最小限のスケール堆積で砂岩貯留層に注入される低塩分水の塩分と組成の最適化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12991 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、低塩分水の性能と効率に対する重要な要素の影響を調査するために、さまざまな希釈海水レベルのスケール形成状況の影響に関する機構的かつ包括的な調査が行われました。 効果的な関与メカニズムを明らかにするために、適合性試験、電界放射型走査電子顕微鏡 (FESEM) およびエネルギー分散型 X 線分光法 (EDX) 分析によるスケール析出、表面電荷としてのゼータ電位、イオン濃度変化、接触角、pH、CO2 濃度、電気伝導率、イオン強度を分析しました。 その結果、希釈時間を最適レベル（10倍希釈海水（SW#10D））まで増やすことで、炭酸カルシウム（CaCO3）スケールや硫酸カルシウム（CaSO4）スケールの激しい沈殿量を効果的に低減できることがわかりました。 しかし、CaCO3 スケールの沈殿の減少 (異なる時間で希釈した海水を地層塩水と混合することによる) とその湿潤性の変化への影響 (OLSW/油および砂岩/OLSW の表面電荷の変化による) の方が大きな影響を及ぼしました。 ゼータ電位の結果は、最適な塩分、希釈、およびイオン組成を備えた OLSW を、さまざまな低塩分水組成と比較して、OLSW/石油/岩石 (- 16.7 mV) および OLSW/岩石 (- 10.5 mV) 界面の表面電荷を変化させる可能性があることを示しました。余分なマイナスに帯電したものに向かって。 FESEM と接触角の調査結果により、ゼータ電位の結果が確認されました。つまり、OLSW は、海水の希釈と湿潤性の変化によって砂岩の表面をより負にすることができ、油濡れから水濡れに変化しました。 その結果、SW#10D は、最小のスケール傾向とスケール堆積 (60 mg/l)、OLSW/油/岩石の最大表面電荷 (-16.7 mV)、および湿潤性の変化による増分油回収の可能性によって特徴づけられました。他の希釈海水レベルと比較して、水の湿り度（油/岩石の接触角 ～ 50.13°）が高くなります。

化石燃料は世界のエネルギー供給の重要な部分を占めています1。 圧力維持と石油回収の向上のために油層で使用される最も古くてよく知られた方法の 1 つは水注入です。 注水は、油層の自然回収に次いで最も広く適用されている油回収量増加法である2。 最近、低塩水注入 (LSWI) とスマート注水 (SWI) が油層の回収率にプラスの効果を示しました 3。 さまざまな実験室実験や現場での応用により、イオン量の変更や海水の塩分濃度の低下、海水の希釈率の増加により石油生産量が増加することが示されています4、5、6、7、8、9、10、11。 LSWI および SWI は、油層の湿潤性を変更した後の改善された石油生産方法として適用できます12、13、14、15、16。 LSW の浸水の顕著なメカニズムは、湿潤性の変化、微細な移動、岩石の溶解、多重イオン交換 (MIE)、および二重層の膨張でした 17,18。 ただし、主要なメカニズムは、文献では湿潤性の変化として参照されています 14、18。 注入水の一種としてのスマートウォーターは、異なる定義の下で次の 2 つの意味を持ちます 19、20、21:

イオンの種類を無視した、低濃度の食塩水の適用。

濃度や種類を考慮したイオン設計により、新たな水組成を合成します。

この方法では、塩分の量が約 1000 ppm から 7000 ppm に減少します。 また、圧入水中のカルシウム (Ca2+)、マグネシウム (Mg2+)、および硫酸塩 (SO42-) の潜在的決定イオン (PDI) は、岩石の湿潤性をより高い親水性へと変化させ、石油回収率を増加させます 14,22,23,24,25。 26. カルシウム (Ca2+)、マグネシウム (Mg2+)、硫酸塩 (SO42-) などの二価イオンは、表面電荷を活性化します。 また、溶液中のそれらの濃度は、岩石の極性と表面電荷密度を決定し、石油と岩石表面の間の反応に影響を与えます27。 油層における三次注水法の結果によれば、海水を2倍、10倍、20倍に段階的に希釈した場合、18％の増分回収率が得られた。 その後、スマートウォーター氾濫時の 2 つの主な原因により、次のように湿潤性の変化として砂岩と炭酸塩岩の湿潤特性が変化する可能性があります 12、14、28、29。