Квантовая механика может помочь с наращиванием объемов добычи нефти

При существующих методах добычи из скважины удаётся извлечь примерно 35 процентов нефти. Каждый процент сверх этого, помноженный на тысячи скважин, означает миллиарды долларов дополнительной выручки для компаний и дополнительной продукции для потребителей.

Избыточная нефть может быть вытеснена путём закачивания в скважину воды — зачастую дешёвой морской — но в лабораторных экспериментах учёные выяснили, что содержащийся в воде натрий снижает её способность выталкивать нефть наружу, тогда как примеси других элементов — помогают. Эксперименты проводились с различными сочетаниями кальция, магния, сульфатов и других добавок или "модификаторов смачиваемости" — сначала в лаборатории, используя тот же кальцит (известковый шпат), что присутствует в скважине. Целью было определить, что поможет обеспечить наибольший выход нефти.

Физики Сократес Пантелидес и Дзян Лю из Университета Вандербильта создали детальную квантовомеханическую модель на атомном уровне, которая точно предсказывает результаты воздействия различных комбинаций добавок, вносимых в воду.

Они обнаружили, что кальций, магний и сульфаты осаждаются дальше от поверхности кальцита, повышая его смачиваемость за счёт изменения эффективного заряда на поверхности, и это увеличивает выход нефти. Их прогнозы подтверждены экспериментами, которые выполнили их коллеги в Университете Халифа, Абу-Даби: Саид Алхассан, профессор химии, и директор Центра исследований газа Омар Вани.

"Теперь у учёных есть лабораторный метод, позволяющий принимать обоснованные решения на базе эксперимента, а не испытывая наудачу разные вещества. Эти открытия также заложили основу для работ по оптимизации выбора ионов-кандидатов".

Работа группы, названная "Изменение смачиваемости и улучшение извлекаемости нефти, вызванное непосредственной адсорбцией на кальците ионов Na+, Cl-, Ca2+, Mg2+ и SO4 2-", опубликована в журнале Physical Review Applied. Она основана на предыдущей работе Пантелидеса о смачиваемости. Его соавторы в Абу-Даби считают, что эта работа окажет существенное влияние на нефтедобычу.

"Мы рады осветить возможность сочетания молекулярного моделирования и экспериментов в области повышения извлекаемости нефти, что позволяет делать лучше обоснованные заключения в отношении механизма, управляющего этим процессом, — говорит Алхассан. — Эта работа демонстрирует классический подход в материаловедении и его применение в нефтегазовой индустрии: сочетание моделей и эксперимента для понимания базовых проблем и их решения".