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Nano científico

El consorcio PETRO de Case Western University hace contribuciones significativas para mejorar la producción de petróleo y gas

Rigoberto Advincula

"Nuestro grupo llevado por el descubrimiento junto con el consorcio PETRO Case en Case Western University investiga el área de estructura coloidal, molecular y macromolecular de polímeros y nanomateriales capaces de ensamblaje controlado para formar recubrimientos inteligentes y dispersiones con el objetivo de encontrar nuevas tecnologías y materiales que mejoren y sustituyan tecnologías de gases y materiales," dice el Dr. Dr. Rigoberto Advincula. "Los avances en los métodos de microscopía de fuerza atómica en Park Systems ha permitido sorprendentes oportunidades para esta investigación a escala nanométrica nunca antes vistas".


La industria del petróleo y el gas es madura para la innovación. El costo de extracción del petróleo puede y debe ser reducido y la investigación en polímeros para investigación de energía y transformador en Oil & Gas (PETRO) Case Consortium está descubriendo nuevos materiales, productos químicos y recubrimientos que mejoran el rendimiento y reducen los costos y con un ojo hacia disminuir el impacto sobre nuestro medio ambiente.

Durante los últimos 10 años ha habido un aumento en el interés y la investigación de nuevos materiales útiles para procesos ascendentes, intermedios y posteriores para efectivamente encontrar función en ambientes exigentes incluyendo perforación direccional y fracturamiento hidráulico. Condiciones de alta temperatura, alta presión (HT/HP) y salmuera representan un desafío para la emulsificación, desemulsificación y viscosidad de los fluidos de perforación. Generalmente el petróleo "fácil" o petróleo convencional ha permitido que tecnologías que incluso se remontan al primer pozo de petróleo en Pensilvania se conviertan en muy rentables. Pero con condiciones de alta temperatura (HPHT) y alta presión en pozos más difíciles o con problemas de salmuera, muchas de las tecnologías establecidas y materiales no son suficientes. Los productores de petróleo (mayores, servicios petroleros, operadoras, etc.) están constantemente buscando e invirtiendo en nuevas tecnologías que puedan utilizarse para satisfacer esa demanda contra la corriente, pero las necesidades también son intermedias y posteriores. El gas natural de fracturamiento hidráulico debe ser almacenado y transportado y requiere nuevos materiales para almacenamiento criogénico. En el área de transporte, corrosión, decapado y otros mecanismos de ensuciamiento son importantes problemas que pueden reducir la eficiencia y causar pérdidas que pueden ser prevenidas con los materiales y protocolos adecuados.

Estas son sólo algunas de las muchas maneras en que la fabricación de petróleo y gas pueden beneficiarse de nuevas investigaciones y métodos siendo desarrollados en PETRO Case Consortium que aumentan la producción, reducen costos y tienen un objetivo hacia limitar el impacto sobre el medio ambiente.


Mejoras de operación de campos petroleros con polímeros

Las operaciones de campos petroleros y pozo requieren muchos materiales y sustancias químicas. Es necesario desafiar formaciones y diferentes propiedades y evolución en la vida de un pozo en el que se necesita aseguramiento del flujo y estímulo. La fracturación hidráulica y perforación direccional han abierto muchos recursos. Esto ha sido posible por el uso de métodos de realización controlada y el uso de "sostén inteligente". Sin embargo, el uso de los recursos hídricos es enorme. Toda esta nueva tecnología y nuevas innovaciones en química y material de investigación indica que hay una oportunidad definida para utilizar los avances en química, materiales y nanociencias para hacer actualizaciones de proceso industrial necesarias. PETRO Case Consortium en la Case Western University, dirigida por el Dr. Advincula, está trabajando duro para asegurar que la industria pueda ponerse al día con la nueva tecnología y aplicarla a la producción de petróleo y gas para mejorar la productividad inteligente de formulaciones de perforación, creando concreto de mayor duración, recubrimientos y aplicar otros métodos para aumentar el rendimiento en la producción.

Existen numerosas oportunidades con el uso de nuevos sistemas de polímeros y nanomateriales como el grafeno en la producción de petróleo y gas. Esto se ha enumerado para la fase anterior, intermedia y aplicaciones posteriores. La clasificación de materiales poliméricos en termoestables, elastómeros y termoplásticos puede clasificar fácilmente su uso como material de revestimiento y de ingeniería. Sin embargo como aditivos, su solubilidad y viscosidad es de gran importancia. Los nanomateriales incluyen metales, semiconductores, óxidos inorgánicos, orgánicos y materiales de base de carbono que encontrarán un uso cada vez mayor en la industria de petróleo y gas según sus características sobresalientes sean reportadas en aplicaciones específicas. El grafeno en particular tiene algunas interesantes aplicaciones basadas en su tamaño, forma - relación de aspecto y conductividad. En el futuro, esta convergencia del uso de polímeros y nanomateriales en la industria será una cuestión de estudios cociente rentables, donde incluso una pequeña cantidad de este último puede hacer una diferencia en el alto rendimiento y eficiencia de la operación.

Entre las muchas áreas de investigación para el PETRO Group, el área de la síntesis molecular, supramolecular y macromolecular y la estructura de polímeros y nanomateriales capaces de ensamblaje controlado para formar películas ultradelgadas y dispersiones es uno de los más importantes. Esta investigación puede mejorar directamente las formaciones de campos de petróleo y gas.

