Atomistic Simulation of Hydroxyethyl Cellulose (HEC) for Enhanced Oil recovery applications

Atomistic Simulation of Hydroxyethyl Cellulose (HEC) for Enhanced Oil recovery applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS_Thesis_Mohammed Bazaid_Library_corrected_comp2.pdf
Restricted to Repository staff only until 5 September 2022.

Download (3MB)

Arabic Abstract

تزامنا من زيادة استهلاك الطاقة عالميا، وتربع النفط في صدارة المواد المستخدمة لإنتاج الطاقة – يليه الغاز والفحم- كان لزاما على الدول المنتجة للنفط ابتكار طرق وأساليب جديدة لاستخراج النفط المتبقي في البئر والذي لا يمكن استخراجه بالطرق التقليدية. إحدى الطرق لفعل ذلك هي استخدام مواد بوليمر وخلطها مع الماء لزيادة كثافته ثم ضخه في البئر. HPAM يعتبر حاليا البوليمر الأكثر استخداما لاستخراج النفط بالطريقة سالفة الذكر، لكن مشكلة HPAM هي حساسيته الشديدة في البيئة عالية الملوحة، وهو حال أكثر الآبار الموجودة في الخليج العربي. . في هذه الرسالة نقدم بديلا لـ HPAM وهو مركب هيدروكسي إيثايل سيلليلوز HEC وهو مركب لا أيوني، وكونه لا أيوني يعني عدم تأثره بالأملاح والأيونات في البيئة المحيطة به. لكن هناك عيب في هذا المركب وهو قدرته المنخفضة نسبيا على زيادة لزوجة الماء مقارنة بـ HPAM. الحل الذي نعرضه لهذه المشكلة هو إضافة مجموعة كيميائية لا تختلط بالماء Hydrophobic group لجعل المركب أكثر تمددا عند خلطه بالماء، وهو ما سيزيد اللزوجة. استخدمنا طريقة محاكاة الحركة الجزيئية Molecular Dynamics Simulation لنستكشف أداء هذا المركب إذا وضع في بيئات مختلفة، وهل هذا الأداء مناسب لاستخدام المركب في بيئة أبار النفط عالية الملوحة. نتائج المحاكاة الجزيئية تظهر تأييدا لاستخدام HEC في بيئة عالية الملوحة. لكن في وجود أكثر من سلسلة من هذا المركب في نفس المكان تظهر النتائج ميله للتجمع وتكوين الروابط بين سلاسل المركب نفسه، وهو سلوك يضعف زيادة اللزوجة للماء بشكل كبير. نتائج المحاكاة لأداء المركب لتقليل التوتر السطحي بين الماء والنفط يظهر أن التوتر لا يتأثر بهذا المركب، وهو ما يستلزم استخدام مادة كيميائية تسمى Surfactant مع HEC لتقليل هذا التوتر بين الماء والنفط. نتائج محاكاة الأداء لـHEC في وجود Surfactant في نفس المكان تظهر ميل HEC أكثر للتجمع بين سلاسل المركب في بيئات الملوحة المختلفة.

English Abstract

The increasing global energy consumption along with the oil being the main source of energy worldwide emphasizes the need to develop better techniques in oil extraction. One of the most efficient technique is the chemical enhanced oil recovery (cEOR) that based on water-flooding with specific additives such as polymers and surfactants. Partially hydrolyzed polyacrylamide polymer (HPAM) is the most widely used polymer in the cEOR formulations. However, HPAM sensitivity to a high salinity brines limits its applicability in most oil fields. Herein, we study HEC, a non-ionic alternative to HPAM for cEOR application, and because of its non-ionic nature that is more salinity tolerant, and being environmentally friendly, are the most attractive features. We employed Molecular Dynamics Simulation (MD) to examine Cellulose, HEC and the Hydrophobic modification of HEC (HMHEC) it terms of back-bone chain dynamic, aggregation, interfacial properties, and the interaction with the surfactant. These simulations were done at three different conditions, which are relevant for cEOR activities; freshwater, seawater and reservoir connate water. The latter was investigated at 373K to mimic the reservoir harsh conditions. Most of the examined polymers do not show significant dynamics at the backbone level, and support that the biopolymers are somehow have rigid backbone chain. However, a significantly different aggregation behavior was observed for some systems at reservoir conditions. In one-hand, HEC appears to aggregate even at 1wt% with the HMHEC shows a significant aggregation tendency. In the other hand, Cellulose does have the minimum aggregation tendency. Concerning the ion interactions with the biopolymers, we found that these polymers do not show any interactions with cations in the examined brines. As regard the interfacial properties of the biopolymers, they do not show a significant modification of the IFT of oil-water system

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Physics
Petroleum
Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: al-sayoud, abduljabar
Committee Members: sultan, Abdullah and Falath, Wail and Alsarkhi, Abdelsalam
Depositing User: MOHAMMED BAZAID (g201162670)
Date Deposited: 07 Sep 2021 08:19
Last Modified: 07 Sep 2021 08:19
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141959