Heavy Oil and High-Temperature Polymer EOR Applications

Polymer flooding represents the most common chemical enhanced oil recovery (CEOR) method used at commercial scale. In this process, the polymeric solutions (generally hydrolyzed polyacrylamide - HPAM) are injected to improve the oil/water mobility ratio (M). However, due to mechanical, chemical, bio, and thermal degradation, polymer viscosity losses can occur, causing a negative impact on oil sweep efficiency. In this case, biopolymers seem to be promising candidates in EOR applications with special structural characteristics, which result in excellent stability in harsh environments with high temperatures, ionic forces, and shear stresses. This paper presents the laboratory evaluation of Scleroglucan (SG) and a commercial sulfonated polyacrylamide (ATBS) in synthetic brine, representative of a Colombian heavy-oil field. The effects of ionic strength, pH, temperature, and shear degradation effects on polymer viscosity were also evaluated. For SG, the results reflect its tolerance to high salinities (0-5%wt), ionic strengths (Na+, K+, Ca2+, and Mg2+), shear rates (0-300,000 s-1), temperatures (30, 50, 80 and 100 °C), and pH variations (3-10). The biopolymer was capable of preserving its viscous properties and stability after of the effect of these variables. Finally, the target viscosity (set as 17 cp) was achieved with a lower concentration (2.7 times) than the ATBS polymer tested.

The Development of a Low-Shear Valve Suitable for Polymer Flooding

Summary Hydrolyzed polyacrylamides (HPAMs) are used as mobility-control agents to improve the macroscopic sweep efficiency of oil reservoirs. To maximize their viscosifying power, very-high-molecular-weight (MW) polymers are preferred, which in turn make them very sensitive to shear degradation. Shear degradation originates from chain stretching and breaking when the solution is subjected to a sudden acceleration. Fundamental development work is presented, where polymer degradation is studied in flow through reducers and expanders of various geometrical shapes, as well as through straight pipes and pipe coils of various diameters and lengths. The work also demonstrates that the creation of pressure drop through viscous pipe friction is very ineffective with regular tubes, most likely because of the drag-reducing effect of polymer. In addition, the arrangement of very long, straight, or coiled pipes in parallel is impractical and bulky. This paper further presents the development of a novel valve technology that solves these challenges. First, through the unique use of spiraling flow channels with optimally designed reducer and expansion zones, machined on the surface of disks, shear forces and thereby polymer degradation is controlled. Second, by arranging numerous such disks to form a disk stack, any target capacity can be met efficiently. Third, the disk-stack concept enables an easy and reliable plug-based solution for flow regulation and control. The performance of the new valve technology is demonstrated through small- and large-scale prototype tests. At very-shear-sensitive test conditions, it is demonstrated that polymer degradation of the new valve is less than 10% at 40- to 45-bar pressure drop, compared with 60 to 80% for a standard valve.

