6.3.3.1 kémiai módszerek
a kémiai módszerek közé tartoznak a polimer elárasztások, a felületaktív anyagok (micelláris vagy polimer és mikroemulzió) elárasztások és az alkáli áradási folyamatok. A polimer elárasztás (Polymer augmented waterflooding) olyan vízfolyás, amelyben szerves polimereket injektálnak a vízzel a vízszintes és függőleges sweep hatékonyság javítása érdekében. A folyamat fogalmilag egyszerű és olcsó, és kereskedelmi felhasználása növekszik a viszonylag kis potenciális növekményes olajtermelés ellenére. A felületaktív anyagok elárasztása összetett, és részletes laboratóriumi vizsgálatokat igényel a terepi projekttervezés támogatása érdekében. Amint azt a terepi tesztek bizonyítják, kiváló potenciállal rendelkezik az alacsony viszkozitású vagy közepes viszkozitású olaj visszanyerésének javítására. A felületaktív anyagok elárasztása drága, és kevés nagyszabású projektben használták. Lúgos elárasztást csak azokban a tározókban alkalmaztak, amelyek meghatározott típusú magas savszámú nyersolajokat tartalmaznak.
a mikroemulziós elárasztás (micelláris / emulziós elárasztás) olyan folyadékinjekciós eljárásra utal, amelynek során olaj, víz és egy vagy több felületaktív anyag stabil oldatát a sók elektrolitjaival együtt injektálják a képződménybe, és egy mobilitási pufferoldattal kiszorítják (Reed and Healy, 1977; Dreher and Gogarty, 1979). A víz befecskendezése viszont kiszorítja a mobilitási puffert. A tározó környezetétől függően előfordulhat, hogy az árvíz előtti vagy nem használható. A mikroemulzió a folyamat kulcsa. Az olaj és a víz kiszorul a mikroemulziós csiga előtt, és stabilizált olaj-és vízbank alakul ki. Az elmozdulási mechanizmus ugyanaz a másodlagos és harmadlagos helyreállítási körülmények között. A másodlagos esetben a víz az elsődlegesen előállított folyadék, amíg az olajbank el nem éri a kútot.
a hagyományos vízfolyás gyakran javítható polimerek hozzáadásával (polimer elárasztás) a befecskendezett vízhez, hogy javuljon a befecskendezett és a helyben lévő folyadékok mobilitási aránya. A polimer oldat hatással van az olaj és a víz relatív áramlási sebességére, és a tartály nagyobb részét söpri el, mint önmagában a víz, így több olajjal érintkezik, és a termelési kutakba mozgatja. A jelenleg használt polimereket mind szintetikusan (poliakrilamidok), mind biológiailag (poliszacharidok) állítják elő. A polimerek in situ térhálósíthatók is, hogy nagyon viszkózus folyadékokat képezzenek, amelyek a később befecskendezett vizet különböző tartályrétegekbe terelik.
a polimer elárasztása a heterogén tározókban és azokban, amelyek közepesen viszkózus olajokat tartalmaznak. A kedvezőtlen vízáram-mobilitási arányú olajtartályok fokozhatják az olaj visszanyerését a jobb vízszintes seprési hatékonyság révén. A heterogén tartályok kedvezően reagálhatnak a jobb vertikális sweep hatékonyság eredményeként. Mivel a mikroszkopikus elmozdulás hatékonysága nem befolyásolja, a növekedés a hasznosítás több mint waterflood valószínűleg szerény és korlátozott mértékben, hogy sweep hatékonyság javul, de a növekményes költség is mérsékelt. Jelenleg a polimer elárasztást jelentős számú kereskedelmi területen alkalmazzák. Az eljárás nagyobb viszkozitású olajok visszanyerésére használható, mint azok, amelyeknél felületaktív anyag áradása mérlegelhető.
a felületaktív anyag elárasztása többszörös csigás folyamat, amely felületaktív vegyi anyagok hozzáadását jelenti a vízhez. Ezek a vegyi anyagok csökkentik a kapilláris erőket, amelyek csapdába ejtik az olajat a kőzet pórusaiban. A felületaktív csiga kiszorítja az olaj nagy részét az érintkező tartálytérfogatból, áramló olaj–víz bankot képezve, amelyet a felületaktív csiga előtt szaporítanak. A felületaktív csiga kialakítását befolyásoló fő tényezők a határfelületi tulajdonságok, a csigák mobilitása az olaj–víz bank mobilitásához viszonyítva, az elfogadható csigatulajdonságok fennmaradása, valamint a csiga integritása a tartályban.
lúgos elárasztás szervetlen lúgos vegyi anyagokat, például nátrium-hidroxidot, nátrium-karbonátot vagy nátrium-ortoszilikátot ad a vízhez, hogy fokozza az olaj visszanyerését a következő mechanizmusok egyikével vagy többével: határfelületi feszültség csökkentése, spontán emulgeálás vagy nedvesíthetőség megváltoztatása (Morrow, 1996). Ezek a mechanizmusok a felületaktív anyagok In situ képződésén alapulnak, amikor a kőolajban lévő kőolajsavakat a kiszorító folyadékokban lévő lúgos vegyi anyagok semlegesítik. Bár az emulgeálás lúgos elárasztási folyamatokban bizonyos mértékben csökkenti az injekciós folyadék mobilitását, önmagában az emulgeálás nem biztos, hogy megfelelő sweep hatékonyságot biztosít. Néha a polimer kiegészítő mozgásszabályozó vegyi anyagként szerepel egy lúgos vízfolyásban, hogy növelje a mobilitási arány javulását az alkáli eredetű emulziók miatt.
