Effect of Surface Wettability on Immiscible Displacement in a Microfluidic Porous Media

Abstract

Wettability has a dramatic impact on fluid displacement in porous media. The pore level physics of one liquid being displaced by another is a strong function of the wetting characteristics of the channel walls. However, the quantification of the effect is still not clear. Conflicting data have shown that in some oil displacement experiments in rocks, the volume of trapped oil falls as the porous media becomes less water-wet, while in some microfluidic experiments the volume of residual oil is higher in oil-wet media. The reasons for this discrepancy are not fully understood. In this study, we analyzed oil displacement by water injection in two microfluidic porous media with different wettability characteristics that had capillaries with constrictions. The resulting oil ganglia size distribution at the end of water injection was quantified by image processing. The results show that in the oil-wet porous media, the displacement front was more uniform and the final volume of remaining oil was smaller, with a much smaller number of large oil ganglia and a larger number of small oil ganglia, when compared to the water-wet media.

Simulador De Rede Para Escoamento Bifásico Em Capilares Com Constrição

“…Com isto, calculamos o tempo de deslocamento em cada capilar, Dt cap , que é dado por: = 0). (3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17) Devido às instabilidades geradas pelos baixas velocidades de escoamento avaliadas neste trabalho, quando uma interface precisa se deslocar a uma distância menor que dn para completar um capilar, reduzimos este deslocamento em 10% dentro de uma tolerância mínima. Em vista disto, a interface se deslocará de forma mais suave próxima aos extremos que, nos casos de números de capilaridade baixos, se apresentam como zonas instáveis.…”

“…Uma vez que o passo de tempo é calculado, todas as interfaces se movem e as novas posições são calculadas: (3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18) onde i é a iteração.…”

“…Nossas simulações contemplam números de capilaridade baixos e típicos de fluxo bifásico em reservatórios. Para uma primeira análise e validação do modelo, comparamos nossos resultados com experimentos realizados pelo Laboratório de Microhidrodinâmica e Escoamento em Meios Porosos da PUC-Rio (12). Estes experimentos de deslocamento do óleo foram feitos em dois microchips de mesma geometria fabricados pela Dolomite Microfluidics, um hidrofílico e o outro hidrofóbico.…”

“…Para a primeira análise, mantemos fixa a razão de viscosidade e variamos o número de capilaridade, conforme foi realizado no experimento (12). A Tabela 4.1 mostra os parâmetros de entrada que foram utilizados tanto para o experimento quanto para o modelo numérico: Podemos observar na Figura 4.1 que a diferença entre as viscosidades dos fluidos, sendo maior a do fluido deslocado, contribui para a formação de fingers viscosos.…”

“…Nos testes computacionais foram utilizados três valores de razão de viscosidade (1/50, 1/16 e 1/2) e números de capilaridade da ordem de 10 −7 a 10 −5 . O intervalo destes dois parâmetros contempla valores considerados nos experimentos realizados com o microchip, fornecidos pelo Laboratório de Microhidrodinâmica e Escoamento em Meios Porosos da PUC-Rio (12). Assim, além de avaliar os diferentes padrões de escoamento, foi possível comparar as eficiências de deslocamento do modelo numérico com o experimental.…”