Hogere opbrengst olievelden mogelijk door Gronings polymeer

Oliebedrijven kunnen doorgaans niet veel meer dan vijftig procent van de aanwezige olie uit een olieveld halen. Promovendus Diego Wever heeft een middel ontwikkeld dat dit percentage vermoedelijk kan verhogen. Hij promoveert 22 november 2013 op dit onderzoek dat hij uitvoerde bij de afdeling Producttechnologie van de Rijksuniversiteit Groningen, met steun van het Dutch Polymer Institute.

Ongeveer 20 procent van de olie in een olieveld komt spontaan naar boven. Nog eens 30 procent is te winnen door de druk te verhogen met gas- of waterinjecties. Daarna volgt de 'tertiaire winning' waarbij water met een verdikkingsmiddel in het veld wordt gespoten. Dat verdikkingsmiddel is doorgaans polyacrylamide.

'Dit polyacrylamide is goedkoop en redelijk onschadelijk. Het zit ook veel in cosmetica,' vertelt Diego Wever. 'Maar het kent ook nadelen. Het bestaat uit lange 'spaghettislierten' die bij hoge druk en wrijving eenvoudig breken. En ze zijn niet goed bestand tegen de hoge temperatuur en de hoge zoutconcentratie in olievelden.'

Beter verdikkingsmiddel

Wever ging daarom op zoek naar een beter verdikkingsmiddel. Daarbij ging hij uit van het monomeer acrylamide, de bouwsteen waaruit polyacrylamide bestaat. 'We zochten eerst uit welke vorm van polyacrylamide de beste eigenschappen zou hebben door verschillende, reeds bestaande, polymeren in zuivere vorm te smelten.' Uit deze test bleek dat gesmolten polymeren die niet bestonden uit 'spaghettislierten' maar meer leken op een 'borstelige haarbal' de hoogste viscositeit (stroperigheid) opleverden.

Vervolgens ging Wever dit soort 'borstels' maken. 'Acrylamide is erg reactief, wanneer je het laat polymeriseren kun je de groei van de ketens lastig controleren. Wij hebben een techniek om de polymerisatie in de hand te houden, die voor andere polymeren is beschreven, aangepast voor acrylamide.' Bij deze 'levende polymerisatie' groeien de ketens totdat de acrylamide op is. Toevoegen van een nieuw acrylamide, of een andere monomeer, laat de ketens verder groeien.

Tweede innovatie

Een tweede innovatie die Wever doorvoerde was dat hij uitging van een centraal molecuul, waar de acrylamide-ketens op groeiden als haren op een borstel. Dit centrale molecuul is polyketon, een verbinding die ooit bij Shell is ontwikkeld. Hoogleraar Producttechnologie Ton Broekhuis van de Rijksuniversiteit Groningen bracht de technologie mee toen hij van Shell overkwam.

Wever slaagde erin de juiste condities te vinden om de aantallen polyacrylamide 'haren' op de borstel en de lengte ervan te controleren. Zo kon hij een aantal verschillende polymeren maken waarvan hij de eigenschappen onderzocht.

Uiteindelijk vond Wever borstel-polymeren die voor een goede verdikking zorgden, bij lagere concentraties dan de spaghettisliert-polyacrylamide. 'Dat scheelt in de kosten, omdat er tonnen van dit middel per dag in een olieveld kunnen verdwijnen.' Daarnaast bleken zijn polymeren ook beter bestand tegen de zouten die er in oliebronnen kunnen voorkomen.

Echt 'smart' middel

Door in de polymeerketens ook andere bouwstenen dan acrylamide op te nemen kreeg het product nog betere eigenschappen. 'Wanneer we acrylamide met isopropylacrylamide combineren, is de stroperigheid temperatuursafhankelijk.' Bij kamertemperatuur is water met dit polymeer vloeibaar, maar bij de hogere temperaturen die in de olievelden heersen, verandert de eigenschap van het polymeer en wordt het water-polymeer mengsel sterk visceus. Daardoor is het middel bij lage temperatuur eenvoudig te injecteren en is het in het olieveld toch goed werkzaam. Wever: 'Een echt 'smart' middel dus'.

Wever probeerde zijn polymeren uit in modelsystemen, waarbij hij de viscositeit van het water en het vermogen om olie uit een stuk zandsteen uit te duwen testte. De uitkomsten zijn veelbelovend: de nieuwe polymeren lijken een hogere opbrengst te geven dan het de standaard polyacrylamide 'spaghetti'.

Wever werkt inmiddels in het onderzoekslab van Shell. Zijn opvolger bij Producttechnologie is bezig het onderzoek te vertalen naar commerciële toepassing. 'Dat past goed in de ingenieursopleiding die we hier hebben', zegt Ton Broekhuis, de promotor van Wever. 'Wij werken vanuit een concrete vraag en zoeken daar de juiste chemische oplossingen bij.' Dat is kenmerkend voor de Groningse opleiding Producttechnologie. 'Elders is die opleiding nogal gericht op de techniek, onze ingenieurs zijn daarnaast ook sterk geschoold in de chemie.'

Onderzoeksspeerpunt Energie

Het onderzoek past ook binnen het onderzoeksspeerpunt Energie van de Rijksuniversiteit Groningen. 'Op dit moment gebruikt de wereld zo'n 85 miljoen vaten olie per dag. Voorlopig is die hoeveelheid niet te vervangen door duurzamer alternatieven.' Een beter gebruik van de beschikbare reserves is dan van belang.

Het onderzoek van Wever is uitgevoerd binnen een onderzoeksprogramma van het Dutch Polymer Institute, waarin Nederlandse onderzoekers actief op het terrein van polymeren samenwerken. 'Naast de universiteiten hebben verschillende oliebedrijven en polymeerfabrikanten belangstelling voor dit programma,' vertelt Broekhuis.

'We willen verder gaan met het ontwikkelen van nieuwe polymeren,' zegt Broekhuis. De Noorse overheid heeft onlangs de eis gesteld dat polymeren die samen met water en olie uit een olieveld worden opgepompt, teruggewonnen moeten worden. Dat is technisch lastig en nogal kostbaar. 'Daarom zou het aantrekkelijk zijn afbreekbare polymeren te maken, bijvoorbeeld gebaseerd op koolhydraten. Ook daarover hebben we in Groningen veel kennis in huis.'

Contact

• Ir. Diego Wever, e-mail: diegowever gmail.com
• Prof. dr. Ton Broekhuis