Stability and Texture of CO2/N2 Foam in Sandstone. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF StabilityAndTextureOfCO2N2FoaminSandstone.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

تتكون الرغوة عندما يتم حقن الغاز و مزيلات التوتر السطحي في الوسط المسامي مما يمّكن من تجاوز المشاكل المتعلقة بحقن الغاز في تقنيات تعزيز الزيت المستخلص مثل التصبع اللزج، تجاوز تحكم الجاذبية و الحركية العالية للغاز. بسبب هذه المشاكلتقل كفاءة الاستخلاص من المكمن والتي يمكن تجاوزها عن طريق الرغوة. الرغوة هي عبارة عن انتشار الغاز في طور سائل. من أكثر الغازات استخداما في التقنيات الرغوية لتعزيز النفط المستخلص غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) و النيتروجين (N2). تم دراسة و مقارنة الرغوات المكونة بهذين الغازين على نطاق واسع. من المشاكل الشائعة عند استخدام رغوة مكونة من ثاني أكسيد الكربون أنها تصبح أضعف عند ظروف أعلى من الظروف فوق الحرجة لثاني أكسيد الكربون عند ضغط 1100 psi ودرجة حرارة 31o مئوية. عند نفس ظروف الضغط العالي و درجة الحرارة يكون غاز النيتروجين رغوات أقوى من التي يشكلها ثاني أكسيد الكربون. بسبب ضعف رغوات ثاني أكسيد الكربون عند ظروف أعلى من الضغط و درجة الحرارة الفوق حرجة لا يتم تقليل حركية الغاز مما يؤدي إلى ضعف كفاءة الإزاحة. أوضحت القليل من الدراسات مقدرات الرغوات المكونة عن طريق مزج ثاني أكسيد الكربون و النيتروجين في الوسط الكلي. مع ذلك، لم يتم دراسة الاستقرار و البنية التركيبية للرغوة المكونة من خليط ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين في الوسط المسامي. في هذه الدراسة، أجريت تجارب الحقن الرغوي المستقرة الخالية من الزيت على عينات اسطوانية من الصخور الرملية عند ظروف أعلى من الظروف فوق الحرجة لثاني أكسيد الكربون باستخدام ثلاثة أنواع مختلفة من مزيلات التوتر السطحيfluorosurfactant FS-51،alpha-olefin-sulfonate (AOS) وwitcolate. تم دراسة تأثير إضافة نسب مختلفة من النيتروجين على الرغوة المكونة من ثاني أكسيد الكربون و مزيل التوتر السطحي. تم حقن الموائع الثلاثة مزيل التوتر السطحي، ثاني أكسيد الكربون و النيتروجين وتم رصد تغير الضغط عبر العينة الاسطوانية كما تم التقاط صور للرغوة من خلال وحدة شفافة وتم تحليل الصور عن طريق برنامج ImageJ. أجريت تجارب التوتر السطحي عند نفس ظروف الضغط ودرجة الحرارة التي أجريت عندها تجارب الحقن الرغوي. لتحديد تركيز المذيلات الحرج (CMC) لمزيلات التوتر السطحي. تم حقن مزيلات التوتر السطحي عندتركيز السيرفاكتانت الحرج(CMC) خلال تجارب الحقن الرغوي. أوضحت نتائج الحقن الرغوي تحسنا في قوة الرغوة عند إضافة النيتروجين إلى ثاني أكسيد الكربون عند ظروف أعلى من الظروف فوق الحرجة. برهنت زيادة تغير الضغط المستقر عبر العينة الاسطوانية على تحسن قوة الرغوة. تحليل الصور الملتقطة للرغوة أيضا أعطى دليلا على زيادة قوة الرغوة عن طريق زيادة استدارة فقاعات الرغوة عند إضافة النيتروجين. تهدف هذه الدراسة لتقديم حل لمشكلة ضعف الرغوة المكونة من ثاني أكسيد الكربون و مزيلات التوتر السطحي. مع ازدياد عدد مشروعات تعزيز النفط المستخلص عن طريق ثاني أكسيد الكربون حول العالم على الرغم من الحاجة لحجز ثاني أكسيد الكربون، نتائج هذه الدراسة تقدم طريقة آمنة و فعالة لتحسين الرغوة المكونة من ثاني أكسيد الكربون عند ظروف ضغط و درجة حرارة عالية للمكمن و التي يمكن أن تطور إمكانية تقنيات تعزيز النفط المستخلص عن طريق الرغوة المكونة من ثاني أكسيد الكربون كما تساعد في حفظ أكبر كمية ممكنة من ثاني أكسيد الكربون تحت الأرض.

English Abstract

Foam formed when gas and surfactant are injected in porous media can overcome problems associated with gas injection enhanced oil recovery (EOR) techniques like viscous fingering, gravity override and high gas mobility. The reduced recovery efficiency of the reservoir due to these problems can be overcome by means of foam. Foam is a dispersion of gas in liquid phase. Gases most commonly used in foam EOR techniques are CO2 and N2. Foams with these two gases have been extensively studied and compared. A common problem with CO2-foam is that it becomes weaker above supercritical conditions of CO2 of 1100 psi and 31oC. At same high pressure and temperature conditions N2 forms stronger foam than CO2. Due to weakening of CO2-foam above supercritical pressure and temperature of CO2, gas mobility is not effectively reduced which leads to poor sweep efficiencies. Few studies have shown potential of mixed CO2/N2-foam in bulk media. However, foam stability and texture of mixed CO2/N2-foam have not been yet investigated in porous media. In this study, oil-free steady-state foam flooding experiments were performed in a sandstone core above the supercritical conditions of CO2 using three different surfactants-fluorosurfactant FS-51, alpha-olefin-sulfonate (AOS) and witcolate. Effect of addition of N2 to sc-CO2-foam in different proportions was studied with the three different surfactants. Co-injection of all three fluids – surfactant, CO2 and N2 was performed and pressure drop (ΔP) data across the core was recorded and foam images were captured through a visual cell and analyzed using ‘ImageJ’ image analysis software. Interfacial tension experiments were also performed at same pressure and temperature conditions as foam-flooding experiments to determine the critical micelle concentration (CMC) of the three surfactants. The surfactants were injected at their CMC’s during foam-flooding experiments. Results from the foam-flooding experiments showed improvement in foam strength as N2 is added to CO2 above its supercritical conditions. The improvement in foam strength was evident by increase in steady-state pressure drop (ΔP) across the core. Analysis of captured foam images also provided evidence of increasing foam strength as the circularity of foam bubbles was significantly enhanced with addition of N2. This study aims to provide a solution to the problem of weakening of sc-CO2-foam. With the increasing number of CO2-EOR projects around the world in lieu with the need of CO2 sequestration, the results from this study provide a safe and effective method to improve CO2-foam at high pressure and temperature reservoir conditions which could develop CO2-foam EOR potential and help in keeping as much as CO2 below the ground.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research > Petroleum Petroleum Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Gajbhiye, Rahul N.
Committee Members:	Abu-Khamsin, Sidqi A. and Al-Sultan, Abdullah S.
Depositing User:	MOHAMMED A SIDDIQUE (g200994030)
Date Deposited:	29 Jun 2016 12:13
Last Modified:	01 Nov 2019 16:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139989