04.03.2020 - Rice University

'Intelligentes Wasser' kann bei der Ölrückgewinnung helfen

Nun gibt es Beweise dafür, dass sich Öl und Wasser vermischen. Irgendwie.

Wissenschaftler an der Brown School of Engineering der Rice University zeigen, dass mikroskopisch kleine Salzwassertröpfchen Rohöl emulgieren, wenn sie die richtige Zusammensetzung haben. Das Verständnis ihrer Kombination ist wichtig für eine verbesserte Ölförderung.

Die Chemie- und Biologieingenieurin Sibani Lisa Biswal und ihre Kollegen unternahmen große Anstrengungen, um die drei wichtigsten Elemente für die Ölförderung zu charakterisieren: Gestein, Wasser und das Rohöl selbst.

Sie bestätigten, dass Bohrungen produktiver sind, wenn Wasser mit der richtigen Salzkonzentration sorgfältig auf das Öl und die Gesteins-, Karbonat- oder Sandsteinformation abgestimmt ist. Wenn die Sole mit niedrigem Salzgehalt in einem bestimmten Rohöl Emulsionstropfen erzeugen kann, scheint die Sole auch die Benetzbarkeit des Gesteins zu verändern. Die Benetzbarkeit bestimmt, wie leicht das Gestein Öl freisetzt.

Co-Lead-Autor Jin Song sagte, die ersten Hinweise auf die Wirkung des Meerwassers kämen aus Brunnen in der Nordsee. "Die Ölfirmen stellten fest, dass die Ölförderung bei der Injektion von Meerwasser, das einen relativ geringen Salzgehalt hat, überraschend gut war", sagte er.

Selbst mit diesem Verständnis sagte er, die Forschung sei begrenzt. "Normalerweise neigen sie in der Öl- und Gasindustrie dazu, sich bei der Untersuchung von Wasser mit niedrigem Salzgehalt auf die Wirkung der Sole zu konzentrieren und die Wirkung des Öls zu ignorieren", sagte Song, der in diesem Jahr bei Rice promoviert hat und jetzt als Forscher bei Shell tätig ist.

"Es ist also nicht gelungen, einen guten Indikator oder eine Korrelation zwischen der Wirksamkeit von Wasser mit niedrigem Salzgehalt und den experimentellen Bedingungen zu finden", sagte er. "Unsere Arbeit ist die erste, die einige der Eigenschaften des Öls identifiziert, die zeigen, wie effektiv diese Technik in einem bestimmten Bereich sein kann.

Das Team testete, wie sich die injizierte Sole verteilt und wie sie die Grenzflächenspannung der Öle und die elektrostatischen Wechselwirkungen mit dem Gestein beeinflusst.

"Wie man die Benetzbarkeit genau charakterisieren kann, ist eine Herausforderung", sagte Biswal. "Häufig gehen wir davon aus, dass sich das Lagerstättengestein unter der Erde in einem gemischten nassen Zustand befindet, mit öl- und wasserfeuchten Regionen.

"Wenn Sie Ihre ölnassen Standorte in wasserfeuchte Standorte umwandeln können, dann gibt es weniger eine treibende Kraft, um das Öl an der Mineraloberfläche zu halten", sagte sie. "Bei der Injektion von Wasser mit niedrigem Salzgehalt kann die Sole das eingeschlossene Öl verdrängen. Beim Wechsel von ölnass zu wasser-nass wird das Öl von der mineralischen Oberfläche freigesetzt".

Die Forscher testeten zwei Salzsolen, eine mit hohem Salzgehalt und eine mit einem Viertel des Salzgehalts von Meerwasser, an Kalksteinkernen aus Indiana gegen sechs Rohöle aus dem Golf von Mexiko, Südostasien und dem Nahen Osten und ein siebtes Öl mit Asphaltenzusatz. Sie fanden heraus, dass hochsalzhaltige Sole im Gegensatz zu den niedrigsalzhaltigen Proben die Emulgierung von Wassertröpfchen in Rohöl deutlich hemmt.

Um die thermodynamische Natur der Emulsion besser zu verstehen, nahm der Reisforscher Wenhua Guo kryogene elektronenmikroskopische Aufnahmen von etwa 100 Öl- und Wassermischungen auf. Da Öl undurchsichtig ist, mussten die Proben in sehr dünne Behälter gelegt und dann mit flüssigem Stickstoff eingefroren werden, um sie für die Bildgebung stabil zu halten.

"Dies ist das erste Mal, dass jemand diese Wassertröpfchen im Rohöl gesehen hat", sagte Biswal. "Sie entstehen spontan im Inneren des Rohöls, wenn man es einer Sole mit niedrigem Salzgehalt aussetzt".

Die Bilder zeigten Tröpfchen mit einer Größe von 70 bis knapp über 700 Nanometern. Biswal sagte, dass chemische Tenside - auch bekannt als Seife - auch gut geeignet sind, Öl in einem Reservoir zu lösen, aber unerschwinglich teuer sind. "Man kann die Salzkonzentration ändern, um die Zusammensetzung der Sole zu modifizieren und die gleiche Wirkung zu erzielen wie bei der Einbeziehung des Waschmittels", sagte sie. "Es handelt sich also im Grunde um eine kostengünstige Technik, die dasselbe Ziel wie das Waschmittel erreichen soll".

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