Die Öl- und Gasindustrie ist für ihre starke Abhängigkeit von synthetischen Materialien bekannt, doch eine wachsende Bewegung verändert unsere Herangehensweise an diese Branche.

Heute sprechen wir über natürliche Polymere für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie. Sie gewinnen schnell an Bedeutung. Was treibt diesen Wandel voran und warum sollten Sie darauf achten?

Ich habe jahrelang auf diesem Gebiet gearbeitet und was ich gesehen habe, ist aufregend. Natürliche Polymere sind nicht nur „umweltfreundlich“, sie bieten auch echte praktische Vorteile, die für Aufruhr sorgen.

In diesem Artikel werde ich erläutern, warum in der Öl- und Gasindustrie derzeit ein Trend hin zu natürlichen Polymeren stattfindet, welches große Potenzial in ihnen steckt und wie die Zukunft dieses wichtigen Bereichs aussehen könnte.

Table of Contents:

• Der Aufstieg natürlicher Polymermaterialien
  • Was genau sind natürliche Polymermaterialien?
  • Natürliche versus synthetische Polymere in der Öl- und Gasindustrie
  • Anwendungen natürlicher Polymere in der Öl- und Gasindustrie
  • Formulierung von Bohrflüssigkeiten unter Verwendung biologisch gewonnener Materialien
  • Überbalanciertes versus unterbalanciertes Bohren
  • Natürliche Polymere für die chemisch verbesserte Ölgewinnung (cEOR)
  • Konformitätskontrolle in der Öl- und Gasindustrie durch natürliche Polymere
• Schlussfolgerung

Der Aufstieg natürlicher Polymermaterialien

Warum gibt es so viel Aufregung um natürliche Polymermaterialien?  

Denn es setzt sich zunehmend die Erkenntnis durch, dass die Öl- und Gasindustrie nachhaltiger werden muss.

Es geht hier nicht nur um das öffentliche Image, sondern um einen echten Geschäftsvorteil. Was habe ich aus erster Hand erlebt?

Unternehmen, die ihren ökologischen Fußabdruck verringern möchten, entdecken in diesen natürlichen Materialien eine Goldgrube.

Darüber hinaus weisen natürliche Polymere häufig eine ebenso gute oder sogar bessere Leistung als ihre synthetischen Gegenstücke auf.

Was genau sind natürliche Polymermaterialien?

Diese natürlich vorkommenden Polymere können wir aus verschiedenen Quellen gewinnen, etwa aus pflanzlichen oder tierischen Stoffen, statt wie die meisten synthetischen Polymere aus fossilen Brennstoffen hergestellt zu werden.

Viele Experten sind sich einig, dass der Einsatz natürlicher Polymere in der Öl- und Gasindustrie einen großen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele der Branche leisten wird.

Sie eignen sich hervorragend als Ersatz für Anwendungen, bei denen derzeit synthetische Polymere zum Einsatz kommen.

Dazu gehören Aktivitäten wie Bohrflüssigkeiten, verbesserte Ölgewinnung, Konformitätskontrolle und Aufbereitung von produziertem Wasser,

Natürliche versus synthetische Polymere in der Öl- und Gasindustrie

Die Öl- und Gasindustrie nutzt Polymere in zahlreichen Anwendungen.

Eine dieser Anwendungen ist die Trennung von Schwebstoffen, Spuren von Kohlenwasserstoffen und anderen Schadstoffen aus dem produzierten Wasser bei Ölfeldoperationen.

Sie kennen sie vielleicht als Flockungsmittel oder Koagulanzien. Sie ziehen diese Verunreinigungen zusammen, damit sie leichter aus dem Wasser entfernt werden können.

Es gibt zwei Haupttypen von Polymeren: natürliche und synthetische.

Synthetische Polymere werden aus Erdölprodukten hergestellt. Natürliche Polymere kommen aus der Natur. Denken Sie an Dinge wie Pflanzen oder Meereslebewesen.

Allerdings gibt es einige Probleme mit herkömmlichen synthetischen Polymeren und Metallsalzen wie Polyacrylamid und Polydadmac.

Sie können schädlich für die Umwelt sein und werden in vielen Fällen in der Natur nicht abgebaut.

