Un tensioactif est un agent tensioactif. Lorsqu'il est ajouté à un mélange d'eau et d'huile, les molécules de tensioactif ont tendance à s'accumuler dans la zone d'interface. La théorie modifiée du gradient de densité développée par le groupe de Walter Chapman à l'Université Rice modélise les molécules de surfactant en liant un groupe de tête hydrophile avec un groupe de queue hydrophobe. Cela permet de caractériser différentes interactions eau/tensioactif et huile/tensioactif pour mieux décrire leurs comportements interfaciaux. Crédit :Xiaoqun Mu/Université du riz
La théorie innovante des surfactants d'un groupe de l'Université Rice supprime les limites d'un modèle centenaire du comportement interfacial dans la récupération assistée du pétrole.
Le laboratoire de l'ingénieur chimiste de Rice, Walter Chapman, a personnalisé un modèle bien utilisé pour analyser les fluides contenant des tensioactifs qui sont pompés dans des puits pour extraire autant de pétrole que possible des roches profondément souterraines.
Pour accomplir la tâche de modélisation, il a fallu un changement de mentalité pour le laboratoire qui utilise des modèles mathématiques sophistiqués pour analyser comment les fluides interagissent les uns avec les autres et les structures qui les contiennent. Les chercheurs ont utilisé une méthode de modélisation thermodynamique standard connue sous le nom de théorie du gradient de densité (DGT), qui a été utilisé pour prédire les propriétés interfaciales des systèmes purs et mixtes. Ils ont modifié le modèle DGT pour mieux caractériser les molécules de surfactant qui sont en réalité beaucoup plus complexes que ne le permettaient les modèles précédents.
Cela pourrait aider les producteurs à extraire encore plus de pétrole des puits qui seraient autrement considérés comme épuisés.
Le travail dirigé par l'étudiant diplômé de Chapman et Rice Xiaoqun Mu apparaît dans le journal de l'American Chemical Society Recherche en chimie industrielle et technique .
Les molécules des tensioactifs ont des parties hydrophiles (qui attirent l'eau) et hydrophobes (qui évitent l'eau). Le savon est un type de tensioactif conçu pour séparer les contaminants de la peau ou des tissus et leur permettre d'être emportés par l'eau. Les tensioactifs fonctionnent à peu près de la même manière dans les puits, où ils réduisent la tension superficielle entre les roches, eau et huile, libérant l'huile à pomper à la surface.
Les producteurs de pétrole aiment savoir comment un tensioactif réagira une fois qu'il atteint une formation riche. Les mesures expérimentales étant coûteuses et chronophages, de nombreux modèles ont été développés pour prédire les effets des surfactants. Jusqu'à maintenant, les formules DGT utilisées pour prédire ces réactions ont traité les molécules de surfactant comme un point unique plutôt que les chaînes complexes qu'elles sont réellement.
"C'est une limitation dans les modèles, " a déclaré Chapman. " Le modèle DGT n'a jamais eu la capacité de décrire comment les propriétés des fluides sont affectées par la forme de la molécule. "
Mu s'est inspiré des collègues de Rice qui construisent des modèles informatiques avec la théorie fonctionnelle de la densité, qui est utilisé pour analyser les structures des systèmes atomiques et moléculaires.
"J'utilise DGT depuis la première année de mon doctorat, J'avais donc une compréhension assez complète des avantages et des inconvénients du modèle. Sa nature nous a empêché de l'appliquer à des molécules à structure de chaînes amphiphiles (tensioactifs), " dit-il. " Mais le modèle est simple par rapport aux autres, et nous avons vu le potentiel de l'étendre pour gérer les tensioactifs.
"Inspiré par les travaux de notre groupe sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous avons créé l'idée que la molécule de tensioactif peut être modélisée en DGT en connectant un groupe de tête hydrophile à un groupe de queue hydrophobe, " dit Mu. "Avec l'aide de plusieurs collègues, nous avons développé un moyen simple d'ajouter ce terme de formation de chaîne dans la théorie du gradient de densité."
Tenir compte de la sophistication du surfactant ne suffit pas; le modèle doit également inclure la température, pression, composition et d'autres conditions dans le puits. Lorsqu'ils sont combinés, il intègre davantage la physique en jeu entre toutes les molécules et donne aux ingénieurs une meilleure idée du mélange approprié à injecter.
Parce que les tensioactifs font partie de tant de produits industriels, tels que les détergents et les agents de dispersion, Chapman a déclaré que la technique de modélisation pourrait avoir une large application. "Nous voulons que notre théorie du gradient de densité soit suffisamment simple pour que les gens puissent l'utiliser, " at-il dit. " DGT est censé être un calcul plus rapide à faire. "
À cette fin, Mu a déclaré que rien n'avait été retenu de la publication. "Nous avons joint une annexe très détaillée, ", a-t-il déclaré. "Nous expliquons à 100% comment nous avons dérivé et appliqué ce modèle afin que les gens puissent le mettre en œuvre ou l'améliorer davantage."
