PETROMAKS2-Stort program petroleum

For å imøtekomme samfunnets økende energiforbruk, er økt oljeutvinning fra allerede eksisterende oljereservoarer ønskelig sett fra et miljø- og ressursperspektiv. Per i dag utvinnes kun en tredjedel av oljen i reservoarene ved hjelp av etablerte teknikker (primær utvinning som benytter naturlige reservoarkrefter, samt sekundær utvinning som benytter vann/gass-flømming). For å øke utvinningen ytterligere er bruk av tertiære utvinningsmetoder (enhanced oil recovery - EOR) nødvendig. Målsetningen til GreenEOR-prosjektet har vært å bidra til økt oljeutvinning på en bærekraftig måte. Man ønsker å utvikle grønne, miljøvennlige fluider basert på nanocellulose, som kan benyttes i kjemiske EOR-anvendelser. Nanocelluloser er en gruppe av ulike partikler i nanostørrelse som produseres fra trevirke, og er både en miljøvennlig og bærekraftig ressurs. Nanocelluloser har flere egenskaper som er lovende for bruk som et miljøvennlig flømmingsadditiv, f.eks. gir nanocelluloser viskositet til løsninger og har skjærtynnende egenskaper, hydrofil karakter, gir muligheter for kjemiske modifiseringer og er robust sammenlignet med løste polymerer. Nanocellulosenes potensiale som et EOR-additiv har blitt undersøkt i GreenEOR-prosjektet, både for nanocelluloser alene, samt nanocelluloser i kombinasjon med andre stoffer. I prosjektet har det vært et tett samarbeid mellom de ulike forskningsområdene nanocelluloser, overflateinteraksjoner, reologi og kjerneflømming. Temperaturen i oljereservoarene kan bli høy (> 100 °C) og oppholdstiden lang; dager for borevæsker og måneder for EOR-fluider. Det er derfor viktig at nanocellulosen som skal brukes i forbindelse med oljeutvinning viser tilfredsstillende temperaturstabilitet, selv etter lang oppholdstid uten å redusere sine viskositetsgivende egenskaper. Ulike typer nanocellulose har blitt studert med hensyn på nettopp temperaturstabilitet. Resultatene viste at de beste var stabile selv ved en oppholdstid på 140 °C i tre dager. Tilsats av additiver ble også undersøkt. Formatsalter bidro til økt temperaturstabilitet til løsningene, mens tilsats av buffer ikke ga noen effekt. Interaksjoner mellom løsninger av nanocelluloser og ulike typer borekjerner har blitt studert. Hensikten var å studere hvordan nanocellulose strømmer gjennom et oljereservoar og hvordan dette eventelt kan påvirke utvinningen av olje. To ulike kvaliteter av nanocellulose ble dispergert i saltløsning og injisert i henholdsvis sandpakker og Berea sandstein. Eksperimentelle parametere som ble variert var størrelse på sandkorn, salinitet og flømmingshastighet. Det viste seg at gjennomstrømmingen av nanocellulose ble påvirket av disse parameterene, og at nanocellulosen kan gi redusert permeabilitet av kjernen / sandpakken. Positive forhold for gjennomstrømming var små nanocellulose-partikler, lav saltkonsentrasjon, høy initiell permeabilitet av kjernen / sandpakken og høy flømmingshastighet. Det har tidligere blitt vist at viskositeten for nanocellulosedispersjoner økes når temperaturen er over 90 °C over en viss tid. Det ble undersøkt om denne viskositetsøkningen kunne virke som en aktiv mekanisme for EOR, da viskøse fluider kan forbedre oljeutvinningene ved at fluidene blir tvunget til å strømme inn i nye områder av formasjonen. For å undersøke dette nærmere ble det gjort kjerneflømmingsstudier med nanocellulose ved 120 °C gjennom en lang sandsteinkjerne. Dette ble gjort etter flømming med lav-salinitets brine. Total oljegjenvinning økte likevel noe under nanocelluloseflømmingen. En negativ effekt var at permeabiliteten ble redusert betydelig under forsøket. Bruk av «grønnere», mer miljøvennlige surfaktanter i kombinasjon med nanocelluloser har vært et viktig tema i GreenEOR. En kombinasjon av nanocelluloser og anioniske sulfonatsurfaktanter har blitt studert med tanke på å redusere grenseflatespenningen mellom olje og vann. Viskositetsøkning i vannet, samt redusert grenseflatespenning resulterer i høyere oljeutvinning, sammenlignet med om kun vanlig vannflømming benyttes. Parametere som adsorpsjon, reologi og grenseflatemålinger ble benyttet for å studere potensielle interaksjoner mellom nanocellulose og surfaktanter. En synergieffekt ble observert ved at viskositeten i injeksjonsvannet økte mer enn man kunne forvente fra viskositeten til nanocellulose og surfaktant hver for seg, samtidig som at man detekterte en reduksjon i grenseflatespenningen. Resultatet indikerer at et EOR-system basert på nanocelluloser og sulfonatsurfaktanter er svært lovende. Det har blitt utført mange flømmingsstudier med nanocelluloser i prosjektet. Det beste resultatet viste en oljeutvinning på 89 %. Dette er svært høyt. I alle forsøkene har det vært problemer med at permeabiliteten til kjernen har blitt redusert i varierende grad. Dette skyldes at det finnes nanocellulosepartikler eller -aggregater som er for store i nanocellulosedispersjonene. Dersom dette problemet løses, vil nanocelluloser kunne ha et stort potensiale i EOR.

Commercial production of nanocellulose is now established or under way, with Norway as one of the leading nations both scientifically and industrially, and products containing nanocellulose are entering the market. Industrial production and utilization of nanocellulose is still in its initial phase, with large potential for new innovations. In oil field industry there is a need for greener and more biobased alternatives for oil field applications. Therefore, use of nanocelluloses to improve the oil recovery in a sustainable manner is advantageous for both research areas. The knowledge base gained in GreenEOR is an excellent basis for the continuation of research on utilizing nanocellulose in this novel application. In todays' society, a transition into a more biobased economy is in focus. With more research on the use of nanocelluloses in EOR, it is envisioned that this will contribute to establishment of industrial activities and increased employment in the biobased sector.

The vision of the GreenEOR project is to contribute to enhanced oil recovery in a sustainable manner, by developing a novel series of green fluids for chemical EOR applications based on nanocellulose, alone or in combination with other EOR components. Nanocellulose is a group of nanoscaled particles produced from wood, and is thus an abundant and green resource. The material is still on the research stage, but industrial production has started and is expected to grow as application areas are established. Nanocellulose has a promising potential as a green flooding additive (excellent viscosifying and shear thinning properties, hydrophilic particles, excellent possibilities for chemical modification, particle character instead of dissolved polymers), and this potential will be explored in the GreenEOR project. In order to succeed, the nanocellulose particles (cellulose nanofibrils and cellulose nanocrystals) must be designed to have adequate dimensions and surface chemistry. Nanocellulose may alone give increased oil recovery, by increasing viscosity and/or changing flow pattern. Synergistic effects on EOR can be obtained by combining nanocellulose with other additives. The project will examine and evaluate anticipated critical issues for use of nanocellulose in EOR, such as flooding capability, synergistic rheological modulation, pore bridging and resistance to microbial degradation. The project will explore both pure nanocellulose-suspensions, as well as nanocellulose in combination with other components. The development will depend on close cooperation between different research areas comprising nanocellulose, surface interaction, rheology and core flooding. Leading specialists within all these fields are represented in the GreenEOR project.