Ein Tiefbauforscher der Universität Houston erhielt ein Stipendium in Höhe von 2, 6 Mio. USD für die Entwicklung einer neuen Art von "intelligentem" Zement, der Offshore-Bohrungen sicherer machen könnte.

Cumaraswamy "Vipu" Vipulanandan arbeitet an der Entwicklung eines Materials, mit dem die Betreiber von Offshore-Ölbohrinseln den Zustand eines Bohrlochs während des Baus und der gesamten Betriebsdauer überwachen können.

Die gemeinnützige Forschungspartnerschaft zur Sicherung der Energieversorgung für Amerika (RPSEA) gewährte Vipulanandan im Rahmen ihres Vertrags mit dem US-Energieministerium den dreijährigen Zuschuss. Baker Hughes, ein in Houston ansässiges Ölfeld-Dienstleistungsunternehmen, spendet weitere 500.000 USD für das Forschungsprojekt.

Vipulanandan möchte ein Material schaffen, das "empfindlicher" ist als der Standard-Bohrschlamm und die Zementaufschlämmung, mit denen die Betreiber Offshore-Bohrlöcher bauen und formen. Güllezement ist ein Gemisch aus Wasser, Zement und feinem Sand in einem bestimmten Verhältnis, das zum Füllen von Lücken und Hohlräumen und für andere Reparaturen verwendet werden kann.

Offshore-Ölproduzenten sind einer Vielzahl extremer Faktoren ausgesetzt, von sehr unterschiedlichen Temperaturen über sehr hohe Drücke bis hin zu extrem korrosivem Meerwasser. Auch die Brunnen sind grundsätzlich nicht zugänglich; Dies bedeutet, dass die Überwachung des allgemeinen Gesundheitszustands eine weitere große Herausforderung darstellt.

Vipulanandan arbeitet daran, der Aufschlämmung neue Materialien hinzuzufügen, darunter nanoskalige Partikel aus Kalzium, Kieselsäure und Eisen. Andere Modifikatoren umfassen Polymere, Haftvermittler, Wasserreduktionsmittel, Partikelfüllstoffe und Gemische.

Diese Zusätze werden den Bohrschlamm und die Zementaufschlämmung in Piezomaterialien verwandeln, was bedeutet, dass sich ihre elektrischen Eigenschaften ändern, wenn sie mechanischen Belastungen, Temperaturänderungen und chemischen Reaktionen ausgesetzt sind.

"Es ist wie mit deiner Haut. Wenn jemand deine Haut berührt, kannst du es fühlen. Du kannst den Druck fühlen", sagte er.

Während des Baus eines Brunnens werden elektrische Leitungen in das äußere Gehäuse des Brunnens gelegt. Während die Aufschlämmung gegossen wird, um die Innenwand des Bohrlochs zu bilden, überwachen die Sensoren, wie schnell die Aufschlämmung aushärtet, wie viel des Bohrlochs fertiggestellt wurde und ob der Prozess wie geplant verläuft.

"Manchmal gibt es einen Riss in der tiefen Gesteinsformation, durch den die Gülle entweichen kann. Da das Unternehmen, das den Brunnen baut, diesen Prozess nicht überwachen kann, kann es lange dauern, bis ein Problem erkannt wird", sagte Vipulanandan. "Mit dieser neuen Technologie zeigen die Sensoren schnell, dass der Güllefüllstand nicht steigt. Auf diese Weise kann der Bauherr den Bau anhalten und an einer Lösung arbeiten."

Die neue Zementmischung ermöglicht es den Betreibern auch, Betriebsbrunnen zu überwachen, da sie nach dem Aushärten der Aufschlämmung ihren piezoresistiven Charakter beibehält. Wenn der ausgehärtete Zement einer mechanischen Beanspruchung oder Dehnung ausgesetzt ist, können mithilfe der Erfassungs- und Überwachungsfunktionen der Technologie strukturelle Probleme wie Risse im zementierten Bohrloch leicht erkannt und lokalisiert werden.

Zu Vipulanandans Mitarbeitern des Stipendiums gehört Ramanan Krishanmoorti, Vorsitzender der Abteilung für chemische und biomolekulare Verfahrenstechnik der UH.

Zur Verfügung gestellt von der University of Houston