Phụ gia graphene trong dung dịch
khoan dầu khí
Mục tiêu của dự án là nghiên cứu bổ sung chất phụ gia graphene có kích thước nano vào
dung dịch khoan để ngăn ngừa những phức tạp trong quá trình khoan. Chi phí cho M-I
SWACO 450,000 USD trong vòng 2 năm để thực hiện nghiên cứu trong phòng thí
nghiệm khoa học vật liệu và tin học.
“Graphene là phiến graphite, có bề dày bằng một nguyên tử carbon. Đây là
vật liệu mỏng/mảnh nhất, về cơ bản, nó có cấu trúc 2D. Trong phòng thí
nghiệm có thể tạo ra các phiến graphene có đường kính 25 µm và dày chỉ
1nm. Các nghiên cứu cho thấy rằng chỉ với một lượng rất nhỏ, graphene
cũng có một khả năng bịt kín chặt các lỗ thấm lọc.
Graphen là một mạng tinh thể dạng tổ ong có kích thước nguyên tử tạo thành
từ các nguyên tử cacbon. Những nghiên cứu cơ bản đối với graphene và oxit
graphene từ vào năm 2004, các vật liệu nano này là những hợp chất công
nghệ sạch thân thiện với môi trường, chúng có gốc graphit, và được lấy từ
trong lòng đất.
Phạm vi nghiên cứu bao gồm tìm hiểu về cơ bản hoạt động của graphene
trong nước để bít kín các lỗ rỗng và phát triển vấn đề này nhằm tạo ra được
những công thức dung dịch khoan thích hợp có chứa graphene. Khi hiểu biết
được hoạt động của graphene trong nước, tìm hiểu thêm về khả năng nút kín
của graphene có thể chịu ảnh hưởng như thế nào bởi sự có mặt của bất cứ
hợp chất nào trong dung dịch khoan.
Hiệu quả bít nhét kín chính là điều mong muốn của M-I SWACO để ứng
dụng trong dung dịch khoan. Các dung dịch gốc dầu hoặc gốc nước thông
thường được bơm xuống giếng khoan qua cột cần khoan để làm sạch choòng
khoan và đưa mùn khoan theo dòng chất lưu di chuyển ngược lên trên bề
mặt. Các loại dung dịch khoan này, có chứa rất nhiều phụ gia hoá học, lại
không thể bịt kín các lỗ rỗng trong vỉa theo đó dầu có thể chảy qua.
Tổ hợp của graphene hoà tan trong dầu và oxit graphene hoà tan trong nước,
với kích thước nano được sử dụng bít kín, có thể được cho thêm vào dung
dịch khoan. Các hạt này dưới áp suất riêng của chất lưu sẽ nhanh chóng tạo
thành một lớp màng thấm lọc mỏng trên thành giếng khoan.
Khi dung dịch khoan được thoát lên khi bộ bộ dụng cụ quay, áp suất của vỉa
sẽ ép lớp lọc graphene qua các lỗ rỗng và chảy vào trong giếng khoan, cho
phép việc khai thác hydrocabon diễn bình thường. Khi giảm áp lực thuỷ tĩnh
trong giếng và kéo choòng khoan ra khỏi giếng khoan, áp suất trong đất đá
sẽ lớn hơn rất nhiều so với áp suất trong lỗ khoan, áp suất này phá vỡ lớp
thấm lọc và dầu chảy vào trong giếng.
Theo James Bruton, Phó chủ tịch của M-I SWACO, cho rằng đây chính là
thời điểm thích hợp để công ty của ông đánh giá tác dụng của các hạt nano,
đặc biệt khi xem xét đến giá thành của dung dịch khoan. Mặc dù giá thành
của dung dịch khoan có thể đạt tới 200-300 $/bbl, và một giếng khoan tại
vịnh Mexico sẽ cần tới 20000 thùng dung dịch. Đây không phải là một loại
hàng hoá rẻ tiền đối với khách hàng, vì thế việc sử dụng dung dịch khoan có
ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Trong tương lai sẽ tập trung vào việc sử dụng graphene để hoàn thiện dung
dịch khoan và các sản phẩm khoan khác. Trong vài năm tới công nghệ nano
sẽ được ứng dụng rộng rãi trong việc điều chế các loai dung dịch để khoan
trong các điều kiện địa chất phức tạp các giếng khoan dầu khí.
