En bordsenhet som uppfanns vid Rice University kan berätta hur effektivt en nanopartikel skulle färdas genom en brunn och kan ge en mängd information för olje- och gasproducenter.
Enheten samlar in data om hur spårämnen – mikroskopiska partiklar som kan pumpas in i och återvinnas från brunnar – rör sig genom djupa bergformationer som har öppnats genom hydraulisk sprickbildning.
Borrbolag använder sprickbildning för att pumpa olja och gas från reservoarer som tidigare inte gick att nå. Vätskor pumpas in i ett borrhål under högt tryck för att spricka stenar, och material som kallas "proppmedel, "som sand eller keramik, håll frakturerna öppna. "De gör i princip en spricka i berget och fyller den med små pärlor, " sa riskemist Andrew Barron, vars labb producerade enheten som beskrivs i tidskriften Royal Society of Chemistry Miljövetenskapliga processer och effekter .
Men företagen kämpar med att veta vilka insticksbrunnar – där vätskor pumpas in – som är anslutna till produktionsbrunnarna där olja och gas pumpas ut. "De kanske pumpar ner tre brunnar och producerar från sex, men de har väldigt liten aning om vilken brunn som är ansluten till vilken, " han sa.
Spår- eller sensorpartiklar tillsatta sprickvätskor hjälper till att lösa det problemet, men det finns gott om utrymme för optimering, speciellt för att minimera volymen av nanopartiklar som används nu, han sa. "Helst, vi skulle ta en mycket liten mängd av en partikel som inte interagerar med proppant, sten eller gunk som har pumpats ner i hålet, injicera det i en brunn och samla upp det vid produktionsbrunnen. Tiden det tar att gå från den ena till den andra kommer att berätta om anslutningen under jorden."
Barron förklarade att proppmedlet i sig står för det mesta av ytan som nanopartiklarna möter, så det är viktigt att ställa in spårämnena till den typ av proppant som används.
Han sa att industrin saknar en enhetlig metod för att testa och optimera specialdesignade nanopartiklar för särskilda formationer och vätskor. Det slutliga målet är att optimera partiklarna så att de inte klumpar ihop sig eller fastnar på berget eller proppan och kan identifieras på ett tillförlitligt sätt när de lämnar produktionsbrunnen.
Den automatiserade enheten av Barron, Risalumnen Samuel Maguire-Boyle och deras kollegor låter dem köra nanotracers genom en liten modell av en geologisk formation och snabbt analysera vad som kommer ut på andra sidan.
Enheten skickar en liten mängd nanopartikelspårämnen av silver i snabba pulser genom en solid kolonn, simulera den mycket längre väg partiklarna skulle färdas i en brunn. Det ger forskarna en exakt bild av både hur klibbiga och hur robusta partiklarna är.
"Vi valde silver nanopartiklar för deras plasmonresonans, " Sa Barron. "De är väldigt lätta att se (med ett spektroskop) vilket ger data av hög kvalitet." Han sa att silvernanopartiklar skulle vara opraktiska i en riktig brunn, men eftersom de är lätta att modifiera med andra användbara kemikalier, de är bra modeller för anpassade nanopartiklar.
"Processen är enkel nog att våra studenter gör olika nanopartiklar och mycket snabbt testar dem för att ta reda på hur de beter sig, sa Barron.
Metoden visar också lovande för att spåra vatten från källa till destination, vilket kan vara värdefullt för statliga myndigheter som vill förstå hur akviferer hänger ihop eller vill spåra flödet av element som föroreningar i en vattenförsörjning, han sa.
Barron sa att Rice-labbet inte kommer att övervaka produktionen av testriggen, men det behöver inte. "Vi har precis publicerat tidningen, men om företag vill göra sina egna, den innehåller instruktionerna. Tilläggsmaterialet är i grunden en manual för hur man gör detta, " han sa.
