應(yīng)用飽和納米粒子注入氣體提高稠油采收率

1、應(yīng)用飽和納米粒子注入氣提高稠油采收率Shah，阿拉斯加費爾班克斯路德大學本文是為2009年美國物理學會年度技術(shù)會議準備的，是2009年10月4日至7日在美國路易斯安那州新奧爾良舉行的美國物理學會國際學生論文競賽展覽的演示。美國石油工程師學會項目委員會選擇準備的國際學生論文競賽計劃的競賽前文件內(nèi)容未經(jīng)石油工程師學會審查，必須由作者進行更正。這些材料不一定反映石油工程師協(xié)會的任何立場。未經(jīng)石油工程師協(xié)會的書面同意，禁止其管理層或成員對本文件的任何部分進行電子復制、分發(fā)或存儲。摘要：重油是一種巨大的未開發(fā)的石油資源，因為它的高粘度使其難以生產(chǎn)。目前，利用熱采技術(shù)、聚合物驅(qū)、化學驅(qū)和氣混相驅(qū)稠油油藏生

2、產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)和機遇。在這項工作中，三種不同工藝的優(yōu)點，即注氣加熱、化學和相互溶解，被結(jié)合起來產(chǎn)生一種新的粘度，重油工藝。與傳統(tǒng)的用于熱傳導增強的超臨界二氧化碳(SC-CO2)或“降粘注射器(VRI)”的SC-CO2或VRI金屬納米粒子相比，重油的粘度迅速降低。溶解在表面活性劑中的超臨界CO2也被加入到混合物中，以進一步提高粘度降低。因此，金屬納米粒子的熱性質(zhì)、表面活性劑的化學性質(zhì)以及可混溶的SC-CO2和VRI的性質(zhì)完全降低了重油的粘度。導言：如果它的空氣污染指數(shù)低于20度，原油就被認為是“稠的”重油是非瀝青質(zhì)的，而且密度很大。由于含有瀝青質(zhì)的重油的化學特性，盡管在巨大的資源基礎(chǔ)中，重油和天然瀝

3、青在2000年生產(chǎn)了25億桶原油(美國地質(zhì)勘探局概況70-03，2003年8月)，僅占約3億桶。目前，對于稠油油藏，開發(fā)人員在化學和密度方面具有更好的石油質(zhì)量。每年生產(chǎn)的重油中，約66%的比重超過15，但據(jù)估計，約50%的技術(shù)可采重油是致密的(比重低于15，見圖1)。圖1:在重油美國石油學會比重下的年生產(chǎn)累積百分比(藍色)和技術(shù)可采資源累積百分比(棕色)(提供：美國地質(zhì)勘探局概況表70-03，2003年8月)在常規(guī)生產(chǎn)中，來自原油、天然氣和水的相關(guān)儲層的壓力通常足以生產(chǎn)輕質(zhì)油流向生產(chǎn)井。然而，為了保持具有生產(chǎn)價值的井的生產(chǎn)效率，重油和超重油的生產(chǎn)幾乎總是需要降低油的粘度并將能量引入儲層的措施。

4、通過置換和部分蒸餾，將熱蒸汽注入過儲層，以降低原油粘度并增加儲層壓力。它可以連續(xù)注入蒸汽，形成蒸汽驅(qū)，也可以定期注入交替注入井和生產(chǎn)井。氣體混相驅(qū)是一種廣泛使用的提高原油采收率的技術(shù)，可以提高原油產(chǎn)量，超越傳統(tǒng)的開采方法。通常，注入的氣體在混合或非混合條件下注入儲層?；旌舷嘧?、氣體和儲層流體在一定的儲層溫度下混合，包括目前使用最廣泛的EOR工藝后的熱采工藝，它在原油強化采收率生產(chǎn)中占很大比例。(美國地質(zhì)勘探局概況介紹70-03，2003年8月)。目的：目前，能夠滿足稠油采收率的創(chuàng)新技術(shù)使稠油生產(chǎn)面臨機遇和挑戰(zhàn)。該項目是一種新的創(chuàng)新方法，通過使用金屬納米粒子來降低阿拉斯加北坡重油的粘度。性質(zhì)，

