Date of Award

11-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Petroleum Engineering (MSPE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Mohammed Abdalla Ayoub Mohammed

Abstract

Foam is currently the most effective means for gas mobility control in a variety of geo-energy applications, including enhanced oil recovery (EOR), carbon capture, utilization and storage (CCUS), and aquifer/soil remediation. This study investigates the mobility control of miscible CO₂ foam in the presence of oil.

The primary objective is to quantify the impact of oil on CO₂ foam behavior under miscible conditions, specifically examining foam stability, strength, and flow regimes as influenced by oil composition and reservoir permeability. While most oils destabilize foam, few studies explore the coarsening mechanisms of CO₂ foam in the presence of miscible oils, which is crucial for the successful application of foam in EOR and CCUS under miscible CO₂ flood conditions. Three model oils—hexadecane (C16), decane (C10), and a mixture of the two—were co-injected with CO₂ and surfactant solution at a fixed velocity ratio into core samples with varying permeabilities; 1.8, 10, 650 mD.

The results show that hexadecane, especially at higher concentrations, significantly enhanced foam apparent viscosity (μₐₚₚ). In core samples with 10 mD permeability, peak foam viscosity reached 64.5 cP for 30 mol% C16, 75 cP for 60 mol%, and 110 cP for 90 mol% C16. For decane, a weaker but still enhancing effect on foam viscosity was observed, with peak values of 28, 43, and 59 cP for 30, 60, and 90 mol%, respectively. Mixed oil produced intermediate results.

In high-permeability core samples (650 mD), the 90 mol% C16 concentration increased foam viscosity to around 650 cP, demonstrating the potential of miscible CO₂ foam for effective mobility control. In contrast, in low-permeability cores (1.8 mD), the maximum foam viscosity at 90 mol% oil content was about 46 cP, indicating that higher permeability stabilizes foam for the same oil concentration. These findings suggest that miscibility between CO₂ and oil enhances foam stability, with higher permeability facilitating more effective mobility control.

The experimental approach developed here provides a quantitative framework for understanding the effects of oil composition and permeability on the behavior of miscible CO₂ foam, advancing both EOR and CCUS strategies.

Arabic Abstract


دراسة على المقياس المعملي للعينة الصخرية الأسطوانية حول تفاعالت الرغوة وثاني أكسيد الكربون الممزوج مع النفط

تعتبر الرغوة حاليا الوسيلة الأكثر فعالية للتحكم في حركة الغاز في مجموعة متنوعة من تطبيقات الطاقة الجيولوجية، بما في ذلك الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) واحتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) ومعالجة طبقات المياه الجوفية/التربة. تبحث هذه الدراسة في التحكم في حركة رغوة ثاني أكسيد الكربون القابلة للامتزاج في وجود النفط. الهدف الأساسي هو قياس تأثير النفط على سلوك رغوة ثاني أكسيد الكربون في ظروف قابلة للامتزاج، مع التركيز بشكل خاص على استقرار الرغوة وقوتها وأنظمة التدفق تحت تأثير تركيبة النفط ونفاذية الخزان. في حين أن معظم أنواع النفط تزعزع استقرار الرغوة، إلا أن القليل من الدراسات تستكشف آليات تكتل رغوة ثاني أكسيد الكربون في وجود زيوت قابلة للامتزاج، وهو أمر بالغ الأهمية لنجاح تطبيق الرغوة في استخراج النفط المعزز (EOR) واحتجاز الكربون وتخزينه (CCUS) في ظروف غمر ثاني أكسيد الكربون القابل للامتزاج. تم حقن ثلاثة أنواع من النفط النموذجي – الهكساديكان (C16) والديكان (C10) ومزيج من الاثنين - مع ثاني أكسيد الكربون ومحلول الفاعل بالسطح بنسبة سرعة ثابتة في عينات أساسية ذات نفاذية متفاوتة؛ 1.8، 10، 650 mD.

أظهرت النتائج أن الهكساديكان، خاصة عند التركيزات العالية، عزز بشكل كبير اللزوجة الظاهرية للرغوة (μₐₚₚ). في العينات الأساسية ذات النفاذية 10 mD، بلغت ذروة لزوجة الرغوة 64.5cP لـC16 30mol%، و75cP لـ60%mol، 110cP لـC16 90mol%. بالنسبة للديكان، لوحظ تأثير أضعف ولكنه لا يزال معززًا على لزوجة الرغوة، مع قيم قصوى بلغت 28 cP و43 و 59 لـ30 و60 و90 مول% على التوالي. أنتج الزيت المختلط نتائج متوسطة.

في عينات اللب عالية النفاذية (650 mD)، أدى تركيز 90 مول٪ لـ C16إلى زيادة لزوجة الرغوة إلى حوالي 650cP، مما يدل على إمكانية استخدام رغوة ثاني أكسيد الكربون القابلة للامتزاج للتحكم الفعال في الحركة. في المقابل، في العينات ذات النفاذية المنخفضة (1.8 mD)، بلغت لزوجة الرغوة القصوى عند 90 مول٪ من محتوى الزيت حوالي 46cP، مما يشير إلى أن النفاذية العالية تعمل على استقرار الرغوة لنفس تركيز الزيت. تشير هذه النتائج إلى أن قابلية الاختلاط بين ثاني أكسيد الكربون والزيت تعزز استقرار الرغوة، حيث تسهل النفاذية العالية التحكم في الحركة بشكل أكثر فعالية.

يوفر النهج التجريبي الذي تم تطويره هنا إطارًا كميًا لفهم تأثيرات تركيبة النفط والنفاذية على سلوك رغوة ثاني أكسيد الكربون القابلة للامتزاج، مما يعزز استراتيجيات EOR وCCUS.

Download
COinS