• شماره ركورد
    33206
  • پديد آورنده

    حميد محمدسليماني

  • عنوان
    امكانسنجي آزمايشگاهي استفاده از نانوسيال مبتني بر نانورس جهت بهبود فرايند ازدياد برداشت نفت
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي
  • سال تحصيل
    1397
  • تاريخ دفاع
    1403/11/30
  • استاد راهنما
    دكتر محمدتقي صادقي
  • استاد مشاور
    -
  • دانشكده
    مهندسي شيمي
  • چكيده
    با توجه به محدود بودن مخازن نفتي و روند كاهشي اكتشاف منابع نفتي دنيا، نحوه بهره‌برداري از مخازن نفت براي به دست آوردن بيشترين ميزان توليد، از جمله مهم‌ترين مسائلي است كه امروزه در صنعت نفت مورد توجه قرار گرفته است. ميزان ذخاير نفتي سهل الوصول رو به كاهش بوده و از طرفي تقاضا براي نفت زياد است و بنابراين، به روش‌هاي پيچيده‌تري براي بهبود تكنيك‌ها و فرايندهايي كه منجر به ازدياد برداشت مي‌شوند، مورد نياز است كه تحت عنوان روشهاي ازدياد برداشت شناخته ميشوند. در يك تقسيمبندي كلي، ازدياد برداشت شامل فرايندهاي شيميايي، حرارتي، تزريق انواع گازهاي امتزاجي و غيرامتزاجي مبتني بر سيالات آب، گاز و توزيع حرارت در مخزن ميشود. هر يك از روشها به نوبه خود با چالشها و محاسني مواجه هستند. در سالهاي اخير رويكرد استفاده از انواع نانوذرات به عنوان عوامل كمكي روشهاي ازدياد برداشت بالاخص روشهاي شيميايي در راستاي مرتفعسازي چالشها و مشكلات روشهاي يادشده توجه زيادي را به خود جلب نموده است. از همين‌رو تمركز اين رساله بر روي روش ازدياد برداشت شيميايي همياري نانورس در تزريق سورفكتانت است. يكي از انواع نانوذرات با خواص منحصر به‌فرد كه كمتر در مطالعات ازدياد برداشت از آن استفاده شده، نانورس (مونت‌موريلونيت) است. جهت بررسي تاثير نانورس به همراه سورفكتانت بر روي ازدياد برداشت نفت، از شش مغزه (جهت سناريوهاي آزمايشات سيلابزني و محفظه آموت) و تعدادي مقطع نازك (جهت اندازه‌گيري زاويه تماس و آناليز XRD و SEM) يكي از مخازن جنوب غربي ايران كه از نوع كربناته و نفت دوست ميباشند استفاده گرديد. جهت شبيهسازي هر چه بيشتر شرايط مخزني، از آب سازندي و نفت (به ميزان مورد نياز در آزمايشات) همان مخزن بهره گرفته شد. از طرفي مواد مصرفي كه به‌عنوان سيالات ازدياد برداشت استفاده شد شامل نانورس (درصدهاي وزني 0.1، 0.25، 0.5 و 1) و 0.5 درصد وزني سورفكتانت‌هاي CTAB و SDS ميباشد. آزمايشات جامعي جهت ارزيابي فرايند همياري نانورس در تزريق سورفكتانت طراحي شد. اين آزمايشات شامل اندازهگيري پايداري نانورس به كمك آناليز پتانسيل زتا و DLS، اندازه‌گيري شاخص تورم رس، اندازهگيري كشش بين سطحي (IFT)، اندازهگيري زاويه تماس، آزمايش‌هاي محفظه آموت‌ و سيلابزني مغزه هستند. مهمترين چالش در ارزيابي اين فرايند، پايداري سوسپانسيون نانورس بود كه اين مساله با بكارگيري دو نوع سورفكتانت (سورفكتانت كاتيوني CTAB و آنيوني SDS) مختلف مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. نتايج تستهاي پايداري نشان داد كه سورفكتانت CTAB توانايي بالاتري در رفع ناپايداري نانورس دارد. از بين تستهاي بعملآمده بر روي نمونههاي مختلف، نانورس 1/0 درصد وزني در حضور 5/0 درصد وزني سورفكتانت CTAB پايداري زماني قابل قبولي در زمان بيش از 24 ساعت داشته است كه اين گفته را آناليز DLS و آزمايشات اندازهگيري پتانسيل زتا نيز اثبات نمودند. با توجه به آناليز DLS و شاخص PDI بهترين (3.92) مقدار مربوط به حالتي است كه از CTAB به عنوان پايداركننده نانورس استفاده ميشود. پتانسيل زتا (50+ ميليولت) نيز مويد ارجحيت CTAB نسبت به ساير پايداركنندههاي ميباشد. وجود بار مثبت در CTAB و توزيع بار منفي در سطح نانورس منجر به تبادل يوني بين اين دو، و در نتيجه عدم كلوخه شدن نانورس در سوسپانسيون ميگردد. بعد از انتخاب پايدارترين تركيب (تركيب شامل 1/0 درصد وزني نانورس و 5/0 درصد وزني CTAB)، ساير تستها طراحي گرديد. اندازهگيري IFT به روش قطره آويزان، نشان داد كه نانورس باعث كاهش IFT تقريبا به ميزان dyne/cm 5 شده است (كشش بين سطحي از dyne/cm 24.99 در تركيب اوليه آب سازندي-نفت به dyne/cm 20 در تركيب نانورس-نفت كاهش يافت) چرا كه تجمع ذرات پراكنده نانورس بر روي فصل مشترك بين آب و