Dynamic Evaluation of Sugarcane Drainage Water as a Sustainable Low-Salinity Injection Brine for Enhanced Oil Recovery: Integrated Micromodel Visualization and Coreflooding Study

Technische Samenvatting: Dynamische Evaluatie van Suikerrietdrainagewater voor Verbeterde Olieverwinning

Probleemstelling
De studie behandelt twee samenkomenende uitdagingen: de toenemende schaarste aan zoetwaterbronnen die nodig zijn voor Enhanced Oil Recovery (EOR) en de ecologische last van de afvoer van landbouwafvalwater. Hoewel Low-Salinity Waterflooding (LSF) een erkende techniek is voor het verbeteren van de olieopbrengst, met name in zandsteenreservoirs, vertroult de meeste bestaande onderzoeken op synthetisch vervaardigde pekeloplossingen. Het potentieel van natuurlijk voorkomende, onbehandelde landbouwafvloeistoffen — specifiek suikerrietdrainagewater — als een duurzame injectievloeistof blijft grotendeels onverkend. Bovendien vormt de accumulatie van landbouwafvoer risico's voor het milieu, waaronder de degradatie van het oppervlakte- en grondwater. Dit onderzoek onderzoekt of suikerrietdrainagewater kan dienen als een levensvatbaar, kosteneffectief en duurzaam alternatief voor zoetwater voor EOR-toepassingen, specifiek gericht op de mechanismen van oliemobilisatie in poreuze media.

Methodologie
De auteurs hanteerden een geïntegreerde aanpak waarbij pore-schaal visualisatie werd gecombineerd met dynamische testen op kernschaal om de prestaties van twee verschillende suikerrietdrainagewatermonsters (Drainage Water 1 en 2) te evalueren tegenover gedestilleerd water als baseline.

• Materialen: Twee drainage water monsters werden verzameld uit suikerrietvelden in Khuzestan, Iran, tijdens een periode van lage bemesting om interferentie door nitraat en fosfaat te minimaliseren. Ruwe olie met een API-zwaarte van 25,72 werd gebruikt. Dolomiet kernpluggen (porositeit ~25%, permeabiliteit ~43–51 mD) en een gefabriceerd glazen micromodel met heterogene poriestructuren werden gebruikt.
• Micromodel Experimenten: Een transparant glazen micromodel werd gebruikt om de verplaatsingsmechanismen op pore-schaal te visualiseren. Experimenten werden uitgevoerd bij omgevingstemperatuur en -druk met injectiesnelheden van 0,1, 1 en 10 mL/min. De recoveryfactoren werden berekend op basis van het oppervlak van de verplaatste olie na injectie van 5 en 20 pore volumes (PV).
• Coreflooding Experimenten: Dynamische verplaatsingstests werden uitgevoerd op dolomiet kernpluggen onder reservoir-achtige condities (80 °C, 600–800 psi overburden druk). Kernen werden 28 dagen lang verouderd in ruwe olie voorafgaand aan de flooding. Injectie vond plaats met 0,3 cc/min. Geproduceerde vloeistoffen werden gecentrifugeerd om de olie- en waterfasen te scheiden voor de berekening van de recovery.
• Analyse: De studie analyseerde de effecten van injectiesnelheid, chemische samenstelling van de vloeistof, interfaciale spanning (IFT), verandering van bevochtiging (wettability alteration) en emulsiestabiliteit.

Belangrijkste Resultaten
De studie toonde aan dat suikerrietdrainagewater de olieopbrengst aanzienlijk beter presteert dan gedestilleerd water over beide experimentele schalen.

