Investigação experimental e numérica de poros poliméricos

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8245 (2023) Citar este artigo

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Os polímeros têm sido usados ​​efetivamente na indústria de petróleo e gás para uma variedade de aplicações de campo, como recuperação avançada de petróleo (EOR), conformidade de poços, controle de mobilidade e outros. As interações intermoleculares dos polímeros com a rocha porosa, em particular, o entupimento da formação e as alterações associadas à permeabilidade, é um problema comum na indústria. Neste trabalho, polímeros fluorescentes e imagem de molécula única são apresentados pela primeira vez para avaliar a interação dinâmica e o comportamento de transporte de moléculas de polímero utilizando um dispositivo microfluídico. Simulações em escala de poros são realizadas para replicar as observações experimentais. O chip microfluídico, também conhecido como "Reservoir-on-a-Chip", funciona como um substituto 2D para avaliar os processos de fluxo que ocorrem na escala dos poros. Os tamanhos dos poros de uma rocha-reservatório contendo óleo, que variam de 2 a 10 nm, são levados em consideração ao projetar o chip microfluídico. Usando litografia macia, criamos o micromodelo de polidimetilsiloxano (PDMS). O uso convencional de traçadores para monitorar polímeros tem uma restrição devido à tendência de segregação das moléculas de polímero e traçador. Pela primeira vez, desenvolvemos um novo método de microscopia para observar o comportamento dinâmico dos processos de obstrução e desobstrução de poros de polímeros. Fornecemos observações dinâmicas diretas de moléculas de polímero durante seu transporte na fase aquosa e seus agrupamentos e acumulações. Simulações em escala de poros foram realizadas para simular os fenômenos usando uma ferramenta de simulação de elementos finitos. As simulações revelaram um declínio na condutividade de fluxo ao longo do tempo dentro dos canais de fluxo que sofreram acúmulo e retenção de polímero, o que é consistente com a observação experimental de retenção de polímero. As simulações de fluxo monofásico realizadas nos permitiram avaliar o comportamento do fluxo das moléculas de polímero marcadas dentro da fase aquosa. Além disso, tanto a observação experimental quanto as simulações numéricas são usadas para avaliar os mecanismos de retenção que surgem durante o escoamento e como eles afetam a permeabilidade aparente. Este trabalho fornece novos insights para avaliar os mecanismos de retenção de polímeros em meios porosos.

A inundação de polímeros é uma técnica promissora para melhorar quimicamente a recuperação de petróleo de reservatórios convencionais1,2. O método implica a adição de moléculas de polímeros solúveis em água à água de injeção para aumentar sua viscosidade de fase. O aumento da viscosidade leva a taxas de mobilidade mais favoráveis ​​e características de fluxo fracionário água-óleo, o que melhora a eficiência de varredura do processo de deslocamento3,4,5. Mesmo que a inundação de polímero seja considerada um método EOR maduro, existem implementações de campo completo limitadas de inundação de polímero6. Isso pode ser devido aos desafios de uma implementação bem-sucedida do processo em escala de campo, da qual o dano de formação induzida por polímero é um dos principais contribuintes7,8,9,10,11. O dano de formação induzido por polímero pode afetar o desempenho de recuperação, reduzindo a permeabilidade da formação e se manifesta como uma deterioração contínua da injetividade do poço12,13,14,15. A injetividade do polímero tem sido associada à qualidade da água, incompatibilidade entre injeção e água de formação, migração fina, entre outros fatores13,16. O dano de formação induzido por polímero relacionado ao entupimento da garganta do poro, ou simplesmente entupimento do polímero, é gerado pelo polímero aprisionado no espaço do poro17,18,19,20,21.

Esforços significativos têm sido dedicados ao estudo do comportamento do transporte de polímeros através de meios porosos e retenção de polímeros em rochas reservatório por décadas22,23,24,25,26. Três mecanismos principais são conhecidos por contribuir para a retenção geral do polímero durante o fluxo na rocha porosa, ou seja, adsorção de polímero, retenção hidrodinâmica e aprisionamento mecânico27,28. Mas, apesar de todos os esforços, os mecanismos que causam o aprisionamento de polímeros não são totalmente compreendidos. Uma das razões é que os mecanismos de retenção são normalmente inferidos indiretamente a partir da pressão diferencial e dos perfis de concentração de efluentes durante os experimentos de inundação do núcleo. Portanto, eles falham em diferenciar entre diferentes mecanismos e capturar seu efeito individual nas rochas29,30,31,32,33.