Universality of Supercritical Carbon Dioxide in the Process of Tertiary Oil Production

F. M. Gumerov; Гумеров Ф. М.; Z. I. Zaripov; Зарипов З. И.; V. F. Khairutdinov; Хайрутдинов В. Ф.; D. I. Sagdeev; Сагдеев Д. И.

doi:10.31857/S0040357123010050

Universality of Supercritical Carbon Dioxide in the Process of Tertiary Oil Production

Authors: Gumerov F.M.¹, Zaripov Z.I.¹, Khairutdinov V.F.¹, Sagdeev D.I.¹
Affiliations:
1. Kazan National Research Technological University
Issue: Vol 57, No 1 (2023)
Pages: 48-59
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3571/article/view/138398
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357123010050
EDN: https://elibrary.ru/BMCDDK
ID: 138398

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The results of comparative analysis for the key factors of the mechanism of oil-recovery enhancement with the use of gases in a supercritical fluid state as applied to carbon dioxide and propane (propane/butane mixtures) are presented. The above-mentioned factors as a subject of consideration incorporate the dissolving ability of compressed gases with respect to oil and its components, the phase behavior of binary systems containing the mentioned displacing agents and oil hydrocarbons, the critical parameters for the binary systems of fluid-phase behavior types I–II, the compressibility of carbon dioxide and propane under oil-displacement process conditions in tertiary oil production, the viscosity of the media participating in the discussed process and, finally, the swelling of oil as a result of its saturation with a gas. The results of experimental implementation under supercritical fluid conditions are given for an extraction oil-recovery process with carbon dioxide as an extragent in one case and propane in the other case. It is established that propane and propane/butane mixtures are three or more times superior to CO2 in dissolving ability with respect to oil components under displacement-process conditions; that they more often form systems of fluid-phase behavior types I–II with the oil components, which is preferable for the process of its recovery; that the compressor power spent on the compression of carbon dioxide and methane is threefold or more higher than for propane; and, finally, that propane has a much lower viscosity under oil-displacement conditions. In sum, propane and propane/butane mixtures are preferable for use in the oil-displacement process within the framework of tertiary oil production.

Keywords

oil-recovery enhancement, displacing medium, supercritical-fluid state, phase behavior type, complete miscibility regime

