EOR-чипы меняют подход к повышению нефтеотдачи пластов. Сегодня потребность в более чистых и эффективных технологиях добычи энергоресурсов особенно высока. Экологичность и эффективность становятся важнейшими задачами нефтегазовой отрасли.
Применение микрофлюидики в технологиях EOR
EOR-чипы предлагают новые возможности для исследования и совершенствования методов повышения нефтеотдачи. EOR (Enhanced Oil Recovery) — это методы увеличения нефтеотдачи пластов, позволяющие повысить эффективность извлечения нефти.
Микрофлюидные устройства EOR разработаны для имитации различных структур пористой среды и изучения процессов, происходящих при извлечении нефти. Прозрачная область наблюдения позволяет непосредственно визуализировать взаимодействие жидкостей — то, что невозможно при использовании реальных образцов грунта или непосредственном исследовании процессов, протекающих под землей. Кроме того, использование идентичных копий одной и той же структуры позволяет сравнивать эффективность различных технологий и экспериментальных условий добычи нефти.
Микрофлюидика — это область науки и техники, связанная с управлением жидкостями на субмиллиметровом масштабе с помощью каналов, сформированных в таких материалах, как стекло или кремний. Управляя жидкостями на микроуровне, исследователи могут с высокой точностью анализировать свойства пластовых флюидов, что способствует принятию более обоснованных решений при разведке и разработке месторождений.
С начала 2000-х годов микрофлюидные технологии применяются для совершенствования процессов разведки и добычи углеводородов (Mohammadi and Maghzi, 2019) [2]. Специалисты нефтегазовой отрасли все больше внимания уделяют потенциалу этой технологии, однако одними из основных препятствий для ее широкого распространения остаются стандартизация и доступность.
Компания Micronit стремится внести вклад в развитие этой области благодаря своему опыту в сфере микрофлюидики. Для поддержки дальнейших исследований компания разработала доступную экспериментальную платформу и несколько типов EOR-чипов.
Преимущества EOR-чипов
Современные исследования демонстрируют целый ряд преимуществ применения EOR-чипов. Согласно исследованию Lifton (2019), микрофлюидные устройства обладают значительными преимуществами для исследований методов повышения нефтеотдачи, в частности обеспечивают улучшенную визуализацию процессов и точный контроль экспериментальных параметров [1].
Одно из ключевых преимуществ EOR-чипов заключается в возможности воспроизводить условия пористой среды. Благодаря этому можно эффективно исследовать химические, термические и микробиологические методы повышения нефтеотдачи.
Исследование Géraud et al. (2021) показывает, что микрофлюидные устройства могут использоваться для быстрого скрининга поверхностно-активных веществ для создания CO₂-пен [4]. Точный контроль небольших объемов жидкости помогает оптимизировать стратегии движения и распределения флюидов, а также непосредственно наблюдать их взаимодействие внутри пористой среды.
Таким образом, EOR-чипы представляют собой ценный инструмент для совершенствования методов повышения нефтеотдачи, особенно в условиях, когда возможности традиционных способов извлечения нефти становятся ограниченными.
Традиционные и микрофлюидные методы исследований
Традиционные исследования EOR включают эксперименты по вытеснению нефти из керна (core flooding). В ходе таких экспериментов в образец керна закачивают различные флюиды — например, воду, газ или химические реагенты — и наблюдают, каким образом они вытесняют нефть, одновременно оценивая эффективность ее извлечения.
К основным ограничениям таких методов относятся сложность экспериментов, длительное время проведения испытаний, ограниченные возможности визуализации механизмов, происходящих на микроуровне, а также трудности с воспроизводимостью результатов.
В микрофлюидных исследованиях EOR-чипы моделируют процесс вытеснения нефти в пористой среде. Такие устройства позволяют точно контролировать и визуализировать движение флюидов на микрометровом уровне.
