수정된 EoS를 사용하여 다양한 가스 및 일반 알칸이 존재하는 다공성 매질에서 IFT 계산

Mar 28, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8077(2023) 이 기사 인용

319 액세스

측정항목 세부정보

가스 주입은 가스-오일 계면 장력이 물-오일 계면 장력(IFT)보다 낮고 혼화성 상태에서 0이 되는 경향이 있기 때문에 오일 회수율을 높일 수 있습니다. 그러나 다공성 규모에서 파괴 시스템의 경유 이동 및 침투 메커니즘에 대한 정보는 거의 제공되지 않았습니다. 다공성 매질 내 오일 및 가스의 IFT가 변경되어 오일 회수를 제어할 수 있습니다. 본 연구에서는 평균 기공 반경과 모세관 압력을 사용하여 수정된 입방 Peng-Robinson 상태 방정식을 사용하여 IFT와 최소 혼화성 압력(MMP)을 계산합니다. 계산된 IFT 및 MMP는 기공 반경 및 모세관 압력에 따라 변경됩니다. n-알칸이 있는 상태에서 CH4, CO2 및 N2를 주입하는 동안 IFT에 대한 다공성 매질의 영향을 조사하고 검증을 위해 참고 자료에서 측정된 실험 값이 사용되었습니다. 본 논문의 결과에 따르면, IFT의 변화는 다양한 가스 존재 시 압력에 따라 달라지며, 제안된 모델은 탄화수소 가스 및 CO2 주입 중 IFT 및 MMP를 측정하는 데 있어 우수한 정확도를 가지고 있습니다. 또한 기공의 평균 반경이 작을수록 계면 장력 값이 낮아지는 경향이 있습니다. 이 효과는 두 가지 다른 간격으로 간극의 평균 크기가 증가함에 따라 다릅니다. 첫 번째 간격, 즉 10nm에서 5000nm까지의 Rp에서는 IFT가 3에서 10.78mN/m로 변경되고 두 번째 간격, 즉 5000nm에서 무한대까지의 Rp에서는 IFT가 10.78에서 10.85mN/m로 변경됩니다. 즉, 다공성 매질의 직경을 특정 임계값(즉, 5000 nm)으로 증가시키면 IFT가 증가합니다. 일반적으로 다공성 매질에 대한 노출로 인해 영향을 받는 IFT의 변화는 MMP 값에 영향을 미칩니다. 일반적으로 IFT는 매우 미세한 다공성 매체에서 감소하여 낮은 압력에서 혼화성을 유발합니다.

오일로 포화된 다공성 매체에 가스를 주입하는 동안 가스 압력이 증가함에 따라 움직임이 비혼화성에서 거의 혼화성으로 바뀔 수 있습니다. 마지막으로 최소 혼화성 압력(MMP: 가스와 오일이 흐름을 통해 혼화성을 생성하는 압력)1,2,3에서 가스 압력을 증가시켜 혼화성을 갖게 됩니다. 비혼화성 조건에서는 점도 비율이 좋지 않아 가스의 핑거링이 증가하고 결과적으로 오일 회수율이 감소합니다. 거의 혼합 가능한 조건에서 미세유체 실험을 통해 가스 전면 뒤에 갇힌 오일을 회수하는 잠재적인 메커니즘은 오일과 가스의 교차 흐름 또는 확산이라는 사실이 밝혀졌습니다4. 혼화성 조건에서 가스와 오일은 첫 번째 접촉 또는 다중 접촉에서 혼화성을 나타낼 수 있으며 움직임은 단상 흐름5,6이 됩니다. 스위핑 효율은 모든 경우에 낮지만 혼화성이 증가하면 향상됩니다7.

슬림 튜브 테스트(STT), 상승 기포 장치(RBA), 사라지는 계면 장력(VIT) 기술8과 같은 MMP 측정을 위한 여러 실험 방법이 있습니다8. 이 중에서 STT(Slim Tube Test)가 널리 사용되었으며9,10 MMP를 계산하는 표준 방법으로 채택되었습니다11. MMP를 결정하는 실험실 방법은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며(예: 슬림 튜브 테스트) 응축/증발 추진력이 있는 MMP 시스템(예: 상승 기포 장치 및 다중 접촉 테스트)을 예측할 수 없습니다. 그러나 MMP 계산 방법을 개발하고 검증하는 데 유용한 위상 동작 데이터를 생성할 수 있습니다.

MMP 추정을 위한 계산 방법은 MMP 추정을 위한 3차 상태 방정식을 사용하기 위해 수년에 걸쳐 개발되었습니다13. 모든 계산 방법의 기본 가정은 위상 동작이 상태의 적절한 삼차 방정식으로 정확하게 설명될 수 있다는 것입니다. MMP를 정확하게 추정하려면 특히 임계 영역 근처에서 이 가정이 유효해야 합니다. 세 가지 주요 계산 방법이 있습니다: 슬림 튜브의 결합 시뮬레이션, 특성 방법(MOC)을 사용한 계산 분석, 다중 혼합 셀 모델. 다음에서는 이러한 방법을 장점과 단점과 함께 제시합니다.