Evidences of CDG formation and possible interpretations of core flood studies
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Description
Colloidal Dispersion Gels (CDG’s) have been successfully tested in several countries including Colombia. However, despite numerous successful field results reported in the literature, laboratory-scale experiments have generated controversy regarding the ability to inject CDG’s in large volumes without reducing injectivity while also improving sweep efficiency.
This paper summarizes the updates in microgel technologies, especially the Linked-Polymer Solutions (LPS) that have been also referred as CDG’s leading to misinterpretation of both systems. This brief review will also present the main mechanisms proposed for the formation of LPS in fluid:fluid studies and during its flow in porous media. This study also presents for the first time evidences of the possible mechanisms for the formation of CDG’s using a high molecular weight (MW) partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) and Aluminum Citrate (Al(Cit)3) as a crosslinker using Dina Cretáceos Field, Colombia, synthetic brine at room temperature (25°C). The results generated during this study were used to re-interpret corefloods injecting CDG in Berea and Tello Field, Colombia, core plugs at different experimental conditions.
The main difference identified between LPS and CDG systems is the viscosity behavior in the presence of Al(Cit)3. LPS reports a decrease in viscosities while CDGs shows an increase in viscosities in the presence of crosslinker. This difference is due to the use of different high MW HPAM polymers. However, the crosslinking of the trivalent ion (Al3+) and the negatively charged carboxylic groups of the polymer of both microgels occurs through intra-and inter-molecular interactions leading to different particle size or hydrodynamic diameter distributions (HDD). The rate and type of HDD is dependent of polymer and crosslinker concentration. These results were also compared with a CDG systems using Chromium Acetate (Cr(Ac)3) as a crosslinker used in Loma Alta Sur Field, Argentina. The crosslinkers used (Al3+ y Cr3+) forming CDG suggests similar crosslinking mechanisms but shows differences in HDD. However, the difference in the experimental conditions of studies documented makes difficult developing a more detailed comparison. Finally, the re-interpretation of CDG corefloods suggests that the main operating mechanisms include viscosity effects, adsorption, straining and log-jamming as proposed for LPS systems. However, viscosity effects and the gradual blocking of pore channels (log-jamming) seem to be more dominant in CDG than LPS systems. The results of this study will contribute with the understanding of the CDG’s and also provides guidance to improve the evaluation and research of the technology at lab scale.
La inyección de Geles de Dispersión Coloidal (CDG) ha sido evaluada exitosamente en diferentes países incluyendo Colombia. Sin embargo y a pesar del número de casos exitosos reportados en la literatura, estudios experimentales han generado controversias respecto a la posibilidad de inyectar altos volúmenes de CDG sin reducir la inyectividad y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de barrido en el yacimiento. Este trabajo resume brevemente la actualidad de la tecnología de microgeles, especialmente las Soluciones de Polímero Entrecruzadas (LPS) que también ha sido referenciado como CDG generando confusiones en la interpretación de ambos sistemas. Esta revisión también resume los mecanismos propuestos para la formación de LPS basados en estudios de interacciones fluido:fluido y durante su flujo en medios porosos. El presente estudio documenta por primera vez las evidencias de los posibles mecanismos de la formación de CDG utilizando una poliacrilamida parcialmente hidrolizada (HPAM) de alto peso molecular y Citrato de Aluminio (Al(Cit)3) como entrecruzador utilizando salmuera sintética del Campo Dina Cretáceos, Colombia, a condiciones ambiente (25°C). Los resultados obtenidos en este estudio fueron utilizados para re-interpretar pruebas de desplazamiento de inyección de CDG en muestras de núcleo de Berea y del Campo Tello, Colombia, a diferentes condiciones experimentales. Se identifica que la principal diferencia entre el LPS y el CDG es el comportamiento de la viscosidad en presencia de Al(Cit)3. El LPS reporta una disminución de la viscosidad mientras que el CDG un aumento de la misma al interactuar con este entrecruzador. Esta diferencia se basa fundamentalmente en que estos sistemas se formulan con diferentes HPAM de alto peso molecular. Sin embargo, se identifica que el entrecruzamiento del ion trivalente (Al3+) y los grupos carboxílicos cargados negativamente del polímero ocurre de manera similar para ambos sistemas a través de interacciones intra- e inter-moleculares generando diferentes distribuciones de tamaño de partículas o diámetros hidrodinámicos (DDH). La velocidad de reacción y tipo de DDH resulta dependiente de las concentraciones de polímero y del entrecruzador. Estos resultados se comparan con sistema CDG formulado con Acetato de Cromo (Cr(Ac)3) como entrecruzador utilizado en el Campo Loma Alta Sur, Argentina. Los entrecruzadores empleados para formar CDG (Al3+ y Cr3+) sugieren mecanismos de interacción similares pero generan diferentes DDH. Sin embargo, las diferencias en las condiciones experimentales de ambos estudios dificultan establecer comparaciones más detalladas. Finalmente, la re-interpretación de pruebas de desplazamiento con CDG sugiere que los principales mecanismos de efectos de viscosidad, adsorción, restricción y divergencia del flujo resultan similares a los reportados para los sistemas LPS. Sin embargo, se estima que los efectos de viscosidad y de bloqueo de canales del medio poroso resultan más dominantes en los sistemas CDG respecto a los LPS. Los resultados de este trabajo contribuyen con el mejor entendimiento de los CDG y también sugiere guías para mejorar la evaluación e investigación de la tecnología a escala de laboratorio.
