Исследователи из Хьюстонского университета сообщили об открытии решения на основе нанотехнологий, которое могло бы решить обе проблемы — достичь 15-процентной третичной нефтеотдачи при низких затратах, без использования большого количества химикатов в большинстве промышленных жидкостей.Решение — амфифильные нанолисты Janus на основе графена — эффективны при концентрации всего 0,01 процента, что соответствует характеристикам как обычных, так и других жидкостей на основе нанотехнологий или превышает их, сказал Чжифэн Рен, профессор физики кафедры Андерсона.
Наночастицы Януса обладают как минимум двумя физическими свойствами, позволяющими проводить различные химические реакции на одной и той же частице.«Низкая концентрация и высокая эффективность в повышении нефтеотдачи пластов делают наножидкости более экологически чистыми и менее дорогими, чем варианты, представленные сейчас на рынке», — сказал Рен, который также является главным исследователем Техасского центра сверхпроводимости в UH.
Он является ведущим автором статьи с описанием работы, опубликованной 27 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences.«Наши результаты обеспечивают новый метод заводнения наножидкостями для третичной добычи нефти, который сопоставим со сложными химическими методами», — пишут они. «Мы ожидаем, что эта работа превратит простое заводнение наножидкости с низкой концентрацией в стадию нефтепромысловой практики, что может привести к извлечению нефти более экологически чистым и рентабельным способом».
Помимо Рена, исследователи, участвовавшие в проекте, включают Чинг-Ву «Пол» Чу, главного научного сотрудника Техасского центра сверхпроводимости в UH; аспиранты Дан Луо и Юань Лю; исследователи Фэн Ван и Фэн Цао; Ричард К. Уилсон, профессор химической и биомолекулярной инженерии; и Цзинъи Чжу, Сяоган Ли и Чжаочжун Ян из Юго-Западного нефтяного университета в Чэнду, Китай.По оценкам Министерства энергетики США, до 75 процентов извлекаемых запасов может остаться после того, как добытчики уловят углеводороды, которые естественным образом поднимаются на поверхность или откачиваются механически, с последующим вторичным процессом добычи с использованием закачки воды или газа.Традиционная «третичная» добыча включает закачку в скважину химической смеси, которая, по словам авторов, может извлекать от 10 до 20 процентов.
Но большой объем химикатов, используемых при третичной добыче нефти, вызывает опасения по поводу потенциального ущерба окружающей среде.«Очевидно, что простое заводнение наножидкостями (содержащее только наночастицы) при низкой концентрации (0,01 мас.% Или меньше) демонстрирует наибольший потенциал с экологической и экономической точки зрения», — пишут исследователи.Они сообщили, что ранее разработанные простые наножидкости восстанавливают менее 5 процентов масла при использовании в концентрации 0,01 процента. В результате производители нефти вынуждены выбирать между более высокой концентрацией наночастиц, увеличивающей стоимость, или смешиванием с полимерами или поверхностно-активными веществами.
Напротив, они описывают извлечение 15,2 процента нефти с использованием их новой простой наножидкости при этой концентрации — сравнимо с химическими методами и примерно в три раза более эффективно, чем другие наножидкости.Дэн Луо, аспирант UH и первый автор статьи, сказал, что когда жидкость на основе графена встречается со смесью рассола / нефти в пласте, нанолисты в жидкости самопроизвольно переходят к границе раздела, уменьшая межфазное натяжение и помогая нефти. поток к добывающей скважине.Рен сказал, что решение работает совершенно по-новому.«Когда он закачивается, раствор помогает отделить нефть от поверхности породы», — сказал он.
По его словам, при определенных гидродинамических условиях жидкость на основе графена образует прочную эластичную и восстанавливаемую пленку на границе раздела нефти и воды, а не эмульсию.Исследователи заявили, что разница связана с асимметричным свойством двухмерного материала. «Наночастицы обычно либо гидрофобны — водоотталкивающие, как масло, — либо гидрофильные, похожие на воду», — сказал Фэн Ван, исследователь, получивший докторскую степень, который разделил первые авторские обязанности с Ло.
«Наши оба», — сказал он. «Наш Янус, и тоже строго амфифильный».