Semburan minyak besar berikutnya ada di skala nano

Tahun lalu dunia mengkonsumsi hampir 97 juta barel minyak per hari. Bagaimana jika saya memberi tahu Anda bahwa masih banyak barel yang tersisa di sumur yang sama? Jauh di dalam batu, 60 persen dan lebih minyak reservoir tetap terperangkap dalam kapiler yang terkadang hanya selebar puluhan hingga ratusan nanometer (Sebagai perbandingan:DNA memiliki lebar 2,5 nanometer). Karena sifat batupasir dan serpih yang berpori, minyak dapat mengendap menjadi batuan sedimen. Tetapi benar-benar memahami cara mengeluarkan minyak dari kapiler ini tidak mungkin – sampai sekarang.

Tim teknologi &sains industri saya yang berbasis di Rio de Janeiro menerbitkan sebuah penelitian di Laporan Ilmiah , Energi adsorpsi sebagai metrik untuk keterbasahan pada skala nano, menjelaskan bagaimana sifat-sifat molekul minyak cair berperilaku dengan cara yang sama sekali berbeda dan tak terduga ketika bersentuhan dengan padatan, pada skala nano. Semua yang diketahui industri tentang cara mengekstrak minyak, seperti menghitung energi yang dibutuhkan untuk ekstraksi, ternyata berbeda dalam skala nano.

Mensimulasikan dan mengukur keanehan keterbasahan

Di attoliters (10 ^-18 ), tetesan cairan tidak lagi terlihat seperti yang kita bayangkan:bentuk bulat atau tetesan air mata. Sebaliknya, penelitian kami menemukan bahwa, pada akhirnya, tetesan minyak skala nano tampak lebih seperti film datar pada permukaan padat. Luas permukaan yang meningkat ini ternyata mewakili lebih banyak "pembasahan" daripada yang diperhitungkan dalam pengukuran makroskopik yang khas. Dan tidak hanya ada lebih banyak cakupan permukaan dalam tetesan nano datar ini daripada yang diperkirakan sebelumnya, alat dan teknik simulasi standar tidak memperhitungkan peningkatan energi yang dibutuhkan untuk mengekstrak molekul minyak ini.

Gambar 3 Energi adsorpsi tetesan:diremehkan pada skala nano. (a) Perbandingan permukaan sebenarnya dengan tutup bola ideal yang sesuai dengan data yang sama. (b) Selisih antara energi adsorpsi untuk permukaan sebenarnya dan perkiraan tutup bola. Perbedaan negatif menunjukkan bahwa tutup bola yang dipasang meremehkan energi adsorpsi, seperti halnya meremehkan area kontak. Untuk volume yang lebih besar dari 106 nm3, penutup sferis memberikan perkiraan yang kuat untuk energi adsorpsi . (Catatan: Gambar 3b akronim:AFM-Atomic Force Microscope Measurement, AAMD-All Atom Molecular Dynamics Simulation, CGMD-Course Grain Molecular Dynamics Simulation. Gambar dicetak ulang dari Laporan Ilmiah' “Energi adsorpsi sebagai metrik keterbasahan pada skala nano”)

Menggali perubahan bentuk tingkat nano membuat kami mengembangkan simulasi aliran minyak yang dapat memprediksi ekstraksi minyak dari reservoir dengan lebih baik.

IBM, bagaimanapun, bukanlah perusahaan minyak dan gas. Kami tidak memiliki semua data tentang material, sumbat inti, dan reservoir spesifik yang akan dipertimbangkan oleh perusahaan minyak sebagai data intinya. Jadi, untuk membangun representasi komputasi reservoir pada skala nano (video, di bawah), kami mengambil data karakterisasi batuan dari repositori publik, seperti Jaringan Fisika Batu ETH Zurich. Kemudian, berdasarkan “template reservoir” yang dibuat dari data geometris, kami sekarang dapat menerapkan ilmu pembasahan dan aliran skala nano yang belum pernah dilakukan sebelumnya.

Kami kemudian menunjukkan template baru ini kepada perusahaan minyak dan gas untuk menunjukkan bagaimana simulasi aliran nano kami mempertimbangkan sifat minyak yang terperangkap di kapiler sumur mereka. Dan sementara simulasi tidak menyarankan cara mengekstrak semua minyak yang terperangkap, simulasi ini menawarkan teknik dan bahan berbeda untuk dijelajahi yang mungkin membantu mengekstrak sekitar 1 persen lebih banyak. Di Brasil, yang memompa 2,4 juta barel minyak setiap hari, peningkatan produksi sebesar 1 persen itu akan menambah 24.000 barel lebih banyak ke total harian – dan 8,8 juta barel lebih banyak setiap tahun.

Dari simulasi aliran hingga chip penyaringan oli

Penemuan keterbasahan kami merupakan langkah penting untuk membantu perusahaan minyak dan gas memulihkan lebih dari rata-rata industri 40 persen minyak yang terperangkap di reservoir mereka. Langkah selanjutnya adalah mempelajari aliran minyak dalam nano-kapiler. Untuk itu, kami telah mengembangkan platform chip terintegrasi yang memungkinkan kami memvalidasi dan mengkalibrasi aliran skala nano secara eksperimental untuk membangun simulasi aliran yang lebih baik (baca makalah kami yang dipresentasikan di Rio Oil &Gas Expo &Conference 2016:Multiscale Science Enables High-Accuracy Simulations Of Pemulihan Minyak yang Ditingkatkan).

Untuk melakukan ini, kita perlu meningkatkan:pertama, kita memerlukan pengukuran fisik jaringan kapiler dari mikroskop elektron pemindaian, atau computed tomography x-ray. Kemudian, dengan data jaringan pori, kami menggunakan simulasi aliran yang dikalibrasi secara eksperimental untuk menentukan berapa banyak tekanan yang diperlukan untuk memompa air, termasuk bahan kimia khusus yang dirancang khusus untuk memisahkan minyak dari batuan, melalui jaringan pori berskala nano – dan akhirnya untuk mendorong keluar minyak. (yang kami miliki patennya:Metode dan perangkat terintegrasi untuk menganalisis aliran cairan dan interaksi antarmuka cair-padat).

Saat ini, industri bergantung pada model fisik yang tidak lengkap untuk memprediksi pemulihan minyak di sumur mereka. Dan itu dapat secara signifikan meningkatkan laba atas investasinya dengan prediksi pemulihan minyak dengan akurasi lebih tinggi. Penelitian kami menawarkan cara untuk meningkatkan model prediksi untuk lebih memperhitungkan minyak yang dibatasi pada skala nano, yang sangat penting dalam reservoir non-konvensional. Menghitung skala nano, sekarang, bisa berarti hasil 1 persen lagi dalam pemulihan minyak. Dan pada akhirnya, dengan teknologi simulasi dan material fungsional yang lebih baik, mungkin kita bisa lebih dekat untuk memulihkan 59 persen sisanya juga.

Baca selengkapnya tentang pekerjaan yang kami lakukan di lab NanoLab baru kami di Rio, di sini.