Document
Spontaneous imbibition dynamics in oil-wet carbonate : effect of surfactant structure, permeability, and temperature.
Source
Master's thesis
Other titles
ديناميكا التشرب التلقائي في المكامن الكربونية المبللة بالنفط : تأثير بنية المواد الخافضة للتوتر السطحي ونفاذية الصخر ودرجة الحرارة
Country
Oman
City
Muscat
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2024
Language
English
Thesis Type
Master's thesis
English abstract
Carbonate reservoirs, which are complex and heterogeneous, contain the majority of the world's reserves. Since the mineral surface of carbonate rocks has a positive charge that draws acidic oil compounds to it, most of these reservoirs are mixed-wet to oil-wet. Owing to their characteristics, carbonate reservoirs exhibit relatively low spontaneous imbibition of water, which leads to inadequate oil recovery using traditional water floods. Surfactant flooding can alter the wettability of these reservoirs and improve oil displacement through interfacial tension (IFT) reduction. However, the economic viability of surfactant flooding severely restricts its application. Anionic carboxylate surfactants are cheap and have a lot of promise in harsh reservoir environments with high salinity and high temperature. A flexible alkyl ether carboxylate (AEC) is produced by synthesizing carboxylate surfactant with varying amounts of ethylene oxide (EO) and/or propylene oxide (PO) units and variable alkyl chain lengths. Previous studies confirmed the positive effect of surfactants on enhancing oil recovery by spontaneous imbibition. Therefore, the objective of this study was to investigate the effect of AEC surfactant structures, rock permeability, and temperature in spontaneous imbibition dynamics in oil-wet carbonate and to provide better understanding of forces controlling spontaneous imbibition dynamics under different conditions. The experimental approach included the following: IFT, contact angle (CA), and spontaneous imbibition tests. These tests were conducted at four different temperatures (25℃, 50℃, 75℃, and 100℃) and for three rock permeability ranges (low permeability: 2-10 mD, medium permeability: 45-150 mD, and high permeability: >200 mD). The minimum IFT in the order of 10−2mN/m was achieved by surfactant with a long alkyl chain and low hydrophilicity. CA measurements revealed that the surfactant which has best IFT reduction properties was able only to alter wettability toward neutral or weak oil-wet. While, the other surfactant can alter the wettability from strong oil-wet to strong water-wet with final CA of around 35°. This surfactant had the shortest alkyl chain and highest hydrophilicity. These surfactants were considered then for spontaneous imbibition tests. Surfactant with the long alkyl obtained higher oil recovery than the surfactant with
short alkyl at all conditions, except at low permeability and low temperatures (25℃ and 50℃). High permeability yielded higher oil recovery for both surfactant at all temperatures, except for the surfactant with the short alkyl chain at low temperature (25℃) at which low permeability yielded the highest oil recovery. Temperature was found to have a positive effect on oil recovery at all conditions. The findings of this study show that IFT reduction leads to fastest and highest oil recovery in spontaneous imbibition compared to wettability alteration mechanism except at low temperatures (≤ 50℃) and low permeability. In regard to the forces affecting spontaneous imbibition dynamics, results show that at early time spontaneous imbibition capillary force is dominant. While late time spontaneous imbibition is controlled mainly by viscous and gravity forces.
