Analysis of possibilities to increase oil recovery with the use of nitrogen in the context of deep oil deposits of the Dnipro-Donetsk oil-and-gas Ukrainian province

Purpose is to increase oil recovery of deep oil deposits of the Dnipro-Donetsk oil-and-gas Ukrainian province with the use of nitrogen. Methods. Experiments, intended to residual oil displacement with the use of different driving agents, involved laboratory modeling of the process when a seam was simulated as such being close maximally to a real seam and samples of formation fluids were applied. The experiments, which materialized equilibrium displacement (without mass transfer), used seam models developed from cores of V-19n seam (Perekopivske deposit). 43 core samples were analyzed with 3.3 – 226.0·10-3 µm2 permeability. Findings. Characteristics and applicability of nitrogen and flue gas to increase oil recovery have been analyzed. Theoretic prerequisites of the mechanism, aimed at oil displacement using nitrogen and flue gases, have been formulated. Results of the laboratory experiments of oil displacement by means of nitrogen within a porous environment have helped determine that minimum pressure of mutual oil and nitrogen dissolution is 36.0 – 38.0 MPa. In terms of mutual mixing of agents at 110 – 112°С temperature, 36.4 МPа gas injection pressure, and nitrogen pumping velocity being 1 cm3 per 40 minutes, oil displacement ratio achieved 0.76 – 0.78. Originality. For the first time, parameters of mixable oil displacement using nitrogen for the conditions of deep oil deposits of the Dnipro-Donetsk petroleum province in Ukraine have been determined. Efficiency of mixable nitrogen displacement to compare with water displacement and nitrogen displacement under equilibrium conditions has been proved. Practical implications. The advanced technique of nitrogen use to improve oil recovery in the context of deep oil deposits has been proposed. The technique is applicable to extract residual oil from the depleted deposits.Мета. Підвищення нафтовилучення глибоких нафтових родовищ Дніпровсько-Донецької нафтогазоносної провінції України з використанням азоту. Методика. Експериментальні дослідження витіснення залишкової нафти різними витіснювальними агентами проводили шляхом лабораторного моделювання процесу зі створенням зразків пласта, максимально наближених до реального пласту, і використанням зразків пластових флюїдів. В експериментах, в яких реалізувалося рівноважне витіснення (без масопереносу), використовувалися моделі пласта, які споруджувалися з кернового матеріалу пласта В-19н Перекоповського родовища. Було досліджено 43 зразки керна, проникність сягала в межах 3.3 – 226.0·10-3 мкм2. Результати. Проаналізовано особливості та умови застосування азоту й димових газів для підвищення нафтовіддачі пластів. Сформульовано теоретичні передумови механізму витіснення нафти з пласта азотом і димовими газами. Встановлено за результатами лабораторних досліджень витіснення нафти азотом у пористому середовищі мінімальний тиск взаємного розчинення нафти та азоту, котрий становить 36.0 – 38.0 МПа. В умовах взаємного змішування агентів при температурі 110 – 112°С, тиску нагнітання газу 36.4 МПа і швидкості нагнітання азоту 1 см3 за 40 хвилин коефіцієнт витіснення нафти досягав величини 0.76 – 0.78. Наукова новизна. Вперше встановлені параметри змішуваного витіснення нафти азотом для умов глибоких нафтових родовищ Дніпровсько-Донецької нафтогазоносної провінції України. Доведено високу ефективність змішуваного витіснення азотом в порівнянні з витісненням водою і витісненням азотом при рівноважних умовах. Практична значимість. Запропоновано удосконалену технологію використання азоту для підвищення нафтовилучення глибоких нафтових родовищ, яка може бути використана для виснажених нафтових родовищ.Цель. Увеличение нефтеотдачи глубокозалегающих нефтяных месторождений Днепровско-Донецкой нефтегазоносной провинции Украины с использованием азота. Методика. Экспериментальные исследования вытеснения остаточной нефти разными вытесняющими агентами проводили путем лабораторного моделирования процесса с созданием образцов пласта, максимально приближенных к реальному пласту, и использованием образцов пластовых флюидов. В экспериментах, в которых реализовалось равновесное вытеснение (без масопереноса), использовались модели пласта, которые сооружались из кернового материала пласта В-19н Перекоповского месторождения. Были исследованы 43 образца керна, проницаемость находилась в пределах 3.3 – 226.0·10-3 мкм2. Результаты. Проанализированы особенности и условия применения азота и дымовых газов для повышения нефтеотдачи пластов. Сформулированы теоретические предпосылки механизма вытеснения нефти из пласта азотом и дымовыми газами. Установлено по результатам лабораторных исследований вытеснения нефти азотом в пористой среде минимальное давление взаимного растворения нефти и азота, которое составляет 36.0 – 38.0 МПа. В условиях взаимного смешивания агентов при температуре 110 – 112°С, давлении нагнетания газа 36.4 МПа и скорости нагнетания азота 1 см3 за 40 минут коэффициент вытеснения нефти достигал величины 0.76 – 0.78. Научная новизна. Впервые установлены параметры смешиваемого вытеснения нефти азотом для условий глубокозалегающих нефтяных месторождений Днепровско-Донецкой нефтегазоносной провинции Украины. Доказана высокая эффективность смешиваемого вытеснения азотом по сравнению с вытеснением водой и вытеснением азотом при равновесных условиях. Практическая значимость. Предложена усовершенствованная технология использования азота для повышения нефтеотдачи глубокозалегающих нефтяных месторождений, которая может быть использована для истощенных нефтяных месторождений.The research results have been obtained with no support in the form of grants of projects. The authors express thanks to PJSC “Ukrnafta” for the possibility to carry out the experiments, which findings are represented by the paper, on the basis of Scientific-Research and Design Institute PJSC “Ukrnafta”

