Anfrage fur ein Angebot

Nanotechnisch

Das Case Western University PETRO Konsortium trägt erheblich zur Verbesserung der Öl- und Gasproduktion bei

Rigoberto Advincula

"Unsere Forschungsgruppe untersucht mit dem PETRO Case Consortium an der Case Western University die molekulare, makromolekulare und kolloidale Struktur von Polymeren und Nanomaterialien, die die kontrollierte Fertigung von cleveren Beschichtungen und Dispersionen ermöglicht mit dem Ziel, neue Technologien und Materialien Verbesserung und anstelle von etablierten Öl- und Gastechnologien sowie Materialien zu finden" , erklärt Dr. Dr. Rigoberto Advincula.
"Fortschritte in der Rasterkraftmikroskopie bei Park Systems schaffen erstaunliche Möglichkeiten für die Forschung im Nanobereich."


Die Öl- und Gasindustrie ist reif für Innovation. Die Kosten für die Gewinnung von Öl können und sollten reduziert werden. Die Forschung am Polymers for Energy and Transformative Research in Oil & Gas (PETRO) Case Consortium entwickelt neue Materialien, Chemikalien und Beschichtungen, die die Ausbeute steigern, die Kosten senken und dabei die Umwelt im Auge behalten.

Das Forschungsinteresse an neuen Materialien für Upstream, Midstream und nachgelagerte Prozesse in schwierigem Umfeld einschließlich Richtungsbohrung und Fracking hat in den letzten 10 Jahren stetig zugenommen. Hochtemperatur/Hochdruck- (HT/HP) und Solebedingungen sind eine große Herausforderung für die Emulgierung, Wasserabscheidung und Viskosität von Bohrflüssigkeit. Das "leichte" oder konventionelle Öl konnte mit Technologien, die aus der Zeit der ersten Ölquellen in Pennsylvania stammen, profitabel gefördert werden. Aber unter HT/HP-Bedingungen bei problematischen Bohrungen und Solebedingungen reichen die etablierten Technologien und Werkstoffe nicht mehr aus. Die Ölproduzenten sind deshalb ständig auf der Suche nach neuen Technologien, um den Upstream Bedarf zu erfüllen. Auch Midstream und Downstream besteht Bedarf. Fracking produziert Erdgas, das gelagert und transportiert werden muss. Neue Werkstoffe werden für die kryogene Lagerung benötigt. Im Bereich Transport, Korrosion, Skalierung und Verschmutzungsmechanismen gibt es bedeutende Probleme, die die Effizienz verringern und zu Verlusten führen können. Mit den richtigen Werkstoffen und Protokollen kann dies verhindert werden.

Das sind nur einige der zahlreichen Möglichkeiten, wie die Öl- und Gasproduktion von neuen Forschungs- und Entwicklungsmethoden, die im PETRO Case Consortium entwickelt werden, profitieren kann. Sie können die Produktion bei gleichzeitiger Kostensenkung erhöhen und verminderter Auswirkungen auf die Umwelt.


Verbesserungen im Ölfeld mit Polymeren

Ölfeld-und Untertageoperationen (Upstream) erforderten neue Werkstoffe und Chemie. Herausfordernde Formationen und unterschiedliche Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer einer Quelle erfordern Strömungssicherung und eine gute Stimulation der Quelle. Fracking und Richtungsbohrungen haben viele Ressourcen erschlossen. Dies wurde ermöglicht durch den Einsatz von kontrollierten Methoden und "Smart Proppants". Allerdings ist der Verbrauch von Wasserressourcen enorm. All diese neuen Technologien und Innovationen in der Chemie und Materialforschung zeigen, dass es eine Chance gibt, den Fortschritt in Chemie, Werkstoffen und Nanowissenschaften zu nutzen, um Industrieprozesse zu aktualisieren.

Das PETRO Case Consortium an der Case Western University unter der Leitung von Dr. Advincula arbeitet daran, dass die Branche neue Technologien erkennt und sie bei der Öl- und Gasproduktion anwendet, um die Produktivität durch intelligente Bohrformulierungen zu steigern, für länger haltenden Beton und Beschichtungen sowie andere Methoden, die die Ausbeute bei der Produktion erhöhen.

