宾夕法尼亚州立大学的马特·卡罗尔 图为宾夕法尼亚州的一口天然气井
当油井受损或退化时，甲烷可能会逃逸到环境中
宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新的纳米材料水泥混合物来解决这个问题
信用:Pa环境保护部 宾夕法尼亚州立大学的一组科学家称，天然气井泄漏被认为是甲烷排放的一个潜在来源，一种新型纳米材料水泥混合物可以为密封这些井提供一种有效、经济的解决方案
宾夕法尼亚州立大学石油工程副教授阿拉什·达希·塔勒格哈尼说:“我们发明了一种非常柔韧的水泥，这种水泥更能抗裂。”
“这一点很重要，因为全世界有数以百万计的孤儿井和废弃井，套管上的裂缝会让甲烷逃逸到环境中
" 科学家们说，当钻天然气井时，水泥被用来将管道或套管固定到周围的岩石上，形成一个密封，防止甲烷迁移到浅层地下，在那里它可能进入水道或大气，在那里它是一种强有力的温室气体
油井可以延伸到地下数英里，随着时间的推移，温度和压力的变化会使水泥降解，导致裂缝的形成
科学家说，修复包括在套管和岩石之间非常狭窄的区域注入水泥，需要特殊的水泥
“在施工中，你可以混合水泥，然后倒入，但是为了密封这些井，你要在一个厚度不到一毫米，或者一片胶带厚度的区域进行固井，”达希·塔勒哈尼说
“能够更好地将水泥泵入这些甲烷分子可以逃离的非常狭窄的空间是这项工作的美妙之处
" 科学家们发现，加入几乎二维的石墨可以制造出一种水泥混合物，这种混合物可以更好地填充这些狭窄的空间，并且更坚固、更有弹性
他们最近在《国际温室气体控制杂志》上报道了他们的发现
玛丽雅姆·塔巴塔贝是约翰和威利·利昂家族能源和矿物工程系的博士后学者，她也为这项研究做出了贡献
科学家开发了一种多步骤工艺，将纳米材料片均匀分布到水泥浆中
通过首先用化学物质处理石墨，科学家们能够改变它的表面性质，使这种材料溶解在水中，而不是排斥它
“如果我们把这种物质倒入水中混合，这些小颗粒有粘在一起形成一个大集团的趋势，”达希·塔勒哈尼说
“如果它们分散不均匀，那么水泥中的石墨就没有那么坚固
" 科学家们说，这种水泥混合物可以用于活跃的非常规油井，如马塞勒斯页岩气田中发现的油井，或者用于密封废弃的气井
它还显示了在二氧化碳捕获和储存技术中的应用前景
石墨比以前用于提高水泥性能的其他纳米材料更便宜
此外，科学家说，强化水泥只需要很少的材料
“考虑到这项测试所需的石墨纳米片数量的低成本，这项技术可能为工业解决该领域可能的固井问题提供一个经济的解决方案，”达希·塔勒哈尼说
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