Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 100-106.

This thesis investigates magnetite (Fe₃O₄) and iron titanate (FeTiO₃) magnetic nanoparticles as viscosity reducers for heavy crude oil under ambient conditions (25°C), addressing the global challenge of transporting highly viscous resources. The research problem centers on the economic limitations of thermal recovery methods and the underexplored potential of nanoparticles for non-thermal viscosity reduction. Objectives include evaluating nanoparticle efficacy at 1, 3, and 5 vol% concentrations and characterizing their impact on key crude oil properties.
Methodology involved synthesizing Fe₃O₄ (≤5 nm) via coprecipitation and FeTiO₃ (≤20 nm) via solid-state reaction, with characterization by TEM/SAED. Two independent analyses of Balaeim Land crude (Sidri 2020 Well; initial viscosity: 11,100 cP, API: 15.28°) treated with nanoparticles were conducted using ASTM standards for viscosity, API gravity, pour point, and flash point.
Key findings demonstrate significant improvements:
• Fe₃O₄ (5 vol%) reduced viscosity by 95.8% (to 465 cP), outperforming FeTiO₃ (89.6% reduction).
• Both nanoparticles lowered pour point by 45.2% (to 11.5°C) and increased API gravity (Fe₃O₄: +44.2%; FeTiO₃: +32.2%).
• Critically, nanoparticles drastically reduced flash points; Fe₃O₄ (≥3 vol%) lowered it to 30°C (76.9% reduction), introducing flammability risks at ambient temperatures.
Conclusions confirm that magnetic nanoparticles particularly Fe₃O₄ are highly effective for ambient-temperature viscosity suppression and cold-flow enhancement, enabling efficient heavy oil transport. However, the severe flash point reduction necessitates stringent safety protocols. This work advances nanoparticle applications in non-thermal heavy oil transport and recovery while highlighting essential safety.

تستكشف هذه الدراسة إمكانية استخدام نانو جسيمات أكسيد الحديد الأسود (Fe₃O₄) تيتانات الحديد (FeTiO₃) المغناطيسية كمواد مخفضة للزوجة في النفط الخام الثقيل تحت الظروف المحيطة (25°م)، وذلك لمعالجة التحديات العالمية المرتبطة بنقل الموارد الهيدروكربونية عالية اللزوجة. تنبع المشكلة البحثية من محدودية الجدوى الاقتصادية لطرق الاستخلاص الحراري التقليدية، والإمكانات غير المستغلة للتقانات النانوية في تحسين سيولة النفط بطرق غير حرارية. وتهدف الدراسة إلى تقييم فعالية هذه الجسيمات عند تراكيز 1%، 3%، و5% بالحجم، مع تحليل تأثيرها على الخصائص الفيزيوكيميائية للنفط.
اعتمدت المنهجية على تخليق نانو جسيمات Fe₃O₄ (بحجم ≤5 نانومتر) بطريقة الترسيب المشترك، وFeTiO₃ (بحجم ≤20 نانومتر) بالتفاعل الصلب، مع توصيفها باستخدام مجهر الإلكتروني النافذ (TEM) وتقنية حيود الإلكترون (SAED). تم إجراء تحليلات متكررة لعينات نفط بلاعيم البري (بئر سدري 2020، اللزوجة الابتدائية: 11,100 سنتي بواز عند 25°م، API: 15.28°) باستخدام المعايير القياسية (ASTM) لقياس اللزوجة، كثافة API، نقطة الانسكاب، ونقطة الوميض.
كشفت النتائج عن تحسينات جوهرية: حقق Fe₃O₄ عند تركيز 5% بالحجم انخفاضاً في اللزوجة بنسبة 95.8% (إلى 465 سنتي بواز)، متفوقاً على أداء FeTiO₃ (89.6% انخفاض). كما خفضت الجسيمات نقطة الانسكاب بنسبة 45.2% (إلى 11.5°م) ورفعت قيمة API (Fe₃O₄: +44.2%، FeTiO₃: +32.2%).) كما أن النتائج سلطت الضوء على Fe₃O₄ (عند ≥3% بالحجم) ادي إلى خفض نقطة الوميض إلى 30°م (76.9% انخفاض).
تؤكد الاستنتاجات فعالية النانو جسيمات المغناطيسية خاصة Fe₃O₄في تحسين سيولة النفط الثقيل عند الدرجة المحيطة، مما يسهل نقله اقتصادياً. مع ذلك، يفرض الانخفاض الحاد في نقطة الوميض ضرورة تطبيق إجراءات أمان صارمة أثناء التطبيقات العملية. تساهم هذه النتائج في تطوير حلول غير حرارية لاستخلاص ونقل النفط الثقيل،.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.