Forskere fra Rice University har udviklet en metode til at behandle kompositmaterialer af grafen nanobånd og termohærdende polymerer med mikrobølger på en måde, der dramatisk kan forstærke brøndboringer til olie- og gasproduktion. Kredit:Nam Dong Kim/Rice University
Brøndboringer, der er boret for at udvinde olie og gas, kan forstærkes dramatisk med en lille mængde modificerede grafen nanobånd tilsat til en polymer og opvarmet i mikroovn, ifølge forskere fra Rice University.
Kemikeren James Tours og civil- og miljøingeniøren Rouzbeh Shahsavaris Rice-laboratorier kombinerede nanobåndene med en oliebaseret termohærdende polymer beregnet til at gøre brøndene mere stabile og reducere produktionsomkostningerne. Når den er hærdet på plads med mikrobølger med lav effekt, der kommer fra boremodulet, kompositten ville tilslutte de mikroskopiske brud, der tillader borevæske at sive igennem og destabilisere væggene.
Resultaterne af deres undersøgelse blev vist i tidsskriftet American Chemical Society ACS anvendte materialer og grænseflader .
Forskerne sagde, at tidligere, borere har forsøgt at tilstoppe brud med glimmer, calciumcarbonat, gilsonit og asfalt til ringe nytte, fordi partiklerne er for store, og metoden ikke er effektiv nok til at stabilisere brøndboringen.
I laboratorietests, en polymer-nanobåndblanding blev placeret på en sandstensblok, ligner den klippe, man støder på i mange brønde. Holdet fandt ud af, at hurtig opvarmning af grafen nanobåndene til mere end 200 grader Celsius med en 30-watt mikrobølge var nok til at forårsage tværbinding i polymeren, der havde infiltreret sandstenen, sagde Tour. Den nødvendige mikrobølgeenergi er kun en brøkdel af den, der typisk bruges af et køkkenapparat, han sagde.
"Dette er en langt mere praktisk og omkostningseffektiv måde at øge stabiliteten af et godt stykke over en lang periode, " sagde Tour.
I laboratoriet, nanobåndene blev funktionaliserede - eller modificerede - med polypropylenoxid for at hjælpe med deres spredning i polymeren. Mekaniske test på kompositforstærket sandsten viste, at processen øgede dens gennemsnitlige styrke fra 5,8 til 13,3 megapascal, en 130 procent boost i denne måling af indre tryk, sagde Shahsavari. Tilsvarende kompositens sejhed steg med en faktor seks.
"Det indikerer, at kompositten kan absorbere omkring seks gange mere energi før fejl, " sagde han. "Mekanisk test i mindre skalaer via nanoindentation udviste endnu mere lokal forbedring, hovedsageligt på grund af den stærke interaktion mellem nanobånd og polymeren. Det her, kombineret med nanobånd-polymerens fyldende effekt ind i sandstenens porerum, førte til de observerede forbedringer."
Forskerne foreslog, at en mikrobølgetilslutning med lav effekt på borehovedet ville give mulighed for hærdning i brønden af nanobånd-polymeropløsningen.