La inyección de Geles de Dispersión Coloidal (CDG) ha sido evaluada exitosamente en diferentes países incluyendo Colombia. Sin embargo y a pesar del número de casos exitosos reportados en la literatura, estudios experimentales han generado controversias respecto a la posibilidad de inyectar altos volúmenes de CDG sin reducir la inyectividad y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de barrido en el yacimiento. Este trabajo resume brevemente la actualidad de la tecnología de microgeles, especialmente las Soluciones de Polímero Entrecruzadas (LPS) que también ha sido referenciado como CDG generando confusiones en la interpretación de ambos sistemas. Esta revisión también resume los mecanismos propuestos para la formación de LPS basados en estudios de interacciones fluido:fluido y durante su flujo en medios porosos. El presente estudio documenta por primera vez las evidencias de los posibles mecanismos de la formación de CDG utilizando una poliacrilamida parcialmente hidrolizada (HPAM) de alto peso molecular y Citrato de Aluminio (Al(Cit)3) como entrecruzador utilizando salmuera sintética del Campo Dina Cretáceos, Colombia, a condiciones ambiente (25°C). Los resultados obtenidos en este estudio fueron utilizados para re-interpretar pruebas de desplazamiento de inyección de CDG en muestras de núcleo de Berea y del Campo Tello, Colombia, a diferentes condiciones experimentales. Se identifica que la principal diferencia entre el LPS y el CDG es el comportamiento de la viscosidad en presencia de Al(Cit)3. El LPS reporta una disminución de la viscosidad mientras que el CDG un aumento de la misma al interactuar con este entrecruzador. Esta diferencia se basa fundamentalmente en que estos sistemas se formulan con diferentes HPAM de alto peso molecular. Sin embargo, se identifica que el entrecruzamiento del ion trivalente (Al3+) y los grupos carboxílicos cargados negativamente del polímero ocurre de manera similar para ambos sistemas a través de interacciones intra- e inter-moleculares generando diferentes distribuciones de tamaño de partículas o diámetros hidrodinámicos (DDH). La velocidad de reacción y tipo de DDH resulta dependiente de las concentraciones de polímero y del entrecruzador. Estos resultados se comparan con sistema CDG formulado con Acetato de Cromo (Cr(Ac)3) como entrecruzador utilizado en el Campo Loma Alta Sur, Argentina. Los entrecruzadores empleados para formar CDG (Al3+ y Cr3+) sugieren mecanismos de interacción similares pero generan diferentes DDH. Sin embargo, las diferencias en las condiciones experimentales de ambos estudios dificultan establecer comparaciones más detalladas. Finalmente, la re-interpretación de pruebas de desplazamiento con CDG sugiere que los principales mecanismos de efectos de viscosidad, adsorción, restricción y divergencia del flujo resultan similares a los reportados para los sistemas LPS. Sin embargo, se estima que los efectos de viscosidad y de bloqueo de canales del medio poroso resultan más dominantes en los sistemas CDG respecto a los LPS. Los resultados de este trabajo contribuyen con el mejor entendimiento de los CDG y también sugiere guías para mejorar la evaluación e investigación de la tecnología a escala de laboratorio.
Keywords
CDG (Geles de Dispersión Coloidal), Poliacrilamida, Distribuciones de Diámetros Hidrodinámicos, Microgeles, Recobro Mejorado de Petróleo, CDG (Colloidal dispersion Gels), Polyacrylamide, Hydrodynamic Diameter Distributions, Microgels, Enhanced Oil Recovery (EOR)