Een aan de Rice University uitgevonden tafelmodel kan vertellen hoe efficiënt een nanodeeltje door een put zou reizen en kan een schat aan informatie opleveren voor olie- en gasproducenten.

Het apparaat verzamelt gegevens over hoe tracers - microscopisch kleine deeltjes die in putten kunnen worden gepompt en teruggewonnen - door diepe rotsformaties bewegen die zijn geopend door hydraulisch breken.

Boorbedrijven gebruiken breuken om olie en gas uit voorheen onbereikbare reservoirs te pompen. Vloeistoffen worden onder hoge druk in een boorput gepompt om rotsen te breken, en materialen genaamd "proppants, " zoals zand of keramiek, houd de breuken open. "Ze maken in feite een scheur in de rots en vullen deze met kleine kralen, " zei rijstchemicus Andrew Barron, wiens lab het apparaat heeft geproduceerd dat wordt beschreven in het tijdschrift Royal Society of Chemistry Milieuwetenschappelijke processen en effecten .

Maar de bedrijven hebben moeite om te weten welke insteekputten - waar vloeistoffen worden ingepompt - zijn aangesloten op de productieputten waar olie en gas worden weggepompt. "Misschien pompen ze drie putten leeg en produceren ze uit zes, maar ze hebben heel weinig idee van welke bron met welke is verbonden, " hij zei.

Tracer- of sensordeeltjes toegevoegd aan breekvloeistoffen helpen dat probleem op te lossen, maar er is genoeg ruimte voor optimalisatie, vooral bij het minimaliseren van het volume aan nanodeeltjes dat nu wordt gebruikt, hij zei. "Ideaal, we zouden een zeer kleine hoeveelheid van een deeltje nemen dat geen interactie heeft met proppant, steen of de smurrie die in het gat is gepompt, injecteer het in één put en verzamel het bij de productieput. De tijd die nodig is om van de ene naar de andere te gaan, zal je vertellen over de connectiviteit onder de grond."

Barron legde uit dat het proppant zelf verantwoordelijk is voor het grootste deel van het oppervlak dat de nanodeeltjes tegenkomen, dus het is belangrijk om de tracers af te stemmen op het type proppant dat wordt gebruikt.

Hij zei dat de industrie geen uniforme methode heeft om op maat ontworpen nanodeeltjes te testen en te optimaliseren voor bepaalde formaties en vloeistoffen. Het uiteindelijke doel is om de deeltjes te optimaliseren zodat ze niet samenklonteren of aan het gesteente of steunmiddel blijven kleven en betrouwbaar kunnen worden geïdentificeerd wanneer ze de productieput verlaten.

Het geautomatiseerde apparaat van Barron, Rice-alumnus Samuel Maguire-Boyle en hun collega's stellen hen in staat om nanotracers door een klein model van een geologische formatie te laten lopen en snel te analyseren wat er aan de andere kant uitkomt.

Het apparaat stuurt een kleine hoeveelheid zilveren nanodeeltjes-tracers in snelle pulsen door een stevige kolom, het simuleren van het veel langere pad dat de deeltjes in een put zouden afleggen. Dat geeft de onderzoekers een nauwkeurig beeld van zowel hoe plakkerig als hoe robuust de deeltjes zijn.

"We kozen voor zilveren nanodeeltjes vanwege hun plasmonresonantie, "Zei Barron. "Ze zijn heel gemakkelijk te zien (met een spectroscoop) en zorgen voor gegevens van hoge kwaliteit." Hij zei dat zilveren nanodeeltjes onpraktisch zouden zijn in een echte bron, maar omdat ze gemakkelijk te wijzigen zijn met andere nuttige chemicaliën, het zijn goede modellen voor aangepaste nanodeeltjes.

"Het proces is zo eenvoudig dat onze studenten verschillende nanodeeltjes maken en ze heel snel testen om erachter te komen hoe ze zich gedragen, ' zei Barron.

De methode is ook veelbelovend voor het volgen van water van bron tot bestemming, wat waardevol kan zijn voor overheidsinstanties die willen begrijpen hoe watervoerende lagen met elkaar verbonden zijn of die de stroom van elementen zoals verontreinigende stoffen in een watervoorziening willen traceren, hij zei.

Barron zei dat het Rice-lab geen toezicht zal houden op de productie van de testopstelling, maar het hoeft niet. "We hebben net de krant gepubliceerd, maar als bedrijven er zelf een willen maken, het bevat de instructies. Het aanvullende materiaal is in feite een handleiding om dit te doen, " hij zei.