Saken er produsert og finansiert av Universitetet i Stavanger - Les mer
Polymer fremstår som en sirupslignende masse. Når polymer blir blandet med vann, øker det viskositeten til blandingen.

Her er stoffet som kan gjøre oljeutvinning mer lønnsomt

En lang og hengslete polymerkjede har i seg potensialet til å sikre norsk velferd. Utfordringen er at polymerer blir fort stresset og oppfører seg som en meitemark.

22.2 2017 04:00

Det å bruke vann for å hente ut oljerester har lenge vært i bruk i industrien. Da sprøytes vannet inn i reservoarene etter at det naturlige trykket i har gitt seg. Dette kalles vanninjeksjon.

Men vann har sine begrensninger, det danner kanaler og flyter rett forbi berglagene som inneholder oljen. Derfor jobber forskere med injeksjonsløsninger som har høyere viskositet enn vann, altså løsninger som er mer tyktflytende, nesten som sirup, som drar med seg mer olje.

Øynene har falt på vann tilsatt vannløselig polymer.

Det er mange velkjente forbindelser som kan betegnes som polymer. DNA-et vårt er ett, eggehviter et annet. Og blodet vårt er fullt av det. Det mest kjente er likevel plast, altså syntetisk, og det er noe lignende som skal pumpes inn i reservoarene.

Men så er det altså ikke bare å pumpe det inn, for polymervann oppfører seg så veldig annerledes enn vanlig vann. Og det skal lite til for å gjøre feil. Å forstå polymerens egenskaper er essensielt for forskerne som skal jobbe med dette.

Forskjellen på vann og polymer

Dmitry Shogin er fysiker og matematiker ved Universitetet i Stavanger og tilknyttet forskningsprosjektet. Han skal se på hva som skjer med polymerene på et mikroskopisk nivå. Utgangspunktet er enkelt.

– I­ngeniørene observerer mange interessante effekter som gjelder polymerer, men de kan ikke forklare dem. Og siden du ikke kan forklare dem, kan du heller ikke forutsi dem, og det er det man vil, forklarer Shogin.

Shogin viser til to kuler som er forbundet med en elastisk fjær, en enkel molekylmodell som gjelder for alle slags polymerer.

Ett viktig punkt for Shogin er å se på hvordan seige væsker oppfører seg når det blir utsatt for ytre påkjenninger. Da skiller vi mellom newtonske væsker og ikke-newtonske væsker. Vann er et eksempel på en newtonsk væske. Hvis du rører rundt sukker i en kopp med te, så vil teen gå ut på kanten.

Polymer derimot, som er en ikke-newtonsk væske, oppfører seg helt annerledes, forteller Shogin. 

Tenk deg at du visper eggehvite. Væsken vil ikke gå ut til siden, som teen, men krype oppover eltekroken.

Omskiftelige polymerer

Så har du de dynamiske egenskapene til polymeren. Strekker du en fjær, så må den være lineær. Slik er ikke polymermolekylene! Du kan strekke dem til en viss lengde, men så er det stopp; da ryker de og mister etter hvert effekten.

– Hvor raskt du kommer til denne grensen, er en av parameterne som skal inn i min modell, forteller Shogin.

Videre; atomene i polymermolekylet endres stadig vekk i injeksjonsløsningen, og ett parameter i modellen beskriver disse endringene. Polymerer oppfører seg forskjellig i forskjellige geometrier. Én enkelt liten pore i et reservoar er et eksempel på en slik geometri.

Målet til Shogin er å ta modellen så langt at forskere kan forutsi prognoser i mer kompliserte situasjoner, som for eksempel oljereservoarer og så sjekke disse resultatene eksperimentelt.


Fra venstre: Irene Ringen, Eystein Opsahl og Dmitry Shogin jobber alle med å øke utvinningen av olje på norsk sokkel. De undersøker hvordan polymer kan brukes til å lure mest mulig olje ut av porene i havbunnen. (Foto: Elisabeth Tønnessen)

Laboratorieeksperimenter i sandkassen

Utfordringen er hva som skjer med polymeren hvis den blir ødelagt og mister egenskapene sine. Hvordan jobber forskerne for å finne den polymeren som kan brukes til slutt i injeksjonsløsninger?

