6.3.3.1 Chemical Methods
Chemical methods include polymer flood, surfactant (micellar or polymer and microemulsion) flood, and emal flood processes. Polymer flooding (Polymer augmented waterflooding) on vesisuihku, jossa orgaanisiin polymeereihin ruiskutetaan vettä vaaka-ja pystysuuntaisen lakaisun tehokkuuden parantamiseksi. Prosessi on käsitteellisesti yksinkertainen ja edullinen, ja sen kaupallinen käyttö lisääntyy huolimatta suhteellisen pienestä mahdollisesta lisäöljytuotannosta. Pinta-aktiivisten aineiden tulviminen on monimutkaista ja vaatii yksityiskohtaisia laboratoriotestejä kenttäprojektien suunnittelun tueksi. Kuten kenttäkokeet osoittavat, sillä on erinomaiset mahdollisuudet parantaa alhaisen viskositeetin ja kohtalaisen viskositeetin öljyn talteenottoa. Pinta-aktiivisten aineiden tulvat ovat kalliita, ja niitä on käytetty harvoissa suurissa hankkeissa. Emäksistä tulvaa on käytetty vain niissä altaissa, jotka sisältävät tietyntyyppisiä erittäin happolukuisia raakaöljyjä.
Mikroemulsiovuoto (micellar / emulsion flooding) tarkoittaa nesteruiskutusprosessia, jossa muodostelmaan ruiskutetaan stabiili liuos öljyä, vettä ja yhtä tai useampaa pinta-aktiivista ainetta sekä suolojen elektrolyyttejä ja jonka liikkuvuuspuskuriliuos syrjäyttää (Reed and Healy, 1977; Dreher and Gogarty, 1979). Veden ruiskuttaminen puolestaan syrjäyttää liikkuvuuspuskurin. Tekojärven ympäristöstä riippuen voidaan käyttää tulvaa edeltävää tulvaa tai ei. Mikroemulsio on prosessin avain. Öljyä ja vettä siirtyy mikroemulsioetanan edelle, ja tilalle kehittyy vakiintunut öljy-ja vesipankki. Siirtomekanismi on sama sekundaarisissa ja tertiäärisissä palautusolosuhteissa. Toissijaisessa tapauksessa vesi on primaarisesti tuotettua nestettä, kunnes öljypankki saavuttaa kaivon.
tavanomaista vedenpoistoa voidaan usein parantaa lisäämällä ruiskutusveteen polymeerejä (polymeeritulva) ruiskutettavan ja paikallaan olevan nesteen välisen liikkuvuussuhteen parantamiseksi. Polymeeriliuos vaikuttaa öljyn ja veden suhteellisiin virtausnopeuksiin ja pyyhkäisee suuremman osan säiliöstä kuin pelkkä vesi, jolloin se koskettaa enemmän öljyä ja siirtää sen tuotantokaivoihin. Nykyisin käytössä olevia polymeerejä valmistetaan sekä synteettisesti (polyakryyliamideja) että biologisesti (polysakkarideja). Polymeerit voivat myös ristisidottua in situ muodostaen erittäin viskoosisia nesteitä, jotka ohjaavat myöhemmin ruiskutetun veden eri säiliökerroksiin.
Polymeeritulvilla on suurin hyötyosuus heterogeenisissä altaissa ja niissä, jotka sisältävät kohtalaisen viskoosisia öljyjä. Öljysäiliöillä, joilla on epäsuotuisa vesisuihkun liikkuvuussuhde, on mahdollisuus lisätä öljyn talteenottoa paremman horisontaalisen lakaisutehokkuuden ansiosta. Heterogeeniset säiliöt voivat reagoida suotuisasti parantuneen pystysuuntaisen lakaisun tehokkuuden seurauksena. Koska mikroskooppinen Siirtymä tehokkuutta ei vaikuta, kasvu talteenotto yli vesiflood on todennäköisesti vaatimaton ja rajoitettu siinä määrin, että lakaista tehokkuutta on parannettu, mutta lisäkustannukset ovat myös maltillisia. Tällä hetkellä polymeeritulvia käytetään merkittävässä osassa kaupallisia kenttähankkeita. Menetelmää voidaan käyttää sellaisten öljyjen talteenottoon, joiden viskositeetti on suurempi kuin niiden öljyjen, joiden pinta-aktiivisena aineena voidaan pitää tulvaa.
