Modeling of Enhanced Oil Recovery Using DME-CO2 Mixed Solvent

Abstract

Research on CO2 injection, which can improve oil recovery through oil viscosity reduction and oil expansion effects, has been extensively studied for decades. However, the use of CO2 to improve oil recovery has the disadvantage of reducing sweep efficiency due to the large difference in density and viscosity between oil and CO2. In order to overcome these drawbacks, research on improving oil recovery methods using various solvents has recently been advanced. Dimethyl ether (DME) is known to be more effective than CO2 in improving oil recovery. However, it is more expensive than CO2 and there is still a lack of research on enhanced oil recovery (EOR) solvents. In this study, a CO2-DME mixed solvent, has been thoroughly investigated by developing a compositional model. The purpose of this study is to examine the oil recovery of DME-CO2 mixed solvent in terms of sweep efficiency and displacement efficiency by comparing CO2-water alternating gas (WAG) and DME-CO2 WAG. According to the results from compositional simulation, the viscous gravity number decreased by 66.4% and the sweep efficiency increased by 26.6% when comparing the case with the highest DME content and the case using only CO2. Minimum miscible pressure (MMP) and interfacial tension (IFT) were reduced by 30.1% and 97.5%, respectively, significantly improving the mobility of oil. As a result, the amount of oil remaining in the reservoir decreased by 40.7% and oil recovery increased by 31%. Since DME has a considerable water solubility, the injected DME was dissolved in the injected water and about 70% was recovered. Economic evaluation considering optimized injection design and reuse of recovered DME showed 13% improvement in net present value (NPV) over CO2 WAG.|오일의 점도 감소 및 오일 팽창 효과를 통해 오일 회수율을 증진시킬 수 있는 CO2 주입 공법이 수십 년간 널리 연구되고 있다. 그러나 오일과 CO2와의 밀도 및 점도 차이로 인해 CO2를 이용한 회수증진 공법(enhanced oil recovery, EOR) 적용 시 접촉효율이 떨어진다. 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 용매를 이용한 EOR 연구가 최근에 진행되고 있다. 디메틸에테르(dimethyl ether, DME)는 CO2에 비해 회수 증진에 더 효과적인 것으로 알려져 있으나 가격이 비싸며 회수 증진을 위한 용매로서 연구가 아직 미흡하다. 본 연구에서는 성분 모델을 개발하여 CO2-DME 혼합 용매를 사용한 EOR을 분석하였다. CO2-WAG(water alternating gas)와 CO2-DME WAG를 비교하여 CO2-DME 혼합 용매의 오일 회수 효과를 접촉효율과 대체효율의 관점에서 검토하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 DME 함량이 제일 많은 경우와 CO2 만 사용한 경우를 비교하면 점성중력수(Viscous gravity number)가 66.4% 감소, 접촉효율은 26.6%까지 증가하였다. 최소 혼화압력과 계면장력은 각각 30.1%, 97.5% 감소하여 오일의 유동성이 향상되었다. 그 결과, 저류층 내 잔존 오일의 양은 40.7% 감소하였으며 오일 회수율은 31% 증가하였다. DME는 주로 오일에 용해되지만 주입수에도 용해되므로 주입량의 약 70% 정도 회수되었다. 최적화된 주입 설계와 회수된 DME 재사용을 고려한 경제성 평가에 따르면 CO2-DME WAG 적용 시 CO2 WAG에 비해 순현가가 13% 개선되었다.