نفت منجر به كاهش IFT ميشود. در حالتي كه از CTAB استفاده شد بيشترين ميزان كاهش IFT در زمانهاي اوليه برهمكنش بين نانوسيال مبتني بر نانورس (منظور، تركيب شامل 1/0 درصد وزني نانورس و 5/0 درصد وزني CTAB) و نفت مشاهده گرديد كه IFT به dyne/cm 0.157 كاهش يافت و اين هم مربوط به پايداري بيشتر اين تركيب در زمانهاي اوليه برهمكنش ميباشد. در مرحله بعد به‌منظور ارزيابي احتمالي نقش نانورس در تغيير ترشوندگي، مجموعه آزمايشات اندازهگيري زاويه تماس با استفاده از مدل يانگ طراحي و نتايج نشان داد كه CTAB بيشترين تاثير را در تغيير ترشوندگي داشته است (تغيير زاويه تماس از مقدار اوليه 135 درجه به 69 درجه) و باعث آبدوست شدن سطح مغزه مورد آزمايش ميشود درحاليكه در نمونههاي حاوي نانورس تقريبا زاويه تماس بدون تغيير (تغيير زاويه تماس از 135 درجه به 125) و در نتيجه سطح مغزه نفتدوست باقي ميماند. ويژگيهاي آبدوستي CTAB و تمايل اين سورفكتانت به تشكيل جفت يوني با اسيدهاي چرب موجود در تركيب نفت باعث جدايش اين تركيبات از روي سطح مغزه كلسيتي با بار مثبت ميشود و موجبات آبدوستي مغزه را فراهم ميآورد. اما افزودن نانورس در كنار CTAB (منظور، نمونه نانوسيال مبتني بر نانورس) منجر به جلوگيري از ايفاي نقش تغيير ترشوندگي CTAB شده چرا كه در اين نمونه، CTAB به دليل برهمكنش با ذرات نانورس پراكنده در سوسپانسيون، باعث پايداري نانورس شده و كمتر به سطح تماس مغزه و نفت نفوذ ميكند، لذا در اين نمونه تغيير ترشوندگي را شاهد نيستيم. با توجه به نتايج تستهاي يادشده، در اين رساله، CTAB داراي نقش پايداركننده نانورس و عامل اصلي ازدياد برداشت است. جهت ارزيابي ضريب برداشت در فرايند همياري نانورس در تزريق سورفكتانت، آزمايشات محفظه آموت و سيلابزني طراحي گرديد. نتايج حاصل از آزمايش محفظه آموت‌ (تست جابجايي استاتيك) جهت تعيين نقش مكانيسمهاي تغيير ترشوندگي و كاهش IFT نشان داد كه بيشترين ميزان ضريب برداشت نفت از مغزه به ترتيب در مورد CTAB (23.93 درصد)، نانوسيال تركيبي (19.53 درصد) و نانورس (15.09 درصد) است. دليل بيشتر بودن ضريب برداشت CTAB نسبت تاثيرگذاري مكانيسم تغيير ترشوندگي در كنار مكانيسم كاهش IFT (دو مورد ديگر تنها از مكانيسم كاهش IFT جهت تخليه نفت بهره ميبرند) است. در حالت ديناميك، با بررسي آزمايش سيلابزني در سه حالت نانوسيال تركيبي (تقريبا 5/3 ساعت)، نانورس و آب مقطر (تقريبا 5/2 ساعت) و ثبت منحني ضريب برداشت بر حسب زمان، مشاهده شد كه ميزان توليد نهايي براي نانوسيال تركيبي تقريبا 79 درصد، آب مقطر تقريبا 61 درصد و نانورس تقريبا 5/54 درصد نفت درجا است. در ميان مكانيسمهاي فعال در سيلابزني، مكانيسم مكانيسم كاهش IFT و تغيير ترشوندگي تنها در نمونه نانوسيال تركيبي، مكانيسمهاي مسدودسازي حفرات و فشار جدايشي در دو مورد نانوسيال تركيبي و نانورس روي ميدهد. مكانيسم مسدودسازي حفرات در مورد نانوسيال تركيبي قويتر از نانورس است، اما مكانيسم فشار جدايشي در حالتي كه از نانورس استفاده ميشود در مقايسه با حالت نانوسيال تركيبي، قويتر است. در نهايت با توجه به غلظتهاي انتخابي مواد و آزمايشات انجامشده، و همچنين محاسبات اقتصادي كه نشاندهنده خلق ارزش افزوده به ميزان 135.105 ريال در واحد زمان و حجم فضاي متخلخل مغزه است، سيال بهينه پيشنهادي اين مطالعه جهت ازدياد برداشت نفت، سوسپانسيون شامل 1/0 درصد وزني نانورس به همراه 5/0 درصد وزني سورفكتانت كاتيوني CTAB است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1403/12/25
  • عنوان به انگليسي
    Experimental Feasibility of Using Nanoclay-Based Nanofluid to Improve The Enhanced Oil Recovery Process
  • تاريخ بهره برداري
    2/18/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    حميد محمدسليماني

  • چكيده به لاتين
