Membuka S cadang Minyak Tersembunyi: Bagaimana Ilmu Skala Nano Menggerakkan Boom Baru
Tahun lalu dunia mengonsumsi hampir 97 juta barel minyak per hari. Namun, sebagian besar cadangan masih terjebak dalam sumur yang sama—hingga 60% minyak reservoir dapat terkunci dalam kapiler yang lebarnya hanya puluhan hingga ratusan nanometer (untuk konteks, DNA berukuran 2,5 nm). Sifat pori pasir batu dan lutut memungkinkan minyak meresap ke pori-porsi kecil, tetapi mengekstraknya telah lama menjadi tantangan teknis—sampai sekarang.
Tim teknologi & ilmu industri kami di Rio de Janeiro menerbitkan studi kunci di Scientific Reports berjudul “Adsorption Energy as a Metric for Wettability at the Nanoscale.” Penelitian menunjukkan bahwa molekul minyak berperilaku dengan tidak terduga ketika terbatas pada permukaan padat pada skala nano, yang secara dasar mengubah perhitungan energi yang digunakan untuk menggerakkan ekstraksi.
Mensimulasikan dan Mengukur Kebaikan Kelembaban
Pada skala attoliter (10-18 L), titik air tidak lagi tampak bola atau bentuk titik air. Sebaliknya, eksperimen kami mengungkapkan bahwa titik minyak melenting terhadap padat, menciptakan area kontak yang jauh lebih besar daripada yang sebelumnya diasumsikan. Area basah yang meningkat ini memerlukan energi lebih tinggi untuk ekstraksi—faktor yang diabaikan oleh model makroskopis tradisional.
Gambar 3. Energi adsorpsi titik: dianggap terlalu rendah pada skala nano. (a) Perbandingan permukaan aktual dengan cap bola ideal yang disesuaikan dengan data yang sama. (b) Perbedaan antara energi adsorpsi untuk permukaan aktual dan itu dari aproksimasi cap bola. Perbedaan negatif menunjukkan bahwa cap bola yang disesuaikan mengabaikan energi adsorpsi, sama seperti mengabaikan area kontak. Untuk volume lebih besar dari 106 nm3 cap bola yang disesuaikan memberikan estimasi yang kuat untuk energi adsorpsi α. Catatan: Akronim Gambar 3b: AFM–Pengukuran Mikroskop Gaya Atom, AAMD–Simulasi Dinamika Molekul Semua Atom, CGMD–Simulasi Dinamika Molekul Grain Kasar. Gambar dicetak ulang dari Scientific Reports “Adsorption energy as a metric for wettability at the nanoscale.”
Mengenali perubahan bentuk skala nano ini memungkinkan kami mengembangkan simulasi aliran minyak yang lebih akurat, memprediksi bagaimana minyak terjebak dapat dimobilisasi dari reservoir.
Sementara IBM bukan perusahaan minyak dan gas, kami memanfaatkan data karakterisasi batuan yang tersedia secara publik (misalnya, Jaringan Fisika Batuan ETH Zurich) untuk membangun model reservoir skala nano yang realistis. Kerangka kerja ini mengintegrasikan perilaku basah yang baru ditemukan ke dalam simulasi aliran—pendekatan yang sebelumnya tidak dapat dicapai.
Kami menyajikan model ini kepada mitra minyak dan gas, menggambarkan bagaimana dinamika aliran skala nano dapat memberikan informasi untuk strategi ekstraksi baru. Meskipun simulasi tidak menjamin pemulihan penuh, ini menunjukkan bahwa bahan dan teknik yang disesuaikan dapat membuka cadangan minyak terjebak tambahan sebesar 1%. Di Brasil—di mana 2,4 juta barel diproduksi setiap hari—peningkatan 1% berarti 24.000 barel tambahan per hari, atau sekitar 8,8 juta barel per tahun.
Dari Simulasi Aliran ke Chip Penyaring Minyak
Terobosan kelembaban ini adalah langkah kritis menuju melebihi tingkat pemulihan rata-rata industri sebesar 40%. Tonggak berikutnya melibatkan studi aliran minyak dalam kapiler nano. Untuk itu, kami telah merancang platform chip terintegrasi yang memungkinkan validasi dan kalibrasi eksperimental model aliran skala nano. Detail disajikan pada 2016 Rio Oil & Gas Expo & Conference dalam makalah “Multiscale Science Enables High-Accuracy Simulations Of Enhanced Oil Recovery.”
Alur kerja dimulai dengan peta fisik jaringan kapiler yang diperoleh melalui mikroskop elektron pemindaian atau tomografi komputasi X-ray. Data ini digunakan untuk simulasi aliran yang dikalkirkan secara eksperimental yang menentukan tekanan yang diperlukan untuk mendorong air—potensi ditambah dengan bahan kimia khusus—untuk memindesak minyak dari batuan. Teknologi terpaten kami, “Method and Integrated Device for Analyzing Liquid Flow and Liquid-Solid Interface Interaction,” mendasari pendekatan ini.
Model industri saat ini mengandalkan representasi fisik yang tidak lengkap, membatasi prediksi pemulihan. Dengan memasukkan dinamika skala nano, kami dapat menyempurnakan model ini, potensialmente menambahkan hasil 1% lagi. Digabungkan dengan alat simulasi canggih dan bahan fungsional, ini dapat mendekatkan kita untuk memulihkan 59% minyak terjebak yang tersisa.
