Интерпретация механизмов применения наночастиц в повышении нефтеотдачи

Данная статья запускает цикл публикаций на нашем сайте и представляет собой первую часть перевода научной статьи SPE-175806-MS Understanding the Mechanism of Nanoparticles Applications in Enhanced Oil Recovery общества инженеров-нефтяников SPE. Мы искренне надеемся, что эта информация будет интересна для вас и станет первым шагом в серии переводов научных статей, опубликованных в открытом доступе в сети Интернет.

Аннотация

Для получения будущего спроса на углеводородное топливо в нефтяной и газовой промышленности широко востребованы инновационные технологии, при этом значительные усилия были приложены на разработку инновационных технологий, повышающих нефтеотдачу. Нанотехнологии открыли новые перспективные подходы по методам увеличения нефтеотдачи на уже освоенных и истощенных месторождениях.

Наночастицы были разработаны для различных областей применения в разработке месторождений и повышении их нефтеотдачи. Использование наночастиц в повышении нефтеотдачи объясняется их небольшими размерами по сравнению с размером поровых каналов; таким образом, они могут легко перемещаться в пористых породах без сильного влияния на проницаемость.

Применение наночастиц в повышении нефтеотдачи можно обобщить в трех подходах: нанокатализаторы, наноэмульсии и наносуспензии. В этой статье рассматриваются различные возможные механизмы перемещения нанодисперсных систем.

Введение

Нанотехнологии открыли новые перспективы и возможности и позволили взглянуть на мир по-иному. Самое простое определение нанотехнологий – это «технологии на наноуровне». Словарное определение нанотехнологий звучит как «разработка, описание характеристик, изготовление и применение материала, оборудования и систем путем управления их формой и размером на наноуровне». Более обобщенным является определение Национальной Нанотехнологической Инициативы (ННИ), описывающей нанотехнологии как манипулирование веществом, по меньшей мере, в одном измерении в масштабе от 1 до 100 нм.

Благодаря использованию различных свойств и уникальных явлений на уровне от отдельных атомов или молекул до величины приблизительно в 100 нм по сравнению с величиной в несколько связанных частиц стало доступно новейшее практическое применение материала, оборудования и систем во многих отраслях.

«Нано» означает одна миллиардная. Таким образом, нанотехнология получила свое название от масштаба, в котором она работает, в нанометрах или порядка одной миллиардной метра. Существует стандартный пример, показывающий насколько мал наномасштаб – один нанометр в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Для того чтобы оценить масштаб «нано» на другом примере, можно представить, что нанометр отличается от метра во столько же раз, во сколько и размер жемчужины от размера Земли.

Наночастицы обладают рядом полезных свойств, такими как большая площадь поверхности, специфические оптические и химические реакции и активные поверхности. Нанометровая частица имеет большую удельную площадь поверхности, которая сильно возрастает с уменьшением диаметра частиц. Большая площадь поверхности приводит к увеличению доли атомов на поверхности частицы, что в свою очередь приводит к увеличению поверхностной энергии. На приведенном ниже рисунке показан принцип увеличения площади поверхности при уменьшении размера частиц. На каждом этапе рисунка образец одной и той же массы и объема, но с большей площадью поверхности при меньшем размере частиц.

Эль-Дайсти рассмотрел последние научно-исследовательские разработки по нанотехнологиям и указал на то, что применение нанотехнологий стало вовлекаться в различных областях нефтегазового дела, таких как разработка, бурение, заканчивание скважин, добыча и переработка нефти. Например, были разработаны нано-датчики, быстро повышающие разрешающую способность интроскопии, ведущей к передовым методам определения характеристик месторождения. Также при добыче нефти нанотехнологии обеспечивают повышение нефтеотдачи за счет молекулярной модификации и управления межфазными характеристиками. Кроме того, очень похожим образом они обеспечивают новые подходы к улучшению процессов после добычи нефти.

Наночастицы могут резко повышать нефтеотдачу за счет улучшения свойств как закачиваемой жидкости (повышения вязкости, плотности, снижения поверхностного натяжения, улучшения эмульгирования, теплопроводности и других тепловых свойств), так и свойств, связанных с взаимодействием пласта с флюидом (смачиваемости и коэффициента теплопередачи).

Хотя в теории демонстрируется высокий интерес к использованию наночастиц для повышения нефтеотдачи, существует недостаток в понимании переноса наночастиц через пористые среды и описании механизма перемещения. Таким образом, настоящая работа сосредоточена на возможном поведении наночастиц в коллекторе.

Следующая часть статьи посвящена практике применения наночастиц в повышении нефтеотдачи.