Hopp til hovedinnhold

Syntetiske polymerer for økt oljeutvinning

Siv Marie Åsen har sett nærmere på hva som skjer med ulike typer polymerer når de pumpes gjennom reservoaret. Blir de oppløst når de fraktes gjennom rør eller når de sprøytes inn i sandstein?

Publisert: Endret:

Siv Marie Åsen
Siv Marie Åsen. Foto: Marius Vervik

Polymer er et stoff som består av molekyler med stor molekylmasse, forbundet med en kjemisk binding. Kjente eksempler på polymerer er plast, DNA og proteiner. Forskningen til Siv Marie Åsen handler om mekanisk degradering, ødelegging, av polymermolekyler i en løsning når løsningen pumpes gjennom utstyr eller gjennom et oljereservoar.

Polymerer brukes til å gjøre vannet som pumpes inn i oljereservoaret mer tyktflytende. Når man pumper en tyktflytende væske gjennom reservoaret, forsinker man vanngjennombrudd, øker hastigheten på oljeproduksjonen og reduserer mengden produsert vann som må renses.

Polymermolekyler er langkjedede molekyler bestående av opp mot en halv million karbonatomer. Når polymerer for bruk i oljeutvinning løses opp i vann, øker de viskositeten til vannet. En konsentrasjon på 1 promille (0.1 %) kan være nok til å øke viskositeten 10-100 ganger, avhengig av polymerstørrelse og mengden salt i vannet. Når polymerløsningen utsettes for sterke krefter, kan noen av bindingene som holder den lange kjeden ryke. Dette kalles mekanisk degradering. Viskositeten til polymerløsningen minker og de positive effektene reduseres. Derfor er det viktig å forstå hvor degraderingen skjer og hva man kan gjøre for å hindre at dette skjer.

Åsen har gjort eksperimentelle studier der polymerløsninger av forskjellige polymerer og forskjellige typer saltvann ble pumpet gjennom porøs sandstein, rør i ulike dimensjoner og annet industriutstyr. Studiene viser at mekanisk degradering ikke er et problem når løsningen transporteres i rør, selv ved turbulens. Det kan skje noe degradering ved innløpet til røret, hvis man går til et smalere rør. Mekanisk degradering som følge av trykkreduksjon i rørene kan minkes ved å øke konsentrasjonen av polymer, bruke flere strupeventiler i serie eller ved å ta trykkfallet ut over et lengre rør.

Hvis polymerløsningen utsettes for så sterke strømningskrefter i injeksjonssonen at degradering vil være uunngåelig, kan degraderingen reduseres ved å injisere polymer med lavere molekylvekt (færre karbonatomer i kjeden), mikse polymeren i vann med redusert saltinnhold eller bruke polymer som er modifisert for å tåle mer salt. Etter den første degraderingen i injeksjonssonen, vil ytterlige mekanisk degradering sannsynligvis ikke skje, siden molekylvekten nå er lavere og hastigheten avtar utover i reservoaret.

I doktorgradsprosjektet har Åsen også studert ukonvensjonelle polymerløsninger som blir mer tyktflytende ved høyere temperaturer, og som dermed egner seg for reservoarer med lav temperatur der injiseringen skjer og høyere temperatur lenger inn i reservoaret. Siden man her ikke bare er avhengig av størrelsen på molekylet for å forbedre oljeutvinningen, kan man bruke polymermolekyler med mindre molekylvekt som dermed er mindre utsatt for mekaniske degradering. De positive egenskapene ved denne polymeren blir også forbedret av salt i vannet, og kan derfor egne seg for bruk offshore.

Doktorgradsarbeidet til Åsen er utført ved IOR-senteret, et forskningssamarbeid mellom UiS, IFE og NORCE, finansiert av Norges forskningsråd og ni industripartnere.

Åsen disputerte 30. juni 2021. Tittelen på avhandlingen er Synthetic polymers for Enhanced Oil Recovery; Mechanical degradation, and alleviation thereof.