Недавно созданная квантовая точка оксида алюминия

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 9505 (2022) Цитировать эту статью

1151 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

В этой работе недавно разработанная наножидкость на основе квантовых точек оксида алюминия (α-AQD; D ~ 4 нм; аморфное твердое тело) и одна коммерческая наножидкость на основе наночастиц оксида алюминия (γ-ANP; D ~ 20 нм; кристаллический тип) с возможностью Было проведено сравнение сильной коллоидной дисперсии в пластовых условиях, таких как высокая соленость, двухвалентные ионы (Ca2+) и высокая температура. Основной целью данного исследования было изучение механизмов вытеснения сырой нефтью глиноземных суспензий в зависимости от разнообразия размеров и морфологии частиц в старых карбонатных породах. Потенциал сильного взаимодействия между частицами был достигнут за счет лимонной кислоты и специального состава полиэлектролитного полимера на основе карбоксилата-сульфоната в качестве эффективного диспергирующего соединения на поверхности, что приводит к отрицательным зарядам частиц и дополнительному стерическому и электростатическому отталкиванию. Изменение смачиваемости под воздействием флюидов с использованием угла смачивания и ячейки Амотта было выполнено на образцах насыщенных карбонатных пробок и срезах горных пород. В то же время были проведены динамические смещения керна для проверки потока воды/наножидкости/нефти и поведения удерживания наночастиц в типичных поровых каналах под землей в пластовых условиях. Результаты стабильности показали, что полиэтиленовый полимер способен образовывать коллоидную жидкость длительного действия в течение 30 дней. Было обнаружено, что массовая концентрация наножидкости увеличивается с уменьшением размера частиц. Оптимальное количество частиц в водном растворе получено 0,05 мас.% для ННП, увеличено до 0,1 мас.% для АКД. Анализ экспериментов показал, что изменение смачиваемости было основным механизмом при закачке наножидкости. Лабораторные данные по заводнению керна доказали, что повышение нефтеотдачи из-за меньшей концентрации ANP соответствует AQD при более высоких концентрациях. Кроме того, обсуждалось исследование поведения ухудшения проницаемости с точки зрения возможного отложения минеральных отложений и выделения глинозема на поверхность породы. Результаты показали, что большая степень нарушения проницаемости вызвана минеральными отложениями (55–59%). Для наножидкостей на основе квантовых точек оксида алюминия было обнаружено минимальное ухудшение (2–4%), а для наножидкости на основе ANP наблюдалось значительное снижение проницаемости примерно на 10%.

Глобальный спрос на нефть увеличился в последние годы, и первичная генерация нефти больше не может удовлетворить этот спрос. Почти оставшиеся две трети запасов нефти в пластах склонны к повышению нефтеотдачи пластов (EOR). Из многочисленных методов увеличения нефтеотдачи химические методы считаются наиболее совершенными из-за их высокой эффективности, а также технико-экономической осуществимости. Наножидкости, которые получают путем диспергирования наночастиц размером от 1 до 100 нм в исходной жидкости и которые можно закачивать в пласты для увеличения добычи нефти, в последние десятилетия привлекают внимание многих исследователей и в основном относятся к химическим методам увеличения нефтеотдачи1. 2,3,4,5,6,7. Кроме того, некоторые исследователи были заинтересованы в смешивании наночастиц с другими химическими веществами, такими как поверхностно-активные вещества, полимеры, пена и эмульсии, чтобы продвинуться вперед как при определении характеристик нефтяных месторождений, так и при их добыче8,9,10,11,12,13,14,15,16. Среди многочисленных параметров, влияющих на эффективность нефтеотдачи, наиболее важными факторами, влияющими на нефтеотдачу, являются изменение смачиваемости17,18,19 и межфазное натяжение (IFT)20,21. Когда новые материалы, такие как наночастицы, были применены в качестве добавки при заводнении водой5,22,23,24,25,26,27,28, механизмы повышения нефтеотдачи с их помощью были изучены в различных исследованиях. Некоторые из этих механизмов включают в себя: (1) разрывающий градиент давления, который вызывает отделение капель нефти от поверхности породы путем создания клиновидной пленки29,30; (2) уменьшение коэффициента подвижности и увеличение вязкости закачиваемой жидкости31,32, (3) уменьшение межфазного натяжения33,34,35 