"Nước thông minh" có thể hỗ trợ thu hồi dầu

Theo các kỹ sư của Đại học Rice, vòng đen đông lạnh xung quanh các giọt nước được nhìn thấy trong kính hiển vi điện tử được gọi là asphaltene. Nguồn: Wenhua Guo / Đại học Rice

Các nhà khoa học tại Trường Kỹ thuật Brown thuộc Đại học Rice cho biết, những giọt nước muối siêu nhỏ có thành phần phù hợp với mỗi loại nhũ hóa dầu thô. Hiểu cách chúng kết hợp là rất quan trọng để tăng cường thu hồi dầu.

Kỹ sư hóa học, sinh học Sibani Lisa Biswal và các đồng nghiệp của cô đã nỗ lực hết sức để mô tả ba yếu tố quan trọng nhất để thu hồi dầu: đá, nước và chính dầu thô.

Họ khẳng định các giếng có năng suất cao hơn khi nước có nồng độ muối phù hợp được kết hợp cẩn thận với cả sự hình thành dầu và đá, cacbonat hoặc sa thạch. Nếu nước muối có độ mặn thấp có thể tạo ra các giọt nhũ tương trong một loại dầu thô cụ thể, thì nước muối dường như cũng làm thay đổi độ ẩm của đá. Độ ẩm xác định mức độ dễ dàng đá sẽ giải phóng dầu.

Công việc của nhóm vừa được công bố trên tạp chí Nature journal Scientific Reports.

Đồng tác giả Jin Song cho biết, gợi ý đầu tiên về hiệu ứng của nước biển đến từ các giếng ở Biển Bắc. "Các công ty dầu mỏ nhận thấy, khi họ bơm nước biển, nơi có độ mặn tương đối thấp, khả năng phục hồi dầu là tốt đáng ngạc nhiên", ông nói.

Ngay cả với sự hiểu biết đó, ông nói rằng nghiên cứu đã bị hạn chế. "Thông thường trong ngành dầu khí, khi họ nhìn vào nước có độ mặn thấp, họ có xu hướng tập trung vào tác dụng của nước muối và bỏ qua tác dụng của dầu", Song, người đã nhận bằng Tiến sĩ tại Rice năm nay và hiện là nhà nghiên cứu tại Shell cho biết.

Theo các kỹ sư của Đại học Rice, nghiên cứu về hiện tượng này, nước muối có độ mặn cao trộn với dầu thô dường như không nhũ hóa như nước muối có độ mặn thấp. Kết quả của họ có ý nghĩa cho việc tăng cường thu hồi dầu. Nguồn: Wenhua Guo / Đại học Rice

"Vì vậy, mọi người không thể tìm thấy một chỉ số tốt hoặc bất kỳ mối tương quan nào giữa hiệu quả của nước có độ mặn thấp và điều kiện thí nghiệm", ông nói. "Công việc của chúng tôi là lần đầu tiên xác định một số tính chất của dầu cho thấy hiệu quả của kỹ thuật này trong một lĩnh vực cụ thể.

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra nước muối được phân tán như thế nào và ảnh hưởng của nó đến sức căng liên vùng và tương tác tĩnh điện với đá.

"Làm thế nào để mô tả chính xác độ ẩm ướt là một thách thức", Biswal nói. "Thông thường, chúng tôi cho rằng đá hồ chứa dưới lòng đất ở trạng thái ẩm ướt hỗn hợp, bao gồm khu vực ẩm ướt dầu và khu vực ẩm ướt nước.

"Nếu bạn có thể thay đổi các vị trí ướt dầu của bạn thành các vị trí ướt nước, thì sẽ có ít động lực hơn để giữ dầu trên bề mặt khoáng sản", cô Sibani Lisa Biswal nói. "Trong nước phun có độ mặn thấp, nước muối có thể thay thế dầu bị mắc kẹt. Khi bạn thay đổi từ ướt dầu sang ướt nước, dầu được giải phóng khỏi bề mặt khoáng chất".

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hai nước muối, một độ mặn cao và một với một phần tư độ mặn của nước biển, trên lõi đá vôi Indiana chống lại sáu loại dầu thô từ Vịnh Mexico, Đông Nam Á và Trung Đông và một loại dầu thứ bảy có thêm asphaltene. Họ phát hiện ra rằng nước muối có độ mặn cao đã ức chế rõ ràng các giọt nước từ quá trình nhũ hóa trong dầu thô, không giống như các mẫu có độ mặn thấp.

Để hiểu rõ hơn về bản chất nhiệt động của nhũ tương, nhà khoa học nghiên cứu Rice Wenhua Guo đã chụp ảnh kính hiển vi điện tử đông lạnh của khoảng 100 hỗn hợp dầu và nước. Vì dầu đục, các mẫu phải được đặt trong các thùng chứa rất mỏng, sau đó được đông lạnh bằng ni-tơ lỏng để giữ chúng ổn định cho hình ảnh.

"Đây là lần đầu tiên chúng ta đã chứng kiến những nước giọt bên trong dầu thô", Biswal nói. "Chúng tự phát sinh bên trong dầu thô khi bạn tiếp xúc với nước muối có độ mặn thấp".

Hình ảnh cho thấy, các giọt có kích thước khác nhau từ 70 đến chỉ hơn 700 nanomet. Biswal cho biết, chất hoạt động bề mặt hóa học, hay còn gọi là bóng xà phòng, cũng rất tốt trong việc nới lỏng dầu trong một bể chứa, nhưng lại rất tốn kém.

"Bạn có thể thay đổi nồng độ muối để thay đổi thành phần của nước muối và có được hiệu quả tương tự như những hóa chất dùng để tách dầu", cô Sibani Lisa Biswal nói. "Vì vậy, về cơ bản, đây là một kỹ thuật chi phí thấp đang cố gắng đạt được mục tiêu tương tự như việc dùng hóa chất để tách dầu".

Nguồn: https://phys.org/news/2020-03-smart-aid-oil-recovery.html