Irene Ringen har en master i petroleumsteknologi fra Universitetet i Stavanger og er én av doktorgradsstudentene i Det Nasjonale IOR-senteret. Matematikeren Oddbjørn Nødland er også med på doktorlaget, for å bruke matematikken i praksis.

– Målet med polymerløsningen er å få til en mer stabil fortrengning av oljen, fordi denne er mer tyktflytende, mer viskøs i forhold til vann, forklarer de to. Vannet har som sagt en tendens til å passere oljen og da er vi like langt, sier Ringen.

Ett år inn i forskningsløpet sitt tester hun hvordan ulike polymerløsninger oppfører seg når den blir transportert gjennom sand. Polymeren blir tilsatt blant annet forskjellige salter for å se om den endrer oppførsel. Lave saltkonsentrasjoner er allerede kjent som en god løsning for vanninjeksjon, og resultatene så langt viser at polymeren blir mer viskøs, altså tyktflytende, hvis du brukere lavere saltkonsentrasjon.

Påvirkes av stress

Resultatene fra eksperimentene er utgangspunktet for simuleringene som Oddbjørn Nødland gjennomfører i en modell som tidligere er utviklet på IRIS (International Research Institute of Stavanger). 

Slik mennesker forandres av stress, gjør polymeren det samme. Én effekt Nødland ser på er skjærtynning, som handler om hvordan viskositeten i polymeren forandrer seg alt etter hvilket trykk og stress den blir påført. Jo høyere denne skjærraten er, jo lavere viskositet får du.

– Men så – hvis du kommer over en kritisk rate, så kan den plutselig bli mer viskøs, kalt skjærtykningseffekten, forteller Nødland.

Den andre tingen de ser på i modellen, er mekanisk degradering. Da blir molekylene utsatt for så store krefter at de rett og slett blir revet i stykker, for eksempel i det øyeblikket de blir pumpet ut fra injeksjonsbrønnen.

Så langt er modellen en suksess.

– Den forutsier det vi har observert, ting stemmer rett og slett; trykkfallene, at polymeren har endret egenskaper og at viskositeten har forandret seg, forteller Nødland.

Parallelt med Ringens og Nødlands arbeid i laboratoriet, ser toksikolog Eystein Opsahl på hvilken langtidsvirkning EOR-polymerer har på miljøet og hvordan det påvirker livet i havet hvis det noen gang skulle ende opp der.

28-dagerstesten

Det er et generelt krav om at polymerene må kunne brytes ned om de havner i sjøen. I aktivitetsforskriften, som er en lov innenfor petroleumsvirksomheten, står det svart på hvitt at kjemikaliene må brytes ned mer enn 60 prosent biologisk i løpet av 28 dager. Det betyr at bakterier må spise dem opp, rett og slett.

– Men de syntetiske polymerene har så vanvittig store molekyler at de nesten er for partikler å regne og dermed blir de også uangripelige for bakterier. De er fysisk hindret fra å bli spist opp, forklarer Opsahl.  

Så hvorfor ikke bruke biopolymerer? Effekten går dessverre opp i spinningen. Biopolymerer må tilsettes mye biocid, altså gift, for å hindre at bakterier gror. Dessuten spises de fort opp av bakterier og mister dermed sin tyktflytende egenskap, forklarer Opsahl.

Det er ikke det at syntetiske polymerer ikke brytes ned, men det skjer mer som med en meitemark som blir delt i to, og som lever videre som to nye individer.

Eystein Opsahl drar nytte av den mildt sagt enorme tekniske utviklingen som har vært siden 1970-tallet, ikke minst innenfor dataprosessering: 

Han lar de samme flaskene stå i 80 dager og måler heller molekylærvektfordelingen med sin egen test. Polymeren vil klippes i mindre og mindre biter, til bakteriene etter hvert kan spise dem. Det er i hvert fall hypotesen. 