и (4) изменение смачиваемости в сторону более смачиваемых водой условий36,37,38,39,40. Однако одной из основных проблем использования частиц при повышении нефтеотдачи является то, что они должны представлять собой коллоидную дисперсию в пластовых условиях, таких как высокая температура и сильная соленость, и содержать двухвалентные ионы, такие как Ca2+ и Mg2+. Наножидкости с низкой стабильностью при транспортировке в пластовых средах могут вызвать серьезные повреждения пористых сред33,41. Стабильность наножидкостей широко исследовалась в работе Гадими для различных термодинамических условий, постепенно в градиренах и других теплопередающих средах42. Оголо и др.43 нанесли несколько видов наночастиц, например, оксиды алюминия, цинка, магния, железа, циркония, никеля и кремния на смоченный нефтью песок. Они показали, что использование наножидкостей будет очень эффективным при добыче нефти. Они считали, что эффективными механизмами повышения нефтеотдачи являются изменение смачиваемости, снижение межфазного натяжения, вязкости нефти и коэффициента подвижности. Джу и др.44 исследовали гидрофильные наночастицы поликремния для изменения смачиваемости поверхности породы. Они обнаружили, что нефтеотдачу можно явно улучшить за счет заводнения гидрофильными наночастицами поликремния. В этой работе было рекомендовано, что концентрация наночастиц от 0,02 до 0,03 мас.% желательна для повышения нефтеотдачи. Кроме того, результаты Магзи и др.38 показали, что наночастицы кремнезема вызывают повышение эффективности вытеснения во время заводнения. Использовалась микромодель с пятиточечным стеклом, изначально насыщенная тяжелой нефтью и водой в различных массовых процентах. Джиральдо и др.45 исследовали возможность регулирования смачиваемости центров песчаника с начальной смачиваемостью нефтью в присутствии наножидкостей на основе оксида алюминия в пласте. Хосравани и др.46 использовали наночастицы γ-Al2O3 с различной удельной поверхностью и получали образцы жидкости простым и экономичным методом. Они исследовали стабильность гибридных наноэмульсий при различных температурах, а затем разработали стабильную эмульсию и применили ее в испытаниях по добыче нефти. Также Мохаммади и др.47 сообщили о тех же результатах для синтеза наночастиц γ-Al2O3. Они исследовали влияние наночастиц γ-Al2O3 на изменение смачиваемости карбонатного коллектора. Хезрнеджад и др.48 изучали влияние различных факторов, таких как тип наночастиц (оксид кремния и оксид алюминия), концентрация наночастиц, давление, температура и скорость закачки, на повышение нефтеотдачи. Они показали, что на вязкость и нефтеотдачу оказывают существенное влияние другие факторы, чем тип наночастиц. Цао и др.49 показали, что наножидкости оксида алюминия, кремнезема и циркония оказывают наибольшее влияние на уменьшение угла смачивания поверхности и изменение смачиваемости. Было определено влияние типа и концентрации каждой из наночастиц. Также Лу и др.50 показали, что методы и условия синтеза оказывают большое влияние на свойства и стабильность наночастиц. Они синтезировали наноструктуру γ-Al2O3 гидротермальным методом. Тем не менее, за последние несколько десятилетий новые наножидкости, такие как полимерные наночастицы, широко использовались в борьбе с загрязнением окружающей среды и в медицине51 из-за их низкой токсичности и хорошей биосовместимости52, что сделало их пригодными для нефтяных пластов. Кроме того, поверхность полимерных наночастиц можно было легко модифицировать, особенно с помощью карбоксильных групп53, что позволило им быть стабильными при высоких температурах и высокой солености. Таким образом, наночастицы с полимерным покрытием оказались хорошими кандидатами в качестве носителей. Била и др.54 объяснили применимость наночастиц кремнезема с полимерным покрытием в качестве добавок для улучшения заводнения в водоемких коллекторах. Они предположили, что снижение IFT, изменение шероховатости и смачиваемости поверхности породы в сторону большей смачиваемости водой и микроскопическое отклонение потока из-за закупорки пор являются основными механизмами увеличения нефтеотдачи при применении наночастиц. Более того, наночастицы мобилизовали остаточную нефть и увеличили нефтеотдачу до 9,2% от OOIP54. Чжоу и др.55 разработали новую наножидкость, покрыв отрицательно заряженные полимерные наночастицы цвиттер-ионным поверхностно-активным веществом бетаинового типа посредством