pinta-aktiivisten aineiden tulviminen on monietninen prosessi, jossa veteen lisätään pinta-aktiivisia kemikaaleja. Nämä kemikaalit vähentävät kapillaarivoimia, jotka vangitsevat öljyn kallion huokosiin. Pinta–aktiivinen etana syrjäyttää suurimman osan öljyvaraston tilavuudesta, jota kosketetaan, muodostaen virtaavan öljy-vesivaraston, joka etenee pinta-aktiivisen etanan edellä. Pinta–aktiivisen etanan rakenteeseen vaikuttavat pääasialliset tekijät ovat interfacial-ominaisuudet, etanan liikkuvuus suhteessa öljy-vesi-pankin liikkuvuuteen, hyväksyttävien etanan ominaisuuksien pysyvyys ja etanan eheys säiliössä.
emäksinen tulva lisää veteen epäorgaanisia emäksisiä kemikaaleja, kuten natriumhydroksidia, natriumkarbonaattia tai natriumortosilikaattia, tehostaakseen öljyn talteenottoa yhdellä tai useammalla seuraavista mekanismeista: interfasiaalijännityksen vähentäminen, spontaani emulgoituminen tai kostuvuuden muutos (Morrow, 1996). Nämä mekanismit perustuvat pinta-aktiivisten aineiden in situ-muodostumiseen raakaöljyn maaöljyhappojen neutraloituessa siirtymänesteiden emäksisillä kemikaaleilla. Vaikka emulgoituminen emäksisissä tulvaprosesseissa vähentää jossain määrin ruiskunesteen liikkuvuutta, pelkkä emulgointi ei välttämättä anna riittävää lakaisutehoa. Joskus polymeeri sisältyy ylimääräisenä liikkuvuuden ohjaus kemikaalina emäksisessä vesisuihkussa, jotta voidaan lisätä kaikki liikkuvuussuhteen parannukset, jotka johtuvat emäksisistä emulsioista.
sekoittuva nestesiirtymä (sekoittuva siirtymä) on öljynsiirtoprosessi, jossa alkoholi, puhdistettu hiilivety, kondensoitu maaöljykaasu, hiilidioksidi, nesteytetty maakaasu tai jopa pakokaasu ruiskutetaan öljysäiliöön sellaisella paineella, että ruiskutettu kaasu tai alkoholi ja säiliööljy sekoittuvat; prosessiin voi sisältyä veden samanaikainen, vaihtuva tai myöhempi ruiskutus.
sekoittuvan siirtymän menetelmät ovat samat kaikissa tapauksissa, ja niissä ruiskutetaan säiliööljyyn sekoittuva liuotinetana, minkä jälkeen ruiskutetaan joko nestettä tai kaasua jäljellä olevan liuottimen pyyhkimiseksi. On tunnustettava, että liuottimen sekoittuva etana rikastuu öljyllä, kun se kulkee säiliön läpi ja sen koostumus muuttuu, mikä vähentää tehokasta haaskausta. Nesteen koostumuksen muutokset voivat kuitenkin johtaa myös vahakerrostumiseen sekä asfalteenin ainesosien kerrostumiseen. Siksi varovaisuutta on noudatettava.
muita sekoittumisprosessiin vaikuttavia parametreja ovat säiliön pituus, ruiskutusnopeus, huokoisuus ja säiliömatriisin läpäisevyys, sekoittuvien faasien koko-ja liikkuvuussuhde, gravitaatiovaikutukset ja kemialliset reaktiot. Sekoittuvat tulvat, joissa sekoittuvina liuottimina käytetään hiilidioksidia, typpeä tai hiilivetyjä, voivat parhaiten parantaa alhaisen viskositeetin öljyjen talteenottoa. Kaupallisia hiilivetyjen sekoittuvia tulvia on toteutettu 1950-luvulta lähtien, mutta hiilidioksidin sekoittuvia tulvia suuressa mittakaavassa on suhteellisen vähän, ja niiden odotetaan vaikuttavan merkittävimmin sekoittuvan parempaan talteenottoon tulevaisuudessa.
