RHODIA_logo_Sign_4C
Visosifying Surfactant forChemical EOREOR Workshop“Mario Leschevich”, 3-5 Nov. 2010 Mikel Morvan, Guillaume Degré, RhodiaAlain Zaitoun, Jérôme Bouillot, Poweltec.
Rhodia/Poweltec
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
2
Contents
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Rhodia and Poweltec methodology: application tosynthetic field cases
Viscosity measurements
Fluid propagation tests
Core flood tests
Viscosifying surfactant: application to field case
Conclusion
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
3
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Introduction to surfactant mesophases in aqueous solutions
Packing Parameter (P) = VH/(lc.a0)
Spherical micelles  P ~ 1/3
Cylindrical micelles P~ 1/3 to ½
(Wormlike micelles or Hexagonal phases)
Lamellar phase    P ~  1
Molecular dimension, concentration andenvironment determine (T, S)mesophases sequences
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
4
Rheological properties of surfactant micelles in aqueous solutions
Spherical Micelles
Cylindrical Micelles
Low viscosity
Newtonian fluid
Entanglements
Analogy with polymer
Typical surfactant flooding
(S, SP, ASP)
L   1 m
Viscosifying surfactant asan alternative approach toSP & ASP flooding
Breakage/recombination dynamic
= volume fraction
G0: Elastic modulus
: Relaxation time
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
5
Presence of giant micelles of ≈ 5nm in diameter.  A structure is visible, since theyappear mostly in parallel configuration, with an inter particle distance 15 to 20nm.
Cryo-TEM image of wormlike micelles in aqueous solution
06AVR006-04 1
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
6
Contents
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Rhodia and Poweltec methodology: application tosynthetic field cases
Viscosity measurements
Fluid propagation tests
Core flood tests
Viscosifying surfactant: application to field case
Conclusion
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
7
Rhodia & Poweltec methodology: application to syntheticfield cases
Solubility
Rheology
Injectivity
Viscosifyingsurfactantformulation
Coreflood
RHODIA
POWELTEC
Injectivity
Adsorption
Oil Recovery
Chemistry selection
Millifluidicscreening tests
Petrophysicexperiments
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
8
 Principle of high-throughput screening for viscosity measurementsdeveloped at Rhodia LOF
 Formulation composition (surfactant & salt concentrations) are imposed thanks tosyringe pumps
Viscosity
Shear rate
 Formulation viscosity is determined by pressure drop measurement
Capillary (length L,radius R)
Surfactant
solution
Saturated
 salt sol
Water
viscosity (cP)
Map viscosity performance versus reservoir brine variations priorto full characterization using traditional rheometer
Rhodia & Poweltec methodology: application to syntheticfield cases
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
9
Viscosity measurements
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
20
40
60
80
concentration (%
w/w
)
Abs. viscosity (cP)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
20
40
60
80
concentration (%
w/w
)
Abs. viscosity (cP)
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
0
50
100
150
200
concentration (%
w/w
)
Abs. viscosity (cP)
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
0
100
200
300
400
500
concentration (%
w/w
)
Abs. viscosity (cP)
Our viscosifying surfactants are salt tolerant (including divalent ions) withfavorable impact of high brine concentration
Salinity
(g/L TDS)
T (°C)
0
32°C
51°C
200
80°C
96
90°C
6
Field 3
Field 2
Field 1
Field 3
Shear rate: 4 s-1
Viscosity measurements appliedto various reservoir cases
9
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
10
Flow curve measurements in one reservoir condition
 Shear thinning behavior indicates that a decrease of shear rates lead to anincrease of viscosity. Required surfactant concentration is thus reduced
Viscosity measurements
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
11
 Principle of miniaturized core flood test developed at Rhodia LOF
P1010228
5 cm
Syringe pump
Capillary
viscometer
Pressure sensor
Pressure sensor
core
  A miniaturized core flood test has been developed to measure fluidpropagation in single-phase condition
 This miniaturized test can be used prior to full coreflood study topre-screen performances of new surfactant formulations.
Rhodia & Poweltec methodology: application tosynthetic field cases
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
12
 An illustration of permeability measurement from (Q, P) curve
Syringe pump
Porous media
Injectivity in porous media
Pcore
Pcapillary
Imposed flow rate
Capillary
Adsorption
Q = 5 mL/min
Q = 4 mL/min
Q = 3 mL/min
Q = 2 mL/min
Q = 1 mL/min
k
Patmosph..
Millifluidic set-up used to measure mobility & permeability reduction
Rhodia & Poweltec methodology: application to syntheticfield cases
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
13
Mobility Reduction is also called Resistance Factor RF
pressure drop during viscosifyingsurfactant slug injection at q cm3/h
pressure drop during initial brineinjection at q cm3/h
  Mobility Reduction
Background on mobility & permeability reduction
Permeability Reduction Residual Resistance Factor RRF
Visco. Surf
P
P
Rm
=
pressure drop during brineinjection after viscosifyingsurfactant slug at q cm3/h
pressure drop during initialbrine injection at q cm3/h
  Permeability Reduction
Initial brine
Brine - After visco surf.
P
P
Rk
=
Initial brine
Rhodia & Poweltec methodology: application to syntheticfield cases
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
14
 Example of flow behavior in representative porous media (Clashachsandstone) using miniaturized core flood test
Rheometer  Bulk viscosity
Viscosity in porous media  injection in cores
impose Q and measure P
C2
C1
Miniaturized core data
Bulk rheology
Flow in porous media match bulk rheology
Good propagation of viscosifying surfactant in porous media
Fluid propagation tests
Mean pore radius
Darcy’s Law
Flow rate
Q
Shear rate
Pressure drop
viscosity
P
Capillary bundle model
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
15
 Representative porous media: synthetic core
 Surfactants solution is injected in water saturated cores to evaluatepropagation properties in porous media
 Surfactants solution is injected in oil saturated cores to measure oilrecovery efficiency (additional oil after water flooding)
Core flood tests
Darcy’s law
1cm
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
16
 Porous media: clashach sandstone core
 Kw = 1133 mD at 50°C – Injection brine: sea water
Mobility and permeability reduction measurements in monophasic conditions
Mobility Reduction values match bulk rheology: product has a good injectivity
Permeability Reduction is close to Rkw=1, showing no core damage
Core flood tests
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
17
Core flood sequence
Core - Clashach sandstone:
Porosity: = 0.18
Pore radius (est.):Rp = 3.4 µm
Water permeability:Kw = 1133 mD at 50°C
Residual oil saturation: Sor = 0.49 (oil = 4.2 cp @50°C) (before injectingsurfactant)
Fluid formulation:
Injection brine: sea water (39 g/L TDS)
Surfactant concentration: 3 g/L
Temperature: 50°C
Protocol
1.Saturation with oil until Swi
2.Water injection until Sor
3.Surfactant injection
4.Oil recovery measurement
Results
Sor reduction: 12%
Sor reduction: 12%
No Sor reduction withHPAM
No Sor reduction withHPAM
Core flood tests: oil recovery efficiency
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
18
Contents
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Rhodia and Poweltec methodology: application tosynthetic field cases
Viscosity measurements
Fluid propagation tests
Core flood tests
Viscosifying surfactant: application to field case
Conclusion
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
19
Viscosifying surfactant: application to field case
 Temperature: T = 51°C
 Permeability: k ~ 1 – 2 D
 Oil viscosity @ 51°C :  = 100 - 200 cP
 Brine concentration: 6.2 g/L TDS
Reservoir conditions
 Select best viscosifying surfactant that matchesreservoir characteristics
 Compare recovery performance with polymerflooding
Methodology
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
20
Absolute viscosity measurements in reservoir conditions show thatsame viscosity (20 cP - 10 s-1) as selected for HPAM solution(0.09%w/w) is obtained at a concentration of 0.3%w/w.
Viscosifying surfactant: application to field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
21
Thermal stability of surfactant solution
Viscosity measured at 50°Cat low shear rate (10s-1)
Surfactant concentration 0.3% w/w
Temperature T = 51°C
Brine concentration:  6.2 g/L TDS
Oxygen content < 50 ppb
Fluid formulation
Anaerobic ageing of surfactant solution shows that no viscosityloss is observed over one month -  On going ageing
Viscosifying surfactant: application to field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
22
Regular polymer flooding (HPAM) experiment
No Sor reduction is observed after HPAM injection
Reservoir core plug
Viscosifying surfactant: application to field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
23
Oil recovery experiments after polymer injection (HPAM)
Injection of a 0.3%w/w surfactant solution after HPAM has mobilized asignificant fraction of the residual oil saturation (+16% OOIP)
Reservoir core plug
Viscosifying surfactant: application to field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
24
Simulation
 Five Spot Pattern (1 Injector 4 Producers)
 Multilayer Reservoir, Strong vertical heterogeneity
 Reservoir thickness = 10 m
 Comparison between
 Waterflood
 Polymer Flood
 Viscosifying Surfactant Flood
Evaluation of viscosifying surfactant  insynthetic field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
25
Simulation
Evaluation of viscosifying surfactant  insynthetic field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
26
 Recovery Factor
RF @ 6 years
RF @ 11 years
Water flood
33 %
39 %
Polymer flood
 40 %
46 %
Viscosifying surfactant
50 %
56 %
Simulation
Evaluation of viscosifying surfactant  insynthetic field case
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
27
Contents
Introduction to viscosifying surfactants for EOR
Rhodia and Poweltec methodology: application tosynthetic field cases
Viscosity measurements
Fluid propagation tests
Core flood tests
Simulation
Viscosifying surfactant: application to field case
Conclusion
Barrette-degrade
RHODIA_logo_4C
28
Conclusion
 Specific millifluidic tools have been developed to screenviscosifying surfactants from Rhodia
 Following performances have been measured for viscosifyingsurfactants in different conditions
 Viscosity at low concentration: 0.1 to 0.5% w/w
 Sor reduction in coreflood Sw = 10 to  20% (oil at least 100 cps)
 High temperature / high salinity tolerance
 Shear thinning / recombination dynamics (Unlike Polymer)
 Limited surface facility Capex required
 Perspectives
 Pursue experiment on field case reservoir: adsorption measurements,additional oil recovery tests, simulation and extrapolation at pilot scaleto evaluate economics