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纳米技术低价化 或将谱写油气上游新篇章

纳米技术低价化 或将谱写油气上游新篇章

纳米技术是近年来出现的一门高新技术,目前已成功应用于新材料、医学、化学、生物检测以及制造业等领域。如今,许多国际大公司都力将纳米技术理念充分应用到油藏勘探、钻井、完井、开发等油气上游领域,解决生产实际中的诸多难题,从而应对全球日益增长的油气需求。那么,关于纳米技术在油气上游行业应用的最新进展又有哪些呢?

据一位工程研究人员称:目前学者们在探索将纳米技术应用于油气上游行业时,唯一的阻碍就是想象力还不够大胆。

低油价促使一些油服巨头大幅削减研发开支,但许多高校目前正在研究将纳米技术应用于油气领域。一位业内专家称,无需太多额外的支出,纳米技术就可以帮助油气公司改善现有液体的性能,但当前市场所用的纳米技术还需进一步低价化。

在最新的纳米技术研究案例中,有一项即是通过改变物质原子或分子的结构来研发出新材料的方法;而院校方面的研发成果,包括休斯敦大学(University of Houston,UH)近期公布的该校一位研究人员发现的基于纳米技术的新溶液。这一发现可以解决油气行业所面临的两大难题,即在提高原油三次采收率的同时保证民用地下水资源安全,因为非常规油气勘探和生产的地层就位于地下水层以下。

休斯敦大学的研究人员称,通过使用基于石墨烯的双面两性纳米片,含0.01%纳米液体浓度的溶液,其原油采收率可达15.2%。MD Anderson的物理系教授任志峰在6月27日的新闻发布会上称,这个速度堪比化学方法,大约比其他纳米液体效率高3倍。

任志峰指出,这种溶液具有全新的工作模式:当注入地层时,该溶液有助于将油从岩石表面剥离。当基于石墨烯的液体接触到储层中的盐水/油混合物时,液体中的纳米片自发地到达接触面,减小了界面张力,使油流向生产井。

在某些水动力条件下,基于石墨烯的液体在油水界面上形成一层弹性很强且可回收的薄膜,而非形成乳化液。研究人员认为造成这种差异的原因是双面纳米粒子。纳米粒子通常要么像油一样具有斥水性或憎水性,要么像水一样具有亲水性。在溶液中使用的Janus纳米粒子兼具上述两种特性,并且还具有严格的两性分子的特点。

生产商目前只能在价格昂贵但纳米粒子浓度较高的方案和相对便宜但是需与聚合物或表面活性剂混合的方案中做选择。研究人员在6月27日刊登于《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志上的一篇文章中指出,“我们预计,这项工作将使简单的低浓度纳米液体驱油技术最终成为油田的常规做法,它可以以更环保、更经济有效的方式采油。”任志峰表示,这一新发现不是受任何油气公司委托,而是一项基础理论研究。目前正在安排现场试验;研究人员正寻求与油气公司合作以全面试验该项技术。

油气公司的最终目的是最大限度地提高原油产量,因此提高采收率将是一个长期研究的重点领域。援引美国能源部的数据,休斯敦大学的研究人员指出,先经过自喷或机械泵抽,再通过水驱或气驱等二次驱油后,仍有高达75%的原油未采出。传统的三次采油方法包括将化学混合物注入井内,这可提高10~20%的采收率。然而三次采油使用了大量的化学品,可能带来环境破坏等问题。

总部位于波士顿的研究咨询机构Lux Research的分析师Colleen Kennedy表示,基于石墨烯两性纳米片的三次采油技术,是近期纳米技术应用于油气行业的一项最新研究成果。纳米技术在油气上游行业的涂层保护和材料应用中发挥着巨大作用,纳米技术以后的发展趋势将很可能集中在提高采收率等领域上。她指出由政府资助的将纳米技术应用到油气领域的项目,如采用微型微震声波发射器跟踪支撑剂等技术目前还在进行中。

