وثيقة
Mechanical degradation of EOR polymers and its effect on droplet size of diluted oil-in-water emulsion produced using Marmul fluids
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2015
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
الملخص الإنجليزي
Polymer back-produced from Marmul EOR has posed a new challenge to surface operations and waste water treatment facilities. It stabilized the oil-in-water emulsions by increasing the viscosity of the continuous water phase. The research work presented in this thesis is concerned with the effect of mechanically degrading the polymer by injection through capillaries. The effect of this injection on droplet size was also investigated. The test liquids used were Marmul oil (density 0.934 g/cm'at 23 °C) and synthetic Marmul brine (salinity 4905 mg/L). The experiments were carried out through the determination of droplet size and droplet size distribution using different capillary diameters, lengths and flow rates. Three molecular weights of the partially hydrolyzed polyacrylamide were used with different concentrations.
Using emulsions without polymer addition, the capillary study showed that smaller capillary diameters give smaller droplet sizes for the same flow rates. This might be attributed to the higher shearing stress in the smaller diameters reflected by the higher pressure droplet values. Moreover, the higher contraction ratios for the smaller capillary diameters exert elongational straining stresses at higher flow velocities at the capillary entrance. This decrease in droplet sizes of the oil resulted in higher turbidity of the emulsions. It was found that the median droplet size (D50) decreases with increasing the pipe length, which is an indication of the significance of shear inside the capillary on decreasing droplet size. The effect of the elongational flow at the entrance was found by extrapolation and was found to be remarkable only at the highest flow rates conducted in this study.
When the polymers were added during the emulsification stage, oil droplet sizes increase with the increase of polymer concentration and the decrease in polymer molecular weight. This might be due that the fact that high concentrations of polyacrylamides have flocculation activity, which enhances the small droplet diameters to aggregate and ultimately coalesce to form bigger ones. Moreover, the interfacial tension measurements indicated that oil droplets created at the initials stage of emulsification can decrease the interfacial tension and hence allowing smaller droplets to be formed. This action is enhanced by the better diffusivity of these droplets at the lower polymer molecular weight and concentration.
The effect of polymer mechanical degradation by capillary shearing was found to decrease the viscosity of the continuous water phase. However, this positive factor in emulsion destabilization was counteracted by the associated decrease in the size of oil droplets. The overall effect of this approach is the increase in emulsion stability as indicated by the calculation of droplet rising velocity using Stoke's law. For the same polymer concentration, the mechanical degradation is higher for the lower molecular weight polymer. This is attributed to the viscosity difference between the polymer solutions investigated. Overall, the results of this study emphasis that the mechanical degradation is not supporting the breakage of the oil in water emulsion produced from: fields in which polymer EOR is applied.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
يشكل البوليمر المعاد إنتاجه من عمليات الاستخلاص المعزز في حقل مرمول تحديا جديدا لعمليات معالجة النفط ومرافق معالجة المياه المصاحب لإنتاج النفط. حيث تعمل هذه البوليمرات على زيادة استقرار مستحلبات النفط في المياه عن طريق زيادة الزوجة المياه. ويهتم العمل البحثي المقدم في هذه الأطروحة على دراسة تأثير التدهور الميكانيكي على البوليمر من خلال ضخ المستحلب عبر أنابيب شعريه. وقد تم أيضا دراسة تأثير هذا الضخ على حجم قطرة النفط
وكانت السوائل المستخدمة في تنفيذ التجارب هي نفط مرمول (كثافته 0. 934 ملغم / لتر عند 23 درجة سيليزيه ) ومحلول ملحي (ملوحته 4905 ملغم / لتر) وتهدف التجارب إلى تحديد حجم قطرة النفط و حجم توزيع القطرات باستخدام أنابيب شعريه ذات أقطار واطوال مختلفه عند معدلات تدفق مختلفة. وتم أيضا استخدام ثلاثة اوزان جزيئية من البولي أكريلاميد المتحلل جزينا مع تركيزات مختلفه لدراسة تأثير البوليمر على حجم قطرة النفط و حجم توزيع القطرات.
وقد أظهرت تجارب الأنابيب الشعريه أنه عند ضخ المستحلبات التي لم يضف اليها البوليمر, أن أقطار الأنابيب الشعرية الصغيره تنتج حجما صغيرا لقطرة النفط عند مقارنتها مع أنابيب أكبر قطرا عند نفس معدلات التدفق. ويمكن أن يعزى سبب صغر حجم قطرة النفط إلى إجهاد القص العالي في أقطار الأنابيب الصغيره والتي تعكسها القيم العاليه لفرق الضغط. وعلاوة على ذلك, فإن نسبة معدل الانكماش العالي للأنابيب ذات الأقطار الصغيره تبذل توتر إجهاد استطالي عند سرعات تدفق عاليه عند مدخل الأنابيب الشعريه عاليه مما يؤدي إلى خفض حجم قطرات النفط وبالتالي زيادة نسبة تعكر المستحلب. وقد تبين أيضا أن انخفاض متوسط حجم قطرة النفط (D50) يتناقص مع زيادة طول الأنبوب، مما يعد مؤشرا لأهمية القص داخل الأنابيب الشعريه على خفض حجم القطرات. وقد وجد أيضا في هذه الدراسة أن تأثير التدفق عند مداخل الاستطاله كان كبيرا عند معدلات تدفق عاليه ومن جهة أخرى فإنه عندما تم اضافة البوليمر خلال مرحلة تكوين المستحلب لوحظ زياده في حجم قطر قطرات النفط مع زيادة تراكيز البوليمر منخفض الوزن الجزيئي وذلك بسبب النشاط العالي للبولي أكريلاميد على تعزيز التلبد للقطرات ذات الحجم الصغير لتتجمع مع بعضها وتنتج قطرات ذات اقطار أكبر. وقد أوضحت قياسات التوتر البينية أن قطرات النفط التي تم إنشاؤها في المرحلة الأولى من الاستحلاب يمكن أن تقلل من التوتر السطحي، وبالتالي فإنه تشكلت قطرات صغيره يمكن أن تتجمع مع بعضها لتشكل قطرات ذات أحجام أكبر. وقد عزز عامل التوتر السطحي المنخفض على زيادة انتشار هذه القطرات الصغيره عند تراكيز صغيره للبوليمر ذي الوزن الجزيئي الصغير.
