15.09.2020 - University of Houston

Billiges, ungiftiges Nanofluid könnte die Ölförderung wegweisend verändern

Das Nanofluid wird aus handelsüblichem Natrium mit einem Haushaltsmixer hergestellt

Forscher der Universität von Houston haben gezeigt, dass ein kostengünstiges und ungiftiges Nanofluid verwendet werden kann, um selbst Schweröl mit hoher Viskosität effizient aus Reservoiren zu fördern.

Das Nanofluid, das in einem gewöhnlichen Haushaltsmischer unter Verwendung von handelsüblichem Natrium hergestellt wurde, ermöglichte in Labortests die Rückgewinnung von 80% des extraschweren Öls mit einer Viskosität von mehr als 400.000 Centipoise bei Raumtemperatur. Zhifeng Ren, Direktor des Texas Center for Superconductivity an der UH und korrespondierender Autor einer Studie, in dem die Arbeit beschrieben wird, sagte, dass die Ausbeute im Feld voraussichtlich weniger als die im Labor gezeigten 80% betragen wird; wie viel weniger wird von den Bedingungen auf dem Ölfeld abhängen.

Die Arbeit, die in Materials Today Physics veröffentlicht wurde, deutet auf einen Durchbruch beim Einsatz der Nanotechnologie hin, um kosteneffiziente und ökologisch nachhaltige Wege zur Ölförderung anzubieten.

Die Forscher stellen fest, dass das so genannte Schweröl - das Ergebnis der molekularen Struktur des Öls - 70% der weltweiten Ölreserven ausmacht, was darauf hindeutet, dass es benötigt wird, um den steigenden Energiebedarf zu decken, bis saubere Energiequellen vollständig entwickelt sind. Die derzeitigen Fördertechnologien, die den Einsatz von Dampf beinhalten, sind teuer und umweltschädlich.

Ren, der auch M.D. Anderson Chair Professor für Physik an der UH ist, sagte, dass das Nanofluid über mindestens drei Mechanismen Öl aus der Lagerstätte fördert:

  • Eine chemische Reaktion, die ausgelöst wird, wenn die Natrium-Nanopartikel mit Wasser im Reservoir in Kontakt kommen, erzeugt Wärme und funktioniert ähnlich wie Dampffluten und andere auf Wärme basierende Techniken, um Öl aus dem Reservoir zu drücken, ohne dass eine externe - und Treibhausgase produzierende - Wärmequelle erforderlich ist.
  • Das Nanofluid löst auch eine Reaktion aus, bei der Natriumhydroxid entsteht, eine Chemikalie, die häufig für die alkalische Flutung von Ölfeldern verwendet wird. Natriumhydroxid kann Bewegungen im Öl auslösen und eine Reaktion auslösen, die die Viskosität verringert.
  • Bei einer dritten Reaktion entsteht Wasserstoffgas, das zur Gasflutung, einer weiteren gängigen Ölgewinnungstechnik, verwendet werden kann.

Die Natrium-Nanomaterialien zerstreuen sich nach der Reaktion, wodurch die Bedenken über Umweltschäden beseitigt werden. Die optimalen Konzentrationen werden je nach den individuellen Reservoirbedingungen variieren, sagte Ren und bemerkte, dass eine Erhöhung der Konzentration des Nanomaterials nicht unbedingt zu einer höheren Ölförderung führt.

Er arbeitete mit Co-Autor Dan Luo, einem Postdoc-Forscher am Texas Center for Superconductivity, zusammen. "Aufgrund dieser Vorteile gehen wir davon aus, dass sich das Natrium-Nanofluid zu einer bahnbrechenden Technologie für die Gewinnung von Öl jeder Viskosität sowie zu einem Meilenstein bei der Nutzung der Nanotechnologie zur Lösung von Problemen bei der Ölgewinnung in der Erdölindustrie entwickeln könnte", schrieben sie.

Natrium reagiert sehr reaktiv mit Wasser, was darauf hindeutet, dass es bei der Verbesserung der Ölförderung nützlich sein könnte, was aber auch die Zubereitung kompliziert macht - es zu früh dem Wasser auszusetzen bedeutete, dass es nicht die geplanten Vorteile bringen würde. Die Forscher gingen darauf ein, indem sie die Natrium-Nanopartikel in einem Silikonöl präparierten, so dass sich das Natrium im gesamten Reservoir verteilen konnte, bevor es mit dem Wasser im Reservoir in Kontakt kam, wodurch kleinere chemische Reaktionen über eine größere Fläche ausgelöst wurden. Es ist auch möglich, die Natriumnanopartikel in anderen Lösungsmitteln, darunter Pentan und Kerosin, zu dispergieren oder sie sogar mit Polymeren oder Tensiden zu mischen, um eine höhere Ölgewinnungsrate zu erzielen.

Natrium ist auch ein leichtes Element, das es den Forschern ermöglicht, mit Hilfe eines Küchenmixers Natrium-Nanopartikel im Silikonöl zu erzeugen.

Während sich das Papier auf die Verwendung des Nanofluids zur Verbesserung der Schwerölförderung konzentriert, sagte Ren, dass es auch bei der Produktion von Leichtöl sowie für allgemeinere Haushaltszwecke, wie z.B. die Reinigung eines mit Fett verstopften Rohrs, eingesetzt werden könnte.

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