عنوان مقاله:
بررسی کمی جذب نانوسیال در مخازن نفتی فشرده بر اساس تکنیک NMR
Quantitative investigation of nanofluid imbibition in tight oil reservoirs based on NMR technique
سال انتشار: 2022
رشته: مهندسی مکانیک - مهندسی نفت
گرایش: مکانیک سیالات - مهندسی حفاری - مهندسی بهره برداری
دانلود رایگان این مقاله:
مشاهده سایر مقالات جدید:
2. Materials and methods
2.1 Materials In this work, hydrophilic silica sol with purity of 40 wt% was used. The diameter of silica nanoparticles was approximately 10 nm. Five chemical agents including dodecyl trimethyl ammonium bromide (DTAB, 98 wt%), lauramidopropyl hydroxy sulfobetaine (LHSB, 35 wt%), C12 alkyl glucoside (APG12, 50 wt%), sodium dodecyl sulfonate (SDS, 98 wt%), and sodium lauryl ether sulfate (SLES, 70 wt%) were used as modifiers. For comparison purposes, the selected chemical agents all contain twelve carbon chains. Crude oil used for spontaneous imbibition was obtained from the Changqing Oilfield, which had a density of 0.8183 g/cm3 and a viscosity of 3.15 mPa s at 60 °C. The same oil was also used in IFT and contact angle (CA) measurements. 3 wt% NaCl solution was utilized as the reservoir brine. The core samples were obtained from the Changqing tight sandstone reservoir. SEM micrographs of rock samples are shown in Fig. 1. The target sandstone reservoir was rich in quartz, with a distribution range of 30%–70%. All core samples were approximately 25 mm in diameter and 35 mm in length. These core plugs were cleaned and then dried at 105 °C for at least 2 days, to ensure the rocks were completely dry (Li Y., et al., 2018a). The permeabilities and porosities of these dried core samples were in the ranges of 0.072–0.088 mD and 9.73–11.26%, respectively. 2.2 Nanofluid preparation Five types of nanofluids were prepared by dispersing 0.05 wt% silica sol in deionized (DI) water with or without 0.1 wt% chemical agents (i.e., cationic, amphoteric, nonionic, anionic-nonionic, and anionic surfactants). The preparation of functionalized nanofluid is shown in Fig. 2. To better improve the dispersion of silica nanoparticles in DI water, the mixtures were ultrasonicated for 20 min by a JY92-IIN ultrasonic homogenizer at 60 °C so as to obtain the transparent active nanofluids. The properties of the nanofluids are listed in Table 1. In this work, ‘SiO2 nanofluid’ refers to solution of silica nanoparticles without chemical agents.
3. Results and discussion
3.1 Characterization of functional silica nanoparticles The dispersion stability of nanofluid is significant for oil displacement applications. However, silica nanoparticles usually aggregate and settle when dispersed in a suspension and this often renders the nanoparticles unsuitable for EOR applications (Chaturvedi and Sharma, 2020; Shalbafan et al., 2019; Zhou et al., 2020; Zhang et al., 2022). Therefore, it is necessary to systematically examine the stability of nanofluids. Fig. 4 presents the microstructure and morphology of silica nanoparticles and functional silica nanoparticles by transmission electron microscopy (TEM). Both nanoparticles generally displayed a spherical shape and were uniformly dispersed, and the according particle sizes were less than 20 nm, which was favorable for nanofluid flow in the tight porous medium. Visual observations revealed that functional silica nanoparticles exhibited better dispersibility than pure silica nanoparticles. The stability of silica nanoparticles at high temperature is of great significance to the practical applications of nanofluids in oil fields (Zhou et al., 2020). Thus, dynamic light scattering (DLS) and zeta potential measurement tests were conducted to characterize the stability of the nanofluids at 60 °C. It can be observed from Fig. 5 that the SiO2 nanofluid was clear and transparent. The average size of the silica nanoparticles in DI water was 9.90 nm, which was in accordance with the results from TEM. The aforementioned five types of nanofluids were selected to analyze the dispersion stability. Fig. 6 plots particle size and zeta potential results for the various nanofluids at 60 °C. From Fig. 6, it was observed that no aggregation of silica nanoparticles occurred during the process of static settlement tests. In addition, the diameters of functional silica nanoparticles of various nanofluids ranged from 10 to 20 nm. The zeta potential (absolute value) of nanofluids were in the range of 33.14–69.49 mV. It has been reported that an absolute value of zeta potential which is greater than 30 mV is sufficient to obtain stable nanofluids (Sentein et al., 2009). Furthermore, Fig. 7 plots the time dependence effect of various nanofluids on particle size and zeta potential. All proposed nanofluids were stored at 60 °C for 15 days. It was observed that the average particle size of pure silica nanofluid increased from 10.39 to 99.46 nm, and the absolute value of zeta potential decreased from 33.14 to 20.44 mV. However, the particle sizes and zeta potential of active nanofluids did not change significantly. In summary, pure silica nanofluid displayed poor stability at high temperatures, while the active nanofluids did not occur agglomeration. Nanofluids modified by different chemical agents in this work exhibited excellent dispersion stability, and could be stored for more than 15 days at 60 °C. Thus, the proposed nanofluids can be used for further studies in spontaneous imbibition.