elegyedő folyadékkiszorítás (elegyíthető elmozdulás) olyan olajkiszorítási eljárás, amelyben alkoholt, finomított szénhidrogént, kondenzált kőolajgázt, szén-dioxidot, cseppfolyósított földgázt vagy akár kipufogógázt injektálnak egy olajtartályba olyan nyomásszinteken, hogy a befecskendezett gáz vagy alkohol és tartályolaj elegyedjék; az eljárás magában foglalhatja a víz egyidejű, váltakozó vagy azt követő befecskendezését.
az elegyedő vízkiszorítás eljárásai minden esetben azonosak, és magukban foglalják a tartályolajjal elegyedő oldószercsiga befecskendezését, majd folyadék vagy gáz befecskendezését a maradék oldószer felszívására. Fel kell ismerni, hogy az elegyedő oldószercsiga olajjal dúsul, amikor áthalad a tartályon, és összetétele megváltozik, ezáltal csökkentve a hatékony takarító hatást. A folyadék összetételében bekövetkező változások azonban viaszlerakódáshoz, valamint aszfaltén alkotórészek lerakódásához is vezethetnek. Ezért óvatosság szükséges.
az elegyedő elmozdulási folyamatot befolyásoló egyéb paraméterek a tartály hossza, a befecskendezési sebesség, a porozitás és a tartálymátrix permeabilitása, az elegyedő fázisok mérete és mobilitási aránya, a gravitációs hatások és a kémiai reakciók. A szén-dioxidot, nitrogént vagy szénhidrogéneket elegyedő oldószerként használó elegyedő árvizek jelentik a legnagyobb potenciált az alacsony viszkozitású olajok fokozott visszanyerésére. A kereskedelmi szénhidrogénekkel elegyedő árvizek az 1950-es évek óta működnek, de a szén-dioxiddal elegyedő áradások viszonylag új keletűek, és a jövőben várhatóan a legjelentősebb mértékben járulnak hozzá az elegyedő fokozott visszanyeréshez.
a szén-dioxid sok nyersolajat képes kiszorítani, így lehetővé teszi az olaj nagy részének kinyerését az érintkezésbe kerülő tározó kőzetből (szén-dioxid-elegyedő árvíz). A szén-dioxid kezdetben nem keveredik az olajjal. Mivel azonban a szén-dioxid érintkezik az in situ nyersolajjal, kivonja a nyersolaj szénhidrogén-összetevőinek egy részét a szén-dioxidba, és a szén-dioxid is feloldódik az olajban. A keverhetőség akkor érhető el az elmozdulási fronton, ha a szénhidrogénnel dúsított szén-dioxid-keverék és a szén-dioxiddal dúsított olaj között nincs kapcsolódási pont. Így egy dinamikus (többszörös érintkezésű) eljárással, amely interfázisos tömegátvitelt foglal magában, az elegyedő elmozdulás legyőzi azokat a kapilláris erőket, amelyek egyébként csapdába ejtik az olajat a kőzet pórusaiban.
egyes alkalmazásokban, különösen a karbonát (mészkő, dolomit, és a chert/finomszemcsés kvarc) tározókban, ahol valószínűleg a leggyakrabban használják, a szén-dioxid idő előtt áttörhet a kutak előállításához. Ebben az esetben a befecskendező-és gyártókutak mechanikus vezérlésével helyreállító intézkedéseket lehet tenni a szén-dioxid-termelés csökkentése érdekében. A jelentős szén-dioxid-termelés azonban normálisnak tekinthető. Általában ezt az előállított szén-dioxidot újra injektálják, gyakran feldolgozás után értékes könnyű szénhidrogének kinyerésére.
egyes tartályok esetében a szén-dioxid és az olaj közötti elegyedés nem érhető el, és az az olaj tulajdonságaitól függ. A szén-dioxid azonban továbbra is felhasználható további olaj visszanyerésére. A szén-dioxid megduzzasztja a nyersolajokat, ezáltal növelve az olaj által elfoglalt pórustér térfogatát, és csökkentve a pórusokban rekedt olaj mennyiségét. Csökkenti az olaj viszkozitását is. Mindkét hatás javítja az olaj mobilitását. Szén-dioxid-nem elegyedő áradás mind kísérleti, mind kereskedelmi projektekben bizonyított, de összességében várhatóan viszonylag kis mértékben járul hozzá az EOR-hoz.
a szénsavas nyersolaj Gor oldatát a szokásos módon kell mérni, és a térfogat / térfogat Gor-ként kell ábrázolni a nyomás függvényében. Minél nagyobb a szén-dioxid oldhatósága az olajban, annál nagyobb az oldat növekedése GVAGY. Valójában a GOR növekedése általában párhuzamos az olajképződés térfogat-tényezőjének növekedésével a duzzanat miatt. Meg kell jegyezni, hogy bármely GOR kísérletben a gáz nem szén-dioxid, hanem szénhidrogéneket tartalmaz, amelyek a folyékony fázisból elpárologtak. Következésképpen, függetlenül attól, hogy a GOR–t nyomás–térfogat-hőmérséklet cellában vagy vékony cső kísérletből mérjük, összetételi elemzést kell végezni a gáz, valamint az egyensúlyi folyadékfázis összetételének megszerzéséhez. Ha a tényleges mért értékek nem állnak rendelkezésre, az oldott gázokat tartalmazó nyersolajra kidolgozott korreláció használható, de legjobb esetben csak hozzávetőleges értékeket adhat meg. Mivel a tiszta gázok sűrűsége a nyomás és a hőmérséklet függvénye, gázokkal telített nyersolaj esetében a keverési zóna sűrűségét a nyomás és a keverési zóna összetételének függvényében kell meghatározni.