hiilidioksidi pystyy syrjäyttämään monia raakaöljyjä, jolloin suurin osa öljystä saadaan talteen kosketukseen joutuneesta säiliökivestä (hiilidioksidi-sekoittuva tulva). Hiilidioksidi ei aluksi sekoitu öljyyn. Kun hiilidioksidi kuitenkin joutuu kosketuksiin in situ – raakaöljyn kanssa, se poistaa osan raakaöljyn hiilivetyaineista hiilidioksidiksi ja myös hiilidioksidi liukenee öljyyn. Sekoitettavuus saavutetaan siirtymärintamalla, kun hiilivetyrikasteisen hiilidioksidiseoksen ja hiilidioksidilla rikastetun öljyn välillä ei ole rajapintoja. Dynaamisella (monikosketuksella) prosessilla, johon kuuluu välivaiheinen massansiirto, sekoittuva Siirtymä voittaa kapillaarivoimat, jotka muutoin vangitsevat öljyn kallion huokosiin.
joissakin käyttökohteissa, erityisesti karbonaattivarastoissa (kalkkikivi, dolomiitti ja chert / hienorakeinen kvartsi), joissa sitä todennäköisesti käytetään useimmin, hiilidioksidi saattaa ennenaikaisesti kulkeutua kaivoihin. Kun näin tapahtuu, voidaan ryhtyä korjaaviin toimiin ruiskutus-ja tuotantokaivojen mekaanisten säätöjen avulla hiilidioksidin tuotannon vähentämiseksi. Huomattavaa hiilidioksidin tuotantoa pidetään kuitenkin normaalina. Yleensä tämä tuotettu hiilidioksidi poistetaan uudelleen, usein käsittelyn jälkeen arvokkaiden kevyiden hiilivetyjen talteenottamiseksi.
joissakin säiliöissä hiilidioksidin ja öljyn sekoittuvuutta ei voida saavuttaa, vaan se riippuu öljyn ominaisuuksista. Hiilidioksidia voidaan kuitenkin edelleen käyttää lisäöljyn talteenottoon. Hiilidioksidi paisuttaa raakaöljyjä, mikä lisää öljyn huokostilan määrää ja vähentää huokosiin jääneen öljyn määrää. Se myös vähentää öljyn viskositeettia. Molemmat vaikutukset parantavat öljyn liikkuvuutta. Hiilidioksiditulvia on havaittu sekä pilottihankkeissa että kaupallisissa hankkeissa, mutta kaiken kaikkiaan sen odotetaan edistävän EOR: ää suhteellisen vähän.
Hiilihapotetun raakaöljyn liuoksen Gor on mitattava tavanomaisella tavalla ja piirrettävä Gor tilavuutena tilavuutta kohti paineeseen verrattuna. Mitä suurempi hiilidioksidin liukoisuus öljyyn on, sitä suurempi on liuoksen Gorin lisääntyminen. Itse asiassa Gorin kasvu on yleensä samansuuntainen turvotuksen aiheuttaman öljymuodostuksen tilavuuskertoimen kasvun kanssa. On huomattava, että kaasu missä tahansa Gor-kokeessa ei ole hiilidioksidia, vaan sisältää hiilivetyjä, jotka ovat höyrystyneet nestefaasista. Näin ollen riippumatta siitä, mitataanko Gor paine–tilavuus–lämpötila-kennossa vai slim-putkikokeessa, on suoritettava Koostumusanalyysi kaasun ja tasapainotilan nestefaasin koostumuksen määrittämiseksi. Jos todellisia mitattuja arvoja ei ole saatavilla, voidaan käyttää liuenneita kaasuja sisältävälle raakaöljylle kehitettyä korrelaatiota, joka antaa parhaimmillaankin vain likimääräisiä arvoja. Koska puhtaiden kaasujen tiheys on paineen ja lämpötilan funktio, kaasuilla kyllästetyn raakaöljyn osalta sekoitusvyöhykkeen tiheys on määriteltävä paine-ja sekoitusvyöhykkeen koostumuksen funktiona.