Ved hjelp av laboratorieeksperimenter, prosessert gjennom nye, høyteknologiske duppeditter til et par millioner kroner hver, er Eystein Opsahls mål å finne en teori for hvordan polymeren brytes ned.

Da vil en være mange steg nærmere det overordnede målet med Det Nasjonale IOR-senteret; hente opp mer av den gjenglemte oljen, og dermed gi enda mer velferd til det norske folk.

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Annonse

Fakta om polymerer

  • ‘Poly’ kommer fra gresk og betyr mange, ‘mer’ betyr del.
  • Polymerer kan bestå av både syntetiske og naturlige forbindelser, som alle består av kjedeformede molekyler.
  • Polymerene er bygd opp av repeterende strukturelle enheter dannet av mindre molekyler, kalt monomerer.
  • Polymeren holdes sammen av kovalente bindinger (elektronbindinger) som repeteres gjennom hele strukturen.
  • Naturlige polymerer (f.eks. proteiner og cellulose) kalles også biopolymerer.
  • Syntetiske polymerer er med få unntak basert på petrokjemiske primærprodukter som råstoff.
  • Polymer blandet med vann øker viskositeten til blandingen

Kilder: Store Norske Leksikon og Wikipedia

Det Nasjonale IOR-senteret

  • IOR = Improved Oil Recovery (forbedret oljeutvinning)
  • Opprettet av Olje- og energidepartementet i 2013 etter at Universitetet i Stavanger med partnerne IRIS (International Research Institute of Stavanger) og Institutt for energiteknikk vant en nasjonal konkurranse utlyst av Norges Forskningsråd.
  • Senteret bidrar med forskning som skal øke utvinningsgraden av petroleumsressursene fra modne og nye felt på norsk sokkel.
  • Et viktig mål for senteret er å gjøre forskningen anvendbar for industrien, og 11 brukerpartnere fra olje- og serviceindustrien deltar derfor i senterets arbeid.
  • Forskningsarbeidet er delt inn i to tema. Tema 1 ser på optimalisering av  injeksjonsfluider -og metoder for utvinning av mobil og immobil olje, mens tema 2 omhandler karakterisering av reservoarene for å bedre volumetrisk sveip av mobil olje.
  • Totalt budsjett er 320 millioner kroner over åtte år.
  • Senterets hjemmeside: www.uis.no/ior

Saker fra våre eiere

Universitetet i Stavanger

Frykt for ryktespredning hindrer mange unge i å søke hjelp for mentale problemer.

NIBIO

De er knøttsmå og blir ofte uglesett, men ikke alle er farlige for miljøet.

Havforskningsinstituttet

Det er konklusjonen etter at forskarar har gått gjennom all tilgjengeleg kunnskap om temaet.

Saker fra våre eiere

Statped

– Målet må vere at barn får den hjelpa og støtta dei treng, men at dei merker minst mogleg til tiltaka, seier forskar. 

Nasjonal kompetansetjeneste for aldring og helse

Symptomer som hukommelsessvikt kan ha flere årsaker enn de typiske sykdommene vi forbinder med demens.

Høgskolen i Oslo og Akershus
Podcast:

Hvordan kan du forberede deg til framtidas arbeidsliv? I denne podcasten gir to eksperter sine råd til både kommende og eksisterende arbeidstakere. 

Forskeren forteller:

Når ungdom presses til å drive med idrett, og voksne bestemmer hvordan de skal gjør det, da blir idrettsungdom lei. Men du kan unngå at barna dine mistrives, blir stresset og presterer dårlig på sikt.

Dinosaurenes historie må skrives om, sier britiske forskere etter en ny enorm analyse. Det vil uten tvil ryste fagfolk verden over, men hvis forskerne har rett, løser de flere uløste gåter.

Forskere mener de har funnet spor av jordskorpe som ble dannet da jorda var nyfødt. 

Jordskjelv rammer brått og brutalt, men går som regel fort over. Ettervirkningene i bergartene rundt kan studeres flere hundre millioner år senere.