Наноматериалы для герметизации газовых скважин

Концентрация метана в атмосфере нашей планеты неуклонно растет. В числе источников опасного «парникового» газа – неиспользуемые газовые скважины.

Скважины не используются по разным причинам: часть из них разведочные, часть – заброшенные газовыми компаниями, отказавшимися от своих скважин, навсегда оставив их с утечкой метана.

Важность цементирования

Наноматериалы для герметизации газовых скважинНа буровых для изоляции каждого нефтегазового слоя, через который проходит скважина, применяют цементирование. Это очень сложный и ответственный процесс, обеспечивающий целостность ствола скважины. Однако образовавшийся цементный камень со временем разрушается, в процессе его коррозии образуются трещины, через которые просачивается метан.

В мире насчитывается несколько миллионов заброшенных скважин, выделяющих метан. В решение проблемы утечки метана свою лепту внесли ученые из Пенсильванского университета, предложившие использовать нанотехнологический цементный раствор.

Сложность задачи, стоящей перед инженерами, заключалась в том, что герметизирующий раствор для восстановления газовой непроницаемости требуется заливать в трещины, т.е. очень узкие щели шириной менее миллиметра.

Создать цементную смесь, эффективно заполняющую трещины большой глубины, удалось путем добавления к цементному раствору поверхностно-модифицированных графитовых нанопластинок (graphite nanoplatelets, GNP).

Чтобы оценить эффективность приготовленного цементного раствора для эффективного уплотнения узких участков, проводились испытания узких щелей с толщиной 120 микрон. Это позволило показать превосходство предложенного решения при уплотнении узких участков.

Новый цементный раствор обеспечивает герметизацию скважин с превосходной прокачиваемостью, механической прочностью и проникающими свойствами, утверждается в статье, опубликованной в декабрьском номере Международного журнала по контролю за парниковыми газами («International Journal of Greenhouse Gas Control»).

«Мы считаем, что эти наночастицы благодаря своей двумерной наноструктуре не только улучшают подвижность цемента, но и обеспечивают надлежащую герметизацию в целевых зонах», — пишут авторы статьи М. Табатабаи и и А. Дахи Талегани.

«Мы изобрели очень гибкий цемент, более устойчивый к растрескиванию», — сказал Араш Дахи Талегани, доцент кафедры нефтяной инженерии Пенсильванского университета. — Это важно, потому что в мире есть миллионы «осиротевших» и заброшенных скважин, а трещины в обсадных колоннах могут позволить метану уйти в окружающую среду».

Экономичность применения графитовых нанопластинок

Для улучшения характеристик цемента исследовались различные материалы, многие из которых нашли практическое применение. Оказалось, что графитовые нанопластинки дешевле рассматривавшихся добавок.

Еще один плюс их использования – для обеспечения нужных свойств цемента требуются очень малые количества GNP.

По словам ученых, новая технология позволяет обеспечить экономичное решение для цементирования скважин в полевых условиях.