Ponto quântico de alumina recém-projetado

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9505 (2022) Citar este artigo

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Neste trabalho, um nanofluido baseado em pontos quânticos de alumina recentemente projetado (α-AQDs; D ~ 4 nm; sólido amorfo) e um nanofluido comercial baseado em nanopartículas de alumina (γ-ANPs; D ~ 20 nm; tipo cristalino) com a capacidade de forte dispersão coloidal em condições de reservatório, tais como alta salinidade, íons divalentes (Ca2+) e alta temperatura foi comparada. O principal objetivo desta pesquisa foi estudar os mecanismos de deslocamento de petróleo bruto de suspensões de alumina em função da variedade de tamanho e morfologia das partículas em rochas carbonáticas envelhecidas. O forte potencial de interação entre as partículas foi alcançado pelo ácido cítrico e uma composição especial de um polímero polieletrólito à base de carboxilato-sulfonato como um composto dispersante eficaz na superfície, levando a cargas negativas de partículas e uma repulsão estérica e eletrostática adicional. A alteração da molhabilidade após a exposição a fluidos usando o ângulo de contato e a célula de Amott foram realizadas em amostras de tampões carbonáticos saturados e fatias de rocha. Enquanto isso, deslocamentos dinâmicos do núcleo foram conduzidos para testar o fluxo de água/nanofluido/óleo e o comportamento de retenção de nanopartículas através de gargantas de poros típicas no subsolo das condições do reservatório. Os resultados de estabilidade revelaram que o PE-polímero foi capaz de criar um fluido coloidal de longo prazo durante 30 dias. Verificou-se que a concentração em massa de nanofluido aumentou com a diminuição do tamanho da partícula. A quantidade ótima de partículas em solução aquosa foi obtida de 0,05% em peso para ANPs, aumentada para 0,1% em peso para AQDs. A análise dos experimentos mostrou que a alteração da molhabilidade foi o principal mecanismo durante a injeção do nanofluido. Os dados de núcleo de inundação de laboratório provaram que a recuperação aprimorada de óleo devido a um estado de menor concentração por ANPs era consistente com AQDs em concentrações mais altas. Além disso, o estudo do comportamento de comprometimento da permeabilidade foi discutido em termos de possível deposição de incrustações minerais e liberação de alumina na superfície da rocha. Os resultados mostraram que uma grande extensão de danos de permeabilidade causados ​​por incrustações minerais (55-59%). Os nanofluidos baseados em pontos quânticos de alumina tiveram um comprometimento mínimo (2-4%) e uma redução significativa de ~ 10% na permeabilidade foi observada para o nanofluido baseado em ANPs.

A demanda global por petróleo aumentou nos últimos anos e a geração primária de petróleo não consegue mais suprir essa demanda. Quase, os dois terços restantes do petróleo no local dos reservatórios são propensos à recuperação avançada de petróleo (EOR). Dos numerosos métodos de EOR, os métodos químicos têm sido considerados como os que mais melhoraram devido à sua alta eficiência e viabilidade técnica e econômica. Os nanofluidos, que são preparados pela dispersão de nanopartículas com dimensão entre 1 e 100 nm em um fluido hospedeiro e podem ser injetados nos reservatórios para aumentar a produção de petróleo, foram atraídos por muitos pesquisadores nas últimas décadas e principalmente categorizados em métodos químicos EOR1, 2,3,4,5,6,7. Além disso, alguns pesquisadores têm se interessado em misturar as nanopartículas com outros produtos químicos, como surfactantes, polímeros, espuma e emulsões, para avançar na caracterização e recuperação de campos de petróleo8,9,10,11,12,13,14,15,16. Dentre os inúmeros parâmetros que influenciam na eficiência da recuperação de óleo, a alteração da molhabilidade17,18,19 e as tensões interfaciais (IFTs)20,21 são os fatores mais importantes que afetam a recuperação de óleo. Quando novos materiais, como nanopartículas, têm sido aplicados como aditivo na inundação de água5,22,23,24,25,26,27,28, os mecanismos de recuperação de óleo aprimorados por eles têm sido explorados em várias investigações. Alguns desses mecanismos incluem: (1) gradiente de pressão desarticulado que causa a separação de gotículas de óleo da superfície da rocha criando um filme de cunha29,30; (2) razão de mobilidade diminuindo e aumentando a viscosidade do fluido injetado31,32, (3) redução da tensão interfacial33,34,35 