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应用饱和纳米粒子注入气体提高稠油采收率

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应用 饱和 纳米 粒子 注入 气体 提高 稠油采 收率
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应用饱和纳米粒子注入气体提高稠油采收率 阿拉斯加费尔班克斯大学本文为 2009 年 度技术会议准备的,并为在美国路易斯安那州新奥尔良市,2009 年 10 月 4举行的 际学生论文竞赛展览演示, 。本文被 序委员会选定为准备的学生论文竞赛方案国际学生论文大赛前文件的内容没有由石油工程师学会的审查,并须经由作者(S)校正。材料不一定反映石油工程师学会的任何姿态,其管理人员或成员电子复制,分发或储存本文的任何部分没有石油工程师学会的书面同意是被禁止的。摘要:稠油是一个巨大的尚未开发的石油资源,是因为其高度的粘滞性使得它难以生产。目前,利用热采技术,聚合物驱,化学驱和气体混相驱使稠油油藏生产的挑战机遇。在这项工作中,三个不同的过程,即注气热,化学和互溶的优势已合并在一起产生一个新的粘度,稠油的过程。相比传统的 属纳米粒子用于导热增强超临界二氧化碳(“减少粘度注入剂(”时稠油的粘度迅速减少, 。溶于表面活性剂的 被添加到混合物中,以进一步加强粘度降低。因此金属纳米粒子的热性能,表面活性剂的化学性质和互溶 性能完全降低稠油的粘度。简介:如果它的 重低于 20 度,原油被认为是“稠” 。 稠油是非沥青质的,稠密的,以其沥青质的含量稠油化学特征,尽管在一个巨大的资源基地,稠油和天然沥青在 2000 年生产原油 25 亿桶(实表 70003 年 8 月) ,只有占约 3 亿万桶。目前,开发商针对稠油藏在化学和密度方面有更好的油品质量。每年生产的重油约 66%重超过 15°,但估计大约 50%的技术可采稠油是稠密的(小于 15°重,见图 1) 。图 1:稠油 力的作用下的年产量累计百分比(蓝色)和技术上可采资源量的累计百分比(棕色) (提供:实表 70003 年 8 月)在传统的生产,来自原油气体和水的相关储层的压力一般是足以造成轻质油流向生产井。然而,以维持开采价值的井的生产效率,稠油和超稠油生产几乎总是要求采取措施,以减少油的粘度,向储层引入能源。当过储层注入热蒸汽,原油粘度降低和通过驱替和部分蒸馏油油层压力增加。可能被不断注入蒸汽形成蒸汽驱,或者它可能被周期注射以用于交替注入和生产井。使用气体混相驱提高采收率是一种广泛使用的技术,并能增加石油产量超出使用传统的恢复方法。一般无论是在混相或非混相条件下注入气被注入油藏。混相注气,在一定油藏温度下气体和储层流体混溶,其中包括在我们今天最广泛使用的 程后的热采过程,它占着石油提高采收率生产的重大比重。 (实表 70003 年 8 月) 。目的:当前可满足稠油采收率的新型和创新的技术使重油生产面临的机遇挑战。这个项目是一种新的和创新的方法,对阿拉斯加北坡(油使用金属纳米粒子使粘度降低。属性,如二氧化碳的密度和粘度,降黏注入剂(,可流动和可流动油) ,饱和的纳米粒子二氧化碳(米流体) ,纳米 米流体) ,在 1200 2500 力变化范围和温度是恒定的(122 华氏度)下,可测定注入饱和的纳米粒子 油和注射饱和纳米 。研究的目的如下:1.通过使用纳米粒子的饱和二氧化碳和 少原油的粘度2. 使用纳米粒子的热性能强化稠油传热3. 利用表面活性剂(金属纳米粒子的密度和粘度的增强效应减少流度和粘性指进效果4. 油饱和的贝雷砂岩岩心的提高采收率研究,与使用饱和纳米流体 体的气驱岩心试验研究5. 在模拟器中比较使用二氧化碳和二氧化碳的纳米流体 重油的采收率金属纳米粒子的背景:纳米粒子是伟大的科学兴趣,因为它们是散装材料和原子或分子结构之间有效的的桥梁。散装材料应具有恒定的物理性质,化学性质,不论其大小,但在纳米尺度,这是往往并非如此。 “当它们的大小接近纳米级,并且当在材料表面的原子的百分比变得显著,材料性质改变, 。纳米粒子表现出相对于散装材料的特殊属性。例如,散装的弯曲铜(丝,织带,等)发生在约 50 纳米尺度铜原子/团簇运动。铜纳米粒子小于被认为是 50 纳米超硬材料,表现出不相同的可塑性和延展性,大量铜纳米粒子有非常高的表面积体积比。这提供了一个巨大的动力,特别是在高温下扩散。在较低温度下可以采取烧结的地方,比较大的颗粒过短的时间尺度。这在理论上不影响最终产品的密度,虽然流动困难和纳米粒子的凝聚倾向,往往创造一些问题。但超声可以在一定程度上解决这个问题。图 2 显示扫描,电子显微镜(“纳米技术”上的纳米氧化铜的形象。纳米氧化铜粒子的扫描电镜图像 (单位: 纳米)经添加纳米粒子的基液(常规液体)的性能,如密度,粘度,热电导率和热增加(张等,2005 年 11 月) 。这些基液的性能的增加在高温的传递是期望的。表面活性剂的背景:表面活性剂降低在液 - 气界面吸附液体的表面张力。聚二甲基硅氧烷(最广泛使用的硅为基础的有机聚合物,特别是其不寻常的流变(或流量)的性能。图 3 显示了 子聚合物的交联。交联聚合物提供了不同寻常的流变性能,像高粘度 100,000 法埃莎材料安全数据表) 。 是大多数化学品的化学惰性。它在 溶,也有增加 粘度的能力。有 密度,139000 的分子量和 100000 粘度。图 3:聚二甲基硅氧烷(单位:德 001 年)实验工作:和纳米流体性质的测定:二氧化碳,表面活性剂的性质:聚二甲基硅氧烷(计算 可流动的和可流动油)稠油。各个实验在随后的章节中详述的进行,以确定所需的属性如 1 所示表 1:测试材料所需的属性密度,粘度二氧化碳降粘剂聚二甲基硅氧烷油粘实验: 一旦进行上述所有实验,就要知道所有所需的属性。米流体和 所述的组成计算准备。一旦制定了模型,使用准备的米流体进行降粘实验使 油的粘度减少。纳米流体的组成:纳米流体的不同组分由的金属纳米粒子的数量决定。重量成分密度的基础上一部分作为试验材料也进行了 算。最终组分如下:表 2:纳米流体的组成组分描述 米氧化铜 纯度 97%金属纳米粒 子 基液 桥粘度计(图 4)用于测试粘度测量,安东帕密度计(图 5)流体的用于密度测量。图 4:剑桥 40 粘度计(附件:40 粘度计说明书)图 5:安东帕 512p 显像密度计(附件:明书)粘度测量:剑桥 40 粘度计用于测试液体的粘度测量。这个粘度的设计能够承受高达 10,000 压力和高温度高达 300 华氏度。两个移动电磁线圈(图6)的活塞并提出在一个恒定的速度。活塞的双向行车时间是用来测量周围液体的绝对粘度。 “内置的温度检测器(感官测量采样室的实际温度。流体流经¼径, (D)到测量室的油管。低流量或静态条件下测量流体粘度。系统测量粘度,温度和温度补偿粘度。图 6:桥 40 粘度计的横断面(来源:度计使用说明书)。用阿拉斯加北坡(油做的降粘实验。实验装置(图 7)在粘度计压力和温度控制阈内,在压力规定值 1 0,000 度降下 2 个。图 7:粘度测量设置示意图阿拉斯加北坡(可流动的/可流动的油样的粘度测量:用阿拉斯加北坡(可流动/可流动的稠油做降粘实验。实验装置(图7)在粘度计压力和温度控制阈内,在压力规定值 10,000 度由降下 2 个。降低粘度的测定过程:1.其中已经有表面活性剂(纳米氧化铜权衡根据组成的储能器 1(图7)中注入 . 在与表面活性剂混合之前纳米氧化铜受到 30 分钟的超声波,是因为超声波可以实现原始大小的氧化铜纳米粒子即纳米粒子团聚的 23米在尺寸较大时不受干扰。能器 1 的压力增加到表面活性剂的混合压力的以上。含有 混合表面活性剂压力为 2500 40 华氏度来提高材料的混合。进一步加强混合,储能器 1 振动16 小时。5. 然后将 合气体注入已知的死的/可流动的 油数量的储能器 2 中。6. 然后储能器 2 在的 100 华氏度晃动 32 小时,这个温度是 底温度。使二氧化碳完全溶解在石油晃动是必要的。