Analysis of possibilities to increase oil recovery with the use of nitrogen in the context of deep oil deposits of the Dnipro-Donetsk oil-and-gas Ukrainian province

Purpose is to increase oil recovery of deep oil deposits of the Dnipro-Donetsk oil-and-gas Ukrainian province with the use of nitrogen. Methods. Experiments, intended to residual oil displacement with the use of different driving agents, involved laboratory modeling of the process when a seam was simulated as such being close maximally to a real seam and samples of formation fluids were applied. The experiments, which materialized equilibrium displacement (without mass transfer), used seam models developed from cores of V-19n seam (Perekopivske deposit). 43 core samples were analyzed with 3.3 – 226.0·10-3 µm2 permeability. Findings. Characteristics and applicability of nitrogen and flue gas to increase oil recovery have been analyzed. Theoretic prerequisites of the mechanism, aimed at oil displacement using nitrogen and flue gases, have been formulated. Results of the laboratory experiments of oil displacement by means of nitrogen within a porous environment have helped determine that minimum pressure of mutual oil and nitrogen dissolution is 36.0 – 38.0 MPa. In terms of mutual mixing of agents at 110 – 112°С temperature, 36.4 МPа gas injection pressure, and nitrogen pumping velocity being 1 cm3 per 40 minutes, oil displacement ratio achieved 0.76 – 0.78. Originality. For the first time, parameters of mixable oil displacement using nitrogen for the conditions of deep oil deposits of the Dnipro-Donetsk petroleum province in Ukraine have been determined. Efficiency of mixable nitrogen displacement to compare with water displacement and nitrogen displacement under equilibrium conditions has been proved. Practical implications. The advanced technique of nitrogen use to improve oil recovery in the context of deep oil deposits has been proposed. The technique is applicable to extract residual oil from the depleted deposits.Мета. Підвищення нафтовилучення глибоких нафтових родовищ Дніпровсько-Донецької нафтогазоносної провінції України з використанням азоту. Методика. Експериментальні дослідження витіснення залишкової нафти різними витіснювальними агентами проводили шляхом лабораторного моделювання процесу зі створенням зразків пласта, максимально наближених до реального пласту, і використанням зразків пластових флюїдів. В експериментах, в яких реалізувалося рівноважне витіснення (без масопереносу), використовувалися моделі пласта, які споруджувалися з кернового матеріалу пласта В-19н Перекоповського родовища. Було досліджено 43 зразки керна, проникність сягала в межах 3.3 – 226.0·10-3 мкм2. Результати. Проаналізовано особливості та умови застосування азоту й димових газів для підвищення нафтовіддачі пластів. Сформульовано теоретичні передумови механізму витіснення нафти з пласта азотом і димовими газами. Встановлено за результатами лабораторних досліджень витіснення нафти азотом у пористому середовищі мінімальний тиск взаємного розчинення нафти та азоту, котрий становить 36.0 – 38.0 МПа. В умовах взаємного змішування агентів при температурі 110 – 112°С, тиску нагнітання газу 36.4 МПа і швидкості нагнітання азоту 1 см3 за 40 хвилин коефіцієнт витіснення нафти досягав величини 0.76 – 0.78. Наукова новизна. Вперше встановлені параметри змішуваного витіснення нафти азотом для умов глибоких нафтових родовищ Дніпровсько-Донецької нафтогазоносної провінції України. Доведено високу ефективність змішуваного витіснення азотом в порівнянні з витісненням водою і витісненням азотом при рівноважних умовах. Практична значимість. Запропоновано удосконалену технологію використання азоту для підвищення нафтовилучення глибоких нафтових родовищ, яка може бути використана для виснажених нафтових родовищ.