 Dies ist ein wichtiges Thema, da wir die Ökosysteme, in denen wir leben, schützen möchten.

Natürliche Polymere sind jedoch anders. Sie sind besser für die Umwelt, da sie natürlichen Ursprungs sind und sich normalerweise mit der Zeit auf natürliche Weise zersetzen.

Ein natürliches Polymer, das viel Aufmerksamkeit erregt, heißt Zeoturb. Es ist ein nachhaltiges flüssiges, biologisches Flockungsmittel. Es wird aus Meereslebewesen gewonnen und bindet sehr gut Spurenöl und andere Schadstoffe, die Öl- und Gasbetreiber nicht in ihrem Wasser haben möchten.

Es hilft als Teil eines mehrstufigen Aufbereitungsprozesses, das Wasser für eine nachhaltige Wiederverwendung oder Einleitung aufzubereiten.

Anwendungen natürlicher Polymere in der Öl-/Gasindustrie

Natürliche Polymere gewinnen in der Öl- und Gasindustrie aufgrund ihrer umweltfreundlichen Eigenschaften und vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmend an Bedeutung.

In der Produktionsphase werden diese Polymere als Bohrflüssigkeitszusätze verwendet, um die Viskosität zu kontrollieren, den Flüssigkeitsverlust zu verringern und die Stabilität des Bohrlochs zu verbessern. Sie dienen auch als wirksame Schmiermittel, verringern die Reibung während des Bohrvorgangs und minimieren den Verschleiß der Ausrüstung.

Darüber hinaus werden natürliche Polymere bei Verfahren zur verbesserten Ölgewinnung (Enhanced Oil Recovery, EOR) eingesetzt, wo sie als Verdickungsmittel wirken, um die Effizienz der Ölförderung zu verbessern und die Ölproduktion aus ausgereiften Feldern zu steigern.

Während der Verarbeitung spielen natürliche Polymere in verschiedenen Trennprozessen eine entscheidende Rolle.

Sie werden als Emulsionsspaltmittel zum Aufbrechen von Öl-Wasser-Emulsionen eingesetzt und erleichtern die Trennung von Öl und Wasser in Produktionsflüssigkeiten.

Diese Polymere werden auch in der Gasverarbeitung eingesetzt, wo sie als Hydratinhibitoren wirken und die Bildung von Gashydraten verhindern, die Rohrleitungen und Geräte verstopfen können.

Darüber hinaus werden natürliche Polymere beim Pipeline-Transport eingesetzt, wo sie als Widerstandsminderer fungieren, um die Fließeffizienz zu verbessern und die Pumpkosten zu senken.

Bei der Aufbereitung von produziertem Wasser werden natürliche Polymere wie Zeoturb haben sich als wirksame Flockungsmittel und Koagulantien erwiesen. Sie helfen bei der Entfernung von Schwebstoffen, Öltröpfchen und anderen Verunreinigungen aus dem produzierten Wasser und ermöglichen so eine effizientere Wasseraufbereitung und -wiederverwendung.

Diese Polymere können außerdem als Kesselstein- und Korrosionsinhibitoren wirken und so die Bildung von Mineralablagerungen in Aufbereitungsanlagen und Rohrleitungen verhindern.

Der Einsatz natürlicher Polymere bei der Aufbereitung von produziertem Wasser verbessert nicht nur die Wasserqualität für die Wiederverwendung oder Entsorgung, sondern hilft Öl- und Gasunternehmen auch dabei, immer strengere Umweltschutzbestimmungen und Nachhaltigkeitsziele zu erfüllen.

Formulierung von Bohrflüssigkeiten unter Verwendung biologisch gewonnener Materialien

Bei der Ölförderung spielt Bohrflüssigkeit eine entscheidende Rolle. Allerdings stellt dieser „Schlamm“ (wie er vor Ort oft genannt wird) eine Herausforderung dar: Die für eine wirksame Bohrspülung erforderlichen Chemikalien bergen häufig Gefahren für die Umwelt.

