Synthesis and application of supported metallic and multi-metallic oxides nanoparticles for in-situ upgrading and inhibition of formation damage

Abstract

With the increasing world energy demand and the subsequent decrease in the world's easy-access oil supplies, conventional oil, the energy industry is increasingly turning to unconventional resources to recover oil, such as heavy and extra heavy oil and meet the world energy demand. However, in the current context, upgrading and recovery of heavy oil are highly energy and water intensive that requires a substantial capital and operating cost and consequently results in environmental footprints. In addition, asphaltenes are one of the most difficult problems to overcome in oil production and processing. The presence of asphaltenes in crude oil, and consequently, the adsorption and deposition of asphaltenes on the rock surfaces, affects the rock properties, such as porosity, permeability, and wettability. An alternative to the current upgrading, mitigate/inhibit asphaltene-related problems and enhance recovery processes is the potential employment of nanoparticle technology at reservoir conditions. This thesis aims at synthesize and apply metallic and/or multi-metallic oxides (e.g, Ni, and Pd) supported nanoparticles that have high adsorption selectivity and catalytic activity towards heavy hydrocarbons like asphaltenes. This study should provide a better insight on the influence of the adsorption process on the catalytic activity of the nanoparticles and give a better understanding about the use of nanotechnology for in-situ upgrading of heavy and extra-heavy oils and inhibition of formation damage.

Resumen: Debido a la creciente demanda energética a nivel global y el decrecimiento en las fuentes convencionales de petróleo, la industria energética ha optado por explotar otras fuentes de crudo no convencionales tales como los crudos pesados y extra pesados y contribuir de esta manera al suplemento de la demanda energética. Sin embargo, los crudos pesados pueden acarrear diferentes tipos de problemas en todo el sistema de producción, generando costos y operaciones adicionales en procesos de recobro o mejoramiento de la calidad del crudo, además del empleo de grandes cantidades de agua que directamente generan un impacto ambiental negativo. Adicionalmente, la vida productora de un yacimiento puede verse afectada por componentes de alto peso molecular como los asfáltenos. Los asfáltenos pueden generar problemas operacionales en la producción y procesamiento del crudo tanto a nivel de yacimiento, pozo o superficie. La nanotecnología se presenta como una solución viable para mejorar la calidad de crudos pesados y extra pesados, mitigar/inhibir problemas relacionados con los asfáltenos y aumentar el recobro de petróleo mediante su aplicación a nivel de yacimiento. En este orden de ideas, esta tesis tiene como objetivo principal la síntesis y aplicación de nanopartículas soportadas con óxidos metálicos o multimetálicos de NiO y/o PdO que tengan una alta selectividad actividad catalítica hacia la adsorción y posterior descomposición de asfáltenos. Mediante este estudio se pretende generar un mejor panorama acerca de la influencia del proceso de adsorción de asfáltenos en la actividad catalítica de nanopartículas funcionalizadas y dar un mejor entendimiento acerca del uso de la nanotecnología para mejoramiento in-situ de crudos pesados y extra-pesados y la inhibición del daño de formación por asfáltenos