Использование нанофлюидов на основе углеродных наночастиц для вытеснения нефти из модели пористой среды

Abstract

Graphene, due to its two-dimensional structure, has some unique properties. For example, the thermal conductivity and electrical conductivity of graphene are an order of magnitude higher than the thermal conductivity and electrical conductivity of copper. For this reason, graphenebased nanofluids are now used in many industries. Due to the effect of self-organization of graphene nanoparticles with hydrocarbon molecules, the use of graphene has become possible in the oil industry. Graphene-based nanofluids are used as a displacement fluid to increase the oil recovery coefficient. The displacing ability of graphene-based nanofluids is concentration dependent. An increase in the concentration of nanoparticles entails an increase in viscosity, which negatively affects the performance characteristics of the nanofluid. This problem is partially solved due to the synergistic effect, hybrid nanofluids consisting of nanoparticles of graphene and metals or carbides enhance the displacing ability. Using atomic force microscopy, scanning electron microscopy and molecular modelling methods, this work has studied the formation of supramolecular structures that form a transition region at the oil-nanofluid interface with low surface tension as a result of a synergistic effect in the interaction of graphene planar nanoparticles and silicon carbide nanoparticles covered with graphene layers (Core-shell). The model experiments on a Hele-Shaw cell have shown that in a porous medium, such hybrid nanofluids have a high displacement ability of residual oil. At the same time, the oil – nanofluid interface remains stable, without the formation of viscous fingers.

Графен, благодаря своей двухмерной структуре, обладает уникальными свойствами. Так, например, теплопроводность и электропроводность графена на порядок превышает теплопроводность и электропроводность меди. По этой причине нанофлюиды на основе графена уже сейчас используются во многих отраслях промышленности. Благодаря эффекту самоорганизации графеновых наночастиц с углеводородными молекулами использование графена стало возможным и в нефтедобывающей промышленности. Наножидкости на основе графена применяются в качестве вытесняющей жидкости, увеличивающие коэфициент нефтеотдачи. Вытесняющие способности наножидкостей на основе графена зависят от концентраций. Увеличения концентрации наночастиц, влечет за собой увеличение вязкости, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках нанофлюида. Частично эта проблема решается благодаря синергетическому эффекту, гибридные нанофлюиды, состоящие из наночастиц графена и металлов или карбидов усиливают вытесняющую способность. В данной работе, используя методы атомно-силовой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и методы молекулярного моделирования, исследовано образование надмолекулярных структур, формирующих переходную область на границе раздела нефть-нанофлюид с низким поверхностным натяжением, как результат синергетического эффекта при взаимодействии планарных наночастиц графена и наночастиц карбида кремния покрытых слоями графена (Core-shell). В модельных экспериментах на ячейке Хеле-Шоу показано, что в пористой среде такие гибридные нанофлюиды обладают высокой вытесняющей способностью остаточной нефти. При этом граница раздела нефть – нанофлюид остается устойчивой без образования вязких пальцев. В процессе исследования установлено, что наблюдается переходная область, в структурировании которой непосредственно участвовали наночастицы. Эффективность вытеснения нонофлюидами зависит от концентрации наночастиц и их взаимодействия.