5、如二氧化碳的密度和粘度、降粘注入劑(VRI)、ANS重油(不可流動和可流動的油)、飽和納米顆粒二氧化碳(CO2納米流體)、納米VRI(VRI納米流體)。在壓力變化范圍從1200 psia到2500 psia且溫度恒定(122華氏度)的條件下，可以確定注入飽和納米顆粒CO2的ANS原油和注入飽和納米VRI的ANS油。這項研究的目標如下：1.利用納米粒子的飽和二氧化碳和VRI降低原油粘度24.ANS稠油飽和貝利砂巖巖心提高采收率研究及飽和納米流體CO2和CO2氣驅(qū)巖心實驗研究5.在模擬器中比較了二氧化碳和二氧化碳納米流體的重油采收率。金屬納米粒子的背景：納米粒子是一個很大的科學興趣，因為它們是大塊

6、材料和原子或分子結(jié)構(gòu)之間的有效橋梁。散裝材料應(yīng)該具有恒定的物理和化學性質(zhì)，不管它們的大小，但是在納米尺度上通常不是這樣?！爱斔鼈兊某叽缃咏{米級時，當材料表面原子的百分比變得顯著時，材料的性質(zhì)就會發(fā)生變化。納米粒子相對于大塊材料表現(xiàn)出特殊的性質(zhì)。例如，大塊彎曲的銅(線、織帶等。)發(fā)生在大約50納米尺度的銅原子/團簇運動。銅納米粒子比被認為是50納米的超硬材料小，顯示出不同的塑性和延展性。大量的銅納米粒子具有非常高的表面積體積比。這提供了巨大的推動力，尤其是在高溫下的擴散。在可以在較低溫度下進行燒結(jié)的地方，相對較大的顆粒具有太短的時間尺度。理論上，這不會影響最終產(chǎn)品的密度，盡管納米顆粒的流動困難

7、和聚集趨勢經(jīng)常會產(chǎn)生一些問題。但是超聲波可以在一定程度上解決這個問題。圖2顯示了通過掃描和電子顯微鏡(SEM)在“納米技術(shù)”上的納米氧化銅的圖像。納米氧化銅顆粒的掃描電子顯微鏡圖像(單位：納米)添加納米顆粒的基液(常規(guī)液體)的性質(zhì)，如密度、粘度、熱導率和熱增量(張等，2005年11月)。在高溫下，提高這些基礎(chǔ)流體的性能是理想的。表面活性劑的背景：表面活性劑降低了液-氣界面上吸附液體的表面張力。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是應(yīng)用最廣泛的硅基有機聚合物，特別是其不尋常的流變(或流動)性能。圖3顯示了PDMS分子聚合物的交聯(lián)。交聯(lián)聚合物提供了不同尋常的流變性能，如100，000厘泊的高粘度(阿法莎材料

8、安全數(shù)據(jù)表)。PDMS也是大多數(shù)化學物質(zhì)的化學惰性。它可溶于超臨界二氧化碳，并具有增加超臨界二氧化碳粘度的能力。PDMS的密度為0.98，分子量為，粘度為CP。圖3:聚二甲基硅氧烷(單位：buyl，2001)實驗工作：實驗一：飽和納米流體性質(zhì)的測定；二氧化碳和表面活性劑的性質(zhì)：聚二甲基硅氧烷(PDMS)和計算ANS(不可流動和可流動的油)重油。每個實驗都將在下面的章節(jié)中詳細進行，以確定所需的屬性，如圖1所示。表1:測試材料所需的性能密度、粘度二氧化碳粘度抑制劑聚二甲基硅氧烷ANS原油實驗二：降粘實驗：一旦進行了上述所有實驗，就必須知道所有需要的性質(zhì)。CO2納米流體和VRI納米流體根據(jù)下表2中描

