Experimental investigation of the effect of acid and base on wettability alteration of calcite surface

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Altering the wettability of rock surfaces to a more favorable wetting condition is one of the primary mechanisms in enhanced oil recovery (EOR) methods applied to carbonate reservoirs. To achieve the desired wetting state, a clear understanding of the rock surface's initial wettability is essential. This study employed various analytical techniques to investigate the individual and combined effects of an organic acid and a base at different concentrations on the wettability alteration of calcite surfaces. The wettability of calcite was evaluated before and after treatment with different model oil solutions using contact angle measurements and zeta potential analysis. Additionally, Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Thermogravimetric Analysis (TGA) were used to identify the functional groups adsorbed on the calcite surface and quantify the amount of adsorbed organic material, respectively. Interfacial Tension (IFT) measurements were also conducted to assess the interfacial activity of the model oil systems. Stearic acid was used to represent the acidic component of crude oil, while N,N-dimethyldodecylamine (N,N-DMDA) represented the basic component. Various model oil systems with different acid-base combinations were prepared, keeping the acid concentration constant and adjusting the base concentration to achieve base-to-acid (BN/AN) ratios of 0.25, 0.5, 1, 2, and 4. The results showed that increasing the acid number shifted the calcite surface toward more oil-wet conditions and enhanced the adsorption of stearic acid. A relatively low acid concentration (AN = 0.25) was sufficient to alter the wettability from water-wet to oil-wet. TGA results indicated that stearic acid molecules were vertically adsorbed onto the calcite surface. Treatment with the basic component revealed that a low concentration of N,N-DMDA (BN = 0.25) could slightly shift the wettability from water-wet to oil-wet. As the base number increased, this shift toward oil-wetness improved slightly. TGA analysis showed a lower amount of base adsorption but a larger surface area coverage, suggesting horizontal orientation of the base molecules on the calcite surface. Possible mechanisms for wettability alteration were proposed based on interactions between base molecules or cations and the calcite surface. In acid-base mixtures, at a constant acid number, the wettability alteration toward oil-wetness increased with the presence of base until the BN/AN ratio reached 1, after which oil-wetness decreased. IFT measurements revealed that acid-base mixtures had lower interfacial tension compared to the individual acid or base systems. This reduction is likely due to a synergistic effect between acid and base, resulting in the formation of acid-base complexes. The presence of the base hindered acid adsorption on the surface. However, the base component contributed to wettability alteration by forming acid-base complexes that could adsorb onto the calcite surface and influence its wettability. Moreover, base molecule adsorption may increase at higher BN/AN ratios. Therefore, the BN/AN ratio plays a key role in determining the relative contributions of acid molecules, base molecules, and acid-base complexes in altering the wettability of calcite surfaces. The mechanisms of wettability alteration for acid-base mixtures at different BN/AN ratios are discussed in detail.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

fffef453-c462-4069-a598-fb0db0b84b76

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

fffef453-c462-4069-a598-fb0db0b84b76_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

دراسة مخبرية لتأثير الحمض والقاعدة على تغير قابلية سطح الكالسيت للترطيب

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":" Sheiam Mohammed Juma Al-Araimiyah ","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Mahvash Karimi","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Rashid Al-Maamari ","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Experimental investigation of the effect of acid and base on wettability alteration of calcite surface

