Инженеры из Университета штата Пенсильвания (США) изобрели гибкий и устойчивый цемент с добавлением наноматериалов, который сможет загерметизировать скважины с природным газом, чтобы предотвратить утечку газа и выброс метана, сообщает портал EurekAlert!. Подробно разработка описана в журнале International Journal of Greenhouse Gas Control.
При бурении скважин для добычи природного газа (преимущественно – метана) используют цемент, чтобы создать уплотнение (в виде трубы или колонны), которое не дает метану вырваться из осадочной породы и попасть в водные пути, или в атмосферу, где он ведет себя как мощный парниковый газ.
Скважины могут простираться на много километров под землей, и с течением времени изменение температуры и давления может разрушить цемент, вызывая трещины в материале. Чтобы их отремонтировать, необходимо залить цемент – в очень узкие пространства (толщиной менее миллиметра) между колонной или трубой и породой. Для такой непростой задачи требуется специальный цемент, отмечают авторы работы.
Ученые из Университета штата Пенсильвания создали такой материал, добавив почти двумерный графит в цементную смесь, которая лучше заполняла эти узкие пространства, а также была более прочной и эластичной. Графит более доступен, чем другие наноматериалы, которые ранее уже использовались, чтобы улучшить характеристики цемента. Кроме того, по словам ученых, для его укрепления требуется очень мало материала.
Кроме того, исследователи разработали многоступенчатый процесс для равномерного распределения листов наноматериала в цементном растворе. Обработав графит химическими веществами, они смогли изменить его поверхностные свойства, чтобы материал растворялся в воде, а не отталкивал его.
«Если просто вылить этот материал в воду и перемешать, его мелкие частицы будут слипаться и образовывать конгломерат», – отмечают авторы работы. И добавляют, что, если смесь получается неоднородной, значит, графит внутри цемента не так прочен.
По словам ученых, новую цементную смесь можно использовать в действующих скважинах, таких как месторождение сланцевого газа Марселлус (Пенсильвания, США), или для заделки бесхозных и заброшенных газовых скважин.
[Фото: PA DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL PROTECTION]
