دست می‌آید.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling Nanoparticles Effects on Optimization of Acid Dissolution Performance and Self-diverting in Carbonate Reservoirs and Compare it with Conventional Acid

نویسندگان [English]

  • peyman bahmani 1
  • Siavash Riahi 1
  • babak aminshahidy 2
  • maysam pournik 3
1 Institute of Petroleum Engineering, School of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Iran
2 Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
3 Mewbourne Schole of Petroleum and Geological Engineering, University of Oklahoma, OK, USA
چکیده [English]

Fluid is more mobile in high permeable media than low permeable one; therefore, the acid movement is faster in the first one. This is important because low permeable media often need acidizing treatment. At this stage, a diverter agent such as nanoparticle is felt to move the acid to the low permeable areas. Performing tests for specific conditions in the laboratory requires time and cost. Probably sometimes, a test can also be repeated several times to improve the results. Also, the effect of specific parameters on each other and the results of the test are also unknown. So for these reasons, modeling work is needed and should be done. The simulation of conventional acid injection was performed to determine the breakthrough volume of the acid without diversion. Next, the properties associated with nanoparticles such as the movement of nanoparticle in the medium based on the Random Walking Particle Tracking theory are studied. In addition, a model for investigating attachment and detachment of particles from surfaces is employed. The gel generates resistance against the high perm zone which causing acid diverts to low perm media. The amount of gelling creation depends on aggregation term. The change in the viscosity of the fluid is measured by using Krieger viscosity model. In addition, finally, acid will be converted into diverting acid. One important finding of this study is that usage of gelling acid leads to less Breakthrough volume, Thus the usage of gelling acid is found to be more efficient than using conventional acid. Moreover, the addition of nanoparticles decreases the average breakthrough volume up to 50%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Breakthrough
  • RWPT Theory
  • Two Scale Model
  • Acid
  • Nanoparticle

[1]. Panga M. K., Ziauddin M. and Balakotaiah V., “Twoscale continuum model for simulation of wormholes in carbonate acidization,” AIChE Journal, Vol. 51, pp. 3231-3248, 2005.##

[2]. Hill A. D. and Rossen W., “Fluid placement and diversion in matrix acidizing,” in University of Tulsa Centennial Petroleum Engineering Symposium, 1994.##

[3]. Ratnakar R. R., Kalia N. and Balakotaiah V., “Modeling, analysis and simulation of wormhole formation in carbonate rocks with in situ cross-linked acids,” Chemical Engineering Science, Vol. 90, pp. 179-199, 2013.##

[4]. Liu P., Xue H., Zhao L. Q., Fu Y., Luo Z. and Qu Z., “Analysis and simulation of rheological behavior and diverting mechanism of In Situ Self-Diverting acid,” Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 132, pp. 39-52, 2015.##

[5]. Ju B., Dai S., Luan Z., Zhu T., Su X. and Qiu X., “A study of wettability and permeability change caused by adsorption of nanometer structured polysilicon on the surface of porous media,” in SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, 2002.##

[6]. Salamon P., Fernàndez-Garcia D. and Gómez-Hernández J. J., “A review and numerical assessment of the random walk particle tracking method,” Journal of Contaminant Hydrology, Vol. 87, pp. 277-305, 2006.##

[7]. Taghavy A., Pennell K. D. and Abriola L. M., “Modeling coupled nanoparticle aggregation and transport in porous media: A Lagrangian approach,” Journal of Contaminant Hydrology, Vol. 172, pp. 48-60, 2015.##

[8]. El-Amin M., Sun S. and Salama A., “Modeling and simulation of nanoparticle transport in multiphase flows in porous media: CO2 sequestration,” in Mathematical Methods in Fluid Dynamics and Simulation of Giant Oil and Gas Reservoirs, 2012.##

[9] Dörr A., Sadiki A. and Mehdizadeh A., “A discrete model for the apparent viscosity of polydisperse suspensions including maximum packing fraction,” Journal of Rheology, Vol. 57, pp. 743-765, 2013.##

[10]. Wang T., Ni M., Luo Z., Shou C. and Cen K., “Viscosity and aggregation structure of nanocolloidal dispersions,” Chinese Science Bulletin, Vol. 57, pp. 3644-3651, 2012.##

[11]. Peker S. M. and Helvaci S. S., “Solid-liquid two phase flow,” Elsevier, 2011.##

[12]. Zhang W., Crittenden J., K. Li and Chen Y., “Attachment efficiency of nanoparticle aggregation in aqueous dispersions: modeling and experimental validation,” Environmental Science & Technology, Vol. 46, pp. 7054-7062, 2012.##

[13]. Bhattacharjee S., Elimelech M. and Borkovec M., “DLVO interaction between colloidal particles: Beyond Derjaguin’s approximation,” Croatica Chemica Acta, Vol. 71, pp. 883-903, 1998.##

[14]. Bradford S. A. and Torkzaban S., “Colloid transport and retention in unsaturated porous media: A review of interface-, collector-, and pore-scale processes and models,” Vadose Zone Journal, Vol. 7, pp. 667-681, 2008.##

[15]. Bayat A. E., Junin R., Mohsin R., Hokmabadi M. and Shamshirband S., “Influence of clay particles on Al2O3 and TiO2 nanoparticles transport and retention through limestone porous media: measurements and mechanisms," Journal of Nanoparticle Research, Vol. 17, pp. 1-14, 2015.##

[16]. Dunphy Guzman K. A., Finnegan M. P. and Banfield J. F., “Influence of surface potential on aggregation and transport of titania nanoparticles,” Environmental Science & Technology, Vol. 40, pp. 7688-7693, 2006.##

[17]. Walstra P., “Physical chemistry of foods,” CRC Press, 2002.##

[18]. Hotze E. M., Phenrat T. and Lowry G. V., “Nanoparticle aggregation: challenges to understanding transport and reactivity in the environment,” Journal of Environmental Quality, Vol. 39, pp. 1909-1924, 2010.##

[19]. Bang S., “Self-diverting nanoparticle based in-situ gelled acids for stimulation of carbonate reservoirs,” PhD Dissertation, University of Oklahoma, United States, 2017.##

[20]. Liu P., Xue H., Zhao L. Q., Fu Y., Luo Z. and Qu Z., “Analysis and simulation of rheological behavior and diverting mechanism of In Situ Self-Diverting acid,” Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 132, pp. 39-52, 2015.##

[21]. Fisher M. L., Colic M., Rao M. P. and Lange F. F., “Effect of silica nanoparticle size on the stability of alumina/silica suspensions,” Journal of the American Ceramic Society, Vol. 84, pp. 713-718, 2001.##