Bohrflüssigkeiten sind ein komplexes Material, das viele Aspekte mit sich bringt. Sie dienen nicht nur der Schmierung und Kühlung des Bohrmeißels, sondern auch dem Abtransport von Bohrspänen aus Bohrlöchern, der Aufrechterhaltung der Druckkontrolle und der Stabilisierung des Bohrlochs.

Jahrelang haben wir hierfür eine Vielzahl synthetischer Chemikalien eingesetzt, was kostspielig ist.

Das größte Problem, das ich festgestellt habe, ist, dass die Verwendung dieser herkömmlichen Flüssigkeiten bei Projekten in ökologisch sensiblen Gebieten einfach nicht praktikabel ist.

Die Lösung? Eine Klasse wasserbasierter Bohrflüssigkeiten, sogenannte wasserbasierte Schlämme (WBM). Während einige immer noch Zusatzstoffe wie teilweise hydrolysiertes Polyacrylamid verwenden, bieten natürliche Polymere in diesen Fällen eine bessere Option, auf die ich im nächsten Abschnitt eingehen werde.

Überbalanciertes versus unterbalanciertes Bohren

Ein wichtiger Faktor, den Sie bei der Auswahl Ihrer Bohrflüssigkeiten berücksichtigen sollten, ist die verwendete Bohrtechnik: Überdruckbohren (OBD) im Vergleich zu Underbalanced Drilling (UBD).

Beim Überdruckbohren wird mit mehr Druck gebohrt, als das Reservoir hergibt. Dies gilt hinsichtlich der Stabilität des Bohrlochs und des Druckmanagements als die sicherere Wahl.

Beim Unterdruckbohren ist der Druck der Flüssigkeit in der Bohrung geringer als der Druck, den die Formation ausstößt.

Diese Technik kann wirklich dazu beitragen, die Produktionsraten von Bohrlöchern zu verbessern, da es weniger zu Verstopfungen im Bohrloch durch Dinge wie Bohrflüssigkeiten kommt.

Unterbalanciertes Bohren erfordert jedoch eine sehr präzise Steuerung, es ist schwierig, es genau richtig hinzubekommen. Ich habe an Projekten gearbeitet, bei denen aufgrund empfindlicher Reservoirbedingungen UBD gewählt wurde.

Was ich gesehen habe, ist Folgendes: Die Wahl der richtigen Flüssigkeiten – oft abhängig vom Standort der Bohrung und spezifischen Umweltvorschriften – ist ausschlaggebend für den Erfolg oder Misserfolg eines Bohrprojekts mit Unterdruck.

Beispiele für natürliche Polymere zur Formulierung von Bohrflüssigkeiten

Zahlreiche Studien weisen auf verschiedene Anwendungen hin, bei denen natürlich vorkommende Polymere praktikable Lösungen bieten, darunter die folgenden:

• Sojaprotein:

Dieses reichlich vorhandene Protein kann zu Sojaproteinisolat verarbeitet werden (SPI) und effektiv der Bohrflüssigkeit zugesetzt.

Was ist daran so besonders? In geringer Konzentration bildet Sojaprotein in der Bohrflüssigkeit eine dicke, poröse Schicht, den sogenannten Filterkuchen. Dieser ist ideal für Situationen, in denen die Aufrechterhaltung eines stabilen Drucks von entscheidender Bedeutung ist.

Dies mag zwar problematisch erscheinen, doch bei der Unterdruckbohrung, wo eine hohe Durchlässigkeit und ein schneller Durchfluss erforderlich sind, ist Sojaprotein von entscheidender Bedeutung.

Höhere Konzentrationen führen jedoch zu einem dünneren, weniger porösen Filterkuchen – ideal, wenn eine strengere Kontrolle und geringerer Flüssigkeitsverlust wichtig sind.

• Reishülsen:

Dieses überraschende Material ist auch praktisch. Reishülsen sind einzigartig, weil sie natürlich vorkommende Polymere enthalten, die Wasser abweisen, und sie sind ziemlich schwer zu zersetzen.

Das bedeutet einen umweltfreundlichen Inhaltsstoff zur Verbesserung der Stabilität und Wirksamkeit Ihrer Bohrflüssigkeiten.

• Dattelkern:

Dieses Nebenprodukt der Dattelverarbeitung ist ein Superstar.

