Computational fluid dynamics as a tool for the design of micromodels for the evaluation of surfactant injection in enhanced oil recovery processes

Abstract

Se usó la dinámica de fluidos computacional (CFD) con el fin de proponer una guía para el diseño de dispositivos de microfluídica donde la diferencia entre dos surfactantes con propiedades similares en el rango ultra bajo de tensión interfacial se haga mas evidente durante procesos de recuperación química mejorada de petróleo (CEOR). En la inyección de surfactantes, uno de los métodos CEOR más ampliamente aplicados, el objetivo es disminuir la tensión interfacial de las fases presentes en el yacimiento. Las simulaciones de CFD se llevaron a cabo utilizando el método multifásico Volume of Fluid (VOF) para una geometría de un medio poroso con un mallado triangular generado a partir del software Meshing presente en el paquete de simulación de Ansys. El análisis CFD consideró el efecto de la tensión interfacial de dos surfactantes (0.037 mN /m y 0.045 mN/ m) sobre el factor de recobro, el tiempo de ruptura, la dimensión fractal del patrón de flujo, la caída de presión y el efecto de entrampamiento. Las propiedades de los dispositivos de microfluídica que se abordaron en la simulación fueron porosidad (50% -70%), forma de grano (circular e irregular), presencia o ausencia de fracturas y velocidad de inyección (10 ft/day - 30 ft/day). La metodología descrita en la guía indica que, para el par de surfactantes seleccionados, un micromodelo con una porosidad de 0.5, granos circulares, la presencia de una fractura y el funcionamiento a la velocidad máxima de inyección (30 pies / día) podría identificar mejor las diferencias en el rendimiento de ambos surfactantes. La guía desarrollada en esta investigación facilitará el diseño de micromodelos al acoplar esta tecnología con técnicas de simulación de CFD.

Computational fluid dynamics (CFD) was used to propose a guide for the design of a microfluid device that would make more evident differences in the performance of surfactants with similar properties in the ultra-low range of interfacial tension during Chemical Enhanced Oil Recovery (CEOR). In surfactant injection, one of the most widely applied CEOR methods, the objective is to decrease the interfacial tension of the phases present in the reservoir. The CFD simulations were carried out using the Volume of Fluid (VOF) method for a fully meshed porous geometry generated using a triangular mesh from the Meshing software present in the Ansys simulation package. The CFD analysis considered the effect of the interfacial tension of two surfactants (0.037 mN/m and 0.045 mN/m) on the oil recovery factor, the breakthrough time, the fractal dimension of the flow pattern, the pressure drop, and the entrapment effect. The properties of the microfluid system that were addressed in the simulation were porosity (50%-70%), grain shape (circular and irregular), presence or absence of fractures, and injection velocity (10 ft/day - 30 ft/day). The methodology described in the guide indicates that for the pair of surfactants selected, a microfluid device with a porosity of 0.5, circular grains, the presence of a fracture and operating at the maximum injection velocity (30 ft/day) could better identify differences in the performance of both surfactants. The guide developed in this research will facilitate the design of micromodels by coupling this technology with CFD simulation techniques.