Motion of an Oil Droplet Through a Water-Filled Uneven Pore

Déplacement d'une gouttelette d'huile à travers un pore irrégulier rempli d'eau

¹ Indian Institute of Technology
² University of Alberta

Abstract

The need to understand various mechanisms governing fluid-fluid displacements associated with enhanced oil recovery provides the motivation for this study. The observation of apparently linear dependence of flow rates upon pressure gradients during multiphase flow through porous media conceals the true nature of displacement phenomena such as Haine's jumps, droplet break-up, coalescence, etc. Most of these phenomena are understood only qualitatively. This study is on attempt to quantitatively describe them for a specific idealized pore geometry using approximate quasi steady-state calculations. The progress of a non-wetting oil droplet down a periodically convergent-divergent pore, the basic unit of which is a truncated bicone, shows a fluctuating, piecewise continuous track that resembles Haine's jumps. In addition to Haine's jumps, variations in the motion of droplets may also occur due to their break-up, coolescence or the instability of their interfacial configurations. Different parts of a droplet may be required to adjust to different curvatures and sometimes it may fail to maintain a constant mean curvature throughout its interface. Consequently, while flowing through constrictions, a droplet may break-up. Some portions of broken droplets may then travel in the middle of the pore and sometimes may coalesce with each other in different portions of the pore. The droplets become immobilized whevener the pressure gradients available across them are insufficient to overcome the threshold pressure offered by their interfaces. Possible implications of these phenomena in the entrapment of residual oil, hystereses in capillary pressure and relative permeability curves, and fluctuations in the multiphase flovv of fluids through porous media are discussed.

Résumé

Le besoin de comprendre les divers mécanismes régissant les déplacements de certains fluides par d'autres, déplacements rencontrés dans la récupération assistée du pétrole, constitue la motivation de cet article. L'observation de la relation apparemment linéaire entre débits et gradients de pression dans un écoulement polyphasique en milieu poreux, dissimule la vraie nature des phénomènes de déplacement tels que l'écoulement discontinu de Haine, la rupture et la fusion des gouttelettes, etc. La plupart de ces phénomènes ne sont connus que qualitativement. La présente étude constitue une tentative de les décrire quantitativement à partir des calculs approchés admettant un régime quasi stationnaire et pour le cas d'un pore ayant une géométrie idéale donnée. La progression d'une gouttelette d'huile non mouillante le long d'un pore périodiquement convergent-divergent dont l'unité de base est un bicône tronqué, se présente sous un cheminement fluctuant, continu par morceaux et ressemblant à l'écoulement discontinu de Haine. En plus de cet écoulement discontinu, des variations dans le déplacement des gouttelettes peuvent également se produire à cause de leur fragmentation, de leur coalescence ou de l'instabilité de leur configuration interfaciale. Les différentes parties d'une gouttelette peuvent être nécessaires pour s'adapter à diverses courbures et il peut quelquefois arriver qu'elles ne puissent maintenir une courbure moyenne constante partout sur l'interface. Une gouttelette peut donc se fragmenter au passage des étranglements. Certaines parties de gouttelettes éclatées peuvent alors circuler au milieu du pore et parfois fusionner entre elles à certains endroits. Les gouttelettes s'immobilisent chaque fois que les gradients de pression disponibles à travers elles sont insuffisants pour surmonter la pression de seuil présentée par leurs interfaces. Les implications possibles de ces phénomènes dans le piégeage d'huile résiduelle, les hystérésis des courbes de pression capillaire et de perméabilités relatives, et les fluctuations dans les écoulements polyphasiques des fluides en milieu poreux, sont discutés.