электростатического притяжения. Наножидкость повысила стабильность в рассоле высокой солености, содержащем двухвалентные ионы (15% стимулированного рассола), и при высоких температурах (80°C). Способность наножидкости повышать нефтеотдачу показала, что общая добыча нефти с помощью наножидкости была на 9,32% выше, чем с помощью рассола55. Кроме того, Омран и др.56 изучили эффективность наночастиц кремнезема с полимерным покрытием для добычи нефти в микромасштабе при трех условиях смачиваемости (водонасыщенность, промежуточная смачиваемость и нефтесмачиваемость), в то время как все лабораторные условия, такие как скорость потока, пористость структура, начальная связность нефти и температура считались одинаковыми для всех состояний. Эффективность кластеризации наночастиц кремнезема с полимерным покрытием из-за более высокой мобилизации, меньших остаточных масляных кластеров и меньшей связности остаточного масла была получена лучше. Сагала и др.57 синтезировали и исследовали эффективность различных типов нанопироксенов в качестве нейтрального пироксена, гидрофобного пироксена с полугидроксильной функциональной группой и полностью функционализированного гидроксилом гидрофобного пироксена. Концентрацию этих наножидкостей поддерживали постоянной на уровне 0,005% масс. Эффективность различных наножидкостей на основе пироксена исследовалась с помощью угла контакта, измерений IFT при различных температурах, спонтанного пропитывания (SI) и испытаний на заводнение керна. Добыча нефти увеличилась еще на 10,57% после заводнения рассолом в ходе испытаний на заводнение керна57. Али и др.58 приготовили «умные» полимерные наножидкости путем диспергирования синтезированных TiO2/SiO2/ПАМНК в «умной» воде с различными типами и концентрациями растворенных ионов. Разработанные интеллектуальные полимерные наножидкости применялись для снижения ITF и изменения смачиваемости при измерениях карбонатных пород. Наибольший прирост нефтеотдачи получен с 36,0 до 46,5% от исходных геологических запасов (НГП)58. В этом исследовании в качестве наножидкости на основе оксидов металлов наш выбор был ограничен оксидом алюминия (Al2O3), который представляет интерес для различных применений, особенно в качестве улучшающего агента для увеличения подземных нефтяных резервуаров45,46,47,59,60,61 . Итак, в настоящей работе мы синтезировали квантовые точки оксида алюминия (АКТ) с целью создания наноструктур с очень маленькими размерами и квантовыми свойствами. Затем были исследованы и сравнены характеристики увеличения нефтеотдачи наножидкостей на основе квантовых точек оксида алюминия (AQD; D ~ 4 нм) с коммерческими наночастицами (ANP; D ~ 20 нм) в пластовых условиях, таких как одновременное воздействие температуры, солености и двухвалентных ионов ( Са2) в присутствии карбонатной породы. В целом, основная цель этого исследования заключалась в том, чтобы продемонстрировать влияние размера частиц и типа морфологии оксида алюминия в квантовых точках и твердых наночастицах на коллоидную стабильность, а затем получить представление о лежащем в их основе потенциале увеличения нефтеотдачи, включая изменение смачиваемости за счет контакта. угловые измерения, испытания на ячейке Амотта и динамические смещения керна. Кроме того, мы следовали идеальной методологии, как и в случае с карбонатными породами, для рассмотрения поведения частиц, повреждающих пласт. Мы синтезировали AQD согласно Nemade'work62 и предоставили коммерческие ANP от компании Scharlau. Затем мы усилили отрицательно заряженные карбоксилированные (COO-) группы на поверхности оксида алюминия с помощью покрытий из лимонной кислоты и полиэлектролитного полимера (ПЭ), чтобы обеспечить их стабильность. Экспериментальные результаты показали, что 0,05 мас.% порошка цит-AQD + 0,05 мас.% ПЭ в SWP, 0,1 мас.% порошка цит-AQD + 0,1 мас.% ПЭ в SWP и 0,05 мас.% порошка цит-ANP + 0,1 мас.%. Использование полиэтилена в SWP может привести к получению сильных жидкостей с очень долгосрочной стабильностью, что может изменить изменение смачиваемости в сторону большей смачиваемости водой, а также увеличить дополнительную нефтеотдачу примерно на 24–38% по сравнению с рассолом. Кроме того, лабораторные эксперименты показали, что повреждение пласта от закачки наножидкости PE-cit-ANPsswp даже при более низкой концентрации было серьезным. Повреждение пласта было значительно уменьшено, когда в рассол добавляли PE-cit-AQDsswp.