Hydrogensulfid nanoreportere indsamle oplysninger om olie før pumpning

(Phys.org) – Forskere ved Rice University har skabt en detektor på nanoskala, der kontrollerer og rapporterer om tilstedeværelsen af ​​svovlbrinte i råolie og naturgas, mens de stadig er i jorden.

Nanoreporteren er baseret på kulstofmateriale på nanometerstørrelse udviklet af et konsortium af Rice-laboratorier ledet af kemiker James Tour og er genstand for et nyt papir offentliggjort i denne måned i tidsskriftet American Chemical Society ACS anvendte materialer og grænseflader .

Begrænset eksponering for svovlbrinte forårsager ondt i halsen, åndenød og svimmelhed, ifølge forskerne. Den menneskelige næse bliver hurtigt desensibiliseret over for svovlbrinte, fører til manglende evne til at opdage højere koncentrationer. Det kan være fatalt, de sagde.

På bagsiden, svovlbrinte er også et biologisk vigtigt signalmolekyle i processer, der omfatter smerte og betændelse. Tour sagde, at kemikere har syntetiseret fluorescerende sonder for at opdage det i kroppen. Rice-teamet udnyttede dette arbejde ved at bruge sonderne til at skabe borehulsdetektorer til oliefelter.

Råolie og naturgas indeholder i sagens natur svovlbrinte, som afgiver en lugt af "råddent æg". Selv et 1 procent spor af svovl forvandler olie til det, der er kendt som "sur råolie, "som er giftig og tærer rørledninger og transportfartøjer, sagde Tour. De ekstra trin, der kræves for at gøre det sure til "sød" råolie, er dyre.

"Så det er vigtigt at kende indholdet af det, du pumper ud af jorden, og jo før jo bedre, " sagde Tour.

Ledet af risprofessorer Tour, Michael Wong og Mason Tomson og forsker Amy Kan, universitetet har været banebrydende i indsatsen for at indsamle information fra oliefelter gennem brug af nanoreportere. Nanoreporterne var designet til at opdage og rapportere om tilstedeværelsen og mængden af ​​olie i en brønd, som ellers kunne være svær at vurdere.

Nu er det samme hold, sluttet sig til kemikeren Angel Martí, anvender termisk stabil, opløselig, meget mobil, carbon black-baserede nanoreportere modificeret til at lede efter hydrogensulfid og rapportere resultater umiddelbart efter deres tilbagevenden til overfladen.

Når de udsættes for svovlbrinte, nanopartiklernes fluorescerende egenskaber ændres straks. Når den pumpes ud af en produktionsbrønd, partiklerne kan analyseres med et spektrometer for at bestemme niveauet af forurening.

"Dette papir er et stort skridt, fordi vi får vores nanoreportere til at opdage noget, der ikke er olie, " sagde Wong, antyder muligheden for, at nanopartikler en dag kan være i stand til at fange svovlforbindelser, før de kan pumpes til overfladen. "Selvom det ikke er omkostningseffektivt, bare at have information om svovlindholdet kan være nok til at fortælle en virksomhed, "Lad os lukke det godt og gå videre til et renere sted."

Modificering af partiklerne med almindelig polyvinylalkohol (PVA) var nøglen til at gøre nanoreporterne stabile i temperaturer så høje som 100 grader Celsius (212 grader Fahrenheit). Afprøvning i senge af sandsten eller med faktisk kuwaitisk dolomit, at efterligne oliefeltsmiljøer, hjalp holdet med at perfektionere størrelsen og formlen for nanoreportere, der med størst sandsynlighed vil overleve en tur gennem dybet og vende tilbage med data.

"Vi fandt jo længere PVA-polymerkæderne, jo mere stabile nanopartiklerne var i de høje temperaturer, de udsættes for, " sagde Rice kandidatstuderende Chih-Chau Hwang, co-lead forfatter af papiret med medstuderende Gedeng Ruan.

"Detektionsmetoden er så følsom, at store mængder af nanoreportere ikke behøver at blive pumpet ned i hullet, " sagde Tour. "Dette er enormt vigtigt for arbejdere i feltet at kende til aspekter af sikkerhed, levetid af udstyr og værdien af ​​den udbudte olie."