晃动 32 小时后,它被连接到保持在恒温温度控制阈为 100 华氏度的在线粘度计。7. 在温度在 100 华氏度下,不同压力下测量重油粘度。8. 用相同的步骤其他井 米流体测量。唯一不同的是 氧化碳的地方使用的。用岩心气驱来提高采收率实验传统岩心驱替实验仪器(图 8)被用来研究使用 米流体(不可流动)油的提高采收率。以确保 持在高于其临界条件的压力和温度,处于超临界相。贝雷砂岩岩心长 寸,直径 6 英寸。图 8:岩心驱替的实验装置油水饱和的 岩岩心:用 22000 总溶解固体(盐水,以达到束缚水饱和度的岩岩心饱和。选择 22000 盐度卤水作为备用。其次为水饱和度以下的程序和重质油饱和度的岩心:1. 在真空条件下,岩心连续 3 天用盐水饱和(22,000 用上述盐水驱替,直到岩心的进口和出口压差稳定。3 被 油驱替的岩心,预先加热 油,以确保其在金属管材中流动畅通,还可以通过岩心。4. 当岩心被 油驱替,在岩心中的盐水被驱替到外面。当油取代流出水时束缚水达到饱和。岩心二氧化碳驱:使用岩心 替来提高 油采收率遵循以下步骤:1. 按照前面提到的步骤用水和 油饱和岩心。2. 将二氧化碳罐连接到金属储能器。3. 增加储能器的压力,使其压力大于使用 的二氧化碳的临界压力(能器到岩心夹持器。确保通过岩心夹持器出口的一个阀门是关闭的。胀 油达 48 小时。6. 48 小时后,打开后连接到一个可变孔插入式背压调节器(保持出口的出口压力稳定。7. 出口连接到两相分离器。8. 在分离器的压力降低到大气和显著的体积限度时收集油,水和气体。岩心二氧化碳纳米流体驱:使用岩心纳米流体 替来提高 油采收率遵循以下步骤:1. 按照前面提到的步骤用水和 油饱和岩心。2. 测量计算的纳米 量并且将它们添加到一个储能器中。3. 二氧化碳罐连接到上述储能器。4. 增加储能器的压力,使其压力大于使用 的二氧化碳的临界压力(保岩心夹持器的出路出口的一个阀门是关闭的。6. 用允许超临界二氧化碳纳米流体膨胀 油达 48 小时。7. 48 小时后,打开后连接到一个可变孔插入式背压调节器(,保持出口的出口压力稳定。8. 出口连接到两相分离器中。9. 在分离器的压力降低到大气和显著的体积限度时收集油,水,气(纳米粒子。结果与讨论:结果:定的纳米粒子饱和的流体性质二氧化碳的性质:密度:表 3 显示了在 77 华氏度时的不同的压力下,用安东帕密度计测量二氧化碳的密度。在的实际室温为 77 华氏度下将二氧化碳罐连接到密度计。密度是用储能器中存在的气体量来计算,而分散剂和氧化铜纳米粒子的数量也可以用来计算。表 3:二氧化碳的密度压力(在77华氏度的密度 (g/0 0 0 4 显示在 2500 122 华氏度的压力和温度下,用剑桥粘度计测量的二氧化碳的纳米流体的粘度。表 4:在 2500 二氧化碳的粘度压力(粘度(00 5 显示了温度为 77 华氏度时,在不同的压力下,用剑桥粘度计测量的表面活性剂的粘度。表 5:粘度温度为 122 华氏度的粘度二氧化碳,表面活性剂 1%p 性质:通过注入 成到气注到密度计,在 120 力罐)和 77 华氏度的压力和温度下进行密度测量表 6: 温度为 77 华氏度的 密度120力下的密度 g/粘实验用不同浓度的纳米粒子进行降粘实验,确定含有 聚物重油的粘度降低范围。两个基液:其用于实验目的含不同 米粒子的变异体(见表 7 &表 9)。表 7: 试验研究表样品序号 描述室温 81 华氏度的重油温度 122 华氏度的重油和 温度 122 华氏度的稠油、 温度 122 华氏度的稠油、 温度 122 华氏度的稠油、 1%( 温度 122 华氏度的稠油、 3%( 22 华氏度时,使用二氧化碳纳米流体所取得的粘度读数。