Intelligent Environmental Reporters

Etter en viss tid vil alle oljefelt få en fallende produksjon. For å bremse denne utviklingen kan man pumpe vann ned i noen brønner og skyve oljen mot andre brønner hvor den kan hentes opp. Selv etter dette vil det normalt være en god del restolje (residual oil) igjen i feltet. For å måle gjenværende olje i et reservoar benyttes forskjellige teknikker. En metode som benyttes heter «Single Well Chemical Tracer Test» SWCTT. En annen test er «Partitioning Interwell Tracer Test» PITT. Begge går ut på å måle forskjell i hastigheten to sporingstoffer beveger seg, man tilsetter injeksjonsvannet sporingsstoffer. Navnet kommer av at de partisjoneres (fordeles) mellom den tilnærmet immobile oljen og vannet. Ved å måle hvor fort sporingsstoffene beveger seg i forhold til det injiserte vannet, kan mengden av restolje indirekte bestemmes. Dette er viktig å vite for å kunne planlegge fortsatt oljeproduksjon. Dagens teknologi byr imidlertid på en rekke Helse, miljø og sikkerhets (HMS) utfordringer. Avhengig av forholdene brukes enten svært brennbare væsker som må oppbevares på oljeplattformene eller kjemikaler som er klassifisert som miljømessig røde. Hovedmålet i INTER prosjektet er å utvikle grønne intelligente miljøinformanter som kan måle direkte hvor mye restolje som finnes og som ikke minst er miljøvennlige. For å forstå hvordan miljøinformantene kan brukes til å beregne hvor mye olje som finnes i feltet, og ikke minst hvor, vil vi utføre både beregninger i datamaskin og eksperimenter på laboratoriet. Vi vil også utvikle nye analyseteknikker som kan avlese hukommelsen til partiklene, noe de må ha for å kunne huske hvor mye olje de har vært i kontakt med på sin vei gjennom oljefeltet. Nanopartiklene syntetisert i prosjektet inneholder luminescerende komponenter som brukes til detektering. Et med grønn emisjon som er oljeløselig og fungerer som tracer probe for hydrokarbon fasen og et med rød emisjon som fungerer som intern standard. Når disse nanopartiklene kommer i kontakt med olje så vil det grønne fargestoffet frigjøres fra partiklene. Dette vil føre til et nedsatt signal fra dette fargestoffet i partiklene. Forskjellen i emisjons ratio mellom fargestoffene før og etter kontakt med olje vil kunne brukes for å estimere olje innhold. En syntese metode har blitt utarbeidet for innkapsling av 2 luminescerende komponenter i en nanostruktur. Nanopartiklene er monodisperse og ca. 100 nm i diameter. Disse nanopartiklene har blitt testet for å demonstrere en ny deteksjonsmetode for olje ved ratio-metrisk luminescens. Det grønne fargestoffet ble frigjort fra nanopartiklene i kontakt med organiske vesker (olje). Frigjøringen var tidsavhengig og dette kan brukes til estimering av residual olje i et reservoir. Videre førte forskningen i prosjektet til utviklingen av nanokompositt partikler av «carbon nano dots» innkapslet i hule silika-partikler. Det har også blitt syntetisert karbon-silika hybrid nanopartikler og silika partikler dopet med europium. Disse har fått modifisert overflaten med en polymer. Forsøk med minikjerne-oppsett for måling av tracer oppførsel har blitt gjort. Tester har blitt utført med passive tracere som natriumjodid og kjente silika nanopartikler. Videre har XDLVO modellering med Comsol Multiphysics blitt gjennomført med tanke på hvordan nanopartikler med forskjellige egenskaper oppfører seg under varierende betingelser - bergart, formasjonsvann, temperatur osv. Simuleringene tar hensyn til van der Waals krefter, EDL og Born repulsjon samt væskens hastighetsfelt og Brownske bevegelser. ILM i Lyon har utført tester på nanopartikler fra NTNU og lignende partikler laget på ILM. Forskningen fokuserte på 3 hovedpunkter; (i) den kolloidale stabiliteten av nanopartiklene i reservoar forhold, (ii) detekterbarheten av tracerene med portabelt utstyr, (iii) muligheten for for å bestemme residual olje ved analyse av fluorescensen signalet til partiklene. NILU har undersøkt eventuell toxicitet av partikler. En batch av silikapartikler i nanostørrelse laget i INTER-prosjektet har blitt testet for deres evne til å skade DNA og om de er kreftfremkallende. Effekten ble testet på en human lungecellelinje, og to forskjellige cellelinjer fra regnbueørret, henholdsvis gjelle og lever. Nanopartiklene hadde ingen signifikante skadeeffekter på DNA, noe som indikerer at partiklene har en lav gentoksisitet. Ikke-gentoksiske stoffer kan imidlertid være kreftfremkallende. Dette kan testes med den såkalte celletransformasjonsmetoden. Ut fra to uavhengige forsøk tyder det på at nanopartiklene kan indusere celletransformasjon noe som kan indikere at de har et potensial til å virke kreftfremkallende. Konsentrasjonen for å oppnå denne effekten var relativt høy (> 10 µg/cm2). Dette indikerer lavt carcinogen potensial.

New nano particles that incorporate an internal standard in addition to a tracer that can be released under specific conditions have been made. These can be further developed for use in oil fields as tracers to measure remaining oil (Sor). If successful in oil reservoirs they may form a new method for tracers in oil industry.

After primary and secondary production, large volumes of residual oil may still be found near existing oil fields' infrastructures. Knowing the residual oil saturation, Sor, is important to select the proper EOR/IOR methods and for an evaluation of their efficiency. Using oil-water partitioning tracers and measuring their time delay relative to ideal water tracers yields an indirect estimate of Sor. Today's tracer technology raises, however, a number of HSE issues. The main goal of the INTER - Intelligent Environmental Reporters project is develop green nanoparticles that can be used to estimate Sor directly. We will use silica / molybdate or wolframate particles doped with lanthanides as the core of our new environmental reporters. The combination of the intrinsic fluorescence of the molybdate / wolframate lanthanides' fluorescence will allow for highly sensitive detection of the tracers in produced fluids even in extremely low concentrations. Their long-lived luminescence can be used in combination with time-resolved spectroscopy to strongly enhance the signal-to-noise ratio of the reporters and thus allow their detection even when the natural fluorescence of the organic compounds (noise) usually prevents such analysis. The particles will be functionalized using various precursors in order to increase their colloidal stability and lower their interaction with the rock surfaces, permitting them to travel easily through the reservoir. Simulating and modelling the transport of the nanoparticles in laboratory synthetic reservoirs with and without oil will be used as guidance in this development. Novel analytical techniques and methods will be developed to quantify Sor and its spatial distribution. Finally, all work will be conducted using the Safe by Design approach. This will ensure that the products, their building blocks and production do not represent any danger to neither human beings nor the environment.