Skoltech-Forscher haben die Wirkung der Injektion zweier chemischer Wirkstoffe zur verbesserten Ölförderung in Ölschiefer untersucht. Wie sich herausstellte, sind beide untersuchten Flüssigkeiten – Wasserlösungen von Nanopartikeln und eine seifenartige Substanz namens Tensid – keine realisierbaren Optionen für Schieferölprojekte. Tatsächlich können diese Wirkstoffe das Öl unter der Erde festhalten, anstatt bei seiner Gewinnung zu helfen. Angesichts dieses Risikos sollte nun die Leistung anderer Wirkstoffe untersucht werden, schlagen die Wissenschaftler vor. Über ihre Ergebnisse wird berichtet in Energie und Kraftstoffe.
Im Laufe der Lebensdauer einer Ölquelle nimmt der Untergrunddruck, der das Öl an die Oberfläche drückt, allmählich ab. Irgendwann ist eine weitere Förderung nur dann möglich, wenn sogenannte verbesserte Ölgewinnungstechniken zum Einsatz kommen – dabei werden Dampf, Chemikalien und andere Wirkstoffe in die Lagerstätte injiziert. Bei Schiefervorkommen, die schwieriger zu gewinnen sind, ist eine verbesserte Gewinnung oft von Anfang an notwendig.
Die verbesserte Förderung umfasst drei Hauptansätze: Die thermische Injektion basiert auf vorgewärmtem Wasser, Luft usw., um das Öl in der Lagerstätte zu erhitzen, wodurch es weniger viskos und beweglicher wird. Die Gasinjektion dehnt das Öl aus und macht es beweglicher, indem es mit Kohlendioxid, Erdgas usw. vermischt wird. Schließlich ist die chemische Injektion ein Überbegriff für eine Reihe von Techniken, bei denen verschiedene Flüssigkeiten auf Wasserbasis mit unterschiedlichen Wirkmechanismen zur Ölförderung eingesetzt werden Erholung.
Ölschiefer ist eine lukrative Quelle für Kohlenwasserstoffe, die es Ländern und Unternehmen ermöglicht, bisher nicht verfügbare Ressourcen zu erschließen. Allerdings sind die Auswirkungen verbesserter Ölgewinnungstechniken, die sich bei konventionellen Lagerstätten bewährt haben, bei ihrer Anwendung auf Schieferlagerstätten kaum bekannt. Herauszufinden, was funktioniert und was nicht, ist der Schlüssel zur Erschließung dieser wertvollen Ressource.
Ein Forschungsteam von Skoltech Petroleum bestehend aus Junior Research Scientist Alexandra Scerbacova und Senior Research Scientist Elena Mukhina – den Hauptautoren der Studie – und dem Hauptforscher des Projekts Alexey Cheremisin führte eine numerische Simulation und zwei komplexe und einzigartige Laborexperimente an Ölschieferproben durch, um dies zu bestimmen ob es möglich ist, Wasserlösungen, die Siliziumdioxid-Nanopartikel oder eine seifenartige Substanz namens Tensid enthalten, in Schieferöllagerstätten zu injizieren, um die Gewinnung zu verbessern.
„Unsere Studie berücksichtigte 13 Flüssigkeiten und zwei wurden für Tests an zylinderförmigen Proben von ölgesättigtem Gestein aus der Bazhenov-Formation in Westsibirien ausgewählt“, kommentierte Alexandra Scerbacova. „Zuerst haben wir Sole injiziert – Wasser mit einem sehr hohen Salzgehalt – und einen Ölgewinnungsfaktor von etwa 53 % gemessen. Das entspricht in etwa der Fähigkeit, etwa die Hälfte des Öls in der Lagerstätte zu fördern. Dieser Wert diente als Basiswert.“ zur Beurteilung der Effizienz der beiden Wirkstoffe im Experiment, obwohl der Wert unter tatsächlichen Lagerstättenbedingungen niedriger wäre.“
Das von den Forschern gewählte Tensid ist technisch als Natriumfettsäuremethylestersulfonat bekannt. Es erhöhte zwar den Ölrückgewinnungsfaktor, der resultierende Wert belief sich jedoch auf 53 %, genau wie bei der Soleinjektion, sodass dieses spezielle Mittel eindeutig nicht wirtschaftlich ist, da es viel mehr kostet als das leicht verfügbare Wasser.
Zusätzlich zum Test an einer tatsächlichen Gesteinsprobe wurde die Tensidinjektion auch numerisch simuliert. Doch während die Simulation den Ölgewinnungsfaktor genau vorhersagte, konnte sie den im Experiment beobachteten nachteiligen Effekt nicht berücksichtigen: Einige der Poren im Gestein wurden verstopft, was seine Durchlässigkeit verringerte. Dies unterstreicht die Bedeutung experimenteller Studien.
Bei dem anderen, auf Nanopartikeln basierenden Mittel erwies sich das Problem der verringerten Gesteinsdurchlässigkeit als noch akuter, wie das Experiment zeigte. „Aufgrund der geringen Größe der Gesteinsporen und -kanäle, die die Größe von Nanopartikeln nicht überschreiten … kann die Filtration von Nanoflüssigkeiten letztendlich zu kritischen Schäden am Schiefergestein führen“, warnt die Studie.
„Wir haben gezeigt, dass die Wasser- oder Tensidinjektion, eine relativ kostengünstige und effektive Technik zur verbesserten Ölgewinnung für konventionelle Lagerstätten, nicht so attraktiv ist, wie es scheint, und erhebliche Risiken birgt, wenn es um Ölschiefer im Allgemeinen und die Bazhenov-Formation im Besonderen geht.“ Weiter „Forschung ist notwendig, um alternative Tenside und andere verbesserte Ölgewinnungstechniken – vielleicht die Gasinjektion – zu identifizieren, die sich für Schieferöllagerstätten als geeignet erweisen könnten“, schloss Elena Mukhina.
Mehr Informationen:
Alexandra Scerbacova et al., Huff-n-Puff-Injektion auf Wasser- und Tensidbasis in unkonventionelle flüssige Kohlenwasserstoffreservoirs: Experimentelle und Modellierungsstudie, Energie und Kraftstoffe (2023). DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c01344