2021 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of the mechanisms for enhanced oil recovery using the silica nanoparticle and visualization of the fluid behavior
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21K04959
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
阿部 一徳 秋田大学, 国際資源学研究科, 助教 (50746782)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 石油増進回収法 / シリカナノ粒子 / 濡れ性 / 資源開発 / 流体挙動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリカナノ粒子を用いた石油増進回収法の増油機構解明に向けて、2021年度は模擬貯留層内におけるアニオン性シリカナノ粒子及び原油等の流体挙動を評価した。模擬貯留層として、貯留岩に砂岩または炭酸塩岩（孔隙率：約17～20%、ガス浸透率：約100～400mD）を用いて、水相にNaCl水溶液（30,000～40,000ppm）、油相に軽質原油を使用し、温度60°C下においてシリカナノ粒子分散塩水（シリカ濃度：1,000ppm）による油掃攻試験を実施した。いずれのケースでもシリカナノ粒子分散水の圧入により、水攻法後の残留油の追加回収（約3～8%）が確認された。本研究で用いた砂岩及び炭酸塩岩は比較的浸透率が高く、流体圧入時の圧力挙動はほぼ定常状態を示したが、一部の孔隙分布が不均質なサンプルでは、緩やかな圧力上昇も観察された。掃攻試験における排出液中のシリカ濃度の経時的評価から、シリカナノ粒子分散水1～2PV（Pore Volume：孔隙体積）圧入後は、ほぼ全量のシリカが定常的に排出されており、凝集による著しい孔隙閉塞も確認されていない。今回、模擬貯留岩とシリカナノ粒子の表面電位が同符号で十分大きな値となるpH域では、安定的な圧入性が確保されており、DLVO理論による粒子間の全相互作用の計算結果との相関も確認されている。シリカナノ粒子分散水を用いた増油機構としては、本研究で使用した軽質原油の場合、シリカナノ粒子は油水間界面張力の低下に対する影響は確認されず、一方で岩石表面の濡れ性改質に優位性をもつことが示された。また、ナノ粒子の粒径を変化させた場合、微小粒径を用いた際の油回収率及び濡れ性改質効果が高く、原油・岩石間に侵入した際の分離圧計算結果との相関も確認されたことから、分離圧による油の剥離作用が濡れ性改質に寄与している可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は砂岩及び炭酸塩岩試料を用いた特殊コア試験ならびにマイクロ流路モデル実験を計画し、当初の予定通りに進捗している。シリカナノ粒子分散水を用いた増油機構としては、本研究で使用した軽質原油の場合、シリカナノ粒子は油水間界面張力の低下に対する影響は確認されず、一方で岩石表面の濡れ性改質に優位性をもつことが示唆された。岩石中でのシリカナノ粒子の輸送性についても、掃攻試験時の排出液中シリカ濃度の経時的測定やDLVO理論に基づく粒子間の全相互作用の計算結果から、シリカの岩石表面への吸着性も考慮した評価ができている。また、様々な模擬貯留層条件下で掃攻試験を行うことで、シリカナノ粒子分散水の油層圧入条件の検討についても着実に進捗している。マイクロ流路モデルを用いた流体挙動可視化に向けて、流動試験及び流体挙動の画像解析も実施している。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までと同様に砂岩及び炭酸塩岩コアを用いて、濡れ性評価及び掃攻試験を実施し、シリカナノ粒子による増油機構について検討する。特に炭酸塩岩については、塩水圧入時に溶解反応が生じることから、水相中の高pHシフトや共存イオンの存在により、シリカナノ粒子の圧入性や岩石表面の吸着性への影響が想定されるため、優先的に試験を実施する。増油機構については、シリカナノ粒子による濡れ性改質プロセスに焦点をあて、シリカナノ粒子が原油・岩石間に侵入することで生じる分離圧についても、油層条件を想定し計算する。併せて、マイクロ流路モデル実験及び流体挙動の画像解析から、シリカナノ粒子を多孔質媒体に圧入した時の原油の挙動解析を行う。また原油剥離の経時変化を顕微鏡により観察することで、シリカナノ粒子による濡れ性改質プロセスの理解を深める。
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| Causes of Carryover |
当該年度はオンラインでの学会参加等により、旅費の支出が当初計画よりも少なくなったことから残額が生じた。一方で、学会参加費や装置利用費等のその他の支出は想定よりも多くなっていることから、残額は次年度に繰り越し、その他の支出に充てる。
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