В рисовых лабораториях химика Джеймса Тура и инженера-строителя и инженера-эколога Рузбеха Шахсавари наноленты были объединены с термореактивным полимером на масляной основе, призванным сделать скважины более стабильными и снизить производственные затраты. При отверждении на месте с помощью микроволн малой мощности, исходящих от бурового агрегата, композит будет закупоривать микроскопические трещины, которые позволяют буровому раствору просачиваться и дестабилизировать стенки.
Результаты их исследования опубликованы в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials and Interfaces.
Исследователи заявили, что в прошлом бурильщики пытались закрыть трещины слюдой, карбонатом кальция, гильсонитом и асфальтом, но безрезультатно, потому что частицы слишком большие, а метод недостаточно эффективен для стабилизации ствола скважины.
В лабораторных испытаниях смесь полимера и наноленты была помещена на блок песчаника, похожий на породу, которая встречается во многих скважинах. Команда обнаружила, что быстрого нагревания графеновых нанолент до более чем 200 градусов Цельсия с помощью 30-ваттной микроволновой печи было достаточно, чтобы вызвать сшивание в полимере, который пропитал песчаник, сказал Тур. По его словам, необходимая микроволновая энергия — это лишь часть той, которая обычно используется кухонным прибором.
«Это гораздо более практичный и экономичный способ повысить стабильность скважины в течение длительного периода», — сказал Тур.
В лаборатории наноленты были функционализированы — или модифицированы — оксидом полипропилена, чтобы способствовать их диспергированию в полимере. Механические испытания на песчанике, армированном композитом, показали, что процесс увеличил его среднюю прочность с 5.8–13.По словам Шахсавари, на 3 мегапаскаля, это на 130 процентов больше при измерении внутреннего давления. Точно так же прочность композита увеличилась в шесть раз.
«Это означает, что композит может поглотить примерно в шесть раз больше энергии до выхода из строя», — сказал он. «Механические испытания в меньших масштабах с помощью наноиндентирования показали еще большее локальное улучшение, в основном из-за сильного взаимодействия между нанолентами и полимером. Это, в сочетании с эффектом заполнения нанолентой-полимером поровых пространств песчаника, привело к наблюдаемым улучшениям."
Исследователи предположили, что маломощная микроволновая насадка на буровой головке позволит отверждать раствор наноленты и полимера в скважине.