9、述的組成制備。一旦模型建立，ANS重油的粘度通過使用制備的co2/vri納米流體的粘度降低實驗來降低。納米流體的組成：納米流體的不同成分由金屬納米粒子的數(shù)量決定。基于重量組分的密度，EXP-1也被計算作為測試材料。最終組件如下：表2:納米流體的組成組件描述重量%納米氧化銅純度為97%的金屬納米粒子0.5-3聚二甲基硅氧烷驅(qū)油劑5基礎(chǔ)液體二氧化碳/VRI94.5-92密度計和粘度計：劍橋粘度計(圖4)用于粘度測量，安東帕密度計(圖5)用于密度測量。圖4:劍橋SPL 440粘度計(附件：SPL 440粘度計規(guī)格)圖5:安東帕512p密度計(附件：dma512p說明)粘度測量：劍橋SPL 440粘度

10、計用于測量液體的粘度。這種粘度可承受高達10，000磅/平方英寸的高壓和高達300華氏度的高溫。兩個移動的螺線管(圖6)移動活塞并以恒定的速度上升?；钊碾p向行程時間用于測量周圍液體的絕對粘度?！皟?nèi)置溫度檢測器(RTD)檢測采樣室的實際溫度。流體通過外徑為8221x(內(nèi)徑為0.086英寸)的管道流入測量室。低流量或靜態(tài)條件下流體粘度的測量。該系統(tǒng)測量粘度、溫度和溫度補償粘度。圖6:6:visco lab PVT劍橋SPL 440粘度計的橫截面(來源：spl440粘度計使用手冊)。阿拉斯加北坡稠油降粘實驗。實驗裝置(圖7)在1 0，000 psia的壓力規(guī)定值下，在粘度計壓力和溫度控制閾值內(nèi)有兩

11、個粘度下降。圖7:粘度測量設(shè)置示意圖阿拉斯加北坡不可流動/可流動油樣品的粘度測量；在阿拉斯加北坡用不可流動/可流動重油進行了降粘實驗。實驗裝置(圖7)在粘度計壓力和溫度控制閾值內(nèi)將粘度從2降低到10，000 psia。粘度降低的測定：1.表面活性劑(PDMS)和納米氧化銅之間已經(jīng)有了平衡。根據(jù)組成將CO2注入能量存儲裝置1(圖7)。2.納米氧化銅在與表面活性劑混合前先經(jīng)過30分鐘的超聲波處理，因為超聲波可以實現(xiàn)原始尺寸的氧化銅納米顆粒，即23-40納米的納米顆粒團聚，在尺寸較大時不受干擾。3.一旦通過使用二氧化碳注射泵注射二氧化碳，蓄壓器1的壓力增加到高于表面活性劑的混合壓力。含CO2的混合表

12、面活性劑的壓力為2500磅/平方英寸。4.將溫度提高到華氏140度，以改善材料的混合。為了進一步加強混合，蓄能器1振動16小時。5.然后將CuO PDMS CO2混合氣體注入已知死/可流動ANS油量的蓄能器2中。6.然后，蓄能器2在100華氏度(即ANS井底溫度)下振動32小時。有必要將二氧化碳完全溶解在油中并搖動它。搖動32小時后，將其連接到保持在100華氏度恒溫控制閾值的在線粘度計上。7.測量重油在100華氏度和不同壓力下的粘度。8.使用相同的步驟在其他井中測量VRI納米流體。唯一的區(qū)別是VRI的二氧化碳被用于一些地方。EXP-3:利用巖心氣體驅(qū)提高采收率實驗傳統(tǒng)的巖心驅(qū)替實驗儀器(圖8)

