Karakterisering av silika nanopartikler for økt oljeutvinning

Abstract

Anvendelsen av silika nanopartikler for EOR-formål krever stabile dispersjoner ved typiske reservoarforhold. Optimale silikadispersjoner vil være stabile over lengre tid ved nøytrale pH- verdier og høye elektrolyttkonsentrasjoner. I dette prosjektet undersøkes stabiliteten av hydrofile silika nanopartikler dispergert i vandige løsninger. Dispersjonene vil undersøkes ved varierende ionestyrke ved NaCl, pH og partikkelkonsentrasjon. Toleransen for det divalente Ca2+-kationet vil også studeres. Prosjektet tar i tillegg for seg undersøkelser av silikapartiklenes oppførsel ved en vann/olje- grenseflate. Grenseflatespenningen er målt mellom silikadispersjoner ved ulike pH og n-dekan, for å undersøke om endring av grenseflatespenning vil være en mekanisme for mobilisering av olje og økt oljeutvinning ved silikapartikler. Partiklene i studiet er to hydrofile silikapartikler av ulik størrelse. Dermed vil også variasjoner i stabilitet som følge av partikkelstørrelse kunne studeres. Samtidig undersøkes en silikapartikkel modifisert med polyetylenglykol (PEG)-kjeder på overflaten for å se hvordan endret overflatekjemi påvirker stabiliteten. Stabilitetsstudiene baserer seg på målinger av gjennomsnittlig partikkelstørrelse i dispersjonene ved dynamisk lysspredning (DLS), samt visuelle observasjoner. Zetapotensialet er også målt i dispersjoner for å undersøke variasjonen som funksjon av pH og salinitet. I Levasil-dispersjonene ble kritisk saltkonsentrasjon for NaCl bestemt til 1 m%. Ca2+ har vist større effekt på zetapotensialet og i destabilisering av dispersjonene enn det monovalente Na+-kationet ved høy pH. En lavere absoluttverdi av zetapotensialet er observert å gi økt stabilitet mot elektrolytter. Basert på stabilitetsstudiene vil ikke de umodifiserte Levasil- og AeroDisp-partiklene holde seg stabil over tid ved typiske reservoarforhold. Høyere grad av ustabilitet som følge av lav repulsjon mellom silikapartiklene ved lav pH er ventet fra DLVO-teorien, men ikke observert. Resultatene viser at stabiliteten ikke utelukkende kan forklares fra absoluttverdien av zetapotensialet. Effekten av partikkelkonsentrasjon har ikke vist seg å være signifikant i undersøkt konsentrasjonsintervall. Partikkelstørrelse har imidlertid vist seg viktig for dispersjonsstabiliteten. Basert på ulik oppførsel hos Levasil- og AeroDisp-partiklene, gir en lavere partikkelstørrelse høyere dispersjonsstabilitet. PEG-modifiserte partikler har vist høy stabilitet over tid. Zetapotensialet er lavt i absoluttverdi i hele det undersøkte pH-området og tilsats av elektrolytter gir ikke signifikant effekt på zetapotensialet eller dispersjonsstabiliteten. Målinger av grenseflatespenning ved introduksjon av silikapartikler i et system av vann og n-dekan viser ingen signifikant effekt av de umodifiserte silikapartiklene. SiPEG-partiklene gir en senket grenseflatespenning som følge av PEG-gruppene.