Цель. Увеличение нефтеотдачи глубокозалегающих нефтяных месторождений Днепровско-Донецкой нефтегазоносной провинции Украины с использованием азота. Методика. Экспериментальные исследования вытеснения остаточной нефти разными вытесняющими агентами проводили путем лабораторного моделирования процесса с созданием образцов пласта, максимально приближенных к реальному пласту, и использованием образцов пластовых флюидов. В экспериментах, в которых реализовалось равновесное вытеснение (без масопереноса), использовались модели пласта, которые сооружались из кернового материала пласта В-19н Перекоповского месторождения. Были исследованы 43 образца керна, проницаемость находилась в пределах 3.3 – 226.0·10-3 мкм2. Результаты. Проанализированы особенности и условия применения азота и дымовых газов для повышения нефтеотдачи пластов. Сформулированы теоретические предпосылки механизма вытеснения нефти из пласта азотом и дымовыми газами. Установлено по результатам лабораторных исследований вытеснения нефти азотом в пористой среде минимальное давление взаимного растворения нефти и азота, которое составляет 36.0 – 38.0 МПа. В условиях взаимного смешивания агентов при температуре 110 – 112°С, давлении нагнетания газа 36.4 МПа и скорости нагнетания азота 1 см3 за 40 минут коэффициент вытеснения нефти достигал величины 0.76 – 0.78. Научная новизна. Впервые установлены параметры смешиваемого вытеснения нефти азотом для условий глубокозалегающих нефтяных месторождений Днепровско-Донецкой нефтегазоносной провинции Украины. Доказана высокая эффективность смешиваемого вытеснения азотом по сравнению с вытеснением водой и вытеснением азотом при равновесных условиях. Практическая значимость. Предложена усовершенствованная технология использования азота для повышения нефтеотдачи глубокозалегающих нефтяных месторождений, которая может быть использована для истощенных нефтяных месторождений.The research results have been obtained with no support in the form of grants of projects. The authors express thanks to PJSC “Ukrnafta” for the possibility to carry out the experiments, which findings are represented by the paper, on the basis of Scientific-Research and Design Institute PJSC “Ukrnafta”

Nernst effect of iron pnictide and cuprate superconductors: signatures of spin density wave and stripe order

The Nernst effect has recently proven a sensitive probe for detecting unusual normal state properties of unconventional superconductors. In particular, it may sensitively detect Fermi surface reconstructions which are connected to a charge or spin density wave (SDW) ordered state, and even fluctuating forms of such a state. Here we summarize recent results for the Nernst effect of the iron pnictide superconductor $\rm LaO_{1-x}F_xFeAs$, whose ground state evolves upon doping from an itinerant SDW to a superconducting state, and the cuprate superconductor $\rm La_{1.8-x}Eu_{0.2}Sr_xCuO_4$ which exhibits static stripe order as a ground state competing with the superconductivity. In $\rm LaO_{1-x}F_xFeAs$, the SDW order leads to a huge Nernst response, which allows to detect even fluctuating SDW precursors at superconducting doping levels where long range SDW order is suppressed. This is in contrast to the impact of stripe order on the normal state Nernst effect in $\rm La_{1.8-x}Eu_{0.2}Sr_xCuO_4$. Here, though signatures of the stripe order are detectable in the temperature dependence of the Nernst coefficient, its overall temperature dependence is very similar to that of $\rm La_{2-x}Sr_xCuO_4$, where stripe order is absent. The anomalies which are induced by the stripe order are very subtle and the enhancement of the Nernst response due to static stripe order in $\rm La_{1.8-x}Eu_{0.2}Sr_xCuO_4$ as compared to that of the pseudogap phase in $\rm La_{2-x}Sr_xCuO_4$, if any, is very small.Comment: To appear in: 'Properties and applications of thermoelectric materials - II', V. Zlatic and A. Hewson, editors, Proceedings of NATO Advanced Research Workshop, Hvar, Croatia, September 19 -25, 2011, NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics, (Springer Science+Business Media B.V. 2012