Συμπεριφορά και ενίσχυση υποωπλισμένων τοιχωμάτων από σκυρόδεμα

Αντικείμενο της διατριβής είναι η πειραματική και αριθμητική/αναλυτική μελέτη της συμπεριφοράς υποωπλισμένων τοιχωμάτων από σκυρόδεμα, τα οποία χαρακτηρίζονται από την απουσία διαμόρφωσης ακραίων κρυφοϋποστυλωμάτων και μικρά ποσοστά διατμητικού οπλισμού, αλλά και η αποτίμηση διαφορετικών διαμορφώσεων ενίσχυσης αυτών. Η πειραματική διαδικασία περιελάμβανε την πειραματική δοκιμή 16 συνολικά τοιχίων-δοκιμίων μεσαίας λυγηρότητας (οκτώ μη ενισχυμένων, επτά ενισχυμένων και ενός επισκευασμένου/ενισχυμένου), τα οποία μελετήθηκαν ως πρόβολοι υπό στατική ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Όσον αφορά τους τρόπους ενίσχυσής τους εξετάστηκε η εφαρμογή υφάσματος (μανδύα) Ινοπλισμένων Πολυμερών (ΙΟΠ) και η εφαρμογή μεταλλικών στοιχείων (ελασμάτων και γωνιών). Όπως προέκυψε από την πειραματική δοκιμή των μη ενισχυμένων τοιχίων η αστοχίας τους συνδέεται σε όλες τις περιπτώσεις με την αστοχία της θλιβόμενης ζώνης η οποία επιταχύνεται από τον λυγισμό των θλιβόμενων ράβδων. Όσον αφορά τον διατμητικό οπλισμό αυτός φάνηκε να επηρεάζει περισσότερο το εύρος της ρηγμάτωσης του κορμού και, επομένως, τις τιμές απορρόφησης ενέργειας και τις διατμητικές παραμορφώσεις και λιγότερο την φέρουσα ικανότητα των τοιχίων. Όσον αφορά τα ενισχυμένα τοιχία, με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα της συγκεκριμένης διατριβής, τόσο η ενίσχυση με μανδύα ΙΟΠ όσο και ενίσχυση με τέσσερις διαφορετικές διαμορφώσεις με μεταλλικά στοιχεία (ελάσματα και γωνίες), φάνηκε να οδηγεί σε βελτιωμένη συμπεριφορά όσον αφορά την δυνατότητα ανάπτυξης υψηλότερων τιμών πλαστιμότητας κυρίως λόγω του περιορισμού του λυγισμού των θλιβόμενων διαμήκων ράβδων. Δευτερευόντως, ο έλεγχος των διατμητικών ρωγμών του κορμού (είτε με οριζόντια ελάσματα είτε με χιαστί γωνίες) φάνηκε να οδηγεί σε κύκλους υστέρησης με μικρότερο στένωμα και επομένως σε μεγαλύτερες τιμές απορρόφησης ενέργειας αλλά και μικρότερες τιμές διατμητικών παραμορφώσεων. Η θεωρητική αποτίμηση/πρόβλεψη της συμπεριφοράς των τοιχίων πραγματοποιήθηκε με δύο διαφορετικές προσεγγίσεις. Πρώτον, με την εφαρμογή των αναλυτικών/εμπειρικών σχέσεων που περιλαμβάνονται στον Ευρωκώδικα 8 – Μέρος 3 οι οποίες φάνηκαν να οδηγούν σε συντηρητικές τιμές κυρίως όσον αφορά την διατμητική αντοχή και δεύτερον, με την χρήση δύο διαφορετικών γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων (beam elements) που περιλαμβάνονται στην βιβλιοθήκη του λογισμικού OpenSees για μη γραμμική ανάλυση: το Force-Based Beam-Column Element (FBE) το οποίο είναι ένα καμπτικό στοιχείο και το Flexure-Shear Interaction Displacement-Based Beam-Column Element (FSI) το οποίο ενσωματώνει επιπροσθέτως την επιρροή της διατμητικής συνιστώσας. Όπως διαπιστώθηκε κατά την διαδικασία της ανάλυσης το καμπτικό στοιχείο FBE γενικά προσεγγίζει με ικανοποιητική ακρίβεια την μετακίνηση αστοχίας στις περιπτώσεις επαρκώς ωπλισμένων τοιχίων έναντι διάτμησης ενώ, ειδικότερα στις περιπτώσεις έντονου λυγισμού των θλιβόμενων ράβδων με ταυτόχρονη απουσία περισφιγμένου σκυροδέματος, η ανάλυση με FBE οδήγησε σε έντονα φθιτούς μετελαστικούς κλάδους κάτι το όποιο παρατηρήθηκε και πειραματικά. Αντίθετα, στην περίπτωση των μη επαρκώς ωπλισμένων τοιχίων έναντι διάτμησης η χρήση του FSI προσεγγίζει καλύτερα την μικρή απομείωση της αντοχής στις μετελαστικές μετακινήσεις (shear degradation). Ωστόσο, στις περιπτώσεις πολύ μικρών ποσοστών διατμητικού οπλισμού το FSI οδήγησε σε μεγάλη απομείωση της διατμητικής (και επομένως της συνολικής) αντοχής και σε έντονα φθιτούς κλάδους κάτι το οποίο δεν επιβεβαιώθηκε πειραματικά.