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

تُعدّ عملية تغيير قابلية الصخور للترطيب نحو حالة ترطيب أكثر تفضيلاً واحدة من الآليات الأساسية لطرق استخراج النفط المحسّنة المطبقة في الصخور الكربونية. ومن أجل الحصول على حالة الترطيب المرغوبة، فإنه من الضروري أن يكون هناك فهم واضح لخصائص الترطيب الأولية لأسطح الصخور. لذلك، في هذه الدراسة تم فحص تأثير تركيز الحمض والقاعدة، وكذلك مزيجهما، على قابلية الكالسيت للترطيب، عن طريق أدوات تحليلية مختلفة، وهي: قياسات زاوية التلامس، وقياسات الشد البيني (IFT)، وقياسات زيتا (Zeta Potential)، والتحليل الطيفي (FTIR)، ومحلل الوزن الحراري (TGA). تم استخدام حمض الستريك (stearic acid) كممثل للمكون الحمضي للنفط الخام، بينما تم استخدام (DMDA-N,N (dimethyldodecylamine-N,N) كممثل للمكون القاعدي للنفط الخام. وقد تم استخدام أنظمة محاليل نفط نموذجية مختلفة لتمثيل مزيج الحمض والقاعدة بتراكيز أحماض مختلفة، حيث تم الحفاظ على تركيز الحمض ثابتًا بينما تم تغيير تركيز القاعدة لإعداد محاليل تكون فيها نسبة المكون القاعدي إلى المكون الحمضي كما يلي: 0، 0.25، 0.5، 1، 2، و4. تم اختبار خصائص ترطيب أسطح الكالسيت قبل وبعد معالجتها في المحاليل المختلفة، وأوضحت النتائج أنه مع زيادة تركيز الحمض، تتحسن قابلية سطح الكالسيت للتغير نحو رطوبة نفطية، حيث لوحظ أن معالجة الكالسيت لتغيير قابلية السطح للترطيب في عينة النفط ذات التركيز الحمضي المنخفض (الرقم الحمضي = 0.25) كانت كافية لتحويل الرطوبة المائية إلى رطوبة نفطية. وأظهرت نتائج تحليل الوزن الحراري أن عملية الامتصاص لجزيئات الحمض قد تمت بشكل عمودي على سطح الكالسيت، والتي زادت مع زيادة الرقم الحمضي. من ناحية أخرى، كان التركيز المنخفض لـ (DMDA-N,N) (الرقم القاعدي = 0.25) قادرًا على تحويل قابلية الكالسيت للترطيب من مائي إلى نفطي بنسبة قليلة. ولوحظ أنه مع زيادة الرقم القاعدي، تتحسن قليلاً قابلية الترطيب نحو ترطيب نفطي. وأظهرت نتائج تحليل الوزن الحراري انخفاضًا في عملية الامتصاص للقاعدة، مع مساحة سطح عالية يشغلها جزيء القاعدة، مما يشير إلى أن جزيئات القاعدة كانت ممتصة أفقيًا على الكالسيت. تم اقتراح الآليات المحتملة لتغيير قابلية الترطيب على أساس التفاعلات الممكنة بين جزيئات/كاتيونات المكونات الأساسية وسطح الكالسيت. بالنسبة لعينات مزيج الحمض والقاعدة، لوحظ أن زيادة تركيز القاعدة عند ثبات الرقم الحمضي زادت من قابلية ترطيب الصخرة نحو الترطيب النفطي حتى كانت نسبة الرقم القاعدي إلى الرقم الحمضي تساوي 1، ثم انخفضت نسبة الرطوبة النفطية لسطح الكالسيت. أشارت قياسات الشد البيني إلى أن قوة الشد بين السطح المائي والنفطي لمخاليط الحمض والقاعدة كانت أقل من تلك الخاصة بالحمض أو القاعدة وحدها، والذي يمكن أن يُعزى إلى التأثير التآزري بين الحمض والقاعدة، وبالتالي تكوين مركبات معقدة من الحمض والقاعدة. أشارت النتائج إلى أن وجود القاعدة أدى إلى تقليل امتصاص الحمض على السطح. ومع ذلك، يمكن للمكون القاعدي أن يلعب دورًا في تغيير قابلية الترطيب من خلال تكوين مركبات معقدة من الحمض والقاعدة يمكن أن يمتصها سطح الكالسيت وتؤثر على خصائص الترطيب للسطح. بالإضافة إلى ذلك، قد تزيد نسبة امتصاص جزيئات القاعدة على سطح الكالسيت عند ارتفاع نسبة المكون القاعدي إلى المكون الحمضي. ولهذا، فإن نسبة المكون القاعدي إلى المكون الحمضي تحدد مساهمة جزيئات الحمض وجزيئات القاعدة ومركباتهما المعقدة في تغيير قابلية الترطيب لسطح الكالسيت.

كلمات الباحثين

Rock surface- Wettability - Calcite surface - Wettability alteration

إشراف وإعداد

الإشراف

Mahvash Karimi, Rashid Al-Maamari

الإعداد

Sheiam Mohammed Juma Al-Araimiyah

الاقتباسات الببليوغرافية