    With respect to the limited oil reservoirs and the declining trend of oil exploration in the world, how to exploit oil reservoirs to obtain the highest production rate is one of the most important issues that has been considered in the oil industry today. The amount of easy oil reserves is decreasing and on the other hand the demand for oil is high and therefore, more sophisticated methods are needed to improve the techniques and processes that lead to enhanced oil recovery (EOR). In a general classification, EOR includes chemical, thermal processes, injection of various miscible and immiscible gases based on water and gas as fluids, and heat distribution in the reservoir. Each methods faces its own challenges and advantages. In recent years, the approach of using various nanoparticles as helping agents in EOR methods, especially chemical methods, has attracted much attention in order to overcome the challenges and problems of the aforementioned method. Therefore, the focus of this thesis is on the nanoclay assisted surfactant injection method. One of the types of nanoparticles with unique properties that has been less frequently used in EOR studies is nanoclay (montmorillonite). To investigate the effect of nanoclay with surfactant on EOR, six cores (for flooding and Amut cell test) and a number of thin sections (for contact angle measurement, XRD and SEM analysis) from a carbonate and oil-wet reservoir in southwestern part of Iran were used. To simulate reservoir conditions as much as possible, formation water and oil (in the amount required in the experiments) from the same reservoir were used. On the other hand, the consumables used as recovery enhancement fluids include nanoclay (0.1, 0.25, 0.5, and 1 weight percentages) and 0.5 weight percentages of CTAB and SDS surfactants. Therefore, Comprehensive experiments were designed to eva‎luate the nanoclay co-injection process in surfactant injection. These tests include measuring the stability of nanoclay using zeta potential and DLS analysis, the clay swelling index, the interfacial tension (IFT), the contact angle, static displacement with Ammott cell and core flooding. The most important challenge in eva‎luating this process was the stability of the nanoclay suspension, which was analyzed with using two different surfactants (cationic CTAB and anionic SDS surfactants). The results of stability tests showed that CTAB has a higher ability to stabilize nanoclay. Among the tests performed on different samples, 0.1 wt% nanoclay in the presence of 0.5 wt% CTAB had an acceptable stability for more than 24 hours, which was also confirmed by DLS analysis and zeta potential measurement experiments. According to DLS analysis and PDI index, the best value (3.92) is related to the case where CTAB is used as a nanoclay stabilizer. The zeta potential (50+ mV) also confirms the superiority of CTAB over other stabilizers. The presence of a positive charge in CTAB and the distribution of negative charges on the surface of nanoclay lead to ion exchange between the two, and as a result, the nanoclay does not clump in the suspension. After selecting the most stable sample (0.1 wt% nanoclay and 0.5 wt% CTAB), other tests were designed. IFT measurement by pendant drop method showed that nanoclay reduced IFT by approximately 5 dyne/cm (IFT decreased from 24.99 dyne/cm in the initial water-oil mixture to 20 dyne/cm in the nanoclay-oil mixture) because the accumulation of dispersed nanoclay particles on the water-oil interface leads to a decrease in IFT. In the case where CTAB was used, the highest IFT reduction was observed at the initial interaction times between the nanoclay-based nanofluid (0.1 wt% nanoclay and 0.5 wt% CTAB) and oil, where the IFT decreased to 0.157 dyne/cm, which is related to the greater stability of this composition at the initial interaction times. In the next step, in order to eva‎luate