Application of nanoparticles to enhance multiphase flow in reservoir rocks

Abstract

Resumo: A depleção natural e a diminuição da taxa de recuperação nas instalações de extração de hidrocarbonetos acarretam na utilização de técnicas avançadas de recuperação, em inglês Enhanced Oil Recovery (EOR), para o aumento do fator de recuperação do reservatório. Neste estudo foi avaliada a ação de nanopartículas de sílica (SiN) em solução, na etapa EOR, utilizando a microtomografia de raio X (µCT) para avaliar o arranjo de óleo/fase aquosa, na escala de poro. As NP de 30, 60 e 100 nm de diâmetro foram sintetizadas pelo método de Stöber modificado e caracterizadas por análises de Dynamic light scattering (DLS), potencial zeta, Scanning Electron Microscopy (SEM). Com a análise das imagens obtidas na µCT foi observado que as SiN-30 e SiN-60 tiveram pouco efeito quando comparadas com a SIN-100, a qual apresentou uma ação substancial na mobilização e na remoção de óleo mesmo em baixas concentrações, aumentando a recuperação de 44 para 56% do volume inicial de óleo. Experiências adicionais aumentando a concentração de SiN-100 nm mostraram que para este sistema, a nanopartícula de sílica óptima permanece a uma baixa concentração de 0,05 wt%.

Abstract: The natural depletion and the reduction of the recovery rate in the hydrocarbon extraction facilities lead to the use of advanced recovery techniques, known as Enhanced Oil Recovery (EOR), to increase the reservoir Recovery Factor. In this study, the action of silica nanoparticles (SiN) solution was evaluated in the EOR phase, using X-ray microtomography (µCT) to evaluate the oil/aqueous phases arrangement in the pore scale. The SiN of 30, 60, and 100 nm in diameter were synthesized by the modified Stöber method and characterized by Dynamic light scattering (DLS), Zeta potential, and Scanning Electron Microscopy (SEM). From the image analysis obtained from the µCT images, it was observed that the SiN -30 and SiN -60 had a slight effect on the oil recovery in comparison to SiN -100 which presented a substantial action in the mobilization and removal of oil, even at low concentrations, increasing the recovery from 44 to 56% of the initial volume of oil. Additional experiments increasing the concentration of SiN-100 nm showed that for this system, the optimal silica nanoparticle remains at a low concentration of 0.05 wt%.