13、用于研究使用CO2和CO2納米流體(不可流動的)ANS重油的提高的油采收率。以確保CO2保持在高于其臨界條件的壓力和溫度下，并且處于超臨界狀態(tài)。貝利砂巖巖心長1.5英寸，直徑6英寸。圖8:巖心驅(qū)替實驗裝置被油和水飽和的Berea砂巖巖心；22000 ppm總?cè)芙夤腆w(TDS)鹽水用于達到具有束縛水飽和度的Berea砂巖巖心飽和度。選擇鹽度為22000 ppm的鹽水作為備用。以下是含水飽和度和重油飽和度以下的程序：1.在真空條件下，巖心連續(xù)3天被鹽水飽和(22，000百萬分之一時延)。2.然后將巖心放入巖心夾持器中，用上述鹽水替換，直到巖心入口和出口之間的壓差穩(wěn)定。3對于被ANS重油置換的巖心，

14、ANS重油被預先加熱，以確保在金屬管中平穩(wěn)流動，并且可以穿過巖心。4.當巖心被ANS重油驅(qū)替時，巖心中的鹽水被驅(qū)替到外面。當油取代流出水時，結(jié)合水達到飽和。核心二氧化碳驅(qū)油：使用巖心CO2驅(qū)替來提高ANS重油采收率遵循以下步驟：1.按照上述步驟用水和ANS重油飽和巖心。2.將二氧化碳罐連接到金屬蓄電池上。3.使用ISCO泵增加蓄能器的壓力，使其壓力大于二氧化碳的臨界壓力。4.將CO2蓄能器連接至堆芯支架。確保通過堆芯支架出口的一個閥門關(guān)閉。5.超臨界CO對ANS重油的膨脹7.BPR的出口連接到兩相分離器。8.當分離器的壓力降至大氣壓力和顯著的體積極限時，收集油、水和氣體。核心二氧化碳納米流體驅(qū)

15、油；使用巖心納米流體CO2驅(qū)替來提高ANS重油采收率遵循以下步驟：1.按照上述步驟用水和ANS重油飽和巖心。2.測量計算出的納米氧化銅和PDMS的數(shù)量，并將它們添加到儲能裝置中。3.二氧化碳罐連接到上述蓄能器。4.使用ISCO泵增加蓄能器的壓力，使其壓力大于二氧化碳的臨界壓力。5.該蓄能器連接到芯座。確保芯座出口處的閥門關(guān)閉。6.用納米流體使超臨界二氧化碳膨脹48小時。7.48小時后，打開后連接可變節(jié)流孔插入式背壓調(diào)節(jié)器(BPR)，以保持出口壓力穩(wěn)定。8.BPR的出口連接到兩相分離器。9.當分離器的壓力降至大氣壓力和顯著的體積極限時，收集油、水、氣體(CO2)和納米顆粒。結(jié)果和討論：結(jié)果：實驗

16、一：納米粒子飽和度的流體性質(zhì)測定二氧化碳的性質(zhì)：密度：表3顯示了在77華氏度的不同壓力下用安東帕密度計測量的二氧化碳密度。在77華氏度的實際室溫下，將二氧化碳罐連接到密度計上。密度由蓄能器中存在的氣體量計算，分散劑和氧化銅納米顆粒的量也可以計算。表3:二氧化碳的密度壓力(psia)77華氏度時的密度1617.000.831764.000.841911.000.852058.000.862205.000.872352.000.88粘度：表4顯示了用劍橋粘度計在2500磅/平方英寸和122華氏度的壓力和溫度下測量的CO2和CO2納米流體的粘度。表4:二氧化碳在2500磅/平方英寸下的粘度壓力(psia)粘度(cP)50033.55100033.63150033.31200034.49250035.70表面活性劑的性質(zhì)：表5顯示了在77華氏度的不同壓力下用劍橋粘度計測量的表面活性劑的粘度。表5:5的粘度：PDMS122華氏度時的粘度二氧化碳、表面活性劑1%氧化銅0.016 Cp2.28 Cp