De er ikke helt som andre nanopartikler, småtassene som blir til i avtrekkskabinettet foran oss. Forsker Juan Yang viser stolt fram fødestua – og et glass med milliarder av de ørsmå, kubeformede produktene som er blitt til der inne.
Sammen med kolleger hos SINTEF i Oslo har Yang skapt de bitte små krabatene. Samt gitt dem kjemiske fangarmer. Tanken er å sende dem dypt ned under havbunnen eller landjorda, til det indre av oljefelt.
Der skal de bruke armene til å utløse en kjede med hendelser. Målet er å få «innestengt» olje til å røre på seg.
350 000 partikler per mm
I dette avtrekkskabinettet på et laboratorium i Oslo lager Juan Yang og kollegene hennes nanopartiklene sine. Foto: Werner Juvik / SINTEF
– Lykkes vi, vil partiklene bidra til at oljeindustrien får mer olje ut av eksisterende felt. Og økt utvinning fra brønner som alt er boret, er mer klimavennlig og billigere enn boring av nye brønner, sier Juan Yang.
Plasserer du partiklene fra SINTEF-lab’en i Oslo langs en linjal, vil mellom 200 000 og 350 000 av dem få plass på en millimeter. Vel å merke når de har fri.
På jobbreiser tar hver og en av dem litt større plass. Noen milliontedels millimeter. For da har de «klær» på seg. Nærmest en tvangstrøye!
Bakgrunnen er denne:
Glemte rom i sikte
Partiklene er unnfanget for å bli fraktet ned i oljereservoar som alt er satt i produksjon.
Samme vei skal også et vannløselig, såkalt polymermateriale sendes. I likhet med resten av polymer-familien består dette stoffet av lange molekylkjeder med stor masse.
Ned i dypet skal både partiklene og polymermaterialet transporteres med vann som brukes til å flømme reservoarene. Flømming benyttes verden over til å presse rikdom ut av oljefelt. Vannet skyver oljen ut av porer i steinen. Men det baner seg kun vei til hulrom som vann strømmer lett i.
Oljen i andre deler av reservoaret får ligge. Det er for å få presset vannet inn i disse «glemte rommene», at forskerne vil sende nanopartiklene ned i dypet.
Stenger steinens hovedgater
Hva er en gel?
- En gel er en materialtype som kan dannes av fine partikler eller store molekyler som befinner seg i væske. Det mest hverdagslige eksemplet er gelatin.
- Gel-materialer er formbestandige fordi partiklene eller molekylene danner en sammenhengende nettverksstruktur i hele væsken.
- En gel renner ikke av sin egen tyngde. Den opptrer som et fast stoff til tross for at den hovedsakelig består av væske.
- Geler kan dannes på ulike måter: Gel-materialet i SINTEF-prosjektet dannes ved at et polymermateriale som er løst i saltvann, bindes sammen. Dette som følge av en kjemisk reaksjon mellom polymermaterialet og nanopartikler.
- Slik dannes et stabilt tredimensjonalt nettverk som har liten eller ingen evne til å strømme gjennom porøse materialer som for eksempel reservoarstein.
Skal partiklene få gjort denne jobben, må både de og reisefølget deres – polymermaterialet – forvandle seg når de er framme i reservoaret.
Rettere sagt må partiklene gifte seg med reisekameratene.
Ved hjelp av fangarmene kan de bitte små «oljearbeiderne» nemlig reagere kjemisk med polymermaterialet.
Resultatet blir et fast stoff av typen gel – en materialgruppe der gelatin er det familiemedlemmet du og jeg kjenner best (se faktarute).
Målet for SINTEF-prosjektet er å få dannet gel-propper som stenger de allerede tømte hovedgatene i reservoaret. Injeksjonsvannet vil dermed bli tvunget til å strømme andre steder. Dermed vil også oljen i sidegatene bli skjøvet ut (se figur).
Teksten fortsetter under figuren.
TRADISJONELL TEKNOLOGI: Vann injiseres i reservoaret for å øke oljeutvinningen. Vannet skyver oljen ut av de delene av reservoaret der det strømmer lettest (midten i øverste «boble»). I deler av reservoaret der strømningsmotstanden er større, blir mye av oljen værende igjen. NY TEKNOLOGI: Nanopartikler og polymermolekyler som følger med vannet, danner en tyktflytende eller nærmest fast gel dypt inne i reservoaret. Gelen tetter «hovedgatene» der vannet alt har strømmet og skjøvet oljen ut. Dermed presses vannet inn i «sidegatene» og får med seg oljen som har blitt stående igjen her. Illustrasjon: Knut Gangåssæter / SINTEF
Tidsinnstilt av-og-på-bryter
Det er her tvangstrøyene kommer inn i bildet. Skal hele kabalen gå opp, er det nemlig en forutsetning at bryllupet ikke inntreffer for tidlig.
