Intelligente miljøinformanter (INTER)

Hovedmålet i INTER prosjektet er å utvikle grønne intelligente miljøinformanter som kan måle direkte hvor mye restolje som finnes, og som ikke minst er miljøvennlige.

For å forstå hvordan miljøinformantene kan brukes til å beregne hvor mye olje som finnes i feltet, og ikke minst hvor, vil vi utføre både beregninger i datamaskin og eksperimenter på laboratoriet. Vi vil også utvikle nye analyseteknikker som kan avlese hukommelsen til partiklene, noe de må ha for å kunne huske hvor mye olje de har vært i kontakt med på sin vei gjennom oljefeltet.

Etter en viss tid vil alle oljefelt få en fallende produksjon. For å bremse denne utviklingen kan man pumpe vann ned i noen brønner og skyve oljen mot andre brønner hvor den kan hentes opp. Selv etter dette vil det normalt være en god del restolje (residual oil) igjen i feltet. For å måle gjenværende olje i et reservoar benyttes forskjellige teknikker.

En metode som benyttes heter «Single Well Chemical Tracer Test» SWCTT. En annen test er «Partitioning Interwell Tracer Test» PITT. Begge går ut på å måle forskjell i hastigheten to sporingstoffer beveger seg, man tilsetter injeksjonsvannet sporingsstoffer. Navnet kommer av at de partisjoneres (fordeles) mellom den tilnærmet immobile oljen og vannet. Ved å måle hvor fort sporingsstoffene beveger seg i forhold til det injiserte vannet, kan mengden av restolje indirekte bestemmes. Dette er viktig å vite for å kunne planlegge fortsatt oljeproduksjon.

Dagens teknologi byr imidlertid på en rekke Helse-, miljø- og sikkerhetsutfordringer (HMS). Avhengig av forholdene brukes enten svært brennbare væsker som må oppbevares på oljeplattformene eller kjemikaler som er klassifisert som miljømessig røde.

Hovedmålet i INTER prosjektet er å utvikle grønne intelligente miljøinformanter som kan måle direkte hvor mye restolje som finnes og som ikke minst er miljøvennlige. For å forstå hvordan miljøinformantene kan brukes til å beregne hvor mye olje som finnes i feltet, og ikke minst hvor, vil vi utføre både beregninger i datamaskin og eksperimenter på laboratoriet. Vi vil også utvikle nye analyseteknikker som kan avlese hukommelsen til partiklene, noe de må ha for å kunne huske hvor mye olje de har vært i kontakt med på sin vei gjennom oljefeltet.

Så langt i prosjektet har det blitt syntetisering av karbon-silika hybrid nanopartikler og silika partikler dopet med europium. Disse har fått modifisert overflaten med en polymer. Foreløpige resultater ble presentert på konferansen «Nanohybrides 16 Porquerolle June 2019» Videre har vi innledet stabilitetstester av partiklene i syntetisk reservoarvann. Det har også blitt syntetisert partikler av silika-molybdat samt silika wolframat. Disse har begge blitt dopet med europium. Molybdat og wolframate vil gi økt fluorosenes av europium og dermed bedre sensitivitet.

Numeriske modeller av nanopartikkel aggregering er utviklet. Disse vil bli viktige for en kvantitativ tolkning av strømningsforsøkene.

Forsøk med minikjerne-oppsett for måling av traceroppførsel har blitt gjort. Tester har blitt utført med passive tracere som natriumjodid og kjente silika nanopartikler. Videre har XDLVO modellering med Comsol Multiphysics blitt gjennomført med tanke på hvordan nanopartikler med forskjellige egenskaper oppfører seg under varierende betingelser – bergart, formasjonsvann, temperatur osv. Simuleringene tar hensyn til van der Waals krefter, EDL og Born repulsjon samt væskens hastighetsfelt og Brownske bevegelser.

ILM i Lyon har utført noen tester av de første nanopartikler fra NTNU og flere aspekter har blitt oppdaget. Eksitasjons og emisjons spekter og levetid ble målt for pulver i løsning og i fast fase. Korrelasjonskurver oppsamlet ved dynamisk lysspredning avslører aggregering av prøver med størrelse på 2 mikrometer som avtar gradvis etter 12 timer for å nå en gjennomsnittsverdi på 500 nm. Etter re-dispersjon ved ultralyd behandling forblir partiklene på disse nivåene uavhengig av det anvendte løsningsmiddel (en kontroll med isopropanol mellomliggende polaritet ble utført). De fluorescerende spektrene avslører et intenst signal i den UV-synlige området mellom 400-500 nm med noen smale topper som er vanlige med pulver og løsning og ikke fosforescenssignal i ms-området. Livstidsverdien er estimert rundt 7 mikrosekunder under eksitering ved 340 nm og emisjon på 440 nm.

NILU:

NILU har undersøkt eventuell toksisitet av partikler. En batch av silikapartikler i nanostørrelse laget i INTER-prosjektet er testet for sin evne til å skade DNA og om de er kreftfremkallende. Effekten ble testet på en human lungecellelinje, og to forskjellige cellelinjer fra regnbueørret, henholdsvis gjelle og lever.

Nanopartiklene hadde ingen signifikante skadeeffekter på DNA, noe som indikerer at partiklene har en lav gentoksisitet. Ikke-gentoksiske stoffer kan imidlertid være kreftfremkallende. Dette kan testes med den såkalte celletransformasjonsmetoden. Med denne metoden vil kreftfremkallende stoffer indusere en morfologisk forandring i en type spesialiserte celler hentet fra mus. Ut fra to uavhengige forsøk tyder det på at nanopartiklene kan indusere celletransformasjon noe som kan indikere at de har et potensial til å virke kreftfremkallende. Konsentrasjonen for å oppnå denne effekten var relativt høy (> 10 µg/cm2). Videre testing må gjøres for å bekrefte denne observasjonen, men det bekrefter viktigheten av å teste industrielt framstilte nanopartikler for å kunne gjøre en risikovurdering av bruken.