وقد أشارت الدراسة إلى أن تأثير التدهور الميكانيكي للبوليمر من خلال ضخه عبر الأنابيب الشعريه كان كبيرا في تقليل لزوجة الماء المكون للمستحلب مما أدى الى تقليل ثبات المستحلب. ولقد كان التأثير الكلي هو الزيادة في استقرار المستحلب كما يتضح من حساب انخفاض ارتفاع سرعة باستخدام قانون ستوكس ( Stoke ' s Law). وقد كان التدهور الميكانيكي عاليا للبوليمرات ذات الوزن الجزيئي المنخفض عند مقارنتها مع بوليمرات ذات وزن جزيئي مرتفع عند نفس التركيز. ويعزى ذلك إلى الفرق في لزوجة محاليل البوليمر المستخدمة. وعموما، فإن نتائج هذه الدراسة لا تنصح باستخدام التدهور الميكانيكي في تكسير البوليمرات في المياه المنتجة من الحقول التي يتم فيها تطبيق الاستخلاص المعزز للنفط عن طريق استخدام البوليمر.
وكانت السوائل المستخدمة في تنفيذ التجارب هي نفط مرمول (كثافته 0. 934 ملغم / لتر عند 23 درجة سيليزيه ) ومحلول ملحي (ملوحته 4905 ملغم / لتر) وتهدف التجارب إلى تحديد حجم قطرة النفط و حجم توزيع القطرات باستخدام أنابيب شعريه ذات أقطار واطوال مختلفه عند معدلات تدفق مختلفة. وتم أيضا استخدام ثلاثة اوزان جزيئية من البولي أكريلاميد المتحلل جزينا مع تركيزات مختلفه لدراسة تأثير البوليمر على حجم قطرة النفط و حجم توزيع القطرات.
وقد أظهرت تجارب الأنابيب الشعريه أنه عند ضخ المستحلبات التي لم يضف اليها البوليمر, أن أقطار الأنابيب الشعرية الصغيره تنتج حجما صغيرا لقطرة النفط عند مقارنتها مع أنابيب أكبر قطرا عند نفس معدلات التدفق. ويمكن أن يعزى سبب صغر حجم قطرة النفط إلى إجهاد القص العالي في أقطار الأنابيب الصغيره والتي تعكسها القيم العاليه لفرق الضغط. وعلاوة على ذلك, فإن نسبة معدل الانكماش العالي للأنابيب ذات الأقطار الصغيره تبذل توتر إجهاد استطالي عند سرعات تدفق عاليه عند مدخل الأنابيب الشعريه عاليه مما يؤدي إلى خفض حجم قطرات النفط وبالتالي زيادة نسبة تعكر المستحلب. وقد تبين أيضا أن انخفاض متوسط حجم قطرة النفط (D50) يتناقص مع زيادة طول الأنبوب، مما يعد مؤشرا لأهمية القص داخل الأنابيب الشعريه على خفض حجم القطرات. وقد وجد أيضا في هذه الدراسة أن تأثير التدفق عند مداخل الاستطاله كان كبيرا عند معدلات تدفق عاليه ومن جهة أخرى فإنه عندما تم اضافة البوليمر خلال مرحلة تكوين المستحلب لوحظ زياده في حجم قطر قطرات النفط مع زيادة تراكيز البوليمر منخفض الوزن الجزيئي وذلك بسبب النشاط العالي للبولي أكريلاميد على تعزيز التلبد للقطرات ذات الحجم الصغير لتتجمع مع بعضها وتنتج قطرات ذات اقطار أكبر. وقد أوضحت قياسات التوتر البينية أن قطرات النفط التي تم إنشاؤها في المرحلة الأولى من الاستحلاب يمكن أن تقلل من التوتر السطحي، وبالتالي فإنه تشكلت قطرات صغيره يمكن أن تتجمع مع بعضها لتشكل قطرات ذات أحجام أكبر. وقد عزز عامل التوتر السطحي المنخفض على زيادة انتشار هذه القطرات الصغيره عند تراكيز صغيره للبوليمر ذي الوزن الجزيئي الصغير.
وقد أشارت الدراسة إلى أن تأثير التدهور الميكانيكي للبوليمر من خلال ضخه عبر الأنابيب الشعريه كان كبيرا في تقليل لزوجة الماء المكون للمستحلب مما أدى الى تقليل ثبات المستحلب. ولقد كان التأثير الكلي هو الزيادة في استقرار المستحلب كما يتضح من حساب انخفاض ارتفاع سرعة باستخدام قانون ستوكس ( Stoke ' s Law). وقد كان التدهور الميكانيكي عاليا للبوليمرات ذات الوزن الجزيئي المنخفض عند مقارنتها مع بوليمرات ذات وزن جزيئي مرتفع عند نفس التركيز. ويعزى ذلك إلى الفرق في لزوجة محاليل البوليمر المستخدمة. وعموما، فإن نتائج هذه الدراسة لا تنصح باستخدام التدهور الميكانيكي في تكسير البوليمرات في المياه المنتجة من الحقول التي يتم فيها تطبيق الاستخلاص المعزز للنفط عن طريق استخدام البوليمر.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية