Brunnhål som borras för att utvinna olja och gas kan förstärkas dramatiskt med en liten mängd modifierade grafennanorband som läggs till en polymer och värms upp i mikrovågor, enligt Rice University forskare.

Rice labs av kemisten James Tour och civil- och miljöingenjören Rouzbeh Shahsavari kombinerade nanobanden med en oljebaserad härdplast polymer avsedd att göra brunnar mer stabila och minska produktionskostnaderna. När den härdas på plats med lågeffektmikrovågor som kommer från borrenheten, kompositen skulle täppa till de mikroskopiska sprickorna som gör att borrvätska kan sippra igenom och destabilisera väggarna.

Resultaten av deras studie dök upp i tidskriften American Chemical Society ACS tillämpade material och gränssnitt .

Forskarna sa att tidigare, borrare har försökt plugga sprickor med glimmer, kalciumkarbonat, gilsonit och asfalt till liten nytta eftersom partiklarna är för stora och metoden inte är tillräckligt effektiv för att stabilisera borrhålet.

I labbtester, en polymer-nanobandblandning placerades på ett sandstensblock, liknande berget som påträffas i många brunnar. Teamet fann att det räckte att snabbt värma grafennanorbanden till mer än 200 grader Celsius med en 30-watts mikrovågsugn för att orsaka tvärbindning i polymeren som hade infiltrerat sandstenen, sa Tour. Mikrovågsenergin som behövs är bara en bråkdel av den som vanligtvis används av en köksapparat, han sa.

"Detta är ett mycket mer praktiskt och kostnadseffektivt sätt att öka stabiliteten för en väl över en lång period, " sa Tour.

I labbet, nanobanden funktionaliserades – eller modifierades – med polypropylenoxid för att underlätta deras spridning i polymeren. Mekaniska tester på kompositförstärkt sandsten visade att processen ökade sin medelhållfasthet från 5,8 till 13,3 megapascal, en ökning med 130 procent i denna mätning av inre tryck, sa Shahsavari. Liknande, kompositens seghet ökade med en faktor sex.

"Det tyder på att kompositen kan absorbera ungefär sex gånger mer energi innan den går sönder, ", sa han. "Mekanisk testning i mindre skala via nanoindentation uppvisade ännu mer lokal förbättring, främst på grund av den starka interaktionen mellan nanoband och polymeren. Detta, kombinerat med den fyllande effekten av nanoband-polymeren i sandstenens porutrymmen, ledde till de observerade förbättringarna."

Forskarna föreslog att en lågeffektmikrovågsfäste på borrhuvudet skulle möjliggöra härdning av nanoband-polymerlösningen i brunnen.