• Micromodel Prestaties:

  • Gedestilleerd Water: Bij een injectiesnelheid van 10 mL/min en 20 PV bereikte de recovery 55,78%. De recovery werd sterk beperkt door capillaire krachten bij lagere snelheden (21,73% bij 0,1 mL/min).
  • Drainage Water 1: Bereikte een recovery van 72,08% bij 10 mL/min (20 PV), wat een verbetering laat zien ten opzien van gedestilleerd water door natuurlijke oppervlakte-actieve componenten die de IFT verlagen en de bevochtiging veranderen.
  • Drainage Water 2: Demonstreerde de hoogste efficiëntie, met een recovery van 81,16% bij 10 mL/min (20 PV). Dit monster vertoonde een superieure prestatie, zelfs bij lage injectiesnelheden (38,16% bij 0,1 mL/min), toegeschreven aan een effectievere ionische samenstelling en sterkere oppervlakteactiviteit.
  • Mechanismen: Visuele observaties bevestigden dat drainage water de IFT verminderde, de bevochtiging van de rots veranderde van olie-bevochtigd naar neutraal/water-bevochtigd, en de vorming van stabiele, fijn gedispergeerde emulsies faciliteerde. Dit verminderde capillaire trapping en verbeterde de microscopische verplaatsingsefficiëntie.

• Coreflooding Prestaties:

  • Onder dynamische condities (80 °C) leverde gedestilleerd water een uiteindelijke recovery op van 29%.
  • Drainage Water 1 verhoogde de recovery naar 43%.
  • Drainage Water 2 bereikte de hoogste core-schaal recovery van 45%.
  • De resultaten bevestigden dat de chemische samenstelling van de drainage water monsters, specifiek hun vermogen om de IFT te verlagen en bevochtiging te wijzigen, de primaire drijfveer is voor verbeterde recovery in carbonaat-achtige systemen.

• Schaalconsistentie: Hoewel de absolute recovery-waarden hoger waren in het micromodel vanwege de vereenvoudigde geometrie en hogere permeabiliteit, bleef de prestatie-rangorde (Drainage Water 2 > Drainage Water 1 > Gedestilleerd Water) consistent over beide schalen.

Belangrijkste Bijdragen

1. Eerste Dynamische Evaluatie: Deze studie biedt de eerste dynamische evaluatie van onbehandeld suikerrietdrainagewater als een EOR-injectiepekel, waarbij verder wordt gegaan dan statische compatibiliteitstesten naar actieve verplaatsingsprestaties.
2. Duurzame Brine Bron: Het valideert het gebruik van landbouwafvloeistof als een functionele injectievloeistof, wat een dubbel voordeel biedt van het verminderen van zoetwaterverbruik en het bieden van een productieve weg voor de verwerking van afvalwater.
3. Mechanistisch Inzicht: Het onderzoek verduidelijkt dat de effectiviteit van deze onconventionele waterbron wordt gedreven door natuurlijk voorkomende oppervlakte-actieve componenten die de bevochtiging veranderen en de IFT verlagen, mechanismen die typisch geassocieerd worden met "smart water" of synthetische laag-saliniteit pekeloplossingen.
4. Geïntegreerde Methodologie: Door pore-schaal visualisatie te correleren met core-schaal dynamische data, bevestigt de studie dat de geobserveerde recovery-mechanismen robuust zijn over verschillende experimentele schalen.

Betekenis en Claims
De auteurs concluderen dat suikerrietdrainagewater, met name Monster 2, dient als een duurzame en kosteneffectieve injectiepekel voor water-gebaseerde EOR in volwassen reservoirs. Het artikel claimt dat deze aanpak een levensvatbaar alternatief biedt voor zoetwater, in staat om de olieopbrengstefficiëntie aanzienlijk te verbeteren terwijl de milieuproblemen die gepaard gaan met de afvoer van landbouwafvoer worden aangepakt. De bevindingen suggereren dat het gebruik van dergelijke natuurlijk voorkomende, laag-saliniteit afvloeistoffen kan bijdragen aan meer veerkrachtige en milieubewuste olieproductiestrategieën zonder de noodzaak van complexe chemische formulering. De studie benadrukt dat het optimaliseren van injectiesnelheden en vloeistofselectie op basis van reservoirkarakteristieken cruciaal is voor het maximaliseren van deze voordelen.