Механизмы вытеснения нефти из пористой среды с использованием наножидкостей на основе углеродных наночастиц

Об авторах:

Сафаргалиев Руслан Фаридович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики и приборостроения, Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия

safargalievrf@tyuiu.ru, https://orcid.org/0000-0002-4799-8651

Пахаруков Юрий Вавилович, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры физики и приборостроения, Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия

pacharukovyu@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3937-4937

Ездин Борис Семенович, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник ОПФ НИЧ, Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия

bse@nsu.ru, https://orcid.org/0000-0003-4563-9265

Васильев Сергей Александрович, научный сотрудник ОПФ НИЧ, Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия

s.vasilev3@nsu.ru, https://orcid.org/0000-0003-0076-9445

Чупров Александр Сергеевич , студент, кафедра физики и приборостроения, Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия

a.chuprov06@gmail.com

Гуменюк Роман Дмитриевич, лаборант, кафедра физики и приборостроения, Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия

Шабиев Фарид Канафеович, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры техносферной безопасности, Тюменский индустриальный университет; профессор кафедры прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия

faridshab@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0551-3836

Аннотация:

В данной работе приведен мини-обзор существующих методов повышения нефтеотдачи и места технологий вытеснения с использованием наночастиц углерода. Предлагается новый механизм вытеснения нефти из пористой среды, присущий только углеродным наночастицам и связанный с образованием самоорганизующейся наноструктурированной пленки на границе раздела сред углеводород–наножидкость. В данном исследовании предложена экспериментальная методика наблюдения за процессами формирования и движения пленки при движении флюидов относительно друг друга и относительно твердой поверхности (монокристалл кремния). Показано, что в процессе движения пленки относительно подложки образуются гофрированные поверхности, ускоряющие движение флюидов. Гофрированная поверхность пленки есть результат нестабильности Кельвина–Гельмгольца. В работе вводится новый безразмерный параметр, равный отношению сил Ван-дер-Ваальса и капиллярных сил.

Список литературы:

Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. 2007. Физико-химические методы увеличения нефтеотдачи пластов нефтяных месторождений // Успехи химии. Том 76. № 10. С. 1034–1052. https://doi.org/10.1070/RC2007v076n10ABEH003723

Алтунина Л. К., Кувшинов В. А., Кувшинов И. В. 2014. Физико-химические технологии с применением гелей, золей и композиций ПАВ для увеличения нефтеотдачи месторождений на поздней стадии разработки // Георесурсы. № 4 (59). C. 20–27.

Алтунина Л. К., Кувшинов В. А., Кувшинов И. В. 2011. Залежи с трудно извлекаемыми запасами. Комплексная технология увеличения нефтеотдачи // Oil & Gas Journal Russia. № 6. C. 110–116.

Алтунина Л., Кувшинов В., Кувшинов И., Урсегов С. 2012. Композиции для увеличения нефтеотдачи залежей высоковязких нефтей // Oil & Gas Journal Russia. № 7. С. 44–51.

Биэ Ж., Клэн Б., Лаланн П. 1990. Микроэмульсии. Структура и динамика / под ред.: С. Е. Фриберг, П. Боторель. М.: Мир. 319 с.

Ганеева З. М., Хисаметдинов М. Р., Ризванов Р. З., Мусабиров М. Х. 2013. Развитие технологий повышения нефтеотдачи, основанных на применении силикатного геля в ОАО «Татнефть» // Нефтяное хозяйство. № 8. С. 82–84.

Гиматудинов Ш. К. 1982. Физика нефтяного и газового пласта. М: Недра. 311 с.

Идогова Я. В., Прочухан К. Ю., Прочухан Ю. А. (2014). Влияние минерализации воды на реологические свойства полимера // Башкирский химический журнал. Том 21. № 4. С. 80–82.

Измайлова В. Н., Ямпольская Г. П. 1992. Структурно-механический барьер // Успехи коллоидной химии и физико-химической механики. М.: Наука. С. 103.

Мартос В. Н. 1974. Применение полимеров в нефтедобывающей промышленности. М.: ВНИИОЭНГ. 95 с.

Нажису, Ерофеев В. И. 2017. Исследование и применение комплексной технологии заводнения для повышения нефтеотдачи пластов // Успехи современного естествознания. № 10. С. 96–100.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Григорьев Б. В., Сафаргалиев Р. Ф., Поточняк И. Р. 2019. Фильтрация нефти в пористой среде при наличии наночастиц графена // Прикладная механика и техническая физика. Том 60. № 1. С. 37–40.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Мавринский В. В., Сафаргалиев Р. Ф., Воронин В. В. 2019. Формирования волновой структуры на поверхности графеновой пленки // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. Том 109. № 9. C. 634–638.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Сафаргалиев Р. Ф. 2018. Вытеснение нефти из пористой среды с использованием графитовой суспензии // Письма в Журнал технической физики. Том 44. № 4. С. 3–8.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Сафаргалиев Р. Ф., Галунин Е. В. 2025. Иерархия процессов самоорганизации и самосборки на примере роста пленок на границе «углеводород–графеновый нанофлюид» // Журнал технической физики. Том 95. № 3. C. 565–574.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Сафаргалиев Р. Ф., Ездин Б. С., Каляда В. В. 2020. Использование нанофлюидов на основе углеродных наночастиц для вытеснения нефти из модели пористой среды // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 6. № 4 (24). С. 141–157.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Сафаргалиев Р. Ф., Шабиева А. В. 2022. Увеличение проницаемости микрокапилляра со стенками покрытыми гофрированной графеновой пленкой // Прикладная механика и техническая физика. Том 63. № 6. С. 116–121.

Рудяк В. Я., Белкин А. А., Егоров В. В. 2009. Об эффективной вязкости наносуспензий // Журнал технической физики. Том 79. № 8. C. 18–25.

Саночкин Ю. В. 2003. Ван-дер-ваальсовы волны в жидкостях со свободной поверхностью // Журнал технической физики. Том 73. № 5. С. 24-29.

Усманова Л. Р., Прочухан К. Ю., Прочухан Ю. А. 2013. Поверхностно-активные вещества для интенсификации процессов нефтедобычи // Fundamental Science and Technology — Promising Developments II. Vol. 1. М.: Научно-издательский центр «Академический». С. 196–200.

Френкель Я. И. 1975. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград: Наука. 592 с.

Хавкин А. Я. 2010. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа. М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 691 с.

Шабиев Ф. К., Пахаруков Ю. В., Сафаргалиев Р. Ф., Ездин Б. С., Васильев С. А. 2022. Снижение вязкости нефти с добавлением графеновых нанопластинок // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 8. № 3 (31). С. 106–125.

Alekseev A. N., Bogoviz A. V., Goncharenko L. P., Sybachin S. A. 2019 A critical review of Russia’s energy strategy in the period until 2035 // International Journal of Energy Economics and Policy. Vol. 9. No. 6. Pp. 95–102.

Ali I., Pakharukov Yu. V., Shabiev F. K., Galunin E. V., Safargaliev R. F., Vasiljev S. A., Ezdin B. S., Burakov A. E., ALOthman Zeid A., Sillanpää Mika. 2023. Preparation of graphene based nanofluids: Rheology determination and theoretical analysis of the molecular interactions of graphene nanoparticles // Journal of Molecular Liquids. Vol. 390. Article 122954.

Bahiraei M., Heshmatian S. 2019. Graphene family nanofluids: A critical review and future research directions // Energy Conversion and Management. Vol. 196. Pp. 1222–1256.

Dong Z. et al. 2019. Carbon nanoparticle-stabilized Pickering emulsion as a sustainable and high-performance interfacial catalysis platform for enzymatic esterification/transesterification // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Vol. 7. No. 8. Pp. 7619–7629.

El-Masry J. F. et al. 2023. A comprehensive review on utilizing nanomaterials in enhanced oil recovery applications // Energies. Vol. 16. No. 2. Article 691.

Ezdin B. S., Pakharukov Yu. V., Kalyada V. V., Shabiev F. K et al. 2022. The novel method of synthesis of nanostructured materials for the enhancing recovery in oil displacement technologies // Catalysis Today. Vol. 397–399. Pp. 249–256.

Foisal A. R., Imran A. B., Chowdhury A. N. 2025. Eco‐friendly biomass‐based carbon dots, carbon nanotubes, graphene, and their derivatives for enhanced oil recovery: A new horizon for petroleum industry // ChemistryOpen. Vol. 14. No. 7. Article e202400353.