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind Dattelkerne außerordentlich nützlich.

Denken Sie an Viskositätskontrolle, Flüssigkeitsdichtemanagement und sogar verbesserte thermische Eigenschaften.

Ich hatte Gelegenheit, Dattelkerne als Zusatzstoff zu verwenden. Das Erstaunliche daran ist, dass man die Eigenschaften der Bohrflüssigkeit buchstäblich gezielt anpassen kann, indem man die Größe und Konzentration der Dattelkernpartikel variiert.

Unsere Erfahrung in der Konzentration kann zu einer hervorragenden Leistung für Ihren Öl-/Gasbetrieb führen.

• Zerkleinerte Dattelpalmensamen:

Ich habe auf Ölplattformen Situationen erlebt, wo man beim Bohren auf unerwartete Hohlräume und Lücken in der Formation stieß, das nennt man Lost Circulation.

Dies führt zu einem plötzlichen Abfall des Flüssigkeitsdrucks und kann verheerende Auswirkungen auf ein Projekt haben.

Zerstoßene Dattelpalmensamen eignen sich jedoch hervorragend zum Verschließen dieser lästigen Öffnungen und stellen sicher, dass Sie problemlos weiterbohren können.

Diese Samen sind unglaublich robust und können sogar bei höheren Temperaturen verwendet werden.

• Maniokstärke:

Die Wahl der Manioksorte hat erhebliche Auswirkungen. Insbesondere Maniok mit hohem Amylosegehalt erzeugt eine Flüssigkeit mit höherer Viskosität und sorgt für die dringend benötigte Kontrolle des Flüssigkeitsverlusts.

Ich erinnere mich an eine Situation, in der einer unserer Kunden mit problematischem Formationston zu kämpfen hatte, der ständig aufquellen und das Bohrloch verstopfen wollte.

Sie müssen sicherstellen, dass die Flüssigkeit fließt, damit der Bohrvorgang reibungslos verläuft. Angesichts der vielen aggressiven chemischen Verdünner kann dies jedoch eine heikle Situation sein.

Aber spezielle Maniokstärkepulver haben den Zweck erfüllt.

• Carboxymethylcellulose (CMC), Guarkernmehl und Stärke:

Die Kombination aus Carboxymethylcellulose, Guarkernmehl und speziellen Stärken ergibt eine hervorragende, vielschichtige Lösung, die alle Anforderungen an die Leistung von Bohrschlämmen für die Öl- und Gasförderung erfüllt.

Natürliche Polymere für die chemisch verbesserte Ölgewinnung (cEOR)

Bei der Ölförderung gibt es primäre, sekundäre und tertiäre Fördermethoden.

Wir konzentrieren uns hier jedoch auf die chemische Methode der verbesserten Ölrückgewinnung (Enhanced Oil Recovery, cEOR), die häufig nur als EOR abgekürzt wird.

Wenn Sie die anfängliche Strömung eines Reservoirs angezapft haben, benötigen Sie zusätzliche Strategien. Hier kommt diese tertiäre Technik zum Einsatz.

Eine dieser chemischen EOR-Techniken ist das Polymerfluten, das in den letzten Jahren von Branchenriesen wie Saudi Aramco und Exxonmobil große Verbreitung gefunden hat.

Dabei werden im Wesentlichen spezielle Flüssigkeiten in eine Bohrung gespritzt, um das restliche Rohöl zu gewinnen, das mit den ursprünglichen Fördermethoden nicht gewonnen werden konnte, wie unten dargestellt:

Herausforderungen bei EOR und nachhaltigen Alternativen

Obwohl das Prinzip recht einfach ist, gibt es bei der chemischen EOR einige praktische Hürden.

Das größte Problem? Die Kosten. Es ist ressourcenintensiv. Außerdem schwanken die Ölpreise stark, manchmal sind diese konventionellen Polymere einfach zu teuer.

Diese herkömmlichen synthetischen Polymere haben zwar ihre Stärken, kommen aber in salzhaltigen oder heißen Reservoirs nicht mehr zum Tragen.

Diese herausfordernden Umgebungen machen sie einfach kaputt.

