Методы наблюдения за бетоном по мере его схватывания могут способствовать разработке новых цементов

Ключевой частью бурения и выстукивания новых нефтяных скважин является использование специализированных цементов для выравнивания ствола скважины и предотвращения обрушения и утечки скважины. Чтобы эти цементы не затвердевали слишком быстро, прежде чем они проникнут на самые глубокие уровни скважины, их смешивают с химическими веществами, называемыми замедлителями, которые замедляют процесс схватывания.

Было важной задачей изучить, как работают эти замедлители, потому что процесс происходит при экстремальных давлениях и температурах, которые трудно воспроизвести на поверхности.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и других организаций разработали новые методы для наблюдения процесса схватывания в микроскопических деталях, что, по их словам, может привести к разработке новых составов, специально разработанных для условий данного местоположения скважины. Это может иметь большое значение для решения проблем утечки метана и коллапса скважины,которые могут возникнуть с сегодняшними формулами цементов и присадок, используемыми в производстве бетона для скважин.

Их заключения появляются в журнале "Цемент и исследования бетона", в работе профессора Массачусетского технологического института Oral Buyukozturk, научного сотрудник Массачусетского технологического института Kunal Kupwade-Patil, в 8 других публикациях в Исследовательском центре провинции в Техасе и в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) в штате Теннесси.

"В настоящее время используются сотни различных смесей" цемента, - говорит Бююкозтурк, который является профессором Джорджа Макомбера по гражданской и экологической инженерии в Массачусетском технологическом институте. Новые методы, разработанные этой командой для наблюдения за тем, как эти различные составы ведут себя в процессе установки, "открывают новую среду для исследований и инноваций" при разработке этих специализированных цементов, говорит он.

Цемент, используемый для герметизации футеровки нефтяных скважин, часто приходится устанавливать на сотни или даже тысячи метров ниже поверхности, в экстремальных условиях и в присутствии различных агрессивных химических веществ. Исследования замедлителей обычно проводились путем извлечения образцов отвержденного цемента из скважины для испытания в лаборатории, но такие испытания не раскрывают деталей последовательности химических изменений, происходящих в процессе отверждения.

Новый метод использует уникальную установку детектора в Национальной лаборатории Ок-Риджа, называемую наноразмерным Дифрактометром упорядоченных материалов, или NOMAD, который используется для выполнения процесса, называемого анализом функции распределения нейтронных пар, или PDF. Этот метод позволяет исследовать на месте распределение пар атомов в материале, которые имитируют реалистичные условия, которые встречаются в реальной нефтяной скважине на глубине.

"NOMAD идеально подходит для изучения сложных структурных проблем, таких как понимание гидратации в бетоне, из-за его высокого потока и чувствительности нейтронов к легким элементам, таким как водород", - говорит Томас Проффен из ORNL.

По материалам phys.org