Grafen pomoże w wydobyciu ropy naftowej

fot. Rice University

Naukowcy z USA stworzyli nową płuczkę do wierceń poszukiwawczych ropy naftowej. Zawierająca dodatek tlenku grafenu płuczka zapobiega eksplozywnemu wypływowi ropy i ułatwia uruchomienie wydobycia po wierceniu – poinformowały Rice University i serwis EurekAlert.  

Rozwiązanie zapobiegające zatykaniu się otworów wiertniczych przy poszukiwaniach ropy naftowej opracował zespół naukowców i inżynierów z Rice University i pracujących dla firmy technologicznej M-I SWACO z Teksasu, pod kierownictwem prof. chemii Jamesa Toura.

Płuczka wiertnicza jest wtłaczana w otwór podczas wiercenia, dla jego oczyszczenia oraz wyrzucenia zanieczyszczeń. Tradycyjnie dodawane są do niej glinki, tworzące w pionowym otworze wiertniczym, pod wpływem ciśnienia, warstwę filtracyjną zwaną ciastkiem, chroniącą ropę przed wypłynięciem na powierzchnię i z drugiej strony przed zalewaniem płuczką mikrootworów, którymi wypływa ropa.

Po usunięciu świdra i płuczki, zaczyna się wypływ ropy i rozpad warstwy filtracyjnej. Czasem jednak warstwa filtracyjna utrzymuje się, a cały otwór staje się przez to nieproduktywny. Ponadto rośnie ciśnienie, co w każdej chwili może spowodować eksplozywny wypływ ropy, mimo zastosowania głowicy przeciwerupcyjnej.

Zespół Toura zauważył, że dodawanie do płuczki mikroskopijnych płatków grafenu powoduje tworzenie lżejszego ciastka filtracyjnego. Płatki osadzają się wokół mikrootworów, z których wypływa ropa i układają się na sobie tworząc cienką warstwę, podobnie do rozgwiazd na koralowcach. Kiedy jednak ciśnienie się zmniejszy, a płuczka zostanie usunięta, filtr z grafenu będzie wypłukany przez wypływającą ropę.

Dla lepszego zawieszania w wodzie, stanowiącej bazę płuczki, zespół zastosował nie zwykłą formę grafenu, a tlenek grafenu (GO) w formie płatków, tzw. śnieżynek. GO jest rozpuszczalny i zawieszalny w wodzie słodkiej, ale w słonej - stanowiącej bazę wielu płuczek - ma tendencję do zbijania się. Zespół zaradził temu, tworząc alkoholową zawiesinę GO. Jak stwierdził uczestniczący w badaniach profesor inżynierii materiałowej W.F. Chao, tlenek grafenu w roztworze alkoholowym nie zbija się w obecności soli.

Pierwsze testy w wiertniach American Petroleum wykazały, że najlepszą mieszanką dla płuczki jest proszek GO oraz duże płatki tlenku grafenu zawieszone w alkoholu. Płuczka, do której dodano 2 proc. funkcjonalnego GO uformowała filtry o średnicy 22 mikrometrów – o wiele mniejsze niż filtry z glinki o wielkości 278 mikrometrów. Płuczka, w której zastosowano tlenek grafemu, wynosi też na powierzchnię o ponad połowę mniej szkodliwych cząstek stałych, co oznacza, że wiercenia są wydajniejsze i mniej szkodliwe dla środowiska.

Zdaniem naukowców, tlenek grafenu rozkłada się po krótkim czasie do grafitu pod wpływem bakterii bytujących w drążonych warstwach skalnych, a więc zwykłej formy węgla. Płuczka z tlenkiem grafenu zapobiega także wzrostowi ciśnienia w otworze wiertniczym i eksplozywnemu wypływowi ropy, co spowodowało wielką katastrofę w Zatoce Meksykańskiej na platformie koncernu BP, Deepwater Horizon, w kwietniu 2010 r..

Według prof. Toura, po badaniach określających dokładnie przepuszczalność filtra grafenowego i jego działanie w czasie procesu wiercenia, nowa płuczka z grafenem zostanie wprowadzona do użycia.

PAP - Nauka w Polsce