the possible role of nanoclay in changing wettability, a series of contact angle measurement experiments were designed using the Young model and the results showed that CTAB had the greatest effect on changing wettability (changing the contact angle from the initial value of 135 degrees to 69 degrees) and made the tested core surface hydrophilic, while in samples containing nanoclay, the contact angle remained almost unchanged (changing the contact angle from 135 degrees to 125), and as a result, the core surface remained oleophilic. The hydrophilic properties of CTAB and the tendency of this surfactant to form ion pairs with fatty acids present in the oil composition cause the detachment of these compounds from the surface of the positively charged calcite core and provide hydrophilicity of the core. However, adding nanoclay along with CTAB (i.e., nanoclay-based nanofluid sample) prevented CTAB from playing the role of changing wettability because in this sample, CTAB, due to its interaction with nanoclay particles dispersed in the suspension, stabilized the nanoclay and penetrated less into the interface area of the core and oil, so we did not see any change in wettability in this sample. According to the results of the aforementioned tests, in this thesis, CTAB has a stabilizing role for nanoclay and the main agent in increasing recovery. To eva‎luate the recovery factor in the process of nanoclay assistance in surfactant injection, Amut cell and flooding tests were designed. The results of the Amut cell (static displacement test) to determine the role of wettability change and IFT reduction mechanisms showed that the highest oil recovery factor from the core was in the case of CTAB (23.93%), the mixed nanofluid (19.53%), and the nanoclay (15.09%), respectively. The reason for the higher recovery factor in the case of CTAB is the effectiveness of the wettability alteartion in addition to the IFT reduction mechanism (the other two cases only use the IFT reduction mechanism to produce oil). In the dynamic mode, by testing the flooding experiment in three cases of mixed nanofluid (approximately 3.5 hours), nanoclay and distilled water (approximately 2.5 hours) and recording the recovery factor curve over time, it was observed that the final recovery facor for the mixed nanofluid is approximately 79%, distilled water is 61% and nanoclay is 54.5% of oil in place of the cores. Among the active mechanisms in the flooding, the IFT reduction and wettability alteration occurs only in the case of the mixed nanofluid, the mechanisms of pore blocking and disjoinig pressure occur in the two cases of mixed nanofluid and nanoclay. On the other hand, pore blocking mechanism is stronger in the case of the mixed nanofluid than the nanoclay, but the disjoinig pressure mechanism is stronger in the case of the mixed nanofluid. Finally, considering the selected concentrations of materials and the experiments performed, as well as economic eva‎luation that indicate the creation of added value of 135,105 Rials per unit of time and pore volume of the core, the optimal fluid proposed in this study for increasing oil recovery is a suspension containing 0.1% wt of nanoclay along with 0.5% wt of the cationic surfactant CTAB.
  • كليدواژه هاي فارسي
    ترشوندگي , نانورس , مونت موريلونيت , كشش بين سطحي , مكانيسم هاي جرياني , سورفكتانت
  • كليدواژه هاي لاتين
    Nano clay , Wettability alteration , Flow mechanism , Montmorillonite , IFT , Surfactant
  • Author
    Hamid mohammad soleimani
  • SuperVisor
    Mohammad taghi sadeghi