Mechanism and influence of wettability alteration using Gemini surfactants in carbonate EOR. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Mechanism and influence of wettability alteration using Gemini surfactants in carbonate EOR_PhD Thesis_DENG Xiao.pdf Restricted to Repository staff only until 18 March 2024. Download (10MB)

Arabic Abstract

نصف احتياطيات النفط المؤكدة في العالم موجودة في تكوينات كربونية. ومع ذلك ، فإن تكوينات الكربونات تكون في الغالب زيتية رطبة ومكسرة بشكل طبيعي. تبقى كمية كبيرة من النفط في القالب الصخري بعد الاسترداد الثانوي ، مما يحد بشكل كبير من الإمكانات الاقتصادية. هناك مواد مختلفة يمكن أن تغير قابلية ترطيب الصخور ، مما يحسن استخراج النفط. يعتبر تغيير قابلية البلل وتقليل IFT على نطاق واسع من أهم الآليات في الاستخلاص المعزز للنفط (EOR). تم العثور على المواد الخافضة للتوتر السطحي ، المطبقة مبدئيًا لغرض تقليل IFT ، للحث على تغيير قابلية البلل. يعتمد الأداء على هياكلها الجزيئية وتراكيب سوائل التكوين. من بين جميع المواد الخافضة للتوتر السطحي ، تمتلك المواد الخافضة للتوتر السطحي بشكل عام أقوى أداء لتغيير قابلية التبلل في الصخور الزيتية الرطبة. تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء ، باعتبارها نوعًا جديدًا من المواد الخافضة للتوتر السطحي ، على تقليل IFT بكفاءة أكبر بكثير من المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية. من خلال الجمع بين المزايا ، فإن المواد الخافضة للتوتر السطحي للجوز الكاتيوني هي مواد محتملة لتحقيق الأداء الأمثل في كل من تغيير قابلية البلل وتقليل IFT ، مما يعني نتائج مواتية للاستخراج المعزز للنفط. تركز هذه الدراسة على 14 مادة خافضة للتوتر السطحي تم تصنيعها محليًا من الجوزاء. تمت دراسة أداء تعديل قابلية البلل للمواد الخافضة للتوتر السطحي المدروسة والعوامل المؤثرة ، والتي تعكس أداء تغيير قابلية البلل للمواد الخافضة للتوتر السطحي المدروسة ، والعلاقة بين التركيب الجزيئي للفاعل بالسطح والأداء. تمت أيضًا دراسة بعض المواد الكيميائية الأخرى ، بما في ذلك خمسة عوامل مخلبية ، وخافض للتوتر السطحي zwitterionic ، فيما يتعلق بأداء تغيير قابليتها للبلل في المياه منزوعة الأيونات ، ومياه البحر الاصطناعية ، ومحاليل مياه البحر الاصطناعية المخففة. من المواد المدروسة ، تم اختيار أربعة خافضات سطحي للجيميني ، وخافض التوتر السطحي zwitterionic ، وعامل مخلب DTPA لاختبارات التشرب العفوي ، مما يعكس الأهمية النسبية لتقليل التوتر البيني (IFT) وتعديل قابلية البلل في استعادة زيت التشرب. تفاوت أداء تغيير قابلية البلل لخافض التوتر السطحي الكاتيوني الـ 14 بشكل كبير من ضعيف إلى قوي. كان أداء المواد الخافضة للتوتر السطحي مع مجموعة فينيل واحدة في المباعد أفضل أداء في تغيير الصخور الزيتية الرطبة إلى ظروف الماء الرطب. عدم التشبع في الفاصل والملوحة في المحلول لهما تأثير سلبي قوي. أظهرت الميزات الأخرى ، بما في ذلك طول المباعد وعدد الأيونات ، تأثيرات أقل أهمية. مع إضافة العامل المخلب إلى محاليل الخافض للتوتر السطحي الجوزاء ، تم تحسين تحمل الملوحة وأداء تغيير قابلية البلل بشكل كبير. تشير نتائج التشرب العفوي إلى أنه بالنسبة لصخور الكربونات الزيتية الرطبة عند حدوث تغيير في قابلية البلل ، يمكن أن يؤدي كل من تعزيز تغيير قابلية البلل وتخفيف تقليل IFT إلى زيادة وتسريع استرداد الزيت. على الرغم من أن النفاذية كان لها تأثير كبير على عملية التشرب ، إلا أنها كانت أكثر إيجابية عندما أصبح تقليل IFT القوة الدافعة الرئيسية.

English Abstract

Half of the world proved oil reserves are in carbonate formations. However, carbonate formations are mostly oil-wet and naturally fractured. A large amount of oil remains in the rock matrix after secondary recovery, substantially limiting the economic potential. There are different materials that can alter rock wettability, improving the oil recovery. Wettability alteration and IFT reduction are widely considered two of the most important mechanisms in enhanced oil recovery (EOR). Surfactants, applied initially for IFT reduction purpose, are found to induce wettability alteration. The performance depends on their molecular structures, and the formation fluids compositions. Among all surfactants, cationic surfactants generally have the strongest and irreversible wettability alteration performance in oil-wet carbonate rock. Gemini surfactants, as a novel type of surfactant, reduce IFT much more efficiently than conventional surfactants. Combining the advantages, cationic gemini surfactants are potential materials for the optimal performance in both wettability alteration and IFT reduction, implying favorable EOR outcomings. This study focuses on 14 locally synthesized cationic gemini surfactants. The wettability alteration performance of studied surfactants and the influencing factors are studied, reflecting the wettability alteration performance of the studied surfactants, and the relationship between surfactant molecular structure and the performance. Some other chemicals, including five chelating agents, and a zwitterionic surfactant, were also studied regarding their wettability alteration performance in deionized water, synthetic seawater, and diluted synthetic seawater solutions. From the studied materials, four cationic gemini surfactants, the zwitterionic surfactant, and chelating agent DTPA were selected for spontaneous imbibition tests, reflecting the relative importance of interfacial tension (IFT) reduction and wettability alteration in the imbibition oil recovery. The 14 cationic gemini surfactants’ wettability alteration performance varied widely from weak to strong. Surfactants with one phenyl group in the spacer performed the best that changed oil-wet rock to water-wet conditions. Unsaturation in the spacer and salinity in the solution have a strong negative impact. Other features, including spacer length, and count-ion, showed less significant influences. With the addition of the chelating agent into gemini surfactant solutions, the salinity tolerance, and wettability alteration performance is significantly improved. Spontaneous imbibition results indicate that for oil-wet carbonate rock when wettability alteration happens, both enhancing wettability alteration, and alleviating IFT reduction, can increase and accelerate the oil recovery. Though permeability had a significant impact on imbibition process, it was more auspicious when IFT reduction became the main driving force.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Patil, Shirish
Committee Members:	Mahmoud, Mohamed and Abu-Khamsin, Sidqi and Mohanty, Kishore
Depositing User:	XIAO DENG (g201706030)
Date Deposited:	22 Mar 2023 12:11
Last Modified:	22 Mar 2023 12:11
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142358

Available Versions of this Item

• Mechanism and influence of wettability alteration using Gemini surfactants in carbonate EOR. (deposited UNSPECIFIED)
  • Mechanism and influence of wettability alteration using Gemini surfactants in carbonate EOR. (deposited 22 Mar 2023 12:11) [Currently Displayed]