Published July 30, 2020 | Version v1
Publication Open

Experimental evaluation of oil recovery mechanism using a variety of surface-modified silica nanoparticles: Role of in-situ surface-modification in oil-wet system

Creators

  • 1. Universiti Teknologi Petronas
  • 2. NED University of Engineering and Technology
  • 3. Tun Hussein Onn University of Malaysia

Description

Recent developments propose renewed use of surface-modified nanoparticles (NPs) for enhanced oil recovery (EOR) due to improved stability and reduced porous media retention. The enhanced surface properties render the nanoparticles more suitable compared to bare nanoparticles, for increasing the displacement efficiency of waterflooding. However, the EOR mechanisms using NPs are still not well established. This work investigates the effect of in-situ surface-modified silica nanoparticles (SiO2 NPs) on interfacial tension (IFT) and wettability behavior as a prevailing oil recovery mechanism. For this purpose, the nanoparticles have been synthesized via a one-step sol-gel method using surface-modification agents, including Triton X-100 (non-ionic surfactant) and polyethylene glycol (polymer), and characterized using various techniques. These results exhibit the well-defined spherical particles, particularly in the presence of Triton X-100 (TX-100), with particle diameter between 13 to 27 nm. To this end, SiO2 nanofluids were formed by dispersing nanoparticles (0.05 wt.%, 0.075 wt.%, 0.1 wt.%, and 0.2 wt.%) in 3 wt.% NaCl to study the impact of surface functionalization on the stability of the nanoparticle suspension. The optimal stability conditions were obtained at 0.1 wt.% SiO2 NPs at a basic pH of 10 and 9.5 for TX-100/ SiO2 and PEG/SiO nanofluids, respectively. Finally, the surface-treated SiO2 nanoparticles were found to change the wettability of treated (oil-wet) surface into water-wet by altering the contact angle from 130° to 78° (in case of TX-100/SiO2) measured against glass surface representing carbonate reservoir rock. IFT results also reveal that the surfactant treatment greatly reduced the oil-water IFT by 30%, compared to other applied NPs. These experimental results suggest that the use of surface-modified SiO2 nanoparticles could facilitate the displacement efficiency by reducing IFT and altering the wettability of carbonate reservoir towards water-wet, which is attributed to more homogeneity and better dispersion of surface-treated silica NPs compared to bare-silica NPs.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقترح التطورات الأخيرة تجديد استخدام الجسيمات النانوية المعدلة سطحيًا (NPs) لتعزيز استخلاص النفط (EOR) بسبب تحسين الاستقرار وتقليل الاحتفاظ بالوسائط المسامية. تجعل خصائص السطح المحسنة الجسيمات النانوية أكثر ملاءمة مقارنة بالجسيمات النانوية العارية، لزيادة كفاءة إزاحة الفيضانات المائية. ومع ذلك، فإن آليات EOR التي تستخدم NPs لا تزال غير راسخة. يبحث هذا العمل في تأثير جسيمات السيليكا النانوية المعدلة سطحيًا في الموقع (SiO2 NPs) على التوتر البيني (IFT) وسلوك قابلية الترطيب كآلية سائدة لاستخلاص النفط. لهذا الغرض، تم تصنيع الجسيمات النانوية عبر طريقة هلام محلول من خطوة واحدة باستخدام عوامل تعديل السطح، بما في ذلك Triton X -100 (مادة خافضة للتوتر السطحي غير أيونية) والبولي إيثيلين جليكول (بوليمر)، وتميزها باستخدام تقنيات مختلفة. تُظهر هذه النتائج الجسيمات الكروية المحددة جيدًا، خاصة في وجود Triton X -100 (TX -100)، بقطر جسيم يتراوح بين 13 إلى 27 نانومتر. تحقيقا لهذه الغاية، تم تشكيل السوائل النانوية SiO2 عن طريق تشتيت الجسيمات النانوية (0.05 ٪ بالوزن، 0.075 ٪ بالوزن، 0.1 ٪ بالوزن، و 0.2 ٪ بالوزن) في 3 بالوزن.٪ كلوريد الصوديوم لدراسة تأثير وظيفية السطح على استقرار تعليق الجسيمات النانوية. تم الحصول على ظروف الاستقرار المثلى عند 0.1 بالوزن.% SiO2 NPs عند الأس الهيدروجيني الأساسي 10 و 9.5 للسوائل النانوية TX -100/ SiO2 و PEG/SiO، على التوالي. أخيرًا، تم العثور على جسيمات SiO2 النانوية المعالجة بالسطح لتغيير قابلية ترطيب السطح المعالج (الرطب بالزيت) إلى رطب بالماء عن طريق تغيير زاوية التلامس من 130درجة إلى 78درجة (في حالة TX -100/SiO2) المقاسة مقابل السطح الزجاجي الذي يمثل صخور خزان الكربونات. تكشف نتائج IFT أيضًا أن معالجة المادة الخافضة للتوتر السطحي قللت بشكل كبير من IFT للزيت والماء بنسبة 30 ٪، مقارنةً بالجسيمات النانوية الأخرى المطبقة. تشير هذه النتائج التجريبية إلى أن استخدام جسيمات SiO2 النانوية المعدلة سطحياً يمكن أن يسهل كفاءة الإزاحة عن طريق تقليل IFT وتغيير قابلية ترطيب خزان الكربونات نحو الماء الرطب، والذي يعزى إلى المزيد من التجانس والتشتت الأفضل لجسيمات السيليكا المعالجة سطحياً مقارنة بجسيمات السيليكا العارية.