(دقت کنید که این بخش از متن، با استفاده از گوگل ترنسلیت ترجمه شده و توسط مترجمین سایت ای ترجمه، ترجمه نشده است و صرفا جهت آشنایی شما با متن میباشد.)
2. مواد و روش ها
2.1 مواد در این کار از سل سیلیس آبدوست با خلوص 40 درصد وزنی استفاده شد. قطر نانو ذرات سیلیس تقریباً 10 نانومتر بود. پنج عامل شیمیایی شامل دودسیل تری متیل آمونیوم بروماید (DTAB، 98 درصد وزنی)، لورامیدوپروپیل هیدروکسی سولفوبتائین (LHSB، 35 درصد وزنی)، آلکیل گلوکزید C12 (APG12، 50 درصد وزنی)، سدیم دودسیل سولفونات و 98 درصد وزنی، SDTS، سدیم لوریل اتر سولفات (SLES، 70 درصد وزنی) به عنوان اصلاح کننده استفاده شد. برای مقاصد مقایسه، عوامل شیمیایی انتخاب شده همگی شامل دوازده زنجیره کربنی هستند. نفت خام مورد استفاده برای جذب خود به خود از میدان نفتی چانگ کینگ که چگالی 0.8183 گرم بر سانتی متر مکعب و ویسکوزیته 3.15 میلی پاسکال در 60 درجه سانتی گراد داشت، به دست آمد. از همین روغن در اندازه گیری های IFT و زاویه تماس (CA) نیز استفاده شد. محلول 3 درصد وزنی NaCl به عنوان آب نمک مخزن استفاده شد. نمونه های هسته از مخزن ماسه سنگ تنگ چانگ کینگ به دست آمد. میکروگراف های SEM از نمونه های سنگ در شکل 1 نشان داده شده است. مخزن ماسه سنگ مورد نظر غنی از کوارتز بود، با دامنه توزیع 30٪ تا 70٪. تمام نمونه های هسته تقریباً 25 میلی متر قطر و 35 میلی متر طول داشتند. این شاخه‌های هسته تمیز و سپس در دمای 105 درجه سانتیگراد به مدت حداقل 2 روز خشک شدند تا از خشک شدن کامل سنگ‌ها اطمینان حاصل شود (Li Y., et al., 2018a). نفوذپذیری و تخلخل این نمونه های هسته خشک شده به ترتیب در محدوده 0.072-0.088 mD و 9.73-11.26 درصد بود. 2.2 آماده سازی نانوسیال پنج نوع نانوسیال با پراکندگی 0.05 درصد وزنی سل سیلیس در آب دیونیزه (DI) با یا بدون 0.1 درصد وزنی عوامل شیمیایی (یعنی سورفاکتانت های کاتیونی، آمفوتریک، غیر یونی، آنیونی- غیر یونی و آنیونی) تهیه شد. تهیه نانوسیال عامل دار در شکل 2 نشان داده شده است. برای بهبود پراکندگی بهتر نانوذرات سیلیس در آب DI، مخلوط ها به مدت 20 دقیقه توسط هموژنایزر اولتراسونیک JY92-IIN در دمای 60 درجه سانتیگراد فراصوت شدند تا نانوسیال فعال شفاف به دست آید. . خواص نانوسیالات در جدول 1 فهرست شده است. در این کار، "نانوسیال SiO2" به محلول نانوذرات سیلیس بدون عوامل شیمیایی اشاره دارد.
