Omdat olieproducenten moeite hebben zich aan te passen aan lagere prijzen, zoveel mogelijk olie uit elke put halen is nog belangrijker geworden, ondanks bezorgdheid van omwonenden dat sommige chemicaliën die worden gebruikt om de productie te stimuleren, ondergrondse waterbronnen kunnen vervuilen.

Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben de ontdekking gerapporteerd van een op nanotechnologie gebaseerde oplossing die beide problemen zou kunnen aanpakken:15 procent terugwinning van tertiaire olie tegen lage kosten, zonder de grote hoeveelheid chemicaliën die in de meeste commerciële vloeistoffen worden gebruikt.

De oplossing - op grafeen gebaseerde Janus amfifiele nanosheets - is effectief bij een concentratie van slechts 0,01 procent, voldoen aan of beter zijn dan de prestaties van zowel conventionele als andere op nanotechnologie gebaseerde vloeistoffen, zei Zhifeng Ren, MD Anderson leerstoel hoogleraar natuurkunde. Janus nanodeeltjes hebben ten minste twee fysische eigenschappen, waardoor verschillende chemische reacties op hetzelfde deeltje mogelijk zijn.

De lage concentratie en de hoge efficiëntie bij het stimuleren van de winning van tertiaire olie maken de nanovloeistof zowel milieuvriendelijker als goedkoper dan opties die nu op de markt zijn, zei Ren, die ook hoofdonderzoeker is bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH. Hij is hoofdauteur van een paper waarin hij het werk beschrijft, gepubliceerd op 27 juni in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Onze resultaten bieden een nieuwe methode voor het overstromen van nanovloeistoffen voor tertiaire oliewinning die vergelijkbaar is met de geavanceerde chemische methoden, ", schreven ze. "We verwachten dat dit werk eenvoudige overstroming van nanovloeistof in een lage concentratie naar het stadium van olieveldpraktijken zal brengen, waardoor olie op een milieuvriendelijkere en kosteneffectievere manier kan worden teruggewonnen."

Naast Rens, onderzoekers die bij het project betrokken zijn, zijn onder meer Ching-Wu "Paul" Chu, hoofdwetenschapper bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH; afgestudeerde studenten Dan Luo en Yuan Liu; onderzoekers Feng Wang en Feng Cao; Richard C. Willson, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering; en Jingyi Zhu, Xiaogang Li en Zhaozhong Yang, heel Southwest Petroleum University in Chengdu, China.

Het Amerikaanse ministerie van Energie schat dat maar liefst 75 procent van de winbare reserves achterblijven nadat producenten koolwaterstoffen opvangen die van nature naar de oppervlakte stijgen of mechanisch worden weggepompt. gevolgd door een secundair herstelproces met behulp van water- of gasinjectie.

Traditioneel "tertiair" herstel omvat het injecteren van een chemisch mengsel in de put en kan tussen 10 en 20 procent worden hersteld, volgens de auteurs.

Maar de grote hoeveelheid chemicaliën die bij de winning van tertiaire olie wordt gebruikt, heeft geleid tot bezorgdheid over mogelijke milieuschade.

"Het is duidelijk dat eenvoudige overstroming van nanovloeistof (met alleen nanodeeltjes) bij een lage concentratie (0,01 gew.% of minder) het grootste potentieel vertoont vanuit ecologisch en economisch perspectief, ’ schreven de onderzoekers.

Eerder ontwikkelde eenvoudige nanovloeistoffen winnen minder dan 5 procent van de olie terug bij gebruik in een concentratie van 0,01 procent, meldden ze. Daardoor moeten olieproducenten kiezen tussen een hogere concentratie nanodeeltjes - wat de kosten opdrijft - of vermenging met polymeren of oppervlakteactieve stoffen.

In tegenstelling tot, ze beschrijven het terugwinnen van 15,2 procent van de olie met behulp van hun nieuwe en eenvoudige nanovloeistof in die concentratie - vergelijkbaar met chemische methoden en ongeveer drie keer efficiënter dan andere nanovloeistoffen.

Dan Luo, een UH-afgestudeerde student en eerste auteur van het papier, zei wanneer de op grafeen gebaseerde vloeistof het pekel-oliemengsel in het reservoir ontmoet, de nanosheets in de vloeistof gaan spontaan naar de interface, het verminderen van de grensvlakspanning en het helpen van de oliestroom naar de productieput.

Ren zei dat de oplossing op een geheel nieuwe manier werkt.

"Als het wordt geïnjecteerd, de oplossing helpt de olie los te maken van het rotsoppervlak, " zei hij. Onder bepaalde hydrodynamische omstandigheden, de op grafeen gebaseerde vloeistof vormt een sterke elastische en herstelbare film op het olie- en watergrensvlak, in plaats van een emulsie te vormen, hij zei.

Onderzoekers zeiden dat het verschil te wijten is aan de asymmetrische eigenschap van het 2-dimensionale materiaal. Nanodeeltjes zijn meestal ofwel hydrofoob - waterafstotend, zoals olie - of hydrofiel, waterachtig, zei Feng Wang, een postdoctoraal onderzoeker die de eerste auteur-taken met Luo deelde.

"De onze is beide, "zei hij. "De onze is Janus en ook strikt amfifiel."