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纳米工程水泥显示出密封气井的潜力

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宾夕法尼亚州立大学的一个科学家小组认为,泄漏的天然气井被认为是甲烷排放的潜在来源,一种新型的纳米材料水泥混合物可以为密封这些气井提供一种有效且价格合理的解决方案。

宾夕法尼亚州立大学石油工程学副教授Arash Dahi Taleghani说:“我们发明了一种非常柔软的水泥,它更能抗开裂。” “这很重要,因为世界上有成千上万的孤井和废弃井,而且套管中的裂缝会使甲烷逸出到环境中。”

钻天然气井时,使用水泥将管子或套管固定到周围的岩石上,形成密封,以防止甲烷迁移到浅表层(可能进入水路或进入大气),甲烷进入地下。科学家们说,这种温室气体的潜力很大。

井会延伸到地下数英里,随着时间的推移,温度和压力的变化会使水泥降解,从而形成裂缝。科学家说,修理工作需要在套管和岩石之间的狭窄区域注入水泥,这需要特殊的水泥。

达希·塔莱加尼(Dahi Taleghani)表示:“在建筑中,您可以将水泥混合并倒入,但要密封这些井,则是在胶结厚度小于1毫米或胶带的区域。” “能够更好地将水泥泵送至甲烷分子可以逃逸的非常狭窄的空间,这是这项工作的美。”

科学家发现,添加几乎二维的石墨可以制造出一种水泥混合物,它可以更好地填充这些狭窄的空间,并且更坚固,更有弹性。他们最近在《国际温室气体控制杂志》上发表了他们的发现。约翰·威利·利昂家族能源与矿产工程系的博士后学者Maryam Tabatabaei也为这项研究做出了贡献。

科学家们开发了一个多步骤过程,将纳米材料片均匀地分布到水泥浆中。通过首先用化学物质处理石墨,科学家们能够改变其表面性质,从而使该材料溶于水而不排斥水。

达西·塔莱加尼(Dahi Taleghani)表示:“如果我们仅将这种材料倒入水中并混合,这些小颗粒就会粘在一起形成团块。” “如果它们不能均匀分散,那么石墨在水泥内部的强度就不会那么强。”

科学家说,该水泥混合物可用于活跃的非常规井中,例如在Marcellus页岩气藏中发现的井中,或用于密封孤立和废弃的气井。它还显示了在二氧化碳捕获和储存技术中使用的希望。

石墨比以前用于增强水泥性能的其他纳米材料更实惠。科学家们说,此外,只需要很少的材料来增强水泥。

Dahi Taleghani说:“考虑到该测试所需的石墨纳米片数量的低成本,该技术可能为工业提供经济的解决方案,以解决该领域可能存在的固井问题。”

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