К их преимуществам относятся более наглядная визуализация процесса вытеснения нефти, возможность многократного использования и проведение исследований в широком диапазоне температур и давлений. Благодаря этому микрофлюидные модели позволяют разрабатывать и оптимизировать более эффективные методы добычи нефти и получать дополнительную информацию о механизмах, лежащих в основе процессов нефтевытеснения.
|
Традиционные методы исследования: вытеснение нефти из керна (Core Flooding) |
Методы исследования с использованием микрофлюидных технологий |
|
Сложность и длительность: эксперименты по вытеснению нефти из керна занимают много времени и отличаются сложностью. |
Визуализация: отличная визуализация процессов вытеснения нефти. |
|
Ограниченные возможности наблюдения: сложно наблюдать механизмы и явления, происходящие на микроуровне. |
Воспроизводимость: воспроизводимые модели позволяют получать воспроизводимые результаты. |
|
Воспроизводимость: результаты экспериментов зачастую сложно воспроизвести. |
Широкие экспериментальные возможности: возможность проводить исследования в широком диапазоне температур и давлений. |
|
Капиллярные силы: значительная часть нефти остается в порах под действием капиллярных сил. |
Химическая совместимость: высокая совместимость с различными химическими веществами. |
Типы EOR-чипов
Компания Micronit разработала несколько типов EOR-чипов, предназначенных для различных исследовательских задач.
Random Structure — случайная структура
Чип содержит случайно расположенную пористую структуру и подходит для исследований химических (CEOR) и микробиологических (MEOR) методов повышения нефтеотдачи.
CEOR (Chemical Enhanced Oil Recovery) и MEOR (Microbial Enhanced Oil Recovery) — современные методы повышения нефтеотдачи, основанные соответственно на использовании специально подобранных химических веществ или микроорганизмов для увеличения эффективности извлечения нефти.
Uniform Structure — однородная структура
Чип имеет равномерную пористую структуру и также подходит для исследований CEOR и MEOR. Такие модели часто применяются в экспериментах, предназначенных для проверки и валидации расчетных моделей.
Physical Rock Structure — структура реальной породы
Микрофлюидный чип воспроизводит структуру реальной горной породы, обеспечивая более реалистичные условия для исследования различных методов повышения нефтеотдачи.
Random, Uniform или Physical Rock Structure с вертикальной трещиной
Такие модели позволяют исследовать влияние трещины или пустоты на процесс извлечения нефти. Доступны варианты с шириной трещины 150, 400 или 600 мкм. Длина трещины составляет 8 мм.
1000 mD Physical Rock Structure
Чип имитирует другую структуру реальной породы и изготавливается из кремния вместо стекла, что позволяет создавать более узкие каналы и получать более низкое значение проницаемости по Дарси.
Из-за использования кремния сам чип непрозрачен, однако при переходе между газовой и жидкой фазами обеспечивается более высокий контраст между каналами и их стенками.
Чипы с гидрофобным покрытием
Все перечисленные выше типы EOR-чипов также доступны в вариантах с гидрофобным покрытием.
Рис. 1. Схематическое изображение архитектуры EOR-чипа.
EOR-чипы как перспективный инструмент исследований
По мере того как отрасль добычи природных ресурсов сталкивается с возрастающими требованиями к повышению эффективности и снижению воздействия на окружающую среду, EOR-чипы становятся перспективным инструментом для исследований и разработки новых технологий.
Предоставляя возможность детально изучать процессы, происходящие в пористой среде, микрофлюидные чипы помогают совершенствовать технологии извлечения энергоресурсов.
Благодаря опыту Micronit и широкому ассортименту EOR-чипов нефтегазовые компании и исследовательские организации могут использовать преимущества микрофлюидных технологий для разработки и оптимизации методов повышения нефтеотдачи.
Micronit специализируется на разработке и производстве EOR-чипов и работает с широким кругом заказчиков — от инновационных стартапов до крупных международных промышленных компаний. Сотрудничество с Micronit позволяет использовать многолетний опыт компании и высококачественные микрофлюидные решения для реализации проектов в области исследования и повышения нефтеотдачи.
Литература
- Lifton, V.A. (2019). Microfluidics: an enabling screening technology for enhanced oil recovery (EOR). Lab on a Chip, 16(10), 1777–1796.
- Mohammadi, S., & Maghzi, A. (2019). Investigation of Fluid Behavior in Porous Media Using Microfluidics: A Review. Journal of Petroleum Science and Engineering, 176, 1146–1169.
- Conn, C.A., Ma, K., Hirasaki, G.J., & Biswal, S.L. (2014). Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast. Lab on a Chip, 14(20), 3968–3977.
- Géraud, B., Allais, C., Grenier, A., Boussour, S., & Fabbri, A. (2021). Simply built microfluidics for fast screening of CO₂ foam surfactants and foam model parameters estimation. Journal of Petroleum Science and Engineering, 200, 108418.
