Reservoir Adaptability of Alkali-Free Flooding Systems in Medium- and Low-Permeability Reservoirs: An Integrated Evaluation Based on Multipoint Pressure Measurements and Microscopic Visualization

Diep onder het aardoppervlak houden uitgestrekte netwerken van gesteenteporiën de resterende olie van de wereld vast. Decennialang hebben ingenieurs water gebruikt om deze olie naar putten te duwen, maar naarmate de gemakkelijk bereikbare olie uitgeput raakt, is de industrie overgestapt op complexere methoden om de rest eruit te persen. Een dergelijke methode houdt in dat er een cocktail van chemicaliën in de grond wordt geïnjecteerd om de olie los te weken van het gesteente en weg te vegen. Jarenlang bevatte de meest succesvolle versie van deze cocktail een sterke basis, vergelijkbaar met de loog die in gootsteenontstoppers wordt gevonden, om de chemicaliën te laten werken. Deze basis is echter corrosief; het vreet metalen buizen aan, beschadigt apparatuur en creëert een slib van minuscule gesteente-deeltjes dat de paden die de olie juist moeten vervoeren, kan verstoppen. Terwijl de industrie beweegt naar oudere, moeilijker bereikbare olievelden met kleinere, meer ingewikkelde gesteenteporiën, is de behoefte aan een zachter, niet-corrosief alternatief dringend geworden. De uitdaging is om een chemisch mengsel te vinden dat krachtig genoeg is om hardnekkige olie te verplaatsen, maar zacht genoeg is om door nauwe ruimtes te stromen zonder vast te komen zitten of de put te vernielen.

Onderzoekers aan de Southwest Petroleum University in China zetten zich in om dit puzzelstukje op te lossen door twee nieuwe, base-vrije chemische systemen te testen die zijn ontworpen voor deze moeilijke, laag-permeabele reservoirs. Ze vergeleken een eenvoudige tweeledige mengeling van surfactant en polymeer met een complexere drieledige mengeling waarbij zout aan het mengsel werd toegevoegd. Om te zien hoe deze vloeistoffen zich in de echte wereld zouden gedragen, vertrouwden ze niet alleen op computermodellen of eenvoudige tests; ze bouwden een gedetailleerde experimentele opstelling waarmee ze de vloeistoffen in real-time door gesteenteprofielen konden zien bewegen. Ze gebruikten kernen van zandsteen met verschillende niveaus van porositeit, die de nauwheid van het ondergrondse gesteente nabootsten, en plaatsten druksensoren op meerdere punten langs het gesteente om precies te detecteren waar de doorstroming werd geblokkeerd. Ze gebruikten ook een plat, transparant model van de poriën van het gesteente om te visualiseren hoe de vloeistoffen met de olie interageerden, waarbij ze letten op de vorming van dikke, gelachtige emulsies die als pluggen zouden kunnen fungeren.

Het onderzoek onthulde dat de twee chemische systemen heel verschillend reageerden. De eenvoudigere tweeledige mengeling, hoewel effectief in het verminderen van de plakkerigheid tussen olie en water, had moeite om door het gesteente te bewegen. In de nauwste gesteenteprofielen zorgde deze vloeistof voor een snelle drukopbouw bij de ingang, wat erop wees dat de vloeistof direct bij injectie vast kwam te zitten. Wanneer de onderzoekers de vloeistof door het transparante model zagen bewegen, zagen ze dat de mengeling een dikke, geëmulgeerde laag vormde, precies bij de inlaat, waardoor de deur effectief werd afgesloten en de vloeistof de olie dieper in het gesteente niet kon bereiken. Dit "verstoppingseffect" betekende dat, hoewel de vloeistof chemisch gezien in staat was om olie te verplaatsen, het nooit ver genoeg in het gesteente kon komen om zijn werk te doen. De onderzoekers ontdekten dat deze blokkade niet alleen een kwestie was van de chemicaliën die aan het gesteenteoppervlak plakten, maar een dynamisch probleem waarbij de vloeistof zelf een barrière vormde zodra deze de olie tegenkwam.

In contrast hiermee presteerde de drieledige mengeling met zout veel beter in de gesteenten met een gemiddelde permeabiliteit, die een veelvoorkomend doel vormen voor toekomstige olie-extractie. Dit systeem stroomde soepeler en behield een constante druk terwijl het door het gesteente bewoog. In de visuele experimenten creëerde het een schoon, continu front dat de olie naar voren duwde zonder bij de ingang vast te lopen. Het zout in de mengeling hielp de polymeermoleculen compact te houden, waardoor ze gemakkelijker door de nauwe poriën konden glippen, terwijl ze nog steeds voldoende dikte behielden om de olie effectief te verplaatsen. Dit systeem vormde ook een stabiele emulsie die hielp de olie uit de gesteenteporiën te vegen zonder de weg te verstoppen. Deze succesfactor had echter een limiet: in de allerstrakste gesteenteprofielen (50 mD) faalde dit zoutgebaseerde systeem ook bij de injectie, waardoor de druk bij de ingang opliep en de toegang blokkeerde, net als bij de eenvoudigere mengeling. Toen de onderzoekers een laatste test uitvoerden om te meten hoeveel olie ze daadwerkelijk konden terugwinnen uit de gesteenten met een gemiddelde permeabiliteit, bleek het drieledige zoutsysteem superieur. Het extraheerde 55 procent van de olie uit het gesteenteprofiel, wat aanzienlijk beter was dan de tweeledige mengeling, die 48 procent terugwon, en een standaard polymeeroplossing, die slechts 47 procent terugwon.

De studie concludeert dat hoewel het verwijderen van de corrosieve basis een noodzakelijke stap was voor de bescherming van de apparatuur, het simpelweg vervangen van een nieuwe chemische mix niet genoeg is; de vloeistof moet ook worden ontworpen om door de specifieke geometrie van het gesteente te stromen. De onderzoekers toonden aan dat het toevoegen van zout aan de surfactant- en polymeerblend een systeem creëerde dat de balans vond tussen de noodzaak om de olie los te weken en de noodzaak om mobiel te blijven, maar dit gold slechts tot een bepaald niveau van gesteente-nauwheid. Deze aanpak biedt een veelbelovend pad voor de ontwikkeling van olievelden die voorheen als te moeilijk of te riskant werden beschouwd voor chemische flooding, mits het reservoir niet te nauw is. Door drukmetingen te combineren met directe visuele observatie, bood het team een duidelijk beeld van waar en waarom vloeistoffen falen, wat een praktische gids biedt voor het selecteren van het juiste chemische systeem voor de juiste steensoort. De bevindingen suggereren dat het met de juiste formulering mogelijk is om meer olie uit deze uitdagende reservoirs te halen zonder de technische problemen die gepaard gaan met traditionele, corrosieve methoden.