References

Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений / Учебник для вузов. М.: Недра, 1998.
Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. 4-е изд. М.: Альянс, 2005.
Грушевенко Е. Перспективы развития третичных МУН в мире и в России. М.: Центр энергетики Московской школы управления Сколково, 2021.
Балинт В., Бан А., Долешал Ш., Забродин П.И., Терек Я. Применение углекислого газа в добыче нефти. М.: Недра, 1977.
Жузе Т.П. Роль сжатых газов как растворителей. М.: Недра, 1981.
Orr F.M., Heller J.P., Taber J.J. Carbon dioxide flooding for enhanced oil recovery: promise and problems // JAOCS. 1982. V. 59. № 10. P. 810A.
Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1985.
Антониади Д.Г. Увеличение нефтеотдачи пластов газовыми и парогазовыми методами. Краснодар: Советская Кубань, 2000.
Гумеров Ф.М. Перспективы применения диоксида углерода для увеличения нефтеотдачи пластов // Вести газовой науки. 2011. Вып. 2. С. 93.
Гумеров Ф.М. Сверхкритические флюидные технологии: экономическая целесообразность. Казань: АН РТ, 2019.
Behar E., Mikitenko P. Application des fluids supercritiques a la production d′hydrocarbures. Exploitation des gisements par recuperation assistee et applications diverses: petrole, sables, schistes, charbons // Revue de l’institut Fransais du Petrole. 1985. № 1. P. 33.
Kay W.B. Vapor-liquid equilibrium relations of binary systems. The propane-n-alkane systems. n-butane and n-pentane // J. Chem. Eng. Data, 1970. V. 15. P. 46.
Beránek P., Wichterle I. Vapour-liquid equilibria in the propane-n-butane system at high pressures // Fluid Phase Equilibria. 1981. V. 6. P. 279.
Reamer H.H., Sage B.H. Phase equilibria in hydrocarbon systems. Volumetric and phase behavior of the propan-n-decane systems // J. Chem. Eng. Data. 1966. V. 11. № 1. P. 17.
Gumerov F.M., Khairutdinov V.F., Zaripov Z.I. An additional condition of efficiency of the supercritical fluid extraction process // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. V. 55. № 3. Р. 348. [Гумеров Ф.М., Хайрутдинов В.Ф., Зарипов З.И. Дополнительное условие эффективности сверхкритического флюидного экстракционного процесса // Теорет. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 3. С. 273.]
Khairutdinov V.F., Gumerov F.M., Khabriev I.Sh., Gabitov R.F., Farakhov M.I., Gabitov F.R., Zaripov Z.I. Utilization of wood railway sleepers using a supercritical fluid extraction process // Ecology and Industry of Russia. 2020. V. 24. Iss. 9. P. 4. [Хайрутдинов В.Ф., Гумеров Ф.М., Хабриев И.Ш., Габитов Р.Ф., Фарахов М.И., Габитов Ф.Р., Зарипов З.И. Утилизация древесных железнодорожных шпал с использованием сверхкритического флюидного экстракционного процесса // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 9. С. 4.]
Меньшутина Н.В. Аэрогели – легкие, волшебные, новые // The Chemical Journal. 2019. № 9. С. 34.
Cohen A.L. Critical point drying // in Principles and techniques of scanning electron microscopy. 1999. P. 44.
Gumerov, F.M., Khairutdinov, V.F., Akhmetzyanov, T.R., Gabitov F.R., Zaripov Z.I., Farakhov, M.I., Mukhutdinov A.V. Supercritical Fluid Propane-Butane Extraction Treatment of Oil Sludge // Russ. J. Phys. Chem. B. 2017. V. 11. № 7. P. 1103. [Гумеров Ф.М., Хайрутдинов В.Ф., Ахметзянов Т.Р., Габитов Ф.Р., Зарипов З.И., Фарахов М.И., Мухутдинов А.В. Сверхкритическая флюидная пропан-бутановая экстракционная обработка нефтяных шламов // Сверхкритические флюиды. Теория и практика. 2016. Т. 11. № 2. С. 75.]
Gumerov F.M., Farakhov M.I., Khayrutdinov V.F., Gabitov F.R., Zaripov Z.I., Kameneva E.E., Akhmetzyanov T.R. Improvement of functionality of carbonate macadam via supercritical fluid impregnation with bituminous compounds // Russ. J. Phys. Chem. B. 2016. V. 10. №7. P. 1053. [Гумеров Ф.М., Фарахов М.И., Хайрутдинов В.Ф., Габитов Ф.Р., Зарипов З.И., Каменева Е.Е., Ахметзянов Т.Р. Пропитка щебня деасфальтизатом нефтяного остатка с использованием сверхкритических флюидов // Сверхкритические флюиды. Теория и практика. 2016. Т. 11. № 4. С. 54.]
Khairutdinov V.F., Akhmetzyanov T.R., Gumerov F.M., Khabriev I.Sh., Farakhov M.I. Supercritical fluid propane-butane extraction treatment of oil-bearing sands // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. № 3. Р. 299. [Хайрутдинов В.Ф., Ахметзянов Т.Р., Гумеров Ф.М., Хабриев И.Ш., Фарахов М.И.. Сверхкритическая флюидная пропан-бутановая экстракционная обработка нефтеносных песков // Теорет основы хим. технологии. 2017. Т. 51. № 3. С. 288.]
Dickinson N.L., Meyers J.L. Solexol fractionation of menhaden oil // JAOCS. 1952. V. 29. P. 235.
Coenen H., Kriegel E. Application of extraction with supercritical gases in food industry // Chem. Ing. Tech. 1983. V. 55. № 11. P. 890.
Petermann M., Kareth S., Weidner E., Hammer E. Used oil recycling by using supercritical propane // Proceeding of the 6th Intern. Symp. on Supercritical Fluids. 2003. Versailles. PE8.