Translated Description (French)

Les développements récents proposent une nouvelle utilisation de nanoparticules modifiées en surface (NP) pour la récupération assistée du pétrole (EOR) en raison de l'amélioration de la stabilité et de la réduction de la rétention des milieux poreux. Les propriétés de surface améliorées rendent les nanoparticules plus appropriées par rapport aux nanoparticules nues, pour augmenter l'efficacité de déplacement de l'inondation par l'eau. Cependant, les mécanismes de rap utilisant les PN ne sont toujours pas bien établis. Ce travail étudie l'effet des nanoparticules de silice modifiées en surface in situ (NP de SiO2) sur la tension interfaciale (IFT) et le comportement de mouillabilité en tant que mécanisme dominant de récupération du pétrole. À cette fin, les nanoparticules ont été synthétisées par un procédé sol-gel en une étape à l'aide d'agents de modification de surface, y compris le Triton X-100 (tensioactif non ionique) et le polyéthylène glycol (polymère), et caractérisées à l'aide de diverses techniques. Ces résultats présentent les particules sphériques bien définies, en particulier en présence de Triton X-100 (TX-100), avec un diamètre de particule compris entre 13 et 27 nm. À cette fin, des nanofluides de SiO2 ont été formés en dispersant des nanoparticules (0,05 % en poids, 0,075 % en poids, 0,1 % en poids et 0,2 % en poids) dans 3 % en poids.% NaCl pour étudier l'impact de la fonctionnalisation de surface sur la stabilité de la suspension de nanoparticules. Les conditions optimales de stabilité ont été obtenues à 0,1 pds.% de NP de SiO2 à un pH basique de 10 et 9,5 pour les nanofluides TX-100/ SiO2 et PEG/SiO, respectivement. Enfin, les nanoparticules de SiO2 traitées en surface ont été trouvées pour changer la mouillabilité de la surface traitée (huile-humide) en eau-humide en modifiant l'angle de contact de 130° à 78° (dans le cas de TX-100/SiO2) mesuré contre la surface de verre représentant la roche réservoir de carbonate. Les résultats de l'IFT révèlent également que le traitement par tensioactif a considérablement réduit l'IFT huile-eau de 30 %, par rapport aux autres NP appliqués. Ces résultats expérimentaux suggèrent que l'utilisation de nanoparticules de SiO2 modifiées en surface pourrait faciliter l'efficacité du déplacement en réduisant l'IFT et en modifiant la mouillabilité du réservoir de carbonate vers l'eau humide, ce qui est attribué à une plus grande homogénéité et à une meilleure dispersion des NP de silice traités en surface par rapport aux NP de silice nue.

Translated Description (Spanish)

Desarrollos recientes proponen un uso renovado de nanopartículas modificadas en la superficie (NP) para mejorar la recuperación de petróleo (EOR) debido a la mejora de la estabilidad y la reducción de la retención de medios porosos. Las propiedades de superficie mejoradas hacen que las nanopartículas sean más adecuadas en comparación con las nanopartículas desnudas, para aumentar la eficiencia de desplazamiento de la inundación de agua. Sin embargo, los mecanismos de EOR que utilizan NP aún no están bien establecidos. Este trabajo investiga el efecto de las nanopartículas de sílice modificadas en la superficie in situ (SiO2 NP) sobre la tensión interfacial (IFT) y el comportamiento de humectabilidad como mecanismo predominante de recuperación de petróleo. Para este propósito, las nanopartículas se han sintetizado mediante un método de sol-gel de una etapa utilizando agentes de modificación de superficie, que incluyen Triton X-100 (tensioactivo no iónico) y polietilenglicol (polímero), y se han caracterizado utilizando diversas técnicas. Estos resultados exhiben las partículas esféricas bien definidas, particularmente en presencia de Triton X-100 (TX-100), con un diámetro de partícula entre 13 y 27 nm. Con este fin, los nanofluidos de SiO2 se formaron dispersando nanopartículas (0.05% en peso, 0.075% en peso, 0.1% en peso y 0.2% en peso) en 3% en peso.% NaCl para estudiar el impacto de la funcionalización de la superficie en la estabilidad de la suspensión de nanopartículas. Las condiciones óptimas de estabilidad se obtuvieron a 0.1 en peso.% de NP de SiO2 a un pH básico de 10 y 9,5 para nanofluidos TX-100/ SiO2 y PEG/SiO, respectivamente. Finalmente, se encontró que las nanopartículas de SiO2 tratadas en la superficie cambian la humectabilidad de la superficie tratada (húmeda por aceite) a húmeda por agua al alterar el ángulo de contacto de 130° a 78° (en el caso de TX-100/SiO2) medido contra la superficie de vidrio que representa la roca del depósito de carbonato. Los resultados del IFT también revelan que el tratamiento con tensioactivo redujo en gran medida el IFT aceite-agua en un 30%, en comparación con otras NP aplicadas. Estos resultados experimentales sugieren que el uso de nanopartículas de SiO2 modificadas en la superficie podría facilitar la eficiencia del desplazamiento al reducir el IFT y alterar la humectabilidad del depósito de carbonato hacia la humedad del agua, lo que se atribuye a una mayor homogeneidad y mejor dispersión de las NP de sílice tratadas en la superficie en comparación con las NP de sílice desnuda.