纳米技术的应用不要受想象力限制

卡尔加里大学Schulich工程学院非常规油气材料工程系教授Steven Bryant博士表示,将纳米技术应用到油气行业的唯一阻碍是人们想象力的局限性。纳米材料为油气公司带来了解决长期存在问题的新方法,这些问题包括提高原油采收率等。

Bryant解释说,“以前只能通过注入化学品的方式使颗粒进入到储层的某些细小孔隙中,而目前使用纳米粒子就可以通过足够小的含油气沉积岩孔隙。通过在纳米粒子的表面加上涂层使它们兼具憎水性和亲水性,这些纳米粒子在油水界面将非常活跃。使用这种纳米粒子可以让泡沫或乳液比使用化学品和表面活性剂稳定更长的时间。虽然表面活性剂在界面比较活跃,但它们来来去去很不稳定。”

Bryant指出,以前这些不便获取的新材料今后将有机会应用于更多领域。以前使用的表面活性剂不能改变粒子结构,而这些新材料及相应的涂层技术在调整粒子结构方面有更大的灵活性。可调整的粒子级别从用肉眼可识别的氧化铁粒子到不起眼的细小沙粒。而在更小的尺寸级别下由于存在振荡磁场会产生热量,使得能量能够从一种形式转换成另一种形式。

Bryant 说,在很多领域人们都希望能够利用热能,上述纳米技术将带来一种新选择。纳米粒子也可使液体具有磁化率特性;磁化后的液体可以被注入储层。该想法是形成一种造影剂,让作业者能够看到注入液体的去向。就像患者在进行X-光检查前食用钡餐一样。使用纳米粒子作为造影剂可应用到各种成像中,从水驱到检测管线。

Bryant评论说,“虽然这不是万能溶液,但它确实比其他溶液能带来更多的灵活性。卡尔加里大学正在寻找提高非常规能源如油砂原油产量的新方法。虽然该校在努力寻找如何提升非常规天然气产量的新方法,但目前还无法判断这些方法将来是否能够成功。”

油气行业纳米技术的发展趋势

Kennedy说,除了基于石墨烯的两性纳米片,近期在油气领域纳米技术应用的其他进展包括纳米粒子示踪剂和近井眼处理措施。纳米技术不仅可以提高产量,而且它在生产时对地下水资源的影响很小。当然,对传感器的任何改进对环境还是有一定的影响,如跟踪井间液体的纳米粒子示踪剂。

Kennedy称,“此外,目前正在研发中的纳米传感器,可帮助作业者更好地了解支撑剂的运移情况。虽然这些技术目前还处于早期阶段,但由于它可以诱发地震在许多国家已经上了头条,这将大力推动其商业化进程。聚合物微珠和纳米微珠无疑是提高采收率领域关注的焦点,因为它们表现出可以提高驱油效率和降低水侵的特性。化学提高采收率项目到目前为止发展还很缓慢,但其中一些项目在未来仍有望成功。”

Kennedy说,海上勘探和生产也将受益于纳米技术的相关研究成果,如防污染技术或防止石蜡积聚的技术。解决上述问题的涂层技术可以减少昂贵管线的更换量,这无疑将是海上作业的理想选择。纳米技术应用于油气领域要取得进一步成功,最大的障碍是很难获得现场的入井试验。而低油价正促使作业者将主要精力集中在短期的降本技术上,并控制新技术现场试验的数量。

Kennedy指出,对任何技术而言降低成本才是关键。能够通过储层狭小孔隙的纳米示踪剂,可提高油藏地图的分辨率,但是要想大规模使用成本必须足够低,以保证这些“纳米信使”项目失败后损失不至太大。Kennedy最后总结说,“目前的市场环境要求摒弃以前使用长租期、价值数百万美元工具的商业模式,而需要研发低成本、一次使用便可以测量全部井下数据的技术”。

作者/Karen Boman    译者/白小明    编辑/Wang Yue

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甲基橙
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),化学工程与技术专业,长期聚焦国内外油气行业最新最有价值的行业动态,具有数十万字行业观察编译经验,如需获取油气行业分析相关资料,请联系甲基橙(QQ:1085652456;微信18202257875)

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