Konynenburg P.H.V., Scott R.L. Critical lines and phase equilibria in binary Van der Waals mixtures // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1980. V. 298. P. 495.
Williams D.F. Extraction with supercritical gases // J. Chem. Eng. Sci. 1981. V. 36. № 11. P. 1769.
Schwartz C.E. The phase equilibrium of alkanes and supercritical fluids // Thesis in the department of Chemical Engineering at the University of Stellenbosch, 2001.
Dorn R., Brunner G. High-pressure fluid-phase equilibria: experimental methods and systems investigated (1988-1993) // Fluid Phase Equilibria. 1995. V. 106. P. 213.
Gupta R.B., Shim J.-J. Solubility in supercritical carbon dioxide. CRC Press. Taylor & Francis Group, 2007.
Khairutdinov V.F., Gumerov F.M., Zaripov Z.I., Khabriev I.Sh., Yarullin L.Yu., Abdulagatov I.M. Solubility of naphtaline in supercritical binary solvent propane+n-butane mixture // J. Supercritical Fluids. 2020. V. 156. 104628.
Garcia-Gonzalez J., Molina M.J., Rodriguez F., Mirada F. Solubilities of phenol and pyrocatechol in supercritical carbon dioxide // J. Chem. Eng. Data. 2001. V. 46. P. 918.
Хазипов М.Р. Термодинамические характеристики систем процесса сверхкритической флюидной регенерации ионообменного и никель-молибденового катализаторов. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Казань: КГЭУ, 2019.
Zilnik L.F., Grilc M., Levec J., Peper S., Dohrn R. Phase-equilibrium measurements with a novel multi-purpose high-pressure view cell: CO2 + n-decane and CO2 + + toluene // Fluid Phase Equilibria. 2016. V. 419. P. 31.
King M.B., Kassim K., Bott T.R., Sheldon J.R., Mahmud R.S. Prediction of mutual solubilities of heavy components with supercritical and slightly subcritical solvents: the role of equations of state and some applications of a simple expanded lattice model at subcritical temperatures // Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1984. T. 88. P. 812.
Khairutdinov V.F., Gumerov F.M., Khabriev I.Sh., Farakhov M.I., Salikhov I.Z., Polishuk I., Abdulagatov I.M. Measurements and modeling of the VLE properties of n-hexadecane in supercritical binary propane+n-butane solvent // Fluid Phase Equilibria. 2020. V. 510. 112502.
Abdulagatov A.I., Stepanov G.V., Abdulagatov I.M. The critical properties of binary mixtures containing carbon dioxide: experimental data // TVТ. 2007. V. 45. Iss. 1. P. 94–138. [Абдулагатов А.И., Степанов Г.В., Абдулагатов И.М. Критические свойства бинарных смесей, содержащих двуокись углерода. Экспериментальные данные // Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 1. С. 94.]
Алексеев Г.Н. Общая теплотехника. М.: Высшая школа, 1980.
Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972.
Хапов Д.А., Попова Р.А., Москалев И.Н. Факторы сжимаемости углеводородных газов при малых и умеренных давлениях // Приволжский научный вестник. 2013. Т. 28. № 12-2. С. 75.
Nourozieh H., Kariznovi M., Abedi J. Density and viscosity of Athabasca bitumen samples at temperatures up to 200°C and pressures up to 10 MPa // SPE J. Res Eval & Eng. 2015. V. 18. № 3. P. 375.
Nourozieh H., Kariznovi M., Abedi J. Solubility of n-butane in Athabasca bitumen and saturated densities and viscosities at temperatures up to 200°C // SPE J. 2016. V. 22. № 1. P. 94–102.
Li H., Yang D. Phase behaviour of C3H8-n-C4H10-heavy oil systems at high pressures and elevated temperatures // J. Canadian Petroleum Technology. 2013. V. 52. № 1. P. 30.
Yang P., Li H., Yang D. Determination of saturation pressures and swelling factors of solvent(s)−heavy oil systems under reservoir conditions // Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. P. 1965.
Cao M., Gu Y. Temperature effects on the phase behaviour, mutual interaction sand oil recovery of a light crude oil–CO2 system // Fluid Phase Equilibria 2013. V. 356. P. 78.
Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Хайрутдинов В.Ф. Физико-химическая природа рабочей среды, используемой в сверхкритическом флюидном состоянии для вытеснения третичной нефти // Тез. докл. Межд. научно-практ. семинара “Экспериментальные методы исследования пластовых систем: проблемы и решения” MERSS-2021. М.: ООО Газпром ВНИИГАЗ. 2021. С. 9.
Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Хайрутдинов В.Ф. Физико-химическая природа рабочей среды, используемой в сверхкритическом флюидном состоянии для вытеснения третичной нефти // Вести газовой науки. 2022. № 4. С. 41.
Grigoriev B.A., Gerasimov A.A., Alexandrov I.S., Nemzer B.V. Thermophysical properties of individual hydrocarbons of petroleum and natural gases: properties, methods, and low-carbon technologies. GPP. Elsevier, 2022.
Мардамшин Р.Р., Стенькин А.В., Калинин С.А., Морозюк О.А., Калинин С.А., Скворцов А.С., Усачев Г.А., Метт Д.А. Лабораторные исследования применения попутного нефтяного газа с высоким содержанием СО2 для закачки на Толумском месторождении // Недропользование. 2021. Т. 21. № 4. С. 163–170.
Бичурин А.А. Утилизация попутного нефтяного газа путем закачки водогазовой смеси в пласт // Инженерная практика. 2015. Вып. 6–7.