Und jetzt wird es interessant: Jahrzehntelang haben Unternehmen Milliarden von Dollar ausgegeben, um die Chemie von Polymeren und Tensiden zu perfektionieren. Jetzt jedoch graben sich Wissenschaftler tief in natürlich vorkommende Materialien ein.

Ihre Vorteile?

Nachhaltige Lösungen stellen eine geringere Umweltbelastung dar und funktionieren unter diesen harten Bedingungen oft wunderbar.

Und sind oft viel günstiger. Klingt verrückt, oder?

Dieser Wandel steht erst am Anfang. Werfen wir einen genaueren Blick auf die Ergebnisse der Forschung:

• Baumwollgummi:

Ich finde es faszinierend, dass Studien an Orten wie dem Nahen Osten, wo das Klima und die Bedingungen unglaublich anspruchsvoll sind, bahnbrechende neue Ansätze mit leicht verfügbaren natürlichen Ressourcen entwickeln.

Baumwollgummi aus der Pflanze Gossypium herbaceum Die in Pakistan und anderswo vorkommenden Cellulosepolymere bieten ähnliche Vorteile wie andere Cellulosepolymere. Sie verfügen jedoch über weitere einzigartige Eigenschaften und sind zudem widerstandsfähiger gegenüber salzhaltigen Lagerstätten.

• Waschnüsse:

Die Nüsse des Waschnussbaums liefern natürlich vorkommende Saponine, die als Tenside wirken können.

Untersuchungen zeigen, dass dieser leicht erhältliche Pflanzenextrakt in Kombination mit Guarkernmehl die Ölgewinnung steigern kann.

Im Vergleich zu synthetischen Alternativen müssen Sie weniger Abfall entsorgen, die Umweltbelastung ist geringer und es besteht möglicherweise ein geringeres Risiko einer Beschädigung des Reservoirs.

• Dattelgrube:

Dattelkerne eignen sich nicht nur hervorragend zur Herstellung von Bohrflüssigkeiten, sie sind auch ein hervorragendes „Mobilitätskontrollmittel“.

Es hat die einzigartige Eigenschaft, das im Extraktionsprozess verwendete Wasser zu verdicken.

Wissen Sie, was ich daran liebe?

Sie müssen nur die Dattelkerne zermahlen, sie mit Natriumhydroxid (NaOH) in Wasser vermischen und fertig – schon haben Sie eine kostengünstige Lösung, mit der Sie die Ölgewinnung verbessern können, indem Sie die Tendenz des eingespritzten Wassers verringern, Gebiete mit reichen Ölvorkommen zu umgehen.

• Biotenside aus Datteln:

Wenn es um Datteln geht, sind wir nicht auf die Grube beschränkt.

Was wäre, wenn ich Ihnen sagen würde, dass wir mithilfe von Melasseabfällen „Bio-Tensid-Verbindungen“ herstellen können?

Die faszinierende Welt der Mikroorganismen kann gewöhnliche Abfallströme, die wir für völlig wertlos hielten, in wertvolle Produkte wie „Bio-Tenside“ umwandeln.

Diese haben eine sehr ähnliche Wirkung wie herkömmliche chemische Tenside und senken die Oberflächenspannung in einem Reservoir, wodurch das Öl wesentlich effizienter austreten kann.

Ich finde die aktuelle Forschung mit „Bacillus subtilis“, einer Art harmloser Bakterien, unglaublich faszinierend, da sie bei optimierten Kosten sehr hohe Ausbeuten ermöglicht.

Darauf sollten Sie besonders achten. Es unterstreicht deutlich, wie eng die Dinge miteinander verknüpft sind.

Sie betrachten diese chemischen Reaktionen nicht als völlig getrennte Dinge.

Konformitätskontrolle in der Öl- und Gasindustrie durch natürliche Polymere

Sie haben eine Menge Arbeit in einen Brunnen gesteckt, nur um festzustellen, dass viel zu viel Wasser an die Oberfläche kommt.

Es ist mehr als nur eine Produktionsherausforderung. Die chemische Behandlung von überschüssigem Wasser ist nicht immer praktikabel oder kosteneffizient. In solchen Fällen wenden wir die Konformitätskontrolle an.