Hay mucho interés en materiales coloidales dendrimericos e híbridos. Películas ultrafinas y capas que se forman utilizando técnicas como monocapas auto montadas (SAM), Langmuir-Blodgett-Kuhn (LBK), electrostática capa por capa (ELBL) y polimerización iniciada por superficie (SIP). La Síntesis participa dondequiera que se aplica para la incorporación de grupos funcionales para proporcionar amfifilicidad, funcionalidad ligando, actividad electroquímica y en la preparación de oligómeros y polímeros pi-electrones conjugados.


Evaluación de productos químicos en busca de nuevas fórmulas y recubrimientos

La evaluación de productos químicos y el cambio o alteración de las fórmulas puede mejorar considerablemente el rendimiento de producción. Los diferentes productos químicos utilizados en el campo incluyen los inhibidores para decapado, suciedad, corrosión, control de asfaltenos, daño de formación, presiones diferenciales en entornos multifase que serán recibidos por nuevos métodos de síntesis, incluyendo reacciones de metátesis, materias primas de base biológica, nuevos surfactantes poliméricos, polímeros vivientes y nanopartículas.

Otros usos de las nuevas tecnologías químicas incluyen trazadores y reporteros para geomapeo y conectividad con el pozo, así como diferentes tipos de agentes de la pérdida de líquidos que previenen la formación de daño o mantienen bien la integridad del pozo y nanopartículas inteligentes y sensibles a estímulos que pueden utilizarse para mejorar la gelificación. Estos también modifican la viscosidad, para la recuperación mejorada de petróleo (EOR) ya que los diferentes tipos de surfactantes y polímeros son necesarios para mejorar la viscosidad y la adsorción superficial para proyectos de inundaciones o en tecnologías de inyección de gas y espuma. En el área de nuevos inhibidores, hay una necesidad de filtración muy eficaz y bajo sistemas de umbral que pueden tener propiedades controladas. Los agentes de sostén inteligentes utilizados para fracturamiento hidráulico incluyen baja gravedad específica y fuerza de aplastamiento alta. Estos agentes de sostén son importantes en el mantenimiento de las fracturas abiertas - pozo en su fase de producción.

Nuevos materiales de alto rendimiento que pueden resistir condiciones HPHT y sal salmuera y corrosivos también muy altos se están investigando. Por otro lado la descompresión rápida del gas (RGD) es un problema principal para elastómeros utilizados en entornos de alta presurización. Esto está siendo alcanzado por programas enfocados "no metálicos" utilizando materiales nanocompuestos y el uso de nuevos métodos de procesamiento, incluyendo impresión 3-D y otros métodos de fabricación de aditivos.


El Análisis a nanoescala ha mejorado a través de innovaciones en AFM

En el área de métodos analíticos, es muy importante ir más allá de los estándares de la industria puesto que la primera fase de cualquier nueva tecnología de materiales va para entender y tal vez modificar los fundamentos. Para los métodos moleculares y macromoleculares, es necesario contar con estrategias de desarrollo y pruebas de rendimiento mayores incluyendo métodos combinatorios. Para los métodos analíticos es importante caracterizar las cosas a escala nanométrica donde los eventos generalmente se omiten en esta escala ya que la mayoría de las herramientas comunes que se utilizan en la industria son principalmente a macroescala. La microscopía de fuerza atómica es una parte importante de la investigación, ya que ofrece los datos más avanzados y precisos, nunca antes disponibles en este tipo de investigación. La explosión de innovaciones proporcionadas a través de la superficie sensible a espectroscopia y microscopia se utiliza sistemáticamente para probar propiedades de materiales y fenómenos biológicos. Los continuos avances en AFM para la investigación de superficies nanoestructuradas y nanopartículas y materiales nanocompuestos para un espectro entero de productos químicos, materiales y bioaplicaciones.

Técnicas como la espectroscopia de resonancia de plasmones de superficie (SPR), microscopía de fuerza atómica (AFM), microbalance de cristal de cuarzo (QCM), electroquímica, espectroscopía de polarización, difracción de rayos x, reflexión de rayos x se utilizan para el análisis de dichas películas. Los temas de fenómenos interfaciales son estudiados mediante técnicas de medición sensibles de superficie juntadas con la preparación de superficies y láminas delgadas ultra modificadas. Las dispersiones y materiales coloidales son preparados y eventualmente investigados para aplicaciones de películas delgadas.

Las tecnologías desarrolladas en el consorcio PETRO Case – pueden aplicarse muy bien en muchas otras industrias incluyendo investigación biocientífica y médica, una zona donde el gran interés ahora se centra en nuevas formas de mejorar el análisis de la célula y cuidado de la salud mediante el uso de nuevos métodos en la preparación de superficies modificadas para bio-adherencia, propiedades antimicrobianas, bio-detección y entrega de drogas. Otro es donde la industria del petróleo y gas también pueden aprender de la naturaleza. El grupo del Dr. Advincula es un líder de opinión de científicos futuristas que siguen investigando nuevos materiales y procesos aplicables a la innovación y los avances científicos a través de una amplia gama de proyectos relacionados con la industria. Los miembros de su grupo están capacitados en varias disciplinas. Esto incluye fluidos, sostén, emulsiones, revestimientos, plásticos, nanocompuestos, empaquetado, corrosión, farmacéuticos, sensores, dispositivos biomédicos y electrónicos. También investigan el diseño, síntesis y caracterización de polímeros y materiales nanoestructurados capaces de ensamblaje controlado, anclaje y auto organización en películas ultradelgadas incluyendo macromoléculas funcionales, coordinación de polimerización, polimerización sobre las superficies, electropolimerización y preparación de materiales híbridos y nanopartículas.

Para seguir todas las novedades que descubren a través del grupo del Dr. Advincula, vaya a http://www.rcapoly.net/