Bulk rheology characterization of biopolymer solutions and discussions of their potential for enhanced oil recovery applications

• Clinckspoor, Karl Jan ^[1] ; Ferreira, Vitor Hugo de Sousa ^[1] ; Moreno, Rosangela Barros Zanoni Lopes ^[2]
  1. [1] Laboratory for Oil Reservoirs, Mechanical Engineering School, University of Campinas (UNICAMP), Campinas, Brazil
  2. [2] Energy Department, Mechanical Engineering School, Laboratory for Oil Reservoirs, Mechanical Engineering School, University of Campinas (UNICAMP), Campinas, Brazil
• Localización: CT&F - Ciencia, tecnología y futuro, ISSN-e 0122-5383, Vol. 11, Nº. 1, 2021, págs. 123-135
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Caracterización reologica bulk de soluciones de biopolímeros y discusión de sus aplicaciones para recobro mejorado de petróleo
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    Los métodos de recobro mejorado de petróleo (EOR) son esenciales para aumentar la producción de petróleo. La inyección de polímeros se perfila como una de las tecnologías más prometedoras para el escenario del Pre-Sal Brasileño. Los biopolímeros ofrecen una serie de ventajas en las condiciones del Pre-Sal en comparación con los polímeros sintéticos, como la resistencia a alta salinidad, alta temperatura y degradación mecánica. En ese sentido, la reología bulk es el primer paso del flujo de trabajo para el análisis del desempeño de los biopolímeros.

    Este artículo presenta un análisis reológico de cuatro biopolímeros (Esquizofilano, Escleroglucano, goma Guar y goma Xantana) en concentraciones entre 10 y 2,300 ppm, generalmente adecuados para aplicaciones EOR, en temperaturas de 25, 40, 50, 60 y 70°C, en dos salmueras de 30,100 ppm y 69,100 ppm de solidos disueltos totales, cuyo objetivo es modelar el agua del mar y la mezcla entre agua del mar y agua de yacimiento típica en las condiciones del Pre-sal. El comportamiento pseudoplástico, la concentración de superposición y la energía de activación fueron determinadas para cada solución polimérica.

    Las diferencias estructurales de los polímeros dieron como resultado diferentes comportamientos reológicos. El Esquizofilano es muy prometedor, ya que su poder viscosificante es más alto que en los polímeros sintéticos y comparable con la goma Xantana. Además, su resistencia a altas temperaturas es superior a la de los polímeros sintéticos. El Escleroglucano se comportó de forma similar a la goma Xantana, con la ventaja adicional de ser no iónico. La Goma Guar tuvo las viscosidades más bajas, las concentraciones de superposición más altas y el deterioro de la viscosidad más pronunciado entre los polímeros probados.

    Según el conocimiento de los autores, los estudios reológicos de los biopolímeros aquí presentados, considerando las viscosidades, la concentración de superposición y la energía de activación, en las condiciones del Pre-sal, no están disponibles en la literatura y esto beneficiará los trabajos futuros que dependan de esta información.

  • English

    Enhanced oil recovery (EOR) techniques are essential to improve oil production, and polymer flooding has become one of the promising technologies for the Brazilian Pre-Salt scenario. Biopolymers offer a range of advantages considering the Pre-Salt conditions compared to synthetic polymers, such as resistance to high salinity, high temperature, and mechanical degradation. In that sense, bulk rheology is the first step in a workflow for performance analysis.

    This paper presents a rheological analysis of four biopolymers (Schizophyllan, Scleroglucan, Guar Gum, and Xanthan Gum) in concentrations from 10 to 2,300 ppm, generally suitable for EOR applications, in temperature levels of 25, 40, 50, 60 and 70°C and two brines of 30,100 ppm and 69,100 ppm total dissolved solids, which aim to model seawater and the mixture between injected seawater and reservoir water typical in Pre-Salt conditions. The pseudoplastic behavior, the overlap concentration, and the activation energy were determined for each polymer solution.

    The structural differences in the polymers resulted in different rheological behaviors. Schizophyllan is the most promising, as its viscosifying power is higher than synthetic polymers comparable to Xanthan Gum.  Its resistance at high temperatures is higher than that of synthetic polymers. Scleroglucan behaved similarly to Xanthan Gum, with the added advantage of being nonionic. Guar Gum had the lowest viscosities, highest overlap concentrations, and most pronounced viscosity decay among the tested polymers.

    To the author’s knowledge, rheological studies of the biopolymers presented here, considering the viscosities and the overlap concentration and activation energy, in the Pre-salt conditions, are not available in the literature and this will benefit future works that depend on this information