DEVELOPMENT OF CHEMICALS AND EVALUATION METHODS FOR ENHANCEMENT OF CO2 EOR CONFORMANCE Vörös Cs.1, Dudás J.2, Jónap K.1, Kalocsai P.3*, Törő M.3, Székely E.4, Simándi B.4, Vágó Á.3 1
Univ. of Miskolc Research Inst. of Applied Earth Sciences, Miskolc 2 Univ. of Pannonia, Research Inst. of Chem. and Proc. Eng., Veszprém 3 MOL Plc., E&P, IFA, Budapest 4 BME Dept. Chem. Env. Proc. Eng., Budapest * corresponding author:
[email protected]
Project strucure MOL Nyrt. •Projecet Management
Pannon Egyetem •Organition chemichals
ME AFKI
BME •Solubility tests •Determination of distribution coefficients •Estimation of viscosity enhancement
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹2›
•Estimation of viscosity enhancement with core-holder viscometer
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Background Economic potential of EOR methods are increasing worldwide. Meanwhile, application of carbon dioxide of industrial origin for enhanced oil recovery offers CO2 sequestration possibilities as well. One of the key issues of CO2 flooding is the conformance determined by oil to CO2 mobility ratio. Maximized efficiency might be obtained by increasing CO2 viscosity ending up at one or less mobility ratio. The most promising option of viscosity enhancement is thickening carbon dioxide by added chemicals before injection. Successful application of thickened CO2 EOR might be an alternative of WAG method (Water-alternatinggas injection) Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹3›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Viscous miscible fingering
In case of 1≤M
In case of 10~M
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹4›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Displacement fronts
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹5›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Mobility ratio
•The viscosity ratio leads to the mobility ratio. •Unfavorable mobility ratio contributes to miscible fingering and reducing the areal sweep efficiency. •Low viscosity of CO2 contributes to the low vertical efficiency, especially in stratified reservoir. Viscosity of CO2
That isMobiliti what the project is allthe about. areal sweep efficiency ratio
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹6›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Why should apply CO2 flooding? Advantage of CO2 flooding Available in large amount from natural reservoir Has not effect to the net global warming. Inexpensive Non-flammable, non-toxic Reduced oil viscosity Oil swelling Pressure maintenance
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹7›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Why should not apply CO2 flooding? Disadvantage of CO2 flooding Corrosion Recirculation (environment protection) CO2 low viscosity CO2 viscosity 0,04-0,06 cP Oil viscosity 0,6-1,0 cP High mobility ratio Low sweep efficiency Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹8›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Increase the sweep efficiency CO2 mobility reduction WAG decrease the relative permeability of CO2 by increasing the water saturation Advantage: water prolongs the duration of the CO2 flood. Disadvantage: water shield the residual oil from CO2 and reduces the displacement.
Generation of CO2 foam, Advantage: foam blocks preferential flow channels. Disadvantage: the surfactant adsorbs and the foam breaks down.
Increasing viscosity of CO2 via addition of a “thickening agent” Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹9›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
The ideal candidate is soluble in supercritical carbon dioxide (scCO2), increases the viscosity of the solution by an order of magnitude compared to pure scCO2. is stable, available, cheap and applicable, remains in scCO2 phase when contacted with water, preferably remains in scCO2 phase when contacted with oil (test oil: dodecane).
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹10›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Is original research necessary? Literature survey identified promising compounds: high molecular wieght poilmers (PDMS) with entrainer (to increase solublility) fluorinated polimers What kind of compounds we examine? two commercial oligomers (poli-1-decene and poli-vinylethyl-ether) increase the viscosity of CO2 12-14-foldsin a concentration less than 1 m/m% Zhang, S., She, Y., Gu, Y.: Evaluation of polymers as direct thickeners for CO2 enhanced oil recovery, J. Chem. Eng. Data, 56, 1069-1079 (2011). Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹11›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Poli-1-decene 185 bar, 56 °C, 0,73 m/m%
But, Is it true that all the literature included?
The scientific literature states: Applied in low concentration an order of magnitude increase the viscosity of CO2 solution.
0 min
15 min
60 min
30 min
45 min
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹12›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Necessary measurements Determination of solubility (pressure – temperature dependance). Determination of distribution coefficients What tests should be performed to ScCO2 – water determine a compound is suitable or not ScCO2 – oil (dodecane) suitable to increase the viscosity of CO2? Estimation of viscosity enhancement by falling body viscosimetry – determination of density is required on true (Berea) core sample Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹13›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Solubility determination by static analytical method 7: tempreature control
14
9: HPLC pump; 6: stirrer 4
15
3 13: pressure transducer;
10: solvent
5 2 1: high pressure view cell 11
12: CO2 cyclinder
Fill the cell. Increasing the pressure. Observe the changes. If we can prepare a homogeneous phase it is means the compound is soluble in CO2. Changing the concentration determines the max. conc. depends from T and P.
