Lekkende aardgasbronnen worden beschouwd als een potentiële bron van methaanemissies, en een nieuw cementmengsel van nanomaterialen zou een effectieve, betaalbare oplossing voor het afdichten van deze putten, volgens een team van wetenschappers van Penn State.

"We hebben een zeer flexibel cement uitgevonden dat beter bestand is tegen scheuren, " zei Arash Dahi Taleghani, universitair hoofddocent petroleum engineering aan Penn State. "Dat is belangrijk omdat er over de hele wereld miljoenen verweesde en verlaten putten zijn, en scheuren in de omhulsels kunnen ervoor zorgen dat methaan in het milieu terechtkomt."

Wanneer aardgasbronnen worden geboord, cement wordt gebruikt om de buis vast te zetten, of behuizing, naar de omringende rots, het creëren van een afdichting die voorkomt dat methaan naar de ondiepe ondergrond migreert, waar het waterwegen zou kunnen binnendringen, of de sfeer, waar het een krachtig broeikasgas is, zeiden de wetenschappers.

Putten kunnen zich kilometers onder de grond uitstrekken en na verloop van tijd kunnen veranderende temperaturen en drukken het cement aantasten, waardoor scheuren ontstaan. De wetenschappers zeiden dat reparaties het injecteren van cement in zeer smalle gebieden tussen de behuizing en het gesteente inhouden. speciaal cement nodig.

"In aanbouw, je kunt gewoon cement mengen en gieten, maar om deze putten af ​​te dichten, cementeer je een gebied met een dikte van minder dan een millimeter, of dat van een stukje tape, "Zei Dahi Taleghani. "In staat zijn om cement beter door deze zeer nauwe ruimtes te pompen waaruit methaanmoleculen kunnen ontsnappen, is de schoonheid van dit werk."

Door bijna 2-D grafiet toe te voegen, ontstond een cementmengsel dat deze nauwe ruimtes beter opvulde en dat ook sterker en veerkrachtiger was, vonden de wetenschappers. Ze rapporteerden onlangs hun bevindingen in de International Journal of Greenhouse Gas Control . Maryam Tabatabaei, een postdoctoraal onderzoeker in de John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering, heeft ook meegewerkt aan dit onderzoek.

De wetenschappers ontwikkelden een meerstappenproces om vellen van het nanomateriaal gelijkmatig in een cementbrij te verdelen. Door het grafiet eerst te behandelen met chemicaliën, de wetenschappers waren in staat om de oppervlakte-eigenschappen te veranderen, zodat het materiaal in water zou oplossen in plaats van het af te stoten.

"Als we dit materiaal gewoon in het water gieten en mengen, deze kleine deeltjes hebben de neiging aan elkaar te kleven en een conglomeraat te vormen, " zei Dahi Taleghani. "Als ze niet gelijkmatig worden verspreid, is het grafiet niet zo sterk in het cement."

Het cementmengsel kan worden gebruikt in actieve onconventionele putten zoals die gevonden in het Marcellus Shale-gasspel, of om verweesde en verlaten gasbronnen af ​​te dichten, zeiden de wetenschappers. Het is ook veelbelovend voor gebruik in technologie voor het opvangen en opslaan van koolstofdioxide.

Grafiet is goedkoper dan andere nanomaterialen die eerder werden gebruikt om de prestaties van cement te verbeteren. In aanvulling, er is heel weinig materiaal nodig om het cement te versterken, zeiden de wetenschappers.

"Gezien de lage kosten van de hoeveelheid grafiet-nanoplaatjes die nodig zijn voor deze test, deze technologie kan de industrie een economische oplossing bieden om mogelijke cementeringsproblemen in het veld aan te pakken, ' zei Dahi Taleghani.