Undersøgelse af kemiske variationer i carbonatmineral for at forbedre olieudvindingen

Dr. Igor Ivanishin, en postdoc-forsker i Harold Vance Department of Petroleum Engineering ved Texas A&M University, har førstehåndserfaring med frustrationerne ved olieproduktion. Han tilbragte ni år som hydraulisk frakturingeniør hos drifts- og servicevirksomheder i Rusland. Et par år siden, han kom til Texas A&M for at få sin doktorgrad, mens han dykkede ned i et tilbagevendende genvindingsproblem i karbonatreservoirer:Hvorfor producerer de ikke olie som forudsagt?

Ivanishin undersøger variationer i den kemiske sammensætning af dolomit- og calcitmineraler for at bevise, hvorfor en ensartet tilgang til brøndstimulering i karbonatreservoirer ikke altid virker. Fordi disse formationer forekommer over hele verden, hans forskning har tiltrukket sig opmærksomhed fra flere store olie- og gasselskaber, der ønsker at samarbejde med ham og forbedre brøndstimuleringsoperationer.

Det kemiske krystallinske gitter af ideel dolomit har regelmæssigt vekslende lag af calcium og magnesium. Når dolomitter naturligt dannes i sedimentær bjergart, ekstra calciumioner kan erstatte magnesiumioner. Denne modifikation udvider krystalgitteret og gør det mindre stabilt. En lignende situation sker i calcit, et mineral, der ikke indeholder magnesium eller andre ioner i ren form, men kan i reservoirer.

Sådanne variationer er typiske i sedimentære bjergarter, men er endnu ikke taget i betragtning i brøndstimuleringssoftwaremodeller. Nuværende modelleringsmetoder antager, at både dolomit og calcit har en ideel kemisk sammensætning, der ikke varierer rumligt i carbonatreservoiret. Dermed, reservoirsten menes at reagere med samme hastighed overalt, når syrer injiceres for at opløse stenen og danne kanaler eller ormehuller for olie og andre kulbrinter at rejse igennem.

"Jeg fandt publikationer, der rapporterede tilstedeværelsen af ​​urenheder i karbonater, men forfatterne tænkte ikke på variation i den kemiske struktur af disse mineraler, " sagde Ivanishin. "Dette er små ting på angstrom-niveau, så det er svært at forestille sig, at en så lille variation i kemisk sammensætning kan påvirke mineralets stabilitet, men det gør det."

Som doktorand, Ivanishin rådførte sig med geologer, mineraloger og kemiske geologer om emnet. Han modtog og indsamlede personligt dolomitprøver fra hele verden. Den indledende kemiske sammensætningsanalyse af de forskellige prøver hjalp ham med at udvælge dolomitter med varierende overskydende calciumindhold. Reaktionen af ​​disse prøver med saltsyre afslørede, at have ekstra calcium, en calciumoptagelse, øgede hastigheden af ​​opløst dolomit op til fem gange større end normalt. Han konkluderede, at fordi den kemiske sammensætning af dolomit varierer rumligt, injicerede syrer ville ujævnt opløse klippen i målzonen og ikke rejse længere ind i reservoiret, efterlader nogle områder uberørte.

For sin postdoktorale forskning, Ivanishin arbejder med en stor samling af kalcit fra Japan. Han ønsker at afgøre, om magnesiumioner i calcit også ændrer opløsningshastigheden af ​​dette mineral i syrer. Hvis calcit opfører sig på samme måde som dolomit, dette bør påvirke udformningen af ​​stimuleringsbehandlinger og andre operationer i karbonatformationer, såsom CO ₂ indsprøjtning.

Ivanishin arbejder i øjeblikket på at skabe computersimuleringer af disse molekylære varianser og tilhørende opløsningsreaktioner, så de nemt kan deles og studeres. Hans mål er at give information til virksomheder og rådføre sig med dem om anvendelser af denne opdagelse på området.

Selvom efterforskningen kræver hårdt arbejde og mange timer, Ivanishin er glad for, at problemet førte ham til College Station, Texas. For år siden, han talte med gæstende internationale talere på sit tidligere job om problemet med carbonatgenvinding, herunder professorer fra Texas A&M. Han besluttede at udforske universitetet personligt som gæstestuderende, kom så tilbage, da han opdagede, at det var det rigtige sted at være.

"Jeg besluttede, at det næste skridt i min karriere skulle være en Ph.D. fra et af de bedste universiteter i verden, " sagde Ivanishin. "Erfaringen opnået her, tale med folk fra forskellige virksomheder, samarbejde med andre ingeniører, udveksle ideer med eksperter fra forskellige områder og indsamle information, er som et kontaktpunkt med hele petroleumsingeniørverdenen."