Arabic abstract
تحتوي المكامن الكربونية ذات الطبيعة المعقدة والغير متجانسة على غالبية الاحتياطيات العالمية من النفط. ونظرًا لأن
السطح المعدني للصخور الكربونية يحتوي على شحنة موجبة تجذب السوائل الحمضية إليها، فإن معظمها يكون في
حالة تبلل مختلط بالنفط والماء إلى تبلل بالنفط. ونظرًا لهذه الخصائص، فان هذه الصخور لديها تشربًا تلقائيًا منخفضًا
نسبيًا للمياه، مما يؤدي إلى عدم فعالية استخلاص النفط باستخدام الطريقة التقليدية بالغمر بالمياه. نظرًا لأن غمر هذه
المكامن بالمواد الخافضة للتوتر السطحي يمكن أن يغير قابلية تبلل هذه المكامن ويحسن من استخلاص النفط من خلال
تقليل معامل التوتر السطحي. ومع ذلك، فإن الجدوى الاقتصادية لهذه التقنية تحد بشدة من تطبيقها. تعتبر المواد الخافضة
للتوتر السطحي الكربوكسيلية الأنيونية ) AEC ( رخيصة الثمن ولديها الكثير من الأمل في بيئات الخزانات القاسية
ذات الملوحة العالية ودرجة الحرارة المرتفعة. يتم إنتاج كربوكسيل ألكيل بروبيلين/إيثيلين )ألكوكسي( مرن عن طريق
تصنيع المادة الخافضة للتوتر السطحي بكميات مختلفة من وحدات أكسيد الإيثيلين (EO) وأو أكسيد البروبيلين (PO)
وأطوال سلسلة هيدروكربون مختلفة . أكدت الدراسات السابقة التأثير الإيجابي للمواد الخافضة للتوتر السطحي في
تعزيز استخلاص النفط عن طريق التشرب التلقائي للمياه. لذلك، كان الهدف من هذه الدراسة هو دراسة تأثير هيكل
المواد الخافضة للتوتر السطحي ونفاذية الصخور ودرجة الحرارة على ديناميكا التشرب التلقائي للمياه في الصخور
الكربونية ذات تبلل بالنفط وتوفير فهم أفضل للقوى التي تتحكم في ديناميكا التشرب التلقائي للمياه في ظل ظروف
مختلفة. التجارب المخبرية شملت قياسات التوتر السطحي وزاوية التلامس (CA) والتشرب التلقائي للمياه في الصخور
الكربونية. تم إجراء هذه التجارب عند أربع درجات حرارة مختلفة ) 25 درجة مئوية، 50 درجة مئوية، 75 درجة
مئوية، و 100 درجة مئوية( وثلاثة نطاقات من نفاذية الصخور )النفاذية المنخفضة: 22-10 md ، النفاذية المتوسطة:
md 150-45 ، والنفاذية العالية: < md 200 (. تم الحصول على معامل توتر سطحي في حدود mN/m 2-10 باستخدام
المادة الخافضة للتوتر السطحي ذات سلسلة هيدروكربون طويلة وتفضيل منخفض للماء. اظهرت قياسات زاوية
التلامس أن المادة الخافضة للتوتر السطحي التي تتمتع بأفضل خصائص لتقليل معامل التوتر السطحي كانت قادرة
فقط على تغيير قابلية تبلل الصخور نحو ترطيب بالنفط محايد أو ضعيف. ومع ذلك، فإن المادة الخافضة للتوتر
السطحي الأخرى ذات السلسلة الهيدروكربونية القصيرة والمحبة للماء لديها قابلية أفضل لتغير تبلل الصخر القوي
بالنفط إلى تبلل قوي بالماء مع زاوية تلامس 35 درجة. تم استخدام هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي في تجارب
التشرب التلقائي للمياه. المادة الخافضة للتوتر السطحي ذات سلسلة الهيدروكربون الطويلة اعطت استخلاص أعلى
للنفط مقارنة بتلك ذات سلسلة الهيدروكربون القصيرة في جميع الظروف، باستثناء الصخور ذات النفاذية المنخفضة
ودرجات الحرارة المنخفضة ) 25 درجة مئوية و 50 درجة مئوية(. الصخور ذات النفاذية العالية اعطت انتاجا أعلى
ix
للنفط لكلتا مادتي خفض التوتر السطحي في جميع درجات الحرارة، باستثناء المادة الخافضة للتوتر السطحي ذات
سلسلة الهيدروكربون القصيرة عند درجة حرارة منخفضة ) 25 درجة مئوية( حيث وفرت الصخور ذات النفاذية
المنخفضة أعلى استخلاص للنفط، تليها ذات النفاذية المتوسطة والنفاذية العالية، على التوالي. كذلك وجد أن لدرجة
الحرارة تأثير إيجابي على استخلاص النفط في جميع الظروف. اوضخت مقارنة نتائج هذه الدراسة مع الدراسات
السابقة أن تقليل معامل التوتر السطحي يؤدي إلى استخلاص أسرع وأعلى للنفط في تجارب التشرب التلقائي للمياه
مقارنة بتغيير قابلية التبلل إلا عند درجات الحرارة المنخفضة ) 50 درجة مئوية أو أقل( والنفاذية المنخفضة للصخور.