Files

journal.pone.0236837&type=printable.pdf

Files (4.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a307be6aecd24a70d02fdadec8497898
4.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التقييم التجريبي لآلية استخلاص النفط باستخدام مجموعة متنوعة من جسيمات السيليكا النانوية المعدلة سطحيًا: دور تعديل السطح في الموقع في النظام الرطب النفطي
Translated title (French)
Évaluation expérimentale du mécanisme de récupération du pétrole à l'aide d'une variété de nanoparticules de silice modifiées en surface : Rôle de la modification de surface in situ dans un système huile-humide
Translated title (Spanish)
Evaluación experimental del mecanismo de recuperación de petróleo utilizando una variedad de nanopartículas de sílice modificadas en la superficie: papel de la modificación de la superficie in situ en el sistema de aceite húmedo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3046376649
DOI
10.1371/journal.pone.0236837

Is supplement to
https://openalex.org/W4387698537 (Other)
https://openalex.org/W4297282194 (Other)
https://openalex.org/W4293744191 (Other)
https://openalex.org/W3093682738 (Other)
https://openalex.org/W2970306919 (Other)
https://openalex.org/W2617826656 (Other)
https://openalex.org/W2480084092 (Other)
https://openalex.org/W2124180713 (Other)
https://openalex.org/W2115020685 (Other)
https://openalex.org/W2060853968 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1025755632
  • https://openalex.org/W1967409762
  • https://openalex.org/W1971956871
  • https://openalex.org/W1972495543
  • https://openalex.org/W1983739387
  • https://openalex.org/W1992548483
  • https://openalex.org/W1993112559
  • https://openalex.org/W1996091789
  • https://openalex.org/W1996664697
  • https://openalex.org/W1997827716
  • https://openalex.org/W2015805989
  • https://openalex.org/W2018113464
  • https://openalex.org/W2021692706
  • https://openalex.org/W2024363044
  • https://openalex.org/W2032023613
  • https://openalex.org/W2039711905
  • https://openalex.org/W2042075950
  • https://openalex.org/W2045547845
  • https://openalex.org/W2064464844
  • https://openalex.org/W2066705749
  • https://openalex.org/W2070908272
  • https://openalex.org/W2073120193
  • https://openalex.org/W2100114642
  • https://openalex.org/W2131789176
  • https://openalex.org/W2155353280
  • https://openalex.org/W2165412671
  • https://openalex.org/W2307325758
  • https://openalex.org/W2315108948
  • https://openalex.org/W2321558833
  • https://openalex.org/W2322644844
  • https://openalex.org/W2461037967
  • https://openalex.org/W2474514389
  • https://openalex.org/W2507794930
  • https://openalex.org/W2543009903
  • https://openalex.org/W2558994519
  • https://openalex.org/W2559135750
  • https://openalex.org/W2587822132
  • https://openalex.org/W2600156042
  • https://openalex.org/W2608261429
  • https://openalex.org/W2612589426
  • https://openalex.org/W2617715297
  • https://openalex.org/W2724872305
  • https://openalex.org/W2741415169
  • https://openalex.org/W2762520238
  • https://openalex.org/W2781920769
  • https://openalex.org/W2789615619
  • https://openalex.org/W2804362456
  • https://openalex.org/W2893842476
  • https://openalex.org/W2910226773
  • https://openalex.org/W2944002572
  • https://openalex.org/W2947521012
  • https://openalex.org/W3005909262
  • https://openalex.org/W3101004445