Oljeexperten Tadeusz Patzek strävar efter att säkerställa att effektiv återvinning av olja och gas förblir genomförbar samtidigt som forskare hittar alternativa gröna energikällor.

Dagarna av lätt oljeutvinning minskar över hela världen, medför ett imperativ för försiktiga och uppfinningsrika sätt att utnyttja jordens återstående fossila bränsleresurser. Tadeusz Patzek på KAUST är en ledande expert inom oljeutvinning på land och till havs. Han är engagerad i att upprätthålla olje- och gasproduktionen på hållbara nivåer för att ge forskare och ingenjörer möjlighet att hitta ersättningsbränslen för framtiden.

"Sammanfattningsvis, nyckeln till min forskning är hur man kan behålla olje- och gasutvinningen längre, " säger Patzek. "Ett föränderligt klimat betyder att det råder lite tvivel om att olje- och gasindustrin kommer att behöva förändras drastiskt. Olja och gas är ovärderliga resurser som vi måste använda klokt och inte bränna tanklöst.. Långsiktig fälthantering för att maximera slutlig återhämtning är nu en nyckelfråga och att sänka produktionskostnaderna är en annan."

Patzek anlände till KAUST i början av 2015 från USA, där han hade arbetat i många år på Shell Development, University of California i Berkeley, och University of Texas. Förutom att vara en viktig fakultetsmedlem, Patzek är chef för det nya Ali I. Al-Naimi Petroleum Engineering Research Center (ANPERC) vid KAUST, som han har etablerat och byggt upp under de senaste två åren.

"ANPERC:s fokus ligger på klok användning av kolvätebaserad energi, arbetar med sätt att utvinna de återstående naturgas- och oljereserverna med minsta möjliga miljöpåverkan, ", säger Patzek. "Ett huvudmål är att producera tvärvetenskaplig forskning om vätskeflöde i komplexa geologiska formationer. Framtiden för kolvätebränslen är beroende av effektiva flödesmekanismer, använder vatten, värme och kemikalier för att säkerställa effektiv och säker återvinning."

På 1980-talet inom några veckor efter att ha börjat som forskare på Shell Development, Patzek kom med en radikalt ny beskrivning av skumflöde i poröst berg. Insikterna från hans forskning hjälpte till att revolutionera skumåtervinning - en process där högtrycksskum pumpas in i svåråtkomliga oljereservoarer och porösa bergarter som håller olje- eller gasdroppar för att frigöra reserver som annars skulle vara omöjliga att hämta.

Patzek har varit arkitekten bakom många genombrott inom vattenöversvämning, skum- och ångbaserade processer för återvinning av olja och naturgas. Som ingenjör i kemiska processer och tillämpad fysiker, han har använt beräkningsmodellering för att visualisera de optimala extraktionsmetoderna för komplexa reservoarer.

Framgången med att översvämma vatten - att använda vatten för att tränga undan olja från porutrymmen i stenar - beror på den lokala geologin på en plats, extraktionsvattnets pH och salthalt, och vattnet som redan finns i berget med hänsyn till bergets kemiska sammansättning. I en tidning från 2017, Patzek och hans team använde modeller för att demonstrera komplexiteten i att använda lågsalthaltiga vattenöversvämningar i kalcit - ett karbonatmineral som ofta finns i kalksten1. Karbonatbaserade reservoarer är fortfarande utmanande att utvinna från, inte minst för att surt vatten snabbt kan lösa upp kalcit.

Under de senaste fem åren, Patzek har lånat ut sin expertis till den kontroversiella processen med hydraulisk frakturering, eller fracking; utvinning av naturgas från skiffersten genom att bryta isär, eller frakturering, bergskikten använder högtrycksvätskor för att frigöra gas som fångas inuti. Patzeks senaste arbete som modellerar den potentiella avkastningen från frackingplatser i USA tyder på att prognoser om en "flod" av naturgas som härrör från dessa skifferformationer kan överskattas.

I oktober 2017, vid den årliga tekniska konferensen och utställningen i San Antonio, Texas, Patzeks team presenterade sin nuvarande forskning, inklusive ett papper som beskriver en roman, enkel fysikbaserad modell som kan förutsäga produktion från skifferoljekällor2. Deras modell använder parametrar från fysiken för oljeutvinning och hydrofrakturerade brunnsgeometrier och verkar vara mer exakta och robusta än andra förutsägelsesmetoder.

Det här är den typ av oljeutvinningsmetoder som forskarna hoppas ska överbrygga klyftan medan vi hittar alternativa bränslen för framtiden. Dock, som Patzek påminner oss, fokus måste ligga på att revolutionera hur vi uppfattar olja och naturgas och se till att dessa nya återvinningsmetoder inte gör oss självbelåtna.