Published May 28, 2010 | Version v1
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Experimental study of Crude oil/Brine/Rock interactions during low salinity Waterflooding

Description

Several laboratory and oil field experiments demonstrated that brine salinity can have an influence on oil recovery. The first extensive study on the ability of low salinity waterflooding to become an EOR method started in the 90' [Jadhunandan and Morrow, 1991] and has been followed by several experimental campaigns to understand the mechanisms leading to additional recovery of oil. The objective of our study was, on one hand, to quantify the additional oil recovery by low salinity waterflooding using a well characterized system (Core Oil and Brine). On the other hand, from the different physicochemical measured parameters, to propose some explanations of the microscopic displacement improvement. Our experiments were held on a COBR system composed of a consolidated outcrop sandstone (DU3) with an average permeability (400-800 mdy) containing 10% of clays without kaolinite, a filtered crude oil (Oil A) containing 2.3 %w of asphaltenes, a connate high salinity brine of 50 g/l (90 %w NaCl, 10 %w CaCl2) and different low salinity brines containing, or not, divalent ions. The results of secondary and tertiary experiments put in evidence additional oil recoveries ranging between 9 and 11% (OOIP) when changing the brine salinity from 50 g/l to 1 g/l and between 4 and 6% (OOIP) when changing from 1 g/l to 0,1 g/l. This oil recovery improvement, that is still accompanied by pH increase and permeability reduction, appears only below a salinity value threshold ranging between 2.5 and 1 g/l for our COBR system. Additional oil recovery was also observed whereas no divalent ion was present in the injection brine. The production increment is observed after injection of 2 to 3 PV of brine. This is due to a dispersive effect which is in coherence with the salinity value threshold. SEM observations of the cores show that pore walls are partially preserved by the residual oil, therefore clay particles release and production are prevented. pH increase appears to be a consequence rather a cause of low salinity mechanism. Permeability reduction was also observed without additional oil recovery. This is due to interparticle expansion as explained in DLVO theory. Clay particles release during one phase dispersion experiments and partial divalent ions retention when reducing salinity show the importance of ionic exchanges in the microscopic displacement of hydrocarbons. (author)

Abstract (French)

De nombreux travaux effectues en laboratoire ou sur des champs petroliers ont mis en evidence l'influence que peut avoir la salinite de l'eau de balayage sur le deplacement des hydrocarbures. Les premieres etudes documentees sur la capacite de l'injection d'eau de faible salinite a devenir une methode EOR (augmentation de la recuperation) ont debute dans les annees 90 [Jadhunandan et Morrow, 1991] suivies par d'autres auteurs [Lager et al., 2006]. Cependant il n'existe pas, a ce jour, d'explication generale du phenomene. L'objectif de notre etude est d'une part de quantifier, sur un systeme Huile/Saumure/Roche bien caracterise, les recuperations additionnelles d'hydrocarbure par injection d'eau diluee, d'autre part, a partir de l'evolution des parametres physico-chimiques, de proposer des explications aux reactions du milieu poreux conduisant a l'amelioration du deplacement microscopique de l'huile brute. Nous avons effectue nos experiences en considerant un systeme compose d'un gres d'affleurement (DU3) consolide de permeabilite moyenne (400-800 mdy) contenant 10% d'argile mais pas de kaolinite, d'une huile de gisement (Huile A) contenant 2,3% d'asphaltenes, d'une saumure residente de concentration egale a 50 g/l (90%w NaCl, 10%w CaCl2) et de saumures de faible salinite (1 g/l) contenant ou pas des ions divalents. Les resultats des experiences de balayages tertiaires et secondaires ont mis en evidence des recuperations additionnelles d'hydrocarbure comprises entre 9 et 11% (OOIP) lorsqu'on passe de l'injection d'une saumure a 50 g/l a une saumure a 1 g/l et entre 4 et 6% (OOIP) lorsqu'on passe de 1g/l a 0,1g/l. Ces recuperations additionnelles, qui sont toujours accompagnees de l'augmentation du pH et de la reduction de la permeabilite de l'echantillon, ont lieu a partir d'une valeur seuil de salinite comprise entre 2,5 et 1 g/l. Elles sont egalement observees en l'absence d'ions divalents dans l'eau d'injection. La reprise de production observee apres injection de 2 a 3 VP a pour origine un effet de dispersivite diphasique qui est coherente avec le seuil de salinite necessaire a la reprise de production. Des observations a l'aide d'un MEB montrent que l'huile residuelle preserve partiellement les surfaces et empeche le decollement et la liberation des particules argileuses. L'augmentation du pH n'est pas le moteur de ce phenomene, elle est due aux reactions simultanees d'echanges ioniques a la surface de la roche et de dissolution des carbonates. La reduction de la permeabilite, comme l'augmentation du pH, est egalement observee dans les cas ou aucune recuperation additionnelle d'huile n'a ete mise en evidence. Cette reduction de permeabilite est due a l'expansion interparticulaire prevue par la theorie DLVO lors de la diminution de la force ionique. La liberation de particules argileuses lors des experiences de tracages monophasiques et le comportement de l'ion divalent Ca++ qui disparait plus vite des effluents montre l'importance des echanges ioniques dans le deplacement microscopique des hydrocarbures. (auteur)

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Original title (French)
Etude experimentale des interactions Huile brute/Saumure/Roche sur la recuperation d'hydrocarbures par injection d'eau de faible salinite

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Imprint Pagination
215 p.
Report number
FRNC-TH--15420

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