Flow Behaviour of Alkali, Surfactant, and Xanthan Solutions Used for Enhanced Oil Recovery
Fluidité des solutions d'alcali, de tensio-actif et de xanthane utilisées pour la récupération assistée du pétrole
Petroleum Recovery Institute
An experimental study was conducted to examine the effects of various alkalis, surfactants and brines on the viscosity of dilute aqueous solutions of two xanthan materials containing medium and high pyruvate content, over a wide range of parameters. The effect of alkalis on the flow curves of xanthan solutions depended on alkali type and concentration, shear rate and pyruvate content of xanthan. Strong alkalis caused partial degradation of the xanthan molecules. As a result, a fast and significant reduction in apparent viscosity occurred, especially with the high pyruvate xanthan. This drop was only noticeable at low shear rates. Buffered alkalis were less detrimental to the viscosity of xanthan solutions. Triton X-100 up to 10 wt% had no significant effect on the flow curves of both xanthan materials. Neodol 25-3S caused noticeable changes only in the flow curves of the high pyruvate xanthan. Triton X-100 up to 10 wt% in the presence of alkali had no significant effect on the flow curves of either xanthan material. The addition of anionic surfactants at low concentrations slightly decreased the viscosity of alkali/xanthan solutions. A significant viscosity enhancement was observed at higher surfactant concentrations over a narrow range of alkali concentrations. This behaviour was only observed with anionic surfactants and was due to the formation of surfactant aggregates. The effect of sodium chloride on the apparent viscosity of xanthan solutions depended on polymer concentration and the pyruvate content of xanthan. Only the high pyruvate polymer at high polymer concentrations (= 1 wtO/o) showed a dramatic increase in the apparent viscosity upon the addition of sodium chloride. At low polymer concentrations, calcium chloride had a more detrimental effect on the viscosity of the high pyruvate xanthan than sodium chloride.
Résumé
Une étude expérimentale a été effectuée pour examiner les effets de divers alcalis, tensioactifs et saumures sur la viscosité de solutions aqueuses diluées de deux produits à base de xanthane, à teneur en pyruvate moyenne (polymère Statoil) ou élevée (Flocon 4800), avec une large gamme de paramètres. L'effet des alcalis sur la viscosité des solutions de xanthane dépend du type et de la concentration de l'alcali, du gradient de cisaillement, et de la teneur en pyruvate. L'influence des alcalis sur la courbe de viscosité du xanthane n'est repérable que pour de faibles gradients de cisaillement. Les alcalis forts (hydroxyde de sodium par exemple) provoquent une dégradation partielle des molécules de xanthane, d'où une réduction rapide et importante de la viscosité apparente, surtout avec une forte teneur en pyruvate. Les alcalis en solution-tampon (carbonate de sodium par exemple) sont moins nocifs pour la viscosité des solutions de xanthane. Par conséquent, dans les procédés à l'alcali/ polymère ou à l'alcali/tensioactif/polymère utilisant la gomme de xanthane, il serait extrêmement avantageux, du point de vue économique, de préférer un alcali tampon plutôt qu'un alcali fort. L'effet des tensioactifs sur les courbes de viscosité des solutions de xanthane dépend du type et de la concentration du produit tensioactif. L'influence du Triton X-100 (tensioactif non ionique) sur les courbes des deux produits à base de xanthane n'est pas significative jusqu'à 10 % en poids. Le Néodol 25-3S, tensioactif anionique, ne provoque de modifications de viscosité notables que pour le xanthane à forte teneur en pyruvate. Le Triton X-100, jusqu'à 10 % en poids, en présence d'alcali, n'a pas d'effet marqué sur les courbes de viscosité des deux produits à base de xanthane. L'addition de Néodol 25-3S à faible concentration diminue légèrement la viscosité des solutions alcali/xanthane. On a constaté un renforcement notable de la viscosité des solutions alcali/xanthane pour de plus fortes concentrations en tensioactif, sur une gamme étroite de concentrations en alcali. Ce comportement n'a été observé que pour les tensioactifs anioniques, et il est dû à la formation d'agrégats de tensioactif qui résulte de l'effet électrolytique sur la formation de micelles dans les tensioactifs anioniques. L'effet du chlorure de sodium sur la viscosité apparente des solutions de xanthane dépend de la concentration en polymère et de la teneur en pyruvate. Pour de faibles concentrations en polymère, < ou = 4000 ppm, la viscosité apparente tombe lors de l'addition de sels. Cette chute est due à l'effet d'écran de la charge. Pour de fortes concentrations en polymère (= 1 % en poids), seul le polymère à forte teneur en pyruvate subit une importante augmentation de sa viscosité apparente lors de l'addition de chlorure de sodium. Cette augmentation est due à l'association des molécules de polymère. Pour de faibles concentrations de polymère, le chlorure de calcium nuit plus que le chlorure de sodium à la viscosité du xanthane à forte teneur en pyruvate.
© IFP, 1992