استفاده از نانوكامپوزيت ها براي تغيير ترشوندگي سنگ مخزن كربناته به منظور ازدياد برداشت نفت (EOR)

كارشناسي ارشد

هدف از انجام اين پروژه بهره¬گيري از ويژگي¬هاي منحصر به فرد نانوكامپوزيت‌ها به¬منظور تغيير ترشوندگي سنگ كربناته از حالت نفت‌دوست به آب¬دوست مي¬باشد؛ بطوريكه موجب كاهش نيروي مويينه در محيط متخلخل و ازدياد برداشت نفت شود. براي دستيابي به اين منظور، ابتدا نانوكامپوزيت TiO2/Al2O3 در آزمايشگاه سنتز شد. اما از آنجايي كه هدف، توليد نانوسيال پايه آبي و موافق با محيط زيست بوده و نانوكامپوزيت سنتز شده در آب حل نمي‌شد، تصميم به اصلاح سطح آن با PVA كه نوعي پليمر آب دوست است، شد. استفاده از پخش‌كننده‌ها و پايدار‌كننده‌هاي متنوعي در كنار اين ماده، موجب توليد نانوسيالي پايدار در پايه‌‌ي آب شد. با انجام آزمايش زاويه تماس مشخص شد كه زاويه تماس قطره نفت بر روي سنگ كربناته نفت دوست شده از 157 درجه (نسبت به سيال سنگين) قبل از پوشش‌دهي با نانوسيال به حالت لغزش تحت زاويه 10 درجه بعد از پوشش‌دهي با نانوسيال (پايه آبي) TiO2/Al2O3/PVA با غلظت 100% وزني تغيير پيدا كرد. اين نشان‌دهنده‌ي تغيير ترشوندگي سنگ از حالت شديدا نفت‌دوست به حالت شديدا آب‌دوست است. سپس غلظت بهينه نانوسيال و زمان بهينه پيرسازي سنگ در نانوسيال تعيين شد كه مقدار اين پارامتر‌ها به ترتيب 20% وزني و 7 روز بود. در ادامه، نشان داده شد كه سنگ پوشش داده شده با اين نانوسيال در بازه 11-2pH= خاصيت ترشوندگي خود را به‌خوبي حفظ مي‌كند. پايداري حرارتي اين نانوسيال نيز تا دماي ℃ 150 مورد تست و تائيد قرار گرفت. به¬علاوه، با افزايش فشار تا psi 4000 مشاهده شد كه فشار تاثيري بر عملكرد نانوسيال ساخته شده ندارد. همچنين، نشان داده شد كه اين نانوسيال تا شوري‌هاي متوسط (ppm 35000) محيط، به خوبي بازدهي خود را در تغيير ترشوندگي سنگ به حالت آب¬دوست حفظ مي‌كند. در تمامي اين شرايط قطره نفت بعد از برخورد با سطح سنگ روي آن غلتيد كه بدين ترتيب نشان داده شد رفتار ترشوندگي سطح پوشش داده شده با اين نانوسيال مطابق با مدل Cassie است. در ادامه، پايداري مكانيكي سنگ‌هاي پوشش داده شده، با روش‌هاي متفاوتي از جمله روش فشار با انگشت، تست نوار چسب و تست ساييدگي بررسي و مورد تائيد قرار گرفت. به¬عنوان مثال، در تست سائيدگي از كاغذ سمباده با زبري¬هاي مختلف (P400، P240 و P180) براي سايش سنگ‌هاي پوشش داده شده استفاده شد كه نشان داده شد با مجموعا 400 سيكل رفت و برگشتي تحت فشار psi 8.4 بر روي اين كاغذ‌هاي سمباده، قطره نفت تحت زاويه صفر درجه¬اي روي سنگ مي‌غلتيد. در ادامه تست كشش بين سطحي انجام گرفت، كه نشان داده شد كشش بين سطحي از mN/m 31 (آب و نفت) به mN/m 4 (نانوسيال و نفت) در دماي محيط كاهش پيدا كرد. با انجام آزمايش آشام مشاهده شد كه ميزان بازيابي نفت از درون مغزه اشباع شده، از 6% در صورت استفاده از آب‌ شور به 14% در صورت استفاده از نانوسيال ساخته شده در پايه آب شور، تغيير پيدا كرد. به‌منظور مشخصه¬يابي نانوكامپوزيت اصلاح شده سنتزي تست‌هاي TEM، XRD و FT-IR روي آنها انجام شد. توسط تست TEM مشخص شد كه سايز نانوذرات 40 نانومتر بوده و مورفولوژي آنها عمدتا به صورت شبه كروي در محلول وجود دارد. توسط تست XRD، جنس و ساختار نانوذرات تعيين و سايز كريستاليت نانوذرات نيز اندازه‌گيري شد كه در تطابق با نتايح حاصل از تست TEM بود. با انجام تست FT-IR صحت سنتز نانوكامپوزيت TiO2/Al2O3 و اصلاح سطح آن توسط ماده شيميايي PVA مورد تائيد قرار گرفت. همچنين براي مشخصه¬يابي سنگ¬هاي پوشش داده شده با نانوسيالات و تحليل خصوصيات سطح از تست FESEM_EDS استفاده شد. نتايج حاصل از اين آناليزها نشان داد كه به¬واسطه¬ي پوشش¬دهي سنگ با نانوسيال، سطح سنگ تبديل به يك سطح ميكرو/ نانو ساختار شده كه باعث به‌دام افتادن آب در ميان حفرات موجود در آن و در نتيجه، دفع نفت مي¬شود.

193960

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر پوريا اسماعيل زاده

مهندسي نفت - مخازن هيدروكربوري

دكتر محمدتقي صادقي