A teoria inovadora do surfactante do grupo da Rice University remove as limitações de um modelo de 100 anos para o comportamento interfacial na recuperação aprimorada de óleo.

O laboratório do engenheiro químico da Rice, Walter Chapman, personalizou um modelo bem usado para analisar fluidos contendo surfactantes que são bombeados para poços para extrair o máximo de petróleo possível das rochas no subsolo.

Para realizar a tarefa de modelagem, foi necessária uma mudança no pensamento do laboratório, que usa modelos matemáticos sofisticados para analisar como os fluidos interagem entre si e as estruturas que os contêm. Os pesquisadores empregaram um método de modelagem termodinâmica padrão conhecido como teoria do gradiente de densidade (DGT), que tem sido usado para prever as propriedades interfaciais de sistemas puros e mistos. Eles modificaram o modelo DGT para caracterizar melhor as moléculas de surfactante que, na realidade, são muito mais complexas do que os modelos anteriores permitiam.

Isso poderia ajudar os produtores a extrair ainda mais petróleo dos poços que, de outra forma, seriam considerados esgotados.

O trabalho liderado por Xiaoqun Mu, estudante de graduação Chapman e Rice, foi publicado na revista American Chemical Society Pesquisa Química Industrial e de Engenharia .

As moléculas dos surfactantes têm partes hidrofílicas (que atraem água) e hidrofóbicas (evitam a água). Sabão é um tipo de surfactante projetado para separar contaminantes da pele ou tecido e permitir que sejam transportados pela água. Os surfactantes funcionam da mesma maneira em poços, onde eles reduzem a tensão superficial entre as rochas, água e óleo, liberando o óleo para ser bombeado para a superfície.

Os produtores de petróleo gostam de saber como um surfactante reagirá ao atingir uma formação rica. Como as medições experimentais são caras e demoradas, muitos modelos foram desenvolvidos para prever os efeitos do surfactante. Até agora, as fórmulas DGT usadas para prever essas reações trataram as moléculas de surfactante como um único ponto, em vez das cadeias complexas que realmente são.

"Essa é uma limitação dos modelos, "Chapman disse." O modelo DGT nunca foi capaz de descrever como as propriedades do fluido são afetadas pela forma da molécula. "

Mu se inspirou em colegas de Rice que construíram modelos computacionais com a teoria do funcional da densidade, que é usado para analisar as estruturas dos sistemas atômicos e moleculares.

"Uso DGT desde o primeiro ano do meu Ph.D., portanto, tive uma compreensão bastante abrangente dos prós e contras do modelo. Sua natureza nos impediu de aplicá-lo a moléculas com estruturas de cadeia anfifílicas (surfactantes), "disse ele." Mas o modelo é simples em comparação com os outros, e vimos o potencial de estendê-lo para lidar com surfactantes.

"Inspirado pelo trabalho do nosso grupo sobre a teoria do funcional da densidade, criamos a ideia de que a molécula de surfactante pode ser modelada em DGT conectando um grupo de cabeça hidrofílica a um grupo de cauda hidrofóbica, "Disse Mu." Com a ajuda de vários colegas, desenvolvemos uma maneira simples de adicionar este termo de formação de cadeia à teoria do gradiente de densidade. "

Levar em conta a sofisticação do surfactante não é suficiente; o modelo também deve incluir a temperatura, pressão, composição e outras condições do poço. Quando combinados, ele incorpora mais da física em jogo entre todas as moléculas e dá aos engenheiros uma ideia melhor da mistura apropriada a injetar.

Como os surfactantes fazem parte de muitos produtos industriais, tais como detergentes e agentes de dispersão, Chapman disse que a técnica de modelagem pode ter ampla aplicação. "Queremos que nossa teoria do gradiente de densidade seja simples o suficiente para que as pessoas possam fazer uso dela, "disse ele." DGT é suposto ser um cálculo mais rápido para fazer. "

Para esse fim, Mu disse que nada foi retido na publicação. "Anexamos um apêndice muito detalhado, "disse ele." Estamos explicando 100 por cento de como derivamos e aplicamos este modelo para que as pessoas possam implementá-lo ou melhorá-lo ainda mais. "