”Smart water flooding” er en forbedret olieindvindings (EOR) teknik, der er baseret på injektion af vand med kemisk optimeret saltindhold i olie reservoirer. Omfattende forskning, der er udført i løbet af de seneste to årtier har tydeligt vist, at smart water flooding kan forbedre den ultimative olieindvindingsgrad både i carbonat- og i sandstens- reservoirer. Der er blevet foreslået en række forskellige fysisk-kemiske mekanismer til at forklare smart water effekten, men ingen af dem har været almindeligt accepteret som den dominerende mekanisme. De fleste af de eksperimentelle undersøgelser vedrørende smart water effekter anerkender betydningen af den kemiske interaktion mellem reservoir-klippe og den gennemstrømmende saltopløsning, der manifesterer sig ved opløsning og udfældning af klippe-mineraler og adsorption af specifikke ioner på klippens overflade. Interaktionen med saltopløsningen kan påvirke klippens befugtningstilstand og i nogle tilfælde resultere i mobilisering af blokeret olie. I denne afhandling, opstiller vi en generel model for reaktiv transport i porøse medier for at undersøge, hvordan forskellige mekanismer påvirker olieindvinding, trykfordeling og sammensætning af saltopløsninger under tvungen gennemstrømning. Vi behandler flere fænomener i relation til smart water effekten, såsom opløsning af mineraler, adsorption af potentielt vigtige ioner i kalksten, og mekanismer, der har indflydelse på mobilisering af den blokerede olie og transporten af denne. Opløsning af mineraler finder sted på grund af de forskellige sammensætninger af den injicerede saltopløsning og formationsvandet, der oprindeligt var i ligevægt med reservoiret. Vi betragter en gennemstrømningsproces i en enkelt dimension hvor opløsning af mineralsk materiale påvirker både porøsitet/permeabilitet af reservoiret og densiteten af saltopløsningen. Vi videreudvikler tidligere undersøgelser ved at redegøre for de forskellige individuelle mængder af mineral i fast form og i opløsning, som har vist sig at have en svag effekt på hastigheden af gennemstrømningsfronten. Hastigheden for mineralers opløsning viser sig at have en betydelig indflydelse på udviklingen af reservoirets egenskaber. Ved lave reaktionshastigheder forekommer opløsning i hele området mellem injektions- og produktionssteder og resulterer i heterogene porøsitet og permeabilitet områder. Hurtig opløsning ligner dannelsen af ormehuller som fører til en betydelig ændring i porøsitet og permeabilitet tæt på injektionsstedet. Endvidere studerer vi de mekanismer, der kan kontrollere mobiliseringen af resterende olie og dens flow i porøse medier. Den olie der er tilbage i de bestrøgne zoner efter konventionelle udvindinger er til stede i form af separate oliedråber eller olie ganglia. Den makroskopiske teori om flerfasestrømning forudsætter, at fluide faser strømmer i deres egne pore netværk uden at påvirke hinanden. Strømmen af sparate olie ganglia kræver en alternativ beskrivelse. Vi løser dette problem ved at overveje en micromodel for tofaset strømning i et enkelvinklet porevolumen. På mikro-niveau, kan begge væsker være til stede i et enkelt pore volumen og interagere mens væsken strømmer. For water-wet systemer, finder vi, at tilstedeværelsen af vand på overfladen af reservoirmaterialet resulterer i en større hastighed i den viskøse strømning af oliefasen på grund af det øgede grænsefladeareal mellem olie og vand. Desuden kan oliestrømmen sættes i bevægelse udelukkende induceret af virkningen af viskøse kræfter ved olie-vand-grænsefladen. Dette lader til at være en ny mekanisme til transport af olie afbrudt ganglier i porøse medier. Vi udleder sammenhænge, som tillader beregning af strømningshastigheder af væskefaser i individuelle porer baseret på mætningsgraden af porens væske. Baseret på de mikroskala betragtninger, udvikler vi en makroskopisk model for strømning i porer, der indberegner de virkninger, der er forbundet med olie ganglia. Modellen er baseret på den antagelse, at befugtningsændring mod øget water-wetness forårsaget af tilstedeværelsen af aktive ioner i det injicerede saltvand resulterer i dannelse af en fugt-film på overfladen af reservoirmaterialet. Olie ganglia mobiliseres og føres frem af den langsomme strøm af fugt-film. I betragtning af denne simplistiske pore-netværksmodel, udleder vi det makroskopiske ligningsystem, der involverer beskrivelse af transport af olie ganglia. Som et resultat af numerisk modellering af den tertiære indvindingsproces, er det konstateret, at produktionen af olie ganglia kan fortsætte i lang tid under injektionen, op til 10 til 20 PVI. I modsætning til de traditionelle modeller for kemiske udskylninger, hvor en mobiliseret olie front bevæger foran koncentrationfronten, forudsiger olie ganglia modellen at den mobiliserede olie produceres efter de aktive ioner når frem. Yderligere udvidelse af modellen er opnået ved indføring af non-equilibrium ændring af befugtning og forsinket olie mobilisering. Sådanne modifikationer kan forklare forsinkelsen observeret i nogle eksperimenter, hvor mobiliseret olie produceres i lang tid efter flere porevolumener er injiceret. En af de mulige kemiske mekanismer der mobiliserer resterende olie i kalk reservoirer er ændring af det elektrostatiske potentiale af overfladen. Reduktion af overfladeladningen som følge af adsorption af de potential bestemmende ioner resulterer i et fald i oliens affinitet for reservoiroverfladen. Vi etablere en matematisk model, der tager højde for adsorption af potential bestemmelse ioner: calcium, magnesium og sulfat på kalk overflader for at undersøge, hvordan sammensætningen af den injicerede saltopløsning påvirker ligevægten med overfladen, og hvordan adsorptionsprocessens påvirker sammensætningen af det producerede saltvand. Vi bruger eksperimentelle data målt på saltvand produceret ved gennemstrømning af reservoirkerne. Beregningerne tyder på, at der ikke er tegn på en stærkere adsorption af magnesium ion sammenlignet med calcium ion ved høje temperaturer, som det ellers ofte antages. For at undersøge overfladesammensætningens effekt på gennemstrømningens effektivitet, kombinerer vi adsorption modellen med Buckley-Leverett modellen og udfører simuleringer af forsøgene vedrørende gennemstrømninger i water-wet outcrop kridt. Beregninger af overfladesammensætningen ved ligevægt demonstrerer en korrelation mellem koncentrationen af den adsorberede sulfat og den opnåede olieindvinding observeret i forsøgene. Dette viser at en mere negativt ladet kridtoverflade kunne være en faktor, der påvirker olieproduktionens effektivitet uden at ændre wettability.
展开▼