3. نتایج و بحث
3.1 مشخصه نانوذرات سیلیکا عملکردی پایداری پراکندگی نانوسیال برای کاربردهای جابجایی روغن قابل توجه است. با این حال، نانوذرات سیلیکا معمولاً وقتی در یک سوسپانسیون پراکنده می‌شوند تجمع یافته و ته نشین می‌شوند و این اغلب نانوذرات را برای کاربردهای EOR نامناسب می‌کند (Chaturvedi and Sharma، 2020؛ Shalbafan و همکاران، 2019؛ Zhou و همکاران، 2020؛ Zhang20et. ). بنابراین بررسی سیستماتیک پایداری نانوسیالات ضروری است. شکل 4 ریزساختار و مورفولوژی نانوذرات سیلیس و نانوذرات سیلیس عملکردی را با میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نشان می‌دهد. هر دو نانوذرات عموماً شکل کروی داشتند و به طور یکنواخت پراکنده بودند و اندازه ذرات مطابق با آن کمتر از 20 نانومتر بود که برای جریان نانوسیال در محیط متخلخل تنگ مطلوب بود. مشاهدات بصری نشان داد که نانوذرات سیلیکا عملکردی پراکندگی بهتری نسبت به نانوذرات سیلیس خالص نشان می‌دهند. پایداری نانوذرات سیلیس در دمای بالا برای کاربردهای عملی نانوسیالات در میادین نفتی از اهمیت بالایی برخوردار است (Zhou et al., 2020). بنابراین، پراکندگی دینامیک نور (DLS) و آزمایش‌های اندازه‌گیری پتانسیل زتا برای مشخص کردن پایداری نانوسیال‌ها در دمای 60 درجه سانتیگراد انجام شد. از شکل 5 می توان مشاهده کرد که نانوسیال SiO2 شفاف و شفاف بود. اندازه متوسط نانوذرات سیلیس در آب DI 9.90 نانومتر بود که مطابق با نتایج TEM بود. پنج نوع نانوسیال فوق الذکر برای تجزیه و تحلیل پایداری پراکندگی انتخاب شدند. شکل 6 اندازه ذرات و نتایج پتانسیل زتا را برای نانوسیال های مختلف در دمای 60 درجه سانتی گراد ترسیم می کند. از شکل 6، مشاهده شد که هیچ تجمعی از نانوذرات سیلیکا در طول فرآیند آزمون نشست استاتیکی رخ نداده است. علاوه بر این، قطر نانوذرات سیلیسی کاربردی نانوسیال‌های مختلف از 10 تا 20 نانومتر متغیر بود. پتانسیل زتا (مقدار مطلق) نانوسیال ها در محدوده 33.14-69.49 میلی ولت بود. گزارش شده است که مقدار مطلق پتانسیل زتا که بیشتر از 30 میلی ولت است برای به دست آوردن نانوسیالات پایدار کافی است (Sentein et al., 2009). علاوه بر این، شکل 7 اثر وابستگی زمانی نانوسیال های مختلف را بر اندازه ذرات و پتانسیل زتا ترسیم می کند. تمام نانوسیالات پیشنهادی به مدت 15 روز در دمای 60 درجه سانتیگراد نگهداری شدند. مشاهده شد که میانگین اندازه ذرات نانوسیال سیلیس خالص از 10.39 به 99.46 نانومتر افزایش یافته و قدر مطلق پتانسیل زتا از 33.14 به 20.44 میلی ولت کاهش یافته است. با این حال، اندازه ذرات و پتانسیل زتا نانوسیال‌های فعال تغییر معنی‌داری نداشت. به طور خلاصه، نانوسیال سیلیکا خالص پایداری ضعیفی را در دماهای بالا نشان داد، در حالی که نانوسیال‌های فعال تراکم نشدند.نانوسیال‌های اصلاح‌شده توسط عوامل شیمیایی مختلف در این کار، پایداری پراکندگی بسیار خوبی از خود نشان دادند و می‌توان آن را برای بیش از 15 روز در دمای 60 درجه سانتیگراد نگهداری کرد. بدین ترتیب، از نانوسیالات پیشنهادی می توان برای مطالعات بیشتر در جذب خود به خود استفاده کرد.