كذلك اظهرت نتائج هذه الدراسة ان القوى الشعرية هي المسيطرة والفاعلة في استخلاص النفط في بداية تجارب التشرب التلقائي للمياه بينما تتحكم قوى اللزوجة والجاذبية في استخلاص النفط في المراحل المتأخرة لتجارب التشرب التلقائي للمياه.__
السطح المعدني للصخور الكربونية يحتوي على شحنة موجبة تجذب السوائل الحمضية إليها، فإن معظمها يكون في
حالة تبلل مختلط بالنفط والماء إلى تبلل بالنفط. ونظرًا لهذه الخصائص، فان هذه الصخور لديها تشربًا تلقائيًا منخفضًا
نسبيًا للمياه، مما يؤدي إلى عدم فعالية استخلاص النفط باستخدام الطريقة التقليدية بالغمر بالمياه. نظرًا لأن غمر هذه
المكامن بالمواد الخافضة للتوتر السطحي يمكن أن يغير قابلية تبلل هذه المكامن ويحسن من استخلاص النفط من خلال
تقليل معامل التوتر السطحي. ومع ذلك، فإن الجدوى الاقتصادية لهذه التقنية تحد بشدة من تطبيقها. تعتبر المواد الخافضة
للتوتر السطحي الكربوكسيلية الأنيونية ) AEC ( رخيصة الثمن ولديها الكثير من الأمل في بيئات الخزانات القاسية
ذات الملوحة العالية ودرجة الحرارة المرتفعة. يتم إنتاج كربوكسيل ألكيل بروبيلين/إيثيلين )ألكوكسي( مرن عن طريق
تصنيع المادة الخافضة للتوتر السطحي بكميات مختلفة من وحدات أكسيد الإيثيلين (EO) وأو أكسيد البروبيلين (PO)
وأطوال سلسلة هيدروكربون مختلفة . أكدت الدراسات السابقة التأثير الإيجابي للمواد الخافضة للتوتر السطحي في
تعزيز استخلاص النفط عن طريق التشرب التلقائي للمياه. لذلك، كان الهدف من هذه الدراسة هو دراسة تأثير هيكل
المواد الخافضة للتوتر السطحي ونفاذية الصخور ودرجة الحرارة على ديناميكا التشرب التلقائي للمياه في الصخور
الكربونية ذات تبلل بالنفط وتوفير فهم أفضل للقوى التي تتحكم في ديناميكا التشرب التلقائي للمياه في ظل ظروف
مختلفة. التجارب المخبرية شملت قياسات التوتر السطحي وزاوية التلامس (CA) والتشرب التلقائي للمياه في الصخور
الكربونية. تم إجراء هذه التجارب عند أربع درجات حرارة مختلفة ) 25 درجة مئوية، 50 درجة مئوية، 75 درجة
مئوية، و 100 درجة مئوية( وثلاثة نطاقات من نفاذية الصخور )النفاذية المنخفضة: 22-10 md ، النفاذية المتوسطة:
md 150-45 ، والنفاذية العالية: < md 200 (. تم الحصول على معامل توتر سطحي في حدود mN/m 2-10 باستخدام
المادة الخافضة للتوتر السطحي ذات سلسلة هيدروكربون طويلة وتفضيل منخفض للماء. اظهرت قياسات زاوية
التلامس أن المادة الخافضة للتوتر السطحي التي تتمتع بأفضل خصائص لتقليل معامل التوتر السطحي كانت قادرة
فقط على تغيير قابلية تبلل الصخور نحو ترطيب بالنفط محايد أو ضعيف. ومع ذلك، فإن المادة الخافضة للتوتر
السطحي الأخرى ذات السلسلة الهيدروكربونية القصيرة والمحبة للماء لديها قابلية أفضل لتغير تبلل الصخر القوي
بالنفط إلى تبلل قوي بالماء مع زاوية تلامس 35 درجة. تم استخدام هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي في تجارب
التشرب التلقائي للمياه. المادة الخافضة للتوتر السطحي ذات سلسلة الهيدروكربون الطويلة اعطت استخلاص أعلى
للنفط مقارنة بتلك ذات سلسلة الهيدروكربون القصيرة في جميع الظروف، باستثناء الصخور ذات النفاذية المنخفضة
ودرجات الحرارة المنخفضة ) 25 درجة مئوية و 50 درجة مئوية(. الصخور ذات النفاذية العالية اعطت انتاجا أعلى
ix
للنفط لكلتا مادتي خفض التوتر السطحي في جميع درجات الحرارة، باستثناء المادة الخافضة للتوتر السطحي ذات
سلسلة الهيدروكربون القصيرة عند درجة حرارة منخفضة ) 25 درجة مئوية( حيث وفرت الصخور ذات النفاذية
المنخفضة أعلى استخلاص للنفط، تليها ذات النفاذية المتوسطة والنفاذية العالية، على التوالي. كذلك وجد أن لدرجة
الحرارة تأثير إيجابي على استخلاص النفط في جميع الظروف. اوضخت مقارنة نتائج هذه الدراسة مع الدراسات
السابقة أن تقليل معامل التوتر السطحي يؤدي إلى استخلاص أسرع وأعلى للنفط في تجارب التشرب التلقائي للمياه
مقارنة بتغيير قابلية التبلل إلا عند درجات الحرارة المنخفضة ) 50 درجة مئوية أو أقل( والنفاذية المنخفضة للصخور.
كذلك اظهرت نتائج هذه الدراسة ان القوى الشعرية هي المسيطرة والفاعلة في استخلاص النفط في بداية تجارب التشرب التلقائي للمياه بينما تتحكم قوى اللزوجة والجاذبية في استخلاص النفط في المراحل المتأخرة لتجارب التشرب التلقائي للمياه.__
Category
Theses and Dissertations
File size
2.5 MB
14
0
