La teoría innovadora de surfactantes de un grupo de la Universidad de Rice elimina las limitaciones de un modelo de 100 años para el comportamiento interfacial en la recuperación mejorada de petróleo.

El laboratorio del ingeniero químico de Rice, Walter Chapman, personalizó un modelo muy usado para analizar los fluidos que contienen surfactantes que se bombean a los pozos para extraer la mayor cantidad de petróleo posible de las rocas a gran profundidad.

Para lograr la tarea de modelado se requirió un cambio en el pensamiento del laboratorio que utiliza modelos matemáticos sofisticados para analizar cómo los fluidos interactúan entre sí y las estructuras que los contienen. Los investigadores emplearon un método de modelado termodinámico estándar conocido como teoría del gradiente de densidad (DGT), que se ha utilizado para predecir las propiedades interfaciales de sistemas puros y mixtos. Modificaron el modelo DGT para caracterizar mejor las moléculas de surfactante que en realidad son mucho más complejas de lo que permitían los modelos anteriores.

Eso podría ayudar a los productores a extraer aún más petróleo de los pozos que de otro modo se considerarían agotados.

El trabajo dirigido por el estudiante graduado de Chapman y Rice, Xiaoqun Mu, aparece en la revista American Chemical Society. Investigación en química industrial y de ingeniería .

Las moléculas de los tensioactivos tienen partes hidrófilas (que atraen el agua) e hidrófobas (que evitan el agua). El jabón es un tipo de tensioactivo diseñado para separar los contaminantes de la piel o la tela y permitir que el agua los lleve. Los tensioactivos funcionan de la misma manera en los pozos, donde reducen la tensión superficial entre las rocas, agua y aceite, liberando el aceite para ser bombeado a la superficie.

A los productores de petróleo les gusta saber cómo reaccionará un tensioactivo una vez que alcance una formación rica. Debido a que las mediciones experimentales son costosas y requieren mucho tiempo, Se han desarrollado muchos modelos para predecir los efectos de los tensioactivos. Hasta ahora, las fórmulas de DGT utilizadas para predecir esas reacciones han tratado las moléculas de surfactante como un solo punto en lugar de las cadenas complejas que realmente son.

"Esa es una limitación en los modelos, Chapman dijo:"El modelo DGT nunca ha tenido la capacidad de describir cómo las propiedades de los fluidos se ven afectadas por la forma de la molécula".

Mu se inspiró en los colegas de Rice que construyen modelos computacionales con teoría funcional de densidad, que se utiliza para analizar las estructuras de sistemas atómicos y moleculares.

"Utilizo DGT desde el primer año de mi doctorado, así que tenía una comprensión bastante completa de los pros y los contras del modelo. Su naturaleza nos impidió aplicarlo a moléculas con estructuras de cadena anfifílica (surfactante), ", dijo." Pero el modelo es simple en comparación con otros, y vimos el potencial de extenderlo para manejar surfactantes.

"Inspirado por el trabajo de nuestro grupo sobre la teoría funcional de la densidad, Creamos la idea de que la molécula de tensioactivo se puede modelar en DGT conectando un grupo de cabeza hidrófilo a un grupo de cola hidrófobo, "Dijo Mu." Con la ayuda de varios colegas, desarrollamos una forma sencilla de añadir este término de formación de cadenas a la teoría del gradiente de densidad ".

No basta con tener en cuenta la sofisticación del tensioactivo; el modelo también tiene que incluir la temperatura, presión, composición y otras condiciones en el pozo. Cuando se combina, incorpora más de la física en juego entre todas las moléculas y da a los ingenieros una mejor idea de la mezcla apropiada para inyectar.

Dado que los tensioactivos forman parte de tantos productos industriales, como detergentes y agentes de dispersión, Chapman dijo que la técnica de modelado podría tener una amplia aplicación. "Queremos que nuestra teoría del gradiente de densidad sea lo suficientemente simple como para que la gente pueda hacer uso de ella, ", dijo." Se supone que la DGT es un cálculo más rápido de hacer ".

Con ese fin, Mu dijo que no se ocultó nada de la publicación. "Hemos adjuntado un apéndice muy detallado, ", dijo." Estamos explicando el 100 por ciento de cómo derivamos y aplicamos este modelo para que la gente pueda implementarlo o mejorarlo aún más ".