Date of Award

6-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Petroleum Engineering (MSPE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Dr. Muhammad Rehan Hashmet

Second Advisor

Dr. Younes Alblooshi

Abstract

Innovative enhanced oil recovery (EOR) strategies are needed to unlock additional reserves in heterogeneous, oil-wet carbonate reservoirs. This study evaluates hybrid nano-polymer flooding by integrating silica nanoparticles (SiO₂) and single-walled carbon nanotubes (CNT) with novel HPAM polymers (Sav10 and Sav10 VHM) to optimize wettability alteration, rheological parameters, and recovery mechanisms.

A comprehensive experimental approach was employed, where rheological tests assessed viscosity enhancement under varying shear conditions, and wettability alteration was quantified via contact angle measurements using HPAM-SiO₂, HPAM-CNT, Sav10 VHM-SiO₂, and Sav10 VHM-CNT systems. Core floods were performed in three consecutive phases; waterflooding (baseline), standalone nanoparticle flooding, and hybrid nano-polymer flooding to systematically assess the performance of each method. Key parameters monitored included oil recovery, pressure differentials, resistance factor, and residual resistance factor.

Rheological evaluations confirmed that the hybrid formulations maintained a stable target viscosity (4 cP) under reservoir conditions, ensuring effective mobility control without compromising polymer functionality. Wettability studies demonstrated significant shifts: the HPAM-SiO₂ system reduced contact angles from 171° to 38.66°, and the HPAM-CNT system shifted from 168° to 54.9°. Similarly, for Sav10 VHM polymer systems, the SiO₂-Sav10 VHM combination shifted the contact angle from 170° to 49.48°, and the CNT-Sav10 VHM system reduced it from 166° to 45°, confirming effective wettability alteration. Core flooding experiments revealed that for Sav10 systems, standalone SiO₂ and CNT flooding improved recovery by 2% and 7%, respectively, whereas the hybrid systems achieved incremental gains of 6% and 18%. For Sav10 VHM systems, standalone SiO₂ and CNT flooding improved recovery by 3% and 18%, respectively, while the hybrid systems achieved gains of 4% and 10%, showcasing the superior performance of SWCNT-polymer combinations.

Injectivity metrics showed favourable resistance factors and sustained residual resistance factors, outperforming polymer only methods. This study presents the first core-scale evaluation of hybrid nano-polymer flooding in carbonate reservoirs, offering practical insights for advancing EOR in oil-wet formations, particularly in Gulf region applications.

Arabic Abstract


تقييم تجريبي لطريقة مبتكرة هجينة من النانو بوليمر لتعزيز استخلاص النفط في خزان كربوني

هناك حاجة إلى استراتيجيات مبتكرة لتحسين استخراج النفط (EOR) لاستخراج احتياطيات إضافية من مكامن الكربونات غير المتجانسة والرطبة بالنفط. تُقيّم هذه الدراسة عملية غمر البوليمر النانوي الهجين من خلال دمج جسيمات السيليكا النانوية (SiO₂) وأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (CNT) مع بوليمرات HPAM جديدة (Sav10 وSav10 VHM) لتحسين تغير قابلية البلل، والمعايير الريولوجية، وآليات الاسترداد.

استُخدم نهج تجريبي شامل، حيث قيّمت الاختبارات الريولوجية تحسين اللزوجة في ظل ظروف قص متفاوتة، وحُددت كمية تغير قابلية البلل من خلال قياسات زاوية التلامس باستخدام أنظمة HPAM-SiO₂ و HPAM-CNT و Sav10 VHM-SiO₂وSav10 VHM-CNT. أُجريت عمليات غمر اللب على ثلاث مراحل متتالية؛ تم استخدام غمر الماء (خط الأساس)، وغمر الجسيمات النانوية المستقلة، وغمر البوليمر النانوي الهجين لتقييم أداء كل طريقة بشكل منهجي. وشملت المعايير الرئيسية التي تمت مراقبتها: استخلاص النفط، وفروق الضغط، ومعامل المقاومة، ومعامل المقاومة المتبقية.

أكدت التقييمات الريولوجية أن التركيبات الهجينة حافظت على لزوجة مستهدفة مستقرة (4 سنتي بواز) في ظروف المكمن، مما يضمن تحكمًا فعالًا في الحركة دون المساس بوظائف البوليمر. أظهرت دراسات قابلية البلل تحولات ملحوظة: فقد خفض نظام HPAM-SiO₂ زوايا التلامس من 171 درجة إلى 38.66 درجة، بينما تحول نظام HPAM-CNT من 168 درجة إلى 54.9 درجة. وبالمثل، في أنظمة بوليمر Sav10 VHM، غيّر مزيج SiO₂-Sav10 VHM زاوية التلامس من 170 درجة إلى 49.48 درجة، بينما خفّضها نظام CNT-Sav10 VHM من 166 درجة إلى 45 درجة، مما يؤكد فعالية تغيير قابلية البلل. كشفت تجارب غمر اللب أن غمر SiO₂ و CNT المنفصل في أنظمة Sav10 حسّن الاسترداد بنسبة 2% و 7% على التوالي، بينما حققت الأنظمة الهجينة مكاسب تدريجية بلغت 6% و 18%. أما في أنظمة Sav10 VHM، فقد حسّن غمر SiO₂ و CNTالمنفصل الاسترداد بنسبة 3% و18% على التوالي، بينما حققت الأنظمة الهجينة مكاسب بلغت 4% و10%، مما يُظهر الأداء المتفوق لمزيجات SWCNT-البوليمر.

أظهرت مقاييس الحقن عوامل مقاومة مواتية وعوامل مقاومة متبقية مستدامة، متفوقة على طرق البوليمر فقط. تقدم هذه الدراسة أول تقييم على نطاق واسع لعملية إغراق البوليمر النانوي الهجين في خزانات الكربونات، مما يوفر رؤى عملية لتطوير عملية استخلاص النفط المعزز في التكوينات النفطية الرطبة، وخاصة في تطبيقات منطقة الخليج.

Download
COinS