Glushchenko V.N., Kuz’micheva E.O., Dashkina E.F. 2012 Development of environmentally friendly surfactants and their adaptation to the conditions of the oil industry. The development of science at the present stage. // Tsentr naukovykh publikatsii Publ. pp. 20-25.

Iravani M., Khalilnezhad Z., Khalilnezhad A. 2023. A review on application of nanoparticles for EOR purposes: History and current challenges // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. Vol. 13. Pp. 959–994.

Isaev V. I., Kuzmenkov S. G., Ayupov R. Sh., Kuzmin Yu. A., Lobova G. A., Stulov P. A. 2019. Hard-to-recover reserves of Yugra oil (West Siberia) // Geophysical Journal. Vol. 41. No. (1). Pp. 33–43.

Jafarbeigi E., Salimi F., Kamari E., Mansouri M. 2022. Effects of modified graphene oxide (GO) nanofluid on wettability and IFT changes: Experimental study for EOR applications // Petroleum Science. Vol. 19. No. 4. Pp. 1779–1792.

Kang W. L. et al. 2022. Advances in enhanced oil recovery technologies for low permeability reservoirs // Petroleum Science. Vol. 19. No. 4. Pp. 1622–1640.

Karimi A. et al. 2012. Wettability alteration in carbonates using zirconium oxide nanofluids: EOR implications // Energy & Fuels. Vol. 26. No. 2. Pp. 1028−1036.

Kryukov V., Moe A. 2018. Does Russian unconventional oil have a future? // Energy Policy. Vol. 119. Pp. 41–50. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2018.04.021

Li W. et al. 2022. Recent advances on Pickering emulsions stabilized by diverse edible particles: Stability mechanism and applications // Frontiers in Nutrition. Vol 9. Article 864943.

Luo D., Wang F., Zhu J., Cao F., Liu Y., Li X. et al. 2016. Nanofluid of graphene-based amphiphilic Janus nanosheets for tertiary or enhanced oil recovery: High performance at low concentration // Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 113. No. 28. Pp. 7711-7716.

Nelson R. C., Lawson J. B., Thigpen D. R. & Stegemeier G. L. 1984. Cosurfactant-enhanced alkaline flooding // SPE Enhanced Oil Recovery Symposium. SPE 12672. https://doi.org/10.2118/12672-MS

Pakharukov Yu. V., Shabiev F. K., Safargaliev R. F., Volkova S. S. 2021. Quenching of graphene suspension photoluminescence with saturated hydrocarbons // Colloid and Interface Science Communications. Vol. 42. Article 100431.

Pakharukov Yu., Shabiev F., Safargaliev R., Mavrinskii V., Vasiljev S., Ezdin B., Grigoriev B., Salihov R. 2022. The mechanism of oil viscosity reduction with the addition of graphene nanoparticles // Journal of Molecular Liquids. Vol. 361. Article 119551.

Peng B. et al. 2017. A review of nanomaterials for nanofluid enhanced oil recovery // RSC Advances. Vol. 7. No. 51. Pp. 32246–32254.

Radnia H. et al. 2018. A novel nanofluid based on sulfonated graphene for enhanced oil recovery // Journal of Molecular Liquids. Vol. 271. Pp. 795–806.

Savitskaya M. N., Kholodova Yu.D. 1969 Polyacrylamide. // Tekhnika Publ. 18 p.

Sheng J. J., Leonhardt B., Azri N. 2015. Status of polymer-flooding technology // Journal of Canadian Petroleum Technology. Vol. 54 (02). Pp. 116–126. https://doi.org/10.2118/174541-pa

Yousufi M. M. et al. 2025. Evaluation of activated carbon as a Pickering emulsion stabilizer for conformance control at high temperature and salinity: A focus on stability and rheology // Journal of Molecular Liquids. Vol. 419. Article 126764.

Zhao M. et al. 2024. Review on principles, influence and applications of nanomaterials in enhancing oil recovery // Fuel. Vol. 371. Article. 131985.

Zhu Y. Y., Zhang Y., Niu J. L., Liu W. D., Hou Q. F. 2016. The progress in the alkali-free surfactant-polymer combination flooding technique // Petroleum Exploration and Development. Vol. 39. No. 3.