8 CO2 inlet
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹14›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Necessary measurements Determination of solubility (pressure – temperature dependance). Determination of distribution coefficients ScCO2 – water ScCO2 – oil (dodecane)
Estimation of viscosity enhancement by falling body viscosimetry – determination of density is required on true (Berea) core sample Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹15›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Determination of distribution coefficients computer converter
stirrer
thermocouple T
P sampling valve
T P Visual Cell
T controller
pressure transducer
sampling valve
CO2 cylinder Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
CO2 supply ‹16›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Quantitative analysis by chromatography with inner standards quantities
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
distribution factors
‹17›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Necessary measurements Determination of solubility (pressure – temperature dependance). Determination of distribution coefficients ScCO2 – water ScCO2 – oil (dodecane)
Estimation of viscosity enhancement by falling body viscosimetry – determination of density is required on true (Berea) core sample Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹18›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Test method by falling body viscosimetry CONTORLLER
P
AIR THERMOST.
COIL pump
CO2 cylinder
view cell
MOVEMENT MECHANICS
After properly mixing the solution filled through into a test-tube.
MULTIMETER <19>
0
MOVING MAGNET
10
20
30
40
MAGNETIC CORE
COILS
ALUMINIUM BODY
½” stainless steel pipe, lenght: 25 cm We measure the time between the two coil-signal.
<20>
Calculations (s f ) (s f ) K K t K t (s f )t K t (s f )n vt s Viszkozitásmérés 153 bar/3
Viszkozitásmérés 102 bar/1
t~23
8,00E+05
8,00E+05
6,00E+05
6,00E+05
4,00E+05
4,00E+05
2,00E+05
2,00E+05
0,00E+00 -2,00E+05
0
5
10
15
20
25
30
35
U (nV)
U (nV)
t~15
0,00E+00 -2,00E+05
-4,00E+05
-4,00E+05
-6,00E+05
-6,00E+05
-8,00E+05
-8,00E+05
-1,00E+06
-1,00E+06 t (egység)
Viscosity
0
10
20
30
t (egység)
Speed
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
Delay time ‹21›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
40
Calibration by scCO2
P (bar) 102 153 205 200 153 102
T (°C) 65 65 65 65 65 65
Literature value Measured Number of (mPa*s) (mPa*s) Deviation repetitions 0.0235 0.0235 10 0.0427 0.0435 1.7% 10 0.0572 0.0572 10 0.0561 0.0558 -0.5% 5 0.0427 0.0421 -1.5% 5 0.0235 0.0235 0.0% 5
T= 65 °C, K1=3.72E-6 m/s, s=3183.5 kg/m3
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹22›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Isooctanol (65 °C) The examinations was conducted on a given temperature.
viscosity (mPas)
1,00 0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,10
R² = 0,9981 153 bar 200 bar 0,01
isooctanol molar fraction
The present diagram shows the test method is suitable to determine the effect of viscosity enhance. Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹23›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
MOLCO-30 dependence on temperature at constant density MOLCO30: derivative of isooctanol
Concentration Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
Viscosity ‹24›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Necessary measurements Determination of solubility (pressure – temperature dependance). Determination of distribution coefficients ScCO2 – water ScCO2 – oil (dodecane)
Estimation of viscosity enhancement by falling body viscosimetry – determination of density is required on true (Berea) core sample Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹25›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Test method by core-holder viscosimetry Transmitter units
Dosing pump
Gas booster
record the differential pressure change
Thermostat
Core holder Injected into the core
Gas tank
given speed
Back-pressure regulator Visual cell
Mantle pump
solution prepared in the visual cell
Viscosity
Flow resistance
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
Pressure drop ‹26›
Data acquisition and control
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Core-holder viscometer Thermostate Visual cell and core-holder Differential pressure transmitter Dosing pump Gas booster ….
Mantle pump Data acquisition and control Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹27›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Structure of visual cell and core-holder hydraulic fluid came from the dosing pump
4. piston
solution
1. 2. 3. 1. 2. 3. 4.
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹28›
Berea core Rubber mantle Mantle area Cell body
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Measuring results dP [bar]
P [bar]
Inline pressure Differencial Pressure
t [sec] dP [mbar]
This nine point describes the behavior of given compound.
Pure scCO2
Compound and scCO2
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
Pure scCO2 ‹29›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Different compounds effect From the normalized data can easy The question is: identification the effective Can be seen something fromand this ineffective examinations? compounds. Effective compounds
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
Ineffective compounds
‹30›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Tested compounds Prepared six series from MOLCO compounds (more than 70 different chemicals), Determined their solubility in scCO2 and And How is the project now? distribution coefficients, Suitable compounds were examined in falling-body viscometer Suitable compounds were examined in core-holder viscometer Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹31›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Results After the examination 6 series MOLCO family find some chemichals which increase the viscosity of scCO2. MOLCO30 10 MOLCO37 MOLCO29
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹32›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel
Thank you for your attention!
Kihívások és jövőbeni technológiák az EOR megvalósításában
‹33›
2013. április 23-24. Szolnok, Garden Hotel