Cơn khát dầu nhẹ và giới hạn của công nghệ truyền thống
Nguồn cung dầu thô nhẹ - loại dầu dễ khai thác và tinh chế nhất - đang suy giảm với tốc độ đáng báo động trên toàn thế giới. Thực tế này buộc các tập đoàn năng lượng và giới khoa học phải chuyển hướng sang các mỏ dầu thô nặng. Tuy nhiên, khai thác loại nguyên liệu này là một thách thức lớn bởi độ nhớt cao, khiến dòng dầu gần như "đóng băng" trong các tầng đá chứa.
Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là bơm hơi nước nóng trực tiếp xuống giếng dầu. Nhiệt lượng từ hơi nước sẽ làm nóng các tầng đá, giảm độ nhớt và tăng tính lưu động cho dầu thô. Dù mang lại hiệu quả nhất định, giải pháp này lại bộc lộ điểm yếu chết người: tiêu tốn lượng điện năng khổng lồ và ngốn một khối lượng tài nguyên nước ngọt vô cùng lớn.
Chính vì vậy, việc tìm kiếm một phương pháp thay thế hiệu quả hơn, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường đã trở thành ưu tiên hàng đầu của ngành địa chất dầu khí hiện đại.
Cơ chế "kép" bẻ gãy cấu trúc nhựa đường nặng
Ảnh: TASS
Để giải quyết bài toán này, các nhà nghiên cứu tại Viện Địa chất và Công nghệ Dầu khí thuộc Đại học Tổng hợp Quốc gia Kazan (KFU) đã tập trung phân tích chuyên sâu hiệu ứng kết hợp giữa hơi nước nóng và khí carbon dioxide (CO2).
Các thử nghiệm trong lò phản ứng phòng thí nghiệm cho thấy, hỗn hợp hơi nước và CO2 có khả năng giữ nhiệt tốt hơn nhiều so với việc chỉ dùng hơi nước đơn thuần. Hơn thế nữa, sự tương tác ở cấp độ phân tử giữa CO2 và các thành phần cấu tạo nên dầu nặng đã tạo ra những biến đổi hóa học mang tính quyết định.
Quá trình bơm kết hợp này không chỉ gia tăng tính lưu động của dầu mà còn kích thích sự hình thành các chất hoạt tính bề mặt tự nhiên, đồng thời bẻ gãy cấu trúc của asphaltene - hợp chất nhựa đường nặng khiến dầu bị đặc quánh. Khi cấu trúc asphaltene bị phá vỡ, độ nhớt của dầu giảm mạnh, giúp dầu thô thoát ra khỏi các kẽ đá một cách dễ dàng hơn.
Thuật toán 93%: "Bản đồ số" tối ưu hóa khai thác
Mặc dù tiềm năng của phương pháp bơm hỗn hợp đã được ghi nhận từ trước, việc áp dụng vào thực địa từng gặp rất nhiều khó khăn do thiếu các dữ liệu chính xác về tỉ lệ phối trộn và chế độ nhiệt độ tối ưu.
Dựa trên chuỗi thực nghiệm quy mô, nhóm nghiên cứu tại KFU đã xây dựng thành công một mô hình toán học tiên tiến. Mô hình này có khả năng dự báo sự thay đổi thành phần hóa học của dầu nặng theo thời gian với độ chính xác lên tới 93%, dưới các tác động nhiệt độ và nồng độ CO2 khác nhau.
Nhờ có "bản đồ dự báo" này, các doanh nghiệp dầu khí có thể tính toán chính xác lưu lượng, nồng độ và thời điểm bơm hỗn hợp khí. Điều này không chỉ giúp tối đa hóa sản lượng thu hồi mà còn cắt giảm đáng kể chi phí vận hành và hạ thấp lượng phát thải carbon ra môi trường.
“Xét về khía cạnh kinh tế, việc nâng cao hiệu quả sản xuất dẫn đến giá hydrocarbon thấp hơn, mang lại lợi ích cho cả nhà sản xuất và người tiêu dùng. Trong tương lai, chúng tôi dự định nghiên cứu xem việc sử dụng chất xúc tác sẽ tác động như thế nào đến sự tương tác giữa hơi nước và carbon dioxide”, Mikhail Varfolomeev, nhà nghiên cứu hàng đầu tại Viện Địa chất và Công nghệ Dầu khí thuộc Đại học Liên bang Kazan (Kazan), giải thích.
Ảnh: KFU
Mở ra kỷ nguyên thu hồi dầu thế hệ mới
Đột phá của các nhà khoa học Nga không chỉ dừng lại ở một thuật toán dự báo. Việc đưa khí CO2 vào quy trình khai thác dầu nặng còn mở ra hướng đi triển vọng cho công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon, góp phần giải bài toán biến đổi khí hậu.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu tại Kazan kế hoạch mở rộng mô hình để đánh giá tác động của các chất xúc tác hóa học khi kết hợp cùng hỗn hợp hơi nước - CO2. Sự xuất hiện của các chất xúc tác thế hệ mới hứa hẹn sẽ hạ thấp hơn nữa ngưỡng nhiệt độ cần thiết, biến các mỏ dầu nặng khó khai thác nhất trở thành nguồn tài nguyên kinh tế khả thi.
if (pageSettings.allow3rd) admicroAD.unit.push(function () { admicroAD.show('admzonek1fs4xky') });
