Wettability alteration and improved flow transport by engineered nanoparticles for petroleum application

Petroleumsindustrien er utfordret til å levere mer olje og til å låse opp ressurser som blir vanskelig med konvensjonell teknologi. For å utvinne den økende mengde av olje, økt oljeutvinning (EOR) metoder blitt mer og mer viktig. Nanoteknologi antas å holde nøkkelen til innovative løsninger for energiforsyning ved å innføre mer økonomiske, effektive og miljøvennlige teknologier til oljeindustrien. Den siste bølge av interesse på nanoteknologi i oljebransjen er de funksjonelle nanopartikler aktivert EOR. WINPA er et kompetanseprosjekt for næringslivet, finansiert av Noregs forskingsråd, AKER BP ASA, og Wintershall Norge AS, med hovedmålet å etablere en grunnleggende forståelse av fysikken i nanopartikler spredt i avgrenset rom ved hjelp av både eksperimentell og numerisk multiskalametodikk. Prosjektet har vellykket oppfylt sine mål og oppnådd friske resultater. I eksperimentelle aspekter har vi laget kjernehalsstrukturerte mikrogeler og Au-baserte Janus-partikler med skreddersydde overflateegenskaper, som har lovende applikasjoner for Nano-aktivert forbedret oljeutvinning. Vi har også utviklet en in situ eksperimentell metode basert på konfokal laserskanningsmikroskopi (CLSM) for å overvåke den dynamiske utviklingsprosessen av mikro / nanopartikler ved faststoff / olje / vann trefaset grensesnitt. Våre resultater avslører den mikroskopiske mekanismen som ligger til grund for fuktighetsendringen ved nanopartikler. Teoretisk har prosjektgruppen utvidet den tidligere utviklede, små systemmetoden til å formatere og formere effekt på termodynamiske egenskaper av nanoskalavolumvann. Vi har vellykket etablerte atomistiske og molekylære modeller for interaksjoner mellom nanopartikkel / vann / oljemolekyler og nanofluidtransport gjennom ultra-begrenset kapillær. I sammendrag gir prosjektresultatene industriell løsning og retningslinjer for design og bruk av nanopartikler i EOR-feltet og utforsker vår kunnskap om den mikroskopiske mekanismen for nanopartikeltransport til ultrafine strukturer, noe som er viktig for de mange bruksområdene, inkludert nanofluidika, forbedret olje utvinning, legemiddellevering osv. Prosjektet har produsert 10 peer-reviewed artikler i relevante fysiske kjemi tidsskrifter, som Langmuir, Physical Chemistry Chemical Physics, Energy&Fuels, og Industrial & Engineering Chemistry Research, og 1 populærvitenskapelig artikkel i META: Magazine. I tillegg er 5 journalartikler på vei. Prosjektresultatene har blitt presentert i internasjonale og nasjonale konferanser og seminarer for 9 ganger, inkludert to inviterte samtaler gitt av prosjektlederen på the 35th Workshop & Symposium IEA Collaborative Project on EOR og the 1st European Symposium on Nanofluids. Takket være WINPA-prosjektets suksess har prosjektgruppen blitt invitert til Nanouptake - EU COST Action plan med sikte på å skape et europeisk nettverk for å utvikle og fremme bruken av nanofluider og bidra til å oppnå Europa 2020-målene for energi og klima i Horizon 2020.

The continuing increase in worldwide energy demand has motivated recent efforts of bringing nanotechnology into the oil and gas industry. One of futuristic applications of nanotechnology in petroleum engineering is the engineered nanoparticles for enhance d oil recovery (EOR). However, the understanding, prediction and optimization of nanoparticles for EOR require the knowledge of engineered nanoparticles in a harsh reservoir environment. Furthermore, bore holes are heterogeneous on all length scales, for example the surface roughness, pore size and deformations, which justify a multiscale approach. The proposed project aims to establish a fundamental understanding of the physics of nanoparticles dispersed in confined space by means of multiscale experimen tal and computational methodologies. Quantifying the effect of nanoparticle size, surface properties, and concentration on their interaction with rock and oil/water phase will broaden the scientific and technological base of nanoparticles for EOR. The est ablished structural-property relationship of nanoparticle and flow transport will provide the guidelines for the design and control of nanoparticles towards the applications in oil and gas industry. The research team behind the proposal belongs to NTNU Nanomechanical Lab (NML) and Department of Petroleum Engineering (IPT) at Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Department of Chemical & Biomolecular Engineering at University of Houston, and industrial partners Det norske oljeselskap ASA and Wintershall Holding GmbH, brought together by a common interest in nanotechnology application for petroleum engineering. The total package of renewed thinking of nanoparticles in confined channel through fundamental understanding, modeling and experi mental investigation will lead to a novel solution in the form of nanoparticles enabled EOR.