p A estrela do grafeno está surgindo como um material que pode se tornar essencial para a eficiência, produção de óleo ambientalmente saudável. Os pesquisadores da Rice University estão tirando proveito da força excepcional do grafeno, peso leve e solubilidade para melhorar os fluidos usados ​​para perfurar poços de petróleo. p O laboratório do químico James Tour da Rice University e os cientistas da M-I SWACO, uma fornecedora de fluidos de perfuração com sede no Texas e subsidiária da fornecedora de serviços de petróleo Schlumberger, produziram óxido de grafeno funcionalizado para aliviar o entupimento dos poros produtores de petróleo em poços recém-perfurados.

p A técnica patenteada deu um passo mais perto da comercialização com a publicação de novas pesquisas neste mês na revista American Chemical Society. Materiais Aplicados e Interfaces . O grafeno é uma folha de carbono com um átomo de espessura que ganhou o Prêmio Nobel de seus descobridores no ano passado.

p O relacionamento de Rice com a M-I SWACO começou há mais de dois anos, quando a empresa financiou o acompanhamento do laboratório para a pesquisa que produziu os primeiros aditivos de grafeno para fluidos de perfuração conhecidos como lamas. Esses fluidos são bombeados para o fundo do poço como parte do processo para manter as brocas limpas e remover cascalhos. Com lamas enriquecidas com argila tradicionais, a pressão diferencial forma uma camada no furo de poço chamada torta de filtro, que evita que o óleo flua para fora e os fluidos de perfuração invadam o minúsculo, poros produtores de petróleo.

p Quando a broca é removida e o fluido de perfuração deslocado, a formação de óleo força os restos da torta de filtro para fora dos poros quando o poço começa a produzir. Mas às vezes a argila não se move, e a produtividade do poço é reduzida.

p O Tour Group descobriu que microscópico, flocos flexíveis de grafeno podem formar um mais fino, bolo de filtro mais leve. Quando eles encontram um poro, os flocos se dobram sobre si mesmos e parecem uma estrela do mar sugada por um buraco. Mas quando a pressão do poço é aliviada, os flocos são empurrados para fora pelo óleo.

p Tudo isso se sabia há dois anos. Desde então, Tour e uma equipe de pesquisa liderada por Dmitry Kosynkin, um ex-associado de pós-doutorado da Rice e agora um engenheiro de petróleo na Saudi Aramco, temos feito o ajuste fino dos materiais.

p Eles encontraram alguns problemas que precisavam ser resolvidos. Primeiro, o grafeno puro é difícil de dispersar na água, portanto, não é adequado para lamas à base de água. O óxido de grafeno (GO) acabou por ser muito mais solúvel em água doce, mas tendeu a coagular em água salgada, a base para muitas lamas.

p A solução foi "esterificar" os flocos GO com álcool. "É simples, reação de uma etapa, "disse Tour, Rice's T.T. e W.F. Chao Chair em Química, bem como professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais e de ciência da computação. "O óxido de grafeno funcionalizado com álcool funciona muito melhor porque não precipita na presença de sais. Não há nada de exótico nisso."

p Em uma série de testes padrão do American Petroleum Institute, a equipe descobriu que a melhor combinação de GO funcionalizado era uma combinação de flocos grandes e GO em pó para reforço. Uma lama com 2 por cento de GO funcionalizado formou uma torta de filtro com uma média de 22 micrômetros de largura - substancialmente menor do que a torta de 278 micrômetros formada por lamas tradicionais. O GO bloqueou os poros muitas vezes menores do que o diâmetro original dos flocos, dobrando-os.

p Além de tornar o bolo de filtro muito mais fino, o que daria a uma broca mais espaço para girar, a lama de arroz continha menos da metade dos sólidos suspensos; isso também tornaria a perfuração mais eficiente e mais ecológica. Tour e Andreas Lüttge, um professor de ciências da terra e química do arroz, relatou no ano passado que GO é reduzido a grafite, o material encontrado em grafite de lápis e um mineral natural, por bactérias comuns.

p "O aspecto mais interessante é a capacidade de modificar a nanopartícula GO com uma variedade de funcionalidades, "disse James Friedheim, diretor corporativo de pesquisa e desenvolvimento de fluidos da M-I SWACO e co-autor da pesquisa. "Portanto, podemos 'discar' nosso aplicativo escolhendo a química orgânica certa que atenda ao propósito. O truque é apenas escolher a química certa para o propósito certo."

p "Ainda há muito a ser trabalhado, "Tour disse." Estamos examinando as propriedades reológicas, as mudanças na viscosidade sob cisalhamento. Em outras palavras, queremos saber o quão viscoso isso se torna conforme passa por uma cabeça de perfuração, porque isso também tem implicações para a eficiência. "

p Lamas podem ajudar o grafeno a cumprