Nanotechnology-Assisted EOR Techniques: New Solutions to Old Challenges

SPE 157094

Nanotechnology-Assisted EOR Techniques: New Solutions to Old Challenges

Abstracto

técnicas de recuperación mejorada de petróleo están ganando más atención en todo el mundo como las reservas probadas de petróleo están disminuyendo y el precio del petróleo es el senderismo. Aunque muchos yacimientos de petróleo gigantes en el mundo ya se examinaban para los procesos de recuperación mejorada de petróleo, los principales desafíos tales como la baja eficiencia de barrido, técnicas costosas, posibles daños de formación, el transporte de grandes cantidades de agentes de EOR a los campos, especialmente para los casos en alta mar, el análisis de micro-escala flujo de múltiples fases en la roca para los ensayos a gran escala y la falta de análisis de herramientas en trabajos experimentales tradicionales, obstaculizan los procesos EOR propuestas.

Nuestras experiencias pasadas sobre el uso de la nanotecnología para los casos de aguas arriba, especialmente los procesos de recuperación mejorada de petróleo, revelaron soluciones a algunos de los desafíos asociados con viejas técnicas de recuperación mejorada de petróleo. Este método que utiliza partículas en el orden de 1 to100nm aporta propiedades térmicas, ópticas, eléctricas, reológicas y interfaciales específicas que son directamente útiles para liberar el aceite atrapado desde los espacios de poro del orden de 5 a 50 micras de formaciones de petróleo reducidos.

Las pruebas de laboratorio que utilizan nanopartículas como agente EOR, en desarrollo de nano modelos computacionales para explorar las propiedades de la superficie y la utilización de herramientas de análisis de nano-escala, tales como microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) en su mayoría para la distribución de las nanopartículas en los espacios de los poros y en las superficies para los estudios de alteración de humectabilidad son las partes principales de esta investigación.

Este documento resume los nuevos hallazgos de varios diversos trabajos teóricos, analíticos y experimentales que demuestra la eficacia de los métodos tradicionales, cuando la asistencia de esta nueva tecnología. En última instancia, sobre la base de las experiencias pasadas, se propondrá una hoja de ruta para evitar el juicio en curso y la práctica de error en esta área.

Introducción

La nanotecnología es la ciencia de los materiales en una gama muy cerca de las dimensiones moleculares (1-100 nm) que ha cambiado nuestro punto de vista en muchos aspectos científicos y ha mostrado nuevas vías para viejos problemas quedado sin resolver a través de tecnologías anteriores. Como resultado de nuevas propiedades y la introducción de fenómenos especiales que se producen en este rango de tamaño, materiales de encontrar un potencial considerable para hacer frente a los retos que parecían lejos de alcance a través de la tecnología a escala macroscópica. Estas propiedades a escala nanométrica se pueden mencionar los siguientes: (a) Óptico (transparencia (por ejemplo cobre) y el cambio de color (por ejemplo, oro)), (b) química (catálisis (por ejemplo platino)), (c) eléctrica / electrónica (Conductividad (por ejemplo, silicona), (d) térmica (enfriamiento más rápido, propiedades térmicas mejoradas (transferencia de calor, aislamiento)), y (e) mecánica (ultra-alta resistencia).

Estas propiedades mejoradas provocados en el rango de tamaño nano que puede ser de interés en la ingeniería de producción puede ser:

1) superficie grande en relación al volumen: actividad mejorada y área de contacto

2) La reclusión de electrones o carga positiva que cambian la estructura del material: cambio de constante dieléctrica, conductividad, propiedades ópticas, químicas, electrónicas, etc.

3) Las superficies modificadas químicamente (alteración de la mojabilidad a nano-escala)

Las nanopartículas como un puente entre los materiales a granel y estructuras atómicas o moleculares son de gran interés científico. A diferencia de los materiales a granel que tienen propiedades físicas constantes, las propiedades de los materiales cambian a medida que su tamaño se aproxima a la escala nano y como el porcentaje de átomos en la superficie de un material se vuelve significativa. Por ejemplo, las nanopartículas de cobre menor de 50 nm se consideran materiales súper-fuerza que no presentan la misma maleabilidad y ductilidad que el cobre a granel. Las nanopartículas tienen una superficie muy alta en relación al volumen. Esto proporciona una tremenda fuerza motriz para la difusión, especialmente a temperaturas elevadas. Tras la adición de las nanopartículas, las propiedades del fluido convencional, tal como la densidad, viscosidad, conductividad térmica y calor específico cambio críticamente (Zhang et al., 2001). Estas propiedades mejoradas son muy importantes para los ingenieros de petróleo que se ocupan de la estructura de microporos escala de los fluidos (petróleo, gas y agua) rocas saturadas para optimizar la producción de petróleo en las primeras etapas o mejorar la eficiencia de recuperación del petróleo como el depósito es ser maduro.

A medida que la energía mundial necesitará aumenta, el gigante de los yacimientos de petróleo y gas que alimentaban la industria mundial durante los últimos 100 años se están agotando. Se espera que la demanda mundial de petróleo para avanzar un 1 por ciento al año a 105 millones de barriles por día en 2030 de 85 millones de barriles al día de hoy (World Energy Outlook, IEA-2010). La cada vez mayor demanda de petróleo solo puede ser satisfecha a través de dos vías: (1) exploración de nuevos yacimientos de hidrocarburos o, (2) mejorar la recuperación de petróleo de depósitos disponibles. A medida que la tasa de nuevos descubrimientos de yacimientos petrolíferos está disminuyendo, y la mayoría de los campos productores de petróleo están en las últimas etapas de su producción, por lo tanto la importancia de mejorar la eficiencia de la producción de petróleo por medio de técnicas de recuperación asistida es muy entendido. Debido a las bajas eficiencias de barrido en muchos de los embalses del mundo casi dos tercios del petróleo en el lugar no se pueden recuperar mediante métodos de producción convencionales. Este hecho nos deja en medio de una tendencia desafiante que implica ser equipado con tecnologías recientemente descubiertas como la nanotecnología para encontrar soluciones para los graves problemas por delante.

doble capa eléctrica y DLVO Teoría

Un proceso EOR utilizado en el pasado por más de recuperación de aceite ha sido prácticamente pasado por una especie de ensayo y error procedimiento dado lugar a problemas económicos y ambientales. El uso de la nanotecnología en los campos de petróleo, especialmente con fines de EOR podría mejorarse si la base teórica de esta tecnología emergente entender y utilizar. Por ejemplo parece que hay una necesidad esencial de una teoría general para describir la interacción entre las nanopartículas, líquidos y superficies de las rocas con el fin de entender los comportamientos esperados en cada aplicación. Teniendo en cuenta la roca del yacimiento como una superficie cargada y en ausencia de las fuerzas gravitacionales que influyen en estas partículas diminutas, de interacciones de carga se vuelven más pronunciados. Debido a la carga de la superficie fija en la interfase sólido, una región de carga opuesta de contra-iones desarrolla en el líquido para mantener la electroneutralidad de la interfaz sólido-líquido. Esta zona de análisis se denota como la doble capa eléctrica (EDL), ya que lo ideal consiste en cargas opuestas, algunos de los cuales están unidos, mientras que otros son móviles. Este potencial resultados de la distribución en una redistribución de los iones y introducido nanopartículas cargado y por lo tanto puede ser considerado como la teoría de gobierno con el fin de predecir y diseñar las interacciones deseadas. La ecuación que rige para la distribución de potencial en las interfases cargadas es de Poisson-Boltzamn (Schoch et al., 2008):

Esta ecuación se puede usar para la predicción de comportamiento NPs en conjunción con las ecuaciones de transporte.

DLVO (Derjaguin- Landau-Verwey-Overbeek) (Derjaguin y Landau, 1941; Verwey y Overbeek, 1948) muestra cuando dos partículas se acercan el uno al otro, la estabilidad de las partículas en solución se ve afectado por la energía total de interacciones. Esta energía total de interacciones está constituido de términos de atracción y repulsión eléctrica tales como la repulsión de la capa doble, Londres van der Waals de atracción, repulsión nacido, la interacción ácido-base y las fuerzas hidrodinámicas (Khilar, et al., 1998). teoría DLVO también se puede utilizar para simular la interacción de las nanopartículas entre sí (agregación), a otras partículas presentes en el medio (multas, nano-asfaltenos, iones, etc.) y también con la superficie de roca (adsorción) de los cambios de humectabilidad.

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