Was ist noch schlimmer?

Überschüssiges Wasser kann zu furchtbaren Korrosionsproblemen führen. Dies kann Ihre Infrastruktur zerstören – Rohrleitungen, Gehäuse usw. – ganz zu schweigen von Problemen mit der Kalkablagerung, die die Produktionsraten beeinträchtigen können.

In der Vergangenheit haben sich die Unternehmen damit abgefunden, große Wasseraufbereitungsanlagen zu bauen, was sehr kostspielig sein kann.

Jahrelange akademische Forschung hat jedoch Folgendes ergeben: Materialien natürlichen Ursprungs können unsere Konformitätskontrollmaßnahmen verbessern, um diese Probleme anzugehen und die Nachhaltigkeit der Erdölindustrie zu steigern. Schauen wir uns das genauer an:

• Polymergele:

Zu den wichtigsten Methoden zum Absperren von Wasser und Gas gehören spezielle „Gele“.

Stellen Sie sie sich wie ein Stopfmaterial vor, das wir strategisch injizieren.

Diese Gele füllen diese Hohlräume und unerwünschten Wege aus und verhindern so, dass Wasser oder Gas einen Abkürzungsweg zurück zu Ihrer Bohrung nehmen. Sie zwingen sie dazu, den gewünschten Produktionsweg in Ihrem Reservoir zu nehmen.

• Mit Dattelsamen angereicherte Hydrogele:

Wenn ich Ihnen sagen würde, dass wir Dattelkerne dazu bringen können, die Aushärtung unseres Stopfmaterials „abzustimmen“, was würden Sie sagen?

Es hat sich gezeigt, dass die Leistung drastisch verbessert wird, wenn man natürliches Dattelkernpulver mit häufig verwendeten Polymeren (oft in Form von Hydrogelen) vermischt.

Gasabsperrung:

Spannend ist, dass sich diese Forschung nicht nur auf Wasser beschränkt: Einige Forscher verfolgen einen neuen Ansatz bei der Bekämpfung der übermäßigen Gasproduktion.

Wie machen wir das? Öl- und Gasbetreiber können Dattelkern-/Polysulfon-Verbundstoffe zur Kontrolle des Gasflusses verwenden. Polysulfon ist für die Herstellung hervorragender Filter bekannt – stark, robust und gut bei extremen Temperaturen und Drücken.

Durch die Mischung des fein gemahlenen Dattelkernpulvers mit Polysulfon erhalten wir nicht nur einen nachhaltigen Gasblockerfilter, sondern seine Effizienz im Vergleich zu Standardmaterialien wird auch deutlich verbessert.

Es hilft uns, die Umwelt besser zu schützen, indem es unsere Abhängigkeit von synthetischen Chemikalien verringert.

Das hat meine Aufmerksamkeit wirklich erregt. Hier besteht ein riesiges Potenzial für eine Öl- und Gasindustrie, die ihre Betriebsabläufe mithilfe der Natur auf die nachhaltigste Art und Weise optimieren kann.

Schlussfolgerung

Faszinierend ist, dass natürliche Polymere für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie jahrelang als „alternativer“ Ansatz galten.

Als jemand, der die Nachteile traditioneller konventioneller Methoden unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen kennengelernt hat, bin ich davon überzeugt, dass sie mehr werden als nur ein nettes Extra.

Sie werden für den langfristigen Erfolg und die Nachhaltigkeit der Erdölindustrie von entscheidender Bedeutung sein.

Warum bin ich von dieser Vorhersage so überzeugt?

Kurz gesagt geht es nicht nur darum, die Umwelt zu schonen und nachhaltiger zu werden – diese natürlichen Polymermaterialien übertreffen in vielen Fällen die herkömmlichen synthetischen Alternativen.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Biopolymere wie Zeoturb zur Optimierung Ihrer Öl-/Gasaktivitäten beitragen können?

Kontaktieren Sie die Experten für Wasser- und Abwasserbehandlung bei Genesis Water Technologies, Inc. unter 1-321-280-2742 oder kontaktieren Sie uns per E-Mail unter customersupport@genesiswatertech.com um Ihre spezifische Anwendung zu besprechenIon.