Stability and efficiency of silica-based nanofluids for enhanced oil recovery

Abstract

O uso de nanofluidos em recuperação avançada de petróleo tem ganhado atenção devido à possibilidade de intensificar a recuperação de petróleo de campos de petróleo maduros. Diferentes mecanismos são envolvidos quando nanofluidos são injetados em reservatórios de petróleo, como alteração da molhabilidade, redução da tensão interfacial, aumento da viscosidade da solução aquosa e diminuição da viscosidade do óleo. As nanopartículas de sílica são amplamente utilizadas para formulações de nanofluidos, mas existem obstáculos importantes para o uso de nanofluidos na recuperação avançada de petróleo. A estabilidade é o mais evidente, além dos aspectos ambientais e econômicos, e a necessidade de projetar processos de produção em larga escala adequados para a síntese de nanopartículas com as características exigidas. Assim, este estudo tem como objetivo avaliar a estabilidade e eficiência do uso de diferentes fontes de nanopartículas de sílica na formulação de nanofluidos aplicáveis à recuperação avançada de petróleo. Foram utilizadas nanopartículas de sílica sintetizadas a partir de cinzas de casca de arroz, nanopartículas precipitada por meio do método sol-gel, e uma amostra comercial de nanopartículas de sílica. O efeito das características das nanopartículas, tais como forma, tamanho, concentração, características hidrofílicas/hidrofóbicas e suas interações com surfactante e óleo, é discutido em termos da taxa de recuperação de óleo. As nanopartículas de sílica foram caracterizadas por FRX, DRX, MEV, MET, FTIR, XPS e área superficial específica. Os nanofluidos com diferentes concentrações de nanopartículas foram caracterizados em termos de sua viscosidade, tensão superficial, potencial zeta e estabilidade. A recuperação de óleo aumentou devido à injeção de nanofluido após a recuperação secundária. Uma recuperação de óleo adicional de 5-10% foi alcançada após a inundação com nanofluidos, provando que a sílica da cinza da casca de arroz tem eficiência comparável a outras nanopartículas de sílica sintética para serem usadas na recuperação avançada de petróleo.

Abstract: The use of nanofluids in enhanced oil recovery processes has gained attention due to the possibility to intensify the oil recovery from mature oil fields. Different mechanisms are involved when nanofluids are injected into oil wells, such as wettability alteration, reduction of interfacial surface tension, increase in the viscosity of the aqueous solution, and decrease in oil viscosity. Silica nanoparticles are extensively used for nanofluid formulations but there are important obstacles to the use of nanofluids in enhanced oil recovery. Stability is the most evident, in addition to environmental and economic aspects, and the need to design suitable large-scale production processes for the nanoparticle synthesis with the required characteristics. Thus, this study aims to evaluate the stability and efficiency of silica-based nanoparticles on enhanced oil. The effect of the silica nanoparticles from different sources (natural rice husk ash, sol,-gel silica, and a commercial silica sample), their characteristics, such as shape, size, concentration, water affinity, and their interactions with surfactant and oil, are discussed in terms of the oil recovery rate. The silica nanoparticles were well characterized using XRF, XRD, SEM, TEM, FTIR, XPS, and BET. The nanofluids with different nanoparticle concentrations were characterized according to their viscosity, surface tension, zeta potential, and stability. The oil recovery from an oil-saturated sand-packed bed increased due to the nanofluid injection after secondary recovery. An additional 5-10% oil recovery is achieved after flooding due to the injection of nanofluids, proving that silica from rice husk ash has comparable efficiency to other synthetic silica nanoparticles to be used in enhanced oil recovery.