表 8:使用二氧化碳纳米流体粘度随压力的变化粘度 (别 (在81华氏度 (140华氏度 和122华氏度压力 实验列表122华氏度的30 温度122华氏度的重油,温度122华氏度的重油, 1%(温度122华氏度的重油, 3%(22 华氏度时,用0:使用 米流体的粘度随压力的变化 温度122华氏度的粘度(力 76 22 华氏度时,用 可流动 油"和二氧化碳纳米流体所取得的粘度读数表 11:流动油的实验列表样品号 描述室温 81华氏度的稠油温度122华氏度的可流动稠油度122华氏度的含1%(油,表 12:使用 重油和二氧化碳纳米流体时粘度随压力的变化在温度 81 华氏度(22 华氏度的粘度(11 17岩心察到的和的重量岩心饱和二氧化碳气驱油实验。表13:提高采收率研究中观察到的重量岩岩心的干重 42.7 70.3 油饱和后的岩心的重量 368.0 8 心的原始油 15.7 .1 g%采收率 58 %用 米流体驱三次采油实验:下表显示 米流体驱实验时,观察到的 岩岩心的干重和被水饱和后和被 油饱和的重量表 14:提高采收率研究中观察到的重量49.2 67.8 稠油饱和后的岩心的重量 367.1 2.2 岩心的原始油 11.5 .2 g%采收率 讨论:过加入纳米 米流体:胀 油, 降低其粘度,不同浓度的 助于减少各种稠油样品黏度。温度越高,降粘效果越好。米流体:以降低 稠油的粘度,但是其范围不依赖二氧化碳。添加纳米 以进一步降低 流动油和二氧化碳纳米流体:添加甲烷到 (不可流动)油也就是 流动油来减少 (不可流动)油的粘度。添加 米粒子和 以进一步降低 流动油的粘度用岩心二氧化碳气体三次采油实验胀 油,驱替其通过 岩岩心,在地层原油采收率约 58%2. 用 米流体驱三次采油实验胀 驱替一些原油到出口。 米粒子驱替更多的油到出口,是因为纳米流体的高粘度和的密度产生了 71%的采收率。结论:进行稠油提高采收率的工作,可以得出以下结论。 米粒子而增加1、米流体:a. 只用 1%( 米流体可使 油粘度的减少三倍。b. 品被加热到 144 华氏度显示最低黏度c. 品,其中有 30%摩尔的二氧化碳也可以减少 稠油(不可流动)粘度:d. 本,其中有 30%摩尔的二氧化碳, 纳米 降低 油的粘度比其中只有 30%摩尔 样品 低e. 品,30%摩尔二氧化碳, 1%(纳米 122 华氏度可降低粘度到最低值f. 品,30%摩尔的二氧化碳, 3%(wt)g. 与样品 比,纳米 能降低粘度2 - 米流体:a. 以在一定程度上减少的 油的粘度,但还不如二氧化碳多。b. 以实现双重 油粘度降低c. 本,其中有 30%摩尔 可以减少 油的粘度d. 品,其中有 30%摩尔的二氧化碳, 1%(纳米 降低 油的粘度比其中只有 30%摩尔 品更低e. 本,有 30%摩尔 3%(纳米 样品 比,不能降低粘度3 流动油和 米流体a. 添加甲烷气道样品 (即样本 降低 品的的粘度b. 样本 中有二氧化碳, 1%(纳米 样品 比能降低 流动油的粘度添加 纳米 以通过增加其流动能力,有效地减少 油粘度(可流动的和死不可流动)。与较低温度相比,较高的工作温度可以进一步降低 油的粘度。. 用岩心二氧化碳气体三次采油实验a. 可以使 油的采收率达到约 58%,当 胀稠油使其流动。2. 用 米流体驱三次采油实验a. 胀 油使其通过 岩岩心b. 纳米 助减少 4)相比,米流体的粘度是更大的 140 倍,正如预计的当二氧化碳的流度减少时,从而更好地实现采油。 d. 米粒子由于其体积小,可以驱替束缚 油到出口,由于施加的压力差,产生更高的石油采收率。e. 膨胀和驱替含有氧化铜纳米粒子构成的 油,以达到 71%的稠油采收率今后的工作1 - 研究的不同纳米粒子的效果,如 以明白降粘和提高 油的采收率的效果2 - 碳纳米管是潜在的材料,具有优异的性能,使用它可以有效地减少 油的粘度3 - 使用的测试材料的数据领域大规模仿真(设者)与传统注入剂气体相比,如二氧化碳和 以进行更好地了解制备的纳米流体在提高 油的采收率的影响。 12 密度计在高压和高温下密度测量的说明书。40度计的说明书。4.德 F,国际附着力和 和“稠油和天然沥青,石油战略资源”003年8月6. 。藤井,“实验研究的纳米流体的有效导热系数和热扩散”2005年11月
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