e (4) alteração da molhabilidade para condições mais úmidas36,37,38,39,40. No entanto, um dos principais desafios para o uso de partículas na recuperação avançada de petróleo é que elas devem ser dispersão coloidal em condições de reservatório, como alta temperatura e forte salinidade, contendo íons divalentes como Ca2+ e Mg2+. Nanofluidos com transporte de baixa estabilidade em meios reservatórios podem causar danos severos em meios porosos33,41. A estabilidade dos nanofluidos foi amplamente examinada no trabalho de Ghadimi para várias condições termodinâmicas progressivamente em torres de resfriamento e outros meios de transferência de calor42. Ogolo et al.43 aplicaram alguns tipos de nanopartículas, por exemplo, óxidos de alumínio, zinco, magnésio, ferro, zircônio, níquel e silício em areia umedecida com óleo. Eles mostraram que o uso de nanofluidos seria muito eficaz na recuperação de petróleo. Eles consideraram que mecanismos eficazes para melhorar a recuperação foram alteração da molhabilidade, redução da tensão interfacial, viscosidade do óleo e taxa de mobilidade. Ju et al.44 investigaram nanopartículas hidrofílicas de polissilício para alteração da molhabilidade na superfície da rocha. Eles revelaram que a recuperação de óleo poderia claramente ser melhorada pela inundação com nanopartículas de polissilício hidrofílico. Este trabalho recomendou que uma concentração de nanopartículas entre 0,02 a 0,03% em peso era desejável para uma melhor recuperação de óleo. Além disso, os resultados de Maghzi et al.38 mostraram que as nanopartículas de sílica causaram aumento da eficiência de varredura durante a inundação de água. Eles usaram micromodelo com vidro de cinco pontos que foi inicialmente saturado com óleo pesado e água em diferentes valores de porcentagem em peso. Giraldo et al.45 investigaram o ajuste da molhabilidade de centros de arenito com molhabilidade inicial de óleo na presença de nanofluidos à base de alumina no reservatório. Khosravani et al.46 utilizaram nanopartículas de γ-Al2O3 com diferentes áreas superficiais específicas e produziram amostras de fluidos por uma técnica simples e econômica. Eles investigaram a estabilidade de nanoemulsões híbridas em diferentes temperaturas, desenvolveram uma emulsão estável e a aplicaram em testes de recuperação de petróleo. Também Mohammadi et al.47 relataram os mesmos resultados para a síntese de nanopartículas de γ-Al2O3. Eles investigaram o efeito das nanopartículas de γ-Al2O3 na alteração da molhabilidade do reservatório carbonático. Khezrnejad et al.48 estudaram o efeito de diferentes fatores como tipo de nanopartícula (óxido de sílica e óxido de alumínio), concentração de nanopartículas, pressão, temperatura e taxa de injeção na recuperação avançada de óleo. Eles mostraram que diferentes fatores tiveram um efeito significativo na viscosidade e na recuperação do óleo do que o tipo de nanopartículas. Cao et al.49 mostraram que os nanofluidos de alumina, sílica e zircônio têm o maior impacto na redução do ângulo de contato da superfície e na alteração da molhabilidade. O efeito do tipo e concentração de cada uma das nanopartículas foram determinados. Também Lu et al.50 mostraram que métodos e condições de síntese têm um grande efeito nas propriedades e estabilidade das nanopartículas. Eles sintetizaram a nanoestrutura γ-Al2O3 pelo método hidrotérmico. No entanto, ao longo das últimas décadas, novos nanofluidos, como as nanopartículas poliméricas, têm sido amplamente utilizados no controle da poluição e na medicina51 devido à sua baixa toxicidade e boa biocompatibilidade52, o que os torna adequados para reservatórios de petróleo. Além disso, a superfície das nanopartículas poliméricas pode ser modificada facilmente, especialmente com grupos carboxila53, o que as torna estáveis ​​em alta temperatura e alta salinidade. Portanto, as nanopartículas revestidas com polímero eram boas transportadoras candidatas. Bila et al.54 explicaram a aplicabilidade de nanopartículas de sílica revestidas com polímeros como aditivos para melhorar a inundação de água em reservatórios úmidos. Eles propuseram redução de IFT, alteração na rugosidade da superfície da rocha e molhabilidade para mais molhamento de água e desvio de fluxo microscópico devido ao entupimento dos poros são os principais mecanismos EOR na aplicação de nanopartículas. Além disso, as nanopartículas mobilizaram o óleo residual e aumentaram a recuperação do óleo em até 9,2% do OOIP54. Zhou et al.55 desenvolveram um novo nanofluido revestindo nanopartículas de polímero carregadas negativamente com surfactante zwiteriônico do tipo betaína via atração eletrostática. O nanofluido aumentou a estabilidade em salmoura de alta salinidade contendo íons divalentes (salmoura estimulada a 15%) e altas temperaturas (80˚C). A capacidade do nanofluido para recuperação aprimorada de óleo revelou que a recuperação total de óleo pelo nanofluido foi 9,32% maior que a da salmoura55. Além disso, Omran et al.56 estudaram o desempenho de NPs de sílica revestidas com polímero para recuperação de óleo em microescala em três condições de molhabilidade (molhado com água, úmido intermediário e úmido com óleo), enquanto todas as condições de laboratório, como taxa de fluxo, poros estrutura, conectividade inicial do óleo e temperatura foram consideradas as mesmas para todos os estados. A eficácia de clusterização de NPs de sílica revestidas com polímero, devido a uma maior mobilização, menores clusters de óleo remanescentes e menor conectividade do óleo residual foi obtida melhor. Sagala et al.57 sintetizaram e investigaram o desempenho de vários tipos de nanopiroxênios como piroxênio neutro, piroxênio hidrofóbico semifuncionalizado com hidroxila e totalmente hidrofóbico funcionalizado com hidroxila. A concentração desses nanofluidos foi mantida constante em 0,005% em peso. A eficiência dos diferentes nanofluidos à base de piroxênio foi examinada através do ângulo de contato, medições IFT em várias temperaturas, embebição espontânea (SI) e testes de inundação do núcleo. A recuperação de óleo foi aumentada em 10,57% adicionais após a inundação de salmoura por meio de testes de inundação de núcleo57. Ali et al.58 prepararam nanofluidos poliméricos inteligentes dispersando os TiO2/SiO2/PAMNCs sintetizados em água inteligente com diferentes tipos e concentrações de íons dissolvidos. Os nanofluidos poliméricos inteligentes formulados foram aplicados para reduzir ITF e alterar a molhabilidade de rochas carbonáticas. O maior aumento na recuperação de óleo foi obtido de 36,0 para 46,5% do óleo original in place (OOIP)58. Neste estudo, como um nanofluido à base de óxido metálico, nossas seleções foram limitadas ao óxido de alumínio (Al2O3), que é de interesse em várias aplicações, especialmente como um agente de melhoria para aumentar os reservatórios de óleo subterrâneo45,46,47,59,60,61 . Assim, no presente trabalho, sintetizamos pontos quânticos de alumina (AQDs) com o objetivo de produzir nanoestruturas com tamanho e propriedades quânticas muito pequenos. Em seguida, o desempenho EOR de nanofluidos baseados em pontos quânticos de alumina (AQDs; D ~ 4 nm) foi investigado e comparado com nanopartículas comerciais (ANPs; D ~ 20 nm) em condições de reservatório, como efeito simultâneo de temperatura, salinidade e íons bivalentes ( Ca2) na presença de rocha carbonática. Em geral, o principal objetivo deste estudo foi demonstrar a resposta do tamanho de partícula e tipo de morfologia de alumina em pontos quânticos e nanopartículas sólidas na estabilidade coloidal e, em seguida, obter informações sobre o potencial EOR subjacente deles, incluindo alteração de molhabilidade através do contato medições de ângulos e testes de células de Amott e deslocamentos dinâmicos de núcleos. Além disso, seguimos uma metodologia perfeita como em rocha carbonática para considerar o comportamento de dano de formação de partículas. Sintetizamos AQDs de acordo com Nemade'work62 e fornecemos ANPs comerciais da empresa Scharlau. Em seguida, aprimoramos grupos carboxilados negativamente carregados (COO-) na superfície da alumina através de revestimentos de ácido cítrico e polímero polieletrólito (PE) para garantir que permaneçam estáveis. Os resultados experimentais indicaram que 0,05% em peso de pó de cit-AQDs + 0,05% em peso de PE em SWP, 0,1% em peso de pó de cit-AQDs + 0,1% em peso de PE em SWP e 0,05% em peso de pó de cit-ANPs + 0,1% em peso de PE em SWP pode produzir fluidos fortes com estabilidade de longo prazo, o que pode mudar a alteração da molhabilidade para mais umidade com água, aumento da recuperação adicional de óleo de cerca de 24 a 38% do que a salmoura. Além disso, os experimentos de laboratório mostraram que o dano de formação da injeção de nanofluido PE-cit-ANPsswp, mesmo com concentração mais baixa, foi grave. O dano de formação foi reduzido significativamente quando PE-cit-AQDsswp foi adicionado à salmoura.