橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)高通量同位素反應(yīng)堆(HFIR)利用中子開展的研究，正助力科學(xué)家探索從非常規(guī)油藏提取石油的新方法，增強(qiáng)美國(guó)能源獨(dú)立性。

科羅拉多礦業(yè)學(xué)院研究員迪娜·赫加齊(Dina Hegazy)正利用HFIR的中子開展研究。HFIR是世界上最強(qiáng)大的反應(yīng)堆中子源之一，其研究旨在提高從難以開采地區(qū)開采石油的產(chǎn)量。當(dāng)前，美國(guó)戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備庫存處于歷史低位，赫加齊的研究恰逢其時(shí)。

該研究聚焦于提高石油采收率(EOR)技術(shù)，即二氧化碳吞吐在非常規(guī)油藏中的應(yīng)用效果。在非常規(guī)油藏中，石油與巖石結(jié)合緊密，傳統(tǒng)鉆井等開采技術(shù)難以奏效，導(dǎo)致大量原油被遺棄，產(chǎn)量損失高達(dá)三分之二。與其他EOR技術(shù)相比，二氧化碳吞吐能顯著提高采收率，但注入壓力和吞吐持續(xù)時(shí)間等操作參數(shù)仍有待提升。中子技術(shù)為解決這一問題提供了可能，有助于加強(qiáng)美國(guó)能源安全。

HFIR的儀器科學(xué)家James Torres協(xié)助赫加齊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他表示：“中子讓我們能深入了解這些儲(chǔ)層，這在其他情況下是不可能的。中子有助于在細(xì)節(jié)層面可視化流體運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)我們對(duì)采油過程的理解，因?yàn)樗鼈兣c氫等輕元素有強(qiáng)烈相互作用。”

赫加齊的研究將用于推進(jìn)油藏規(guī)模的計(jì)算機(jī)模擬，幫助業(yè)界最大限度利用二氧化碳增強(qiáng)采收率(CO2 - EOR)技術(shù)采集石油。她將繼續(xù)利用HFIR的多模態(tài)高級(jí)射線成像站(MARS)與MARS團(tuán)隊(duì)合作，研究不同頁巖樣品中二氧化碳與各種流體的納米級(jí)流動(dòng)交換。赫加齊稱：“我們的目標(biāo)是觀察二氧化碳如何在含有石油的納米孔隙中流動(dòng)。了解納米孔隙大小對(duì)二氧化碳流動(dòng)的影響，能讓我們更好地理解二氧化碳如何取代石油，從而提高采收率。”

在完全飽和石油的頁巖樣本中，圖像起初較暗。隨著二氧化碳取代石油，圖像變亮形成對(duì)比，赫加齊和團(tuán)隊(duì)得以觀察二氧化碳的流動(dòng)模式。中子對(duì)輕元素的敏感性這一獨(dú)特性質(zhì)，使團(tuán)隊(duì)能直觀觀察頁巖樣品中流體的運(yùn)動(dòng)，且在更高壓力下，中子能更有效穿透頁巖樣品。赫加齊表示與MARS團(tuán)隊(duì)合作愉快，能見證HFIR的最新進(jìn)展令人興奮。

除HFIR外，ORNL還有第二個(gè)中子源——散裂中子源(SNS)。SNS使用基于加速器的系統(tǒng)產(chǎn)生中子，和HFIR一樣，吸引世界各地研究人員到ORNL進(jìn)行中子散射研究。

SNS和HFIR是美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施，使科學(xué)家能利用中子特性推進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，解決時(shí)代緊迫挑戰(zhàn)。中子散射應(yīng)用于汽車、航空航天、鋼鐵、國(guó)防、工業(yè)材料、儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生物醫(yī)藥等眾多行業(yè)，以應(yīng)對(duì)21世紀(jì)的主要科學(xué)挑戰(zhàn)。

ORNL的中子研究推動(dòng)了許多發(fā)現(xiàn)，幫助科學(xué)家解答重大科學(xué)問題，激發(fā)了無數(shù)創(chuàng)新，如用于移動(dòng)設(shè)備的更堅(jiān)固玻璃、更有效的藥物治療、更可靠的飛機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油效率更高的汽車、改進(jìn)的軍用裝甲以及更安全、充電更快、使用壽命更長(zhǎng)的電池。