Dannes proppene før de vordende ektefellene er helt framme i reservoaret, får de ingen nytte-effekt.
Det er derfor Juan Yang og kollegene hennes utstyrt partiklene med de hemmende plaggene. I realiteten har forskerne «hektet» molekyler utenpå partiklene. Denne påkledningen skal blokkere armene så lenge det trengs.
Kostymeskift i dypet
SINTEF-forskeren forklarer at vannet rundt partiklene vil løse opp «trøya» til slutt og dermed frigjøre armene – det vil si gi de små krabatene funksjonaliteten sin tilbake.
En av de viktigste oppgavene for forskergruppa i Oslo, består i å designe blokkeringsmekanismen slik at den varer nettopp så lenge det er behov for det.
Spleiselag mellom staten og industrien
- SINTEF-prosjektets fulle navn er "Hybrid nanogels – A new class of "green" gel systems for water diversion by in-depth reservoir placement (HyGreGel)".
- Prosjektet inngår i Forskningsrådets ordning "Kompetanseprosjekt for næringslivet", som er et spleiselag mellom norske myndigheter og industrien.
- Finansieringen besørges av Norges forskningsråd og oljeselskapene Det norske, ENI Norge, Lundin og Engie E&P Norge (tidligere Gas Suez).
- Total budsjettramme er 15,8 millioner kroner. Prosjektets varighet: 2014–2017.
– Vi forventer at partiklene kanskje vil trenge flere måneder på turen gjennom reservoarsteinen. I lab-en har vi så langt klart å blokkere funksjonaliteten til partiklene i hele to måneder, forteller Juan Yang.
Etterstreber grønn oppførsel
– Er dere de eneste i verden som utvikler slike gel-plugger for bruk i oljereservoar?
– Det finnes noen som jobber med liknende løsninger. Men vi utnytter kjemikalier som er mer miljøvennlige enn det de andre bruker.
– Flere påpeker at nanopartikler i seg selv er uønsket, hvis de havner på vidvanke i naturen?
– Sikker bruk av nanopartikler står sentralt i prosjektet vårt. Vi prøver å bruke biokompatible materialer som ikke er skadelige, og som dermed vil påvirke miljøet i havet så lite som mulig.
Reiser allerede i laboratorie-stein
I et laboratorium i Trondheim har nanopartiklene fra Juan Yangs lab i Oslo allerede begynt å bevege seg gjennom porøse steinprøver.
Seniorforsker Torleif Holt fra SINTEF Petroleum leder hovedprosjektet (se faktarute) som partiklene inngår i. I første omgang studerer han hvordan partiklene oppfører seg på reise i ulike steintyper.
– I hvilken grad strømmer de fritt i porene, og i hvilken grad fester de seg på poreveggene? Det er dette vi har sett på så langt. Svarene vil blant annet avgjøre om partiklene og reisefølget deres skal pumpes ned i reservoaret samtidig, eller om partiklene skal sendes ned litt før eller litt etterpå, sier Holt.
Lovende resultater
– Kommer partikkelmetoden til å virke, og dermed gi verden mer olje?
– Det er det for tidlig å si ennå. Men så langt ser det lovende ut, sier oljeforsker Holt.
Trygve Nilsson er en av de som følger prosjektet nært fra industrisiden. Han er veteran i oljebransjen, og i dag ledende reservoaringeniør i Det norske oljeselskap, en av industrideltakerne i prosjektet. Om SINTEFs gel-metode sier han at «den potensielt kan gjøre det mulig å få ut ganske mye mer olje».
– Men ennå gjenstår mange tester før metoden eventuelt blir kommersiell. Avgjørende blir det også hva det vil koste å benytte et slikt verktøy. Med dagens oljepriser er det begrenset hvor mye penger som kan brukes på økt utvinning. Men at potensialet for metoden er stort, det er det ingen tvil om, sier Nilsson.
– Kan denne metoden bli et universelt middel for bruk på ethvert oljefelt?
– Hva som er den beste metoden for økt oljeutvinning, vil alltid variere fra felt til felt. Dette fagområdet dreier seg om metoder som utfyller hverandre.
2017 er første deadline
Prosjektet skal pågå til utgangen av 2017.
Da vil vi vite mer om hva de er i stand til å utrette under sjøbunnen og landjorda, de første oljearbeiderne som måler høyden sin i nanometer – milliontedels millimeter.