Phase behaviour and structure of a superionic liquid in nonpolarized nanoconfinement

The ion-ion interactions become exponentially screened for ions confined in ultranarrow metallic pores. To study the phase behaviour of an assembly of such ions, called a superionic liquid, we develop a statistical theory formulated on bipartite lattices, which allows an analytical solution within the Bethe-lattice approach. Our solution predicts the existence of ordered and disordered phases in which ions form a crystal-like structure and a homogeneous mixture, respectively. The transition between these two phases can potentially be first or second order, depending on the ion diameter, degree of confinement and pore ionophobicity. We supplement our analytical results by three-dimensional off-lattice Monte Carlo simulations of an ionic liquid in slit nanopores. The simulations predict formation of ionic clusters and ordered snake-like patterns, leading to characteristic close-standing peaks in the cation-cation and anion-anion radial distribution functions

Charging Ultra-nanoporous Electrodes with Size-asymmetric Ions Assisted by Apolar Solvent

We develop a statistical theory of charging quasi single-file pores with cations and anions of different sizes as well as solvent molecules or voids. This is done by mapping the charging onto a one-dimensional Blume–Emery–Griffith model with variable coupling constants. The results are supported by three-dimensional Monte Carlo simulations in which many limitations of the theory are lifted. We explore the different ways of enhancing the energy storage which depend on the competitive adsorption of ions and solvent molecules into pores, the degree of ionophilicity and the voltage regimes accessed. We identify new solvent-related charging mechanisms and show that the solvent can play the role of an “ionophobic agent”, effectively controlling the pore ionophobicity. In addition, we demonstrate that the ion-size asymmetry can significantly enhance the energy stored in a nanopore

Charge storage in nanotubes: the case of a 2-1 electrolyte

We consider a 2-1 electrolyte in contact with a narrow nanotube, which only allows one-dimensional storage along the axis. The asymmetry does not allow an a priori definition of the potential of zero charge; instead, the natural reference is the electrode potential at which both ions have the same electrochemical potential; the value of the latter can serve as a measure of ionophilicity. Near this potential, ionophobic tubes are filled with a dilute gas, ionophilic tubes are filled with a one-dimensional solid containing about the same number of the divalent ions and the monovalent counterions, a structure that is stabilized by a strong screening of the Coulomb interaction by an induced counter charge on the walls of the tube. The filling of the tube by the application of an electrode potential exhibits a complicated pattern of interactions between the two kinds of ions.Comment: 7 pages, 6 figure

Accelerating charging dynamics in sub-nanometer pores

Having smaller energy density than batteries, supercapacitors have exceptional power density and cyclability. Their energy density can be increased using ionic liquids and electrodes with sub-nanometer pores, but this tends to reduce their power density and compromise the key advantage of supercapacitors. To help address this issue through material optimization, here we unravel the mechanisms of charging sub-nanometer pores with ionic liquids using molecular simulations, navigated by a phenomenological model. We show that charging of ionophilic pores is a diffusive process, often accompanied by overfilling followed by de-filling. In sharp contrast to conventional expectations, charging is fast because ion diffusion during charging can be an order of magnitude faster than in bulk, and charging itself is accelerated by the onset of collective modes. Further acceleration can be achieved using ionophobic pores by eliminating overfilling/de-filling and thus leading to charging behavior qualitatively different from that in conventional, ionophilic pores