Nanotracer tester fortæller om brønde

En bordplade enhed opfundet på Rice University kan fortælle, hvor effektivt en nanopartikel ville rejse gennem en brønd og kan give et væld af information til olie- og gasproducenter.

Enheden indsamler data om, hvordan sporstoffer - mikroskopiske partikler, der kan pumpes ind i og genvindes fra brønde - bevæger sig gennem dybe klippeformationer, der er blevet åbnet ved hydraulisk frakturering.

Boreselskaber bruger frakturering til at pumpe olie og gas fra tidligere utilgængelige reservoirer. Væsker pumpes ind i en brøndboring under højt tryk for at sprække klipper, og materialer kaldet "proppemidler, "som sand eller keramik, holde bruddene åbne. "De laver dybest set en revne i klippen og fylder den med små perler, " sagde Rice kemiker Andrew Barron, hvis laboratorium producerede enheden beskrevet i Royal Society of Chemistry journal Miljøvidenskabelige processer og påvirkninger .

Men virksomhederne har svært ved at vide, hvilke indføringsbrønde – hvor væsker pumpes ind – der er forbundet med produktionsbrøndene, hvor olie og gas pumpes ud. "De pumper måske tre brønde ned og producerer fra seks, men de har meget lidt idé om, hvilken brønd der er forbundet med hvilken, " han sagde.

Spor- eller sensorpartikler tilsat fraktureringsvæsker hjælper med at løse dette problem, men der er masser af plads til optimering, især ved at minimere mængden af ​​nanopartikler, der bruges nu, han sagde. "Ideelt set vi ville tage en meget lille mængde af en partikel, der ikke interagerer med proppant, sten eller gunk, der er blevet pumpet ned i hullet, injicer det i én brønd og opsaml det ved produktionsbrønden. Den tid, det tager at gå fra den ene til den anden, vil fortælle dig om forbindelsen under jorden."

Barron forklarede, at proppemidlet selv tegner sig for det meste af overfladearealet, som nanopartiklerne støder på, så det er vigtigt at indstille sporstofferne til den anvendte type afstivningsmiddel.

Han sagde, at industrien mangler en ensartet metode til at teste og optimere specialdesignede nanopartikler til bestemte formationer og væsker. Det ultimative mål er at optimere partiklerne, så de ikke klumper sig sammen eller klæber til klippen eller proppantet og kan identificeres pålideligt, når de forlader produktionsbrønden.

Den automatiserede enhed af Barron, Ris-alumnen Samuel Maguire-Boyle og deres kolleger giver dem mulighed for at køre nanotracere gennem en lille model af en geologisk formation og hurtigt analysere, hvad der kommer ud på den anden side.

Enheden sender en lille mængde sølv nanopartikelsporere i hurtige pulser gennem en solid søjle, simulerer den meget længere vej, partiklerne ville bevæge sig i en brønd. Det giver forskerne et præcist blik på både hvor klistrede og hvor robuste partiklerne er.

"Vi valgte sølv nanopartikler for deres plasmonresonans, " sagde Barron. "De er meget nemme at se (med et spektroskop) og giver data af høj kvalitet." Han sagde, at sølvnanopartikler ville være upraktiske i en rigtig brønd, men fordi de er nemme at modificere med andre nyttige kemikalier, de er gode modeller for tilpassede nanopartikler.

"Processen er enkel nok til, at vores studerende laver forskellige nanopartikler og meget hurtigt teste dem for at finde ud af, hvordan de opfører sig, " sagde Barron.

Metoden viser også lovende for sporing af vand fra kilde til destination, som kunne være værdifuldt for offentlige myndigheder, der ønsker at forstå, hvordan grundvandsmagasiner er forbundet eller ønsker at spore strømmen af ​​elementer som forurenende stoffer i en vandforsyning, han sagde.

Barron sagde, at Rice-laboratoriet ikke vil føre tilsyn med produktionen af ​​testriggen, men det behøver det ikke. "Vi har lige udgivet avisen, men hvis virksomheder ønsker at lave deres egne, det inkluderer instruktionerne. Det supplerende materiale er i bund og grund en manual til, hvordan dette gøres, " han sagde.