Nanokonstrueret cement viser løfte om tætning af utætte gasbrønde

Lækkende naturgasbrønde betragtes som en potentiel kilde til metan-emissioner, og en ny nanomateriale-cementblanding kunne give en effektiv, overkommelig løsning til forsegling af disse brønde, ifølge et hold af Penn State-forskere.

"Vi har opfundet en meget fleksibel cement, der er mere modstandsdygtig over for revner, " sagde Arash Dahi Taleghani, lektor i petroleumsteknik ved Penn State. "Det er vigtigt, fordi der er millioner af forældreløse og forladte brønde rundt om i verden, og revner i hylstrene kan tillade metan at slippe ud i miljøet."

Når der bores naturgasbrønde, cement bruges til at sikre røret, eller hylster, til den omgivende klippe, skabe en sæl, der forhindrer metan i at vandre ind i den lavvandede undergrund, hvor det kan komme ind i vandveje, eller atmosfæren, hvor det er en potent drivhusgas, sagde forskerne.

Brønde kan strække sig miles under jorden og over tid kan skiftende temperaturer og tryk nedbryde cementen, forårsager dannelse af revner. Forskerne sagde, at reparationer involverer indsprøjtning af cement i meget smalle områder mellem foringsrøret og klippen, kræver speciel cement.

"I byggeriet, du kan bare blande cement og hælde det, men for at forsegle disse brønde cementerer du et område, der har en tykkelse på mindre end en millimeter, eller et stykke tape, " sagde Dahi Taleghani. "At være i stand til bedre at pumpe cement gennem disse meget smalle rum, som metanmolekyler kan flygte fra, er skønheden ved dette arbejde."

Tilsætning af næsten 2-D grafit skabte en cementblanding, der bedre fyldte disse smalle rum, og som også var stærkere og mere modstandsdygtig, fandt forskerne. De rapporterede for nylig deres resultater i International Journal of Greenhouse Gas Control . Maryam Tabatabaei, en postdoc i John og Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering, også bidraget til denne forskning.

Forskerne udviklede en flertrinsproces til ensartet fordeling af plader af nanomaterialet i en cementopslæmning. Ved først at behandle grafitten med kemikalier, forskerne var i stand til at ændre dets overfladeegenskaber, så materialet ville opløses i vand i stedet for at afvise det.

"Hvis vi bare hælder dette materiale i vandet og blander det, disse små partikler har en tendens til at klæbe sammen og danne et konglomerat, " sagde Dahi Taleghani. "Hvis de ikke spredes jævnt, så er grafitten ikke så stærk inde i cementen."

Cementblandingen kan bruges i aktive ukonventionelle brønde som dem, der findes i Marcellus Shale gasspillet, eller at forsegle forældreløse og forladte gasbrønde, sagde forskerne. Det viser også løfte om brug i kuldioxidopsamlings- og lagringsteknologi.

Grafit er mere overkommelig end andre nanomaterialer, der tidligere blev brugt til at styrke cementydelsen. Ud over, meget lidt af materialet er nødvendigt for at styrke cementen, sagde forskerne.

"I betragtning af de lave omkostninger ved mængden af ​​grafit nanoblodplader, der kræves til denne test, denne teknologi kan give en økonomisk løsning for industrien til at løse mulige cementeringsproblemer på området, " sagde Dahi Taleghani.