Durch den Einsatz von neuartigen Polymersystemen und Nanomaterialien wie Graphen gibt es neue Möglichkeiten bei der Öl- und Gasproduktion. Dies wurde bereits für Upstream-, Midstream- und Downstream-Anwendungen erwähnt. Duroplaste, Elastomere und Thermoplaste sind Polymere die zur Verwendung als Beschichtungs- und Konstruktionsmaterialien in Frage kommen. Als Additive sind ihre Löslichkeit und Viskosität von großer Bedeutung. Nanomaterialien beinhalten Metalle, anorganische Oxide, Halbleiter, organische Werkstoffe und Materialien auf der Basis von Kohlenstoff finden zunehmend Verwendung in der Öl- und Gasindustrie wegen ihrer herausragenden Eigenschaften für spezifische Anwendungen. Insbesondere für Graphen gibt es, aufgrund seiner Größe, dem Form-Seitenverhältnis und seiner Leitfähigkeit, interessante Anwendungen. Die Konvergenz der Verwendung von Polymeren und Nanomaterialien in der Industrie erfordern Wirtschaftlichkeitsstudien sein. Hier können selbst kleine Änderungen einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Effizienz haben.

Die PETRO Group arbeitet schwerpunktmäßig auf dem Gebiet der molekularen, makromolekularen und supramolekularen Synthese und Struktur von Polymeren und Nanomaterialien zur kontrollierten Fertigung von ultradünnen Filme und Dispersionen. Diese Forschung trägt direkt zu verbesserter Operation in etablierten Öl- und Gasfeldern bei.

Es beseht großes Interesse an Dendrimeren und kolloidalen Hybridmaterialien. Ultradünne Folien und Beschichtungen werden mit Techniken wie beispielsweise selbstorganisierenden Monoschichten (SAM), Langmuir-Blodgett-Kuhn (LBK), elektrostatischer Schicht- für-Schicht (ELBL) und Oberflächen-initiierte Polymerisation (SIP). Synthese spielt eine Rolle beim Einbau von funktionellen Gruppen für Amphiphilie, Ligandenfunktionalität, elektrochemische Aktivität und bei der Herstellung von pi-Elektronen konjugierten Oligomeren und Polymeren.


Bewertung von Chemikalien bei der Suche nach neuen Formeln und Beschichtungen

Die Bewertung von Chemikalien und das Verändern der Formeln können die Produktionsausbeuten erheblich verbessern. Hier kommen Inhibitoren von Skalierung, Verschmutzung, Korrosion, Asphaltenkontrolle, und Formationsschädigung in Frage. Differenzialdruck in Mehrphasensystemen wird mit neuen Syntheseverfahren, einschließlich Metathesereaktionen, biobasierten Ausgangsmaterialien, neuen Polymertensiden, lebenden Polymeren und Nanopartikeln, angegangen.

Weitere Anwendungen für innovative chemische Technologien beinhalten Tracers für Geomapping und Konnektivität sowie verschiedene Arten von Reagenzien zur Verhinderung von Flüssigkeitsverlust, Formationsschäden und Beibehaltung der Integrität. Responsive Nanopartikel zur Verbesserung der Gelierung sollten hier auch erwähnt werden. Diese modifizieren die Viskosität für eine verbesserte Ölrückgewinnung (EOR). Verschiedene Arten von Tensiden und Polymeren sind zur Verbesserung der Viskosität und der Oberflächenadsorption bei Flutprojekten oder bei Schaum- und Gasinjektionstechnologien erforderlich.

Auf dem Gebiet der Inhibitoren besteht Bedarf an hochwirksamen und niedrigen kontrollierten Perkolationsschwellensystemen. Beim Fracking spielen Stützmittel eine Rolle für eine geringe spezifische Dichte und hohe Druckfestigkeit. Diese Stützmittel sind wichtig, um Risse bis in die Produktionsphase offen zu halten.

Neue Hochleistungswerkstoffe, die HT/HP-Bedingungen und hohen Salz- und korrosiven Solebedingungen standhalten können, werden erforscht. Schnelle Gasdekompression (RGD) ist ein großes Problem für Elastomere unter Hochdruck. Das Problem steht im Mittelpunkt von "metallfreien" Programmen unter Verwendung von Nanokompositmaterialien und neuen Verarbeitungsmethoden wie 3D-Drucken und anderen Herstellungsmethoden für Additive.


Verbesserte Analyse im Nanobereich durch Innovationen in der Rasterelekronenmikroskopie

Im Bereich der analytischen Methoden ist es sehr wichtig, die Grenzen des Industriestandards zu überschreiten. In der ersten Phase der Werkstofftechnologie geht es um das Verständnis und eventuell zur Änderung der Grundlagen. Bei molekularen und makromolekularen Methoden müssen die Möglichkeit für höheren Durchsatz getestet werden sowie Entwicklungsstrategien einschließlich kombinatorischer Methoden erwogen werden. Analytische Methoden im Nanobereich sind hier besonders wichtig. In der Branche sind jedoch oft nur Tests im Makrobereich vorhanden. Damit läuft man Gefahr, gewisse Materialeigenschaften zu verpassen.

Rasterelekronenmikroskopie (RKM) ist ein wichtiger Bestandteil der Forschung, da sie die Erfassung von detaillierten und genauen Daten wie nie zuvor ermöglicht. Die Innovation auf dem Gebiet der oberflächensensitiven Spektroskopie und Mikroskopie wird systematisch eingesetzt, um Materialeigenschaften und biologische Phänomene zu untersuchen. Die laufenden Fortschritte in der RKM helfen bei der Untersuchung von Nanopartikeln, nanostrukturierten Oberflächen und Nanokompositmaterialien für ein komplettes Spektrum an chemischen, werkstofflichen und biotechnischen Anwendungen.

Zur Analyse von Dünnschichtfilmen werden Techniken wie Oberflächen Plasmon Resonanz (SPR), Rasterkraftmikroskopie (RKM), Quarz Kristall Mikrobalance (QCM), Elektrochemie, polarisierte Spektroskopie, Röntgenbeugung und Röntgenreflexion verwendet. Interface Phänomene werden mit oberflächenempfindlichen Messverfahren untersucht zusammen mit der Herstellung von modifizierten ultradünnen Filmen und Oberflächen. Für Dünnfilmanwendungen werden kolloidale Materialien und Dispersionen hergestellt und untersucht.

Die im PETRO Case Consortium entwickelten Technologien können möglicherweise in anderen Forschungsbereichen wie den Biowissenschaften oder der Medizin eingesetzt werden. Dort besteht Interesse an verbesserten Methoden der Zellanalyse. Im Gesundheitswesens stehen neue Methoden zur Herstellung modifizierter Oberflächen für Bioadhäsion, Biosensing, antimikrobielle Eigenschaften und Drug Delivery im Vordergrund. Auch die Öl-und Gasindustrie kann von diesen biologischen Grundlagen lernen.

Die Gruppe von Dr. Advincula ist eine Gruppe von zukunftsorientierten Wissenschaftlern, die neue Werkstoffe und Prozesse erforschen, für Innovation und wissenschaftlichen Durchbruch in einer breiten Palette von industrienahen Projekten. Mitglieder seiner Gruppe sind in verschiedenen Disziplinen ausgebildet. Dazu gehören Flüssigkeiten, Stützmittel, Emulsionen, Beschichtungen, Kunststoffe, Nanokomposite, Verpackung, Korrosion, Pharmazie, Sensoren, biomedizinische Geräte und Elektronik. Sie untersuchen auch das Design, die Synthese und Charakterisierung von Polymeren und nanostrukturierter Materialien mit kontrollierter Fertigung, Tethering und Selbstorganisation in ultradünnen Filmen einschließlich funktioneller Makromoleküle, Koordinationspolymerisation, Polymerisation auf Oberflächen, Elektropolymerisation und Herstellung von Nanopartikeln und Hybridwerkstoffen.

Besuchen Sie http://www.rcapoly.net/ für mehr Information über Dr. Advinculas Forschungsgruppe.