Экспериментальное и численное исследование пор полимера

Oct 19, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8245 (2023) Цитировать эту статью

287 Доступов

Подробности о метриках

Полимеры эффективно используются в нефтегазовой промышленности для различных полевых применений, таких как увеличение нефтеотдачи (EOR), соответствие скважин, контроль подвижности и другие. Межмолекулярные взаимодействия полимеров с пористой породой, в частности, закупорка пласта и связанные с этим изменения проницаемости, являются распространенной проблемой в отрасли. В этой работе впервые представлены флуоресцентные полимеры и визуализация одиночных молекул для оценки динамического взаимодействия и транспортного поведения полимерных молекул с использованием микрофлюидного устройства. Моделирование в масштабе пор выполняется для воспроизведения экспериментальных наблюдений. Микрофлюидный чип, также известный как «резервуар-на-чипе», функционирует как 2D-суррогат для оценки процессов потока, происходящих в масштабе пор. При разработке микрофлюидного чипа учитываются размеры поровых каналов нефтеносной породы-коллектора, составляющие от 2 до 10 нм. С помощью мягкой литографии мы создали микромодель из полидиметилсилоксана (ПДМС). Традиционное использование индикаторов для мониторинга полимеров имеет ограничение из-за тенденции молекул полимера и индикатора к сегрегации. Впервые мы разрабатываем новый метод микроскопии для наблюдения за динамическим поведением процессов закупоривания и очистки пор полимера. Мы обеспечиваем прямые динамические наблюдения за молекулами полимеров во время их транспорта в водной фазе, их кластеризации и накопления. Для моделирования явлений было проведено моделирование в масштабе пор с использованием инструмента моделирования методом конечных элементов. Моделирование выявило снижение проводимости потока с течением времени в каналах потока, в которых наблюдалось накопление и удержание полимера, что согласуется с экспериментальными наблюдениями по удержанию полимера. Проведенное моделирование однофазного потока позволило нам оценить поведение потока меченых молекул полимера в водной фазе. Кроме того, как экспериментальные наблюдения, так и численное моделирование используются для оценки механизмов удержания, возникающих во время течения, и того, как они влияют на кажущуюся проницаемость. Эта работа дает новое представление об оценке механизмов удерживания полимеров в пористых средах.

Полимерное заводнение является многообещающим методом химического увеличения нефтеотдачи из традиционных пластов1,2. Метод заключается в добавлении в закачиваемую воду молекул водорастворимого полимера для повышения ее фазовой вязкости. Увеличение вязкости приводит к более благоприятным соотношениям подвижностей и фракционным характеристикам потока вода-нефть, что повышает эффективность охвата процесса вытеснения3,4,5. Несмотря на то, что полимерное заводнение считается зрелым методом увеличения нефтеотдачи, существуют ограниченные возможности применения полимерного заводнения на всех месторождениях6. Это может быть связано с проблемами успешной реализации процесса в полевых масштабах, из-за которых повреждение, вызванное образованием полимеров, является основным фактором7,8,9,10,11. Повреждение пласта, вызванное полимерами, может повлиять на эффективность добычи за счет снижения проницаемости пласта и проявляется в постоянном ухудшении приемистости скважин12,13,14,15. Приемистость полимеров связана с качеством воды, несовместимостью закачиваемой и пластовой воды, тонкой миграцией и другими факторами13,16. Повреждения пласта, вызванные полимером, связанные с закупоркой поровых каналов или просто полимерным закупориванием, вызваны полимером, захваченным в поровом пространстве17,18,19,20,21.

Значительные усилия были направлены на изучение поведения транспорта полимеров через пористую среду и удержания полимера в породах-коллекторах на протяжении десятилетий22,23,24,25,26. Известно, что три основных механизма способствуют общему удерживанию полимера во время течения в пористой породе, а именно: адсорбция полимера, гидродинамическое удержание и механическое улавливание27,28. Но, несмотря на все усилия, механизмы, вызывающие захват полимера, до конца не изучены. Одна из причин заключается в том, что механизмы удержания обычно косвенно выводятся из профилей перепада давления и концентрации выбросов во время экспериментов по заводнению керна. Следовательно, они не могут дифференцировать различные механизмы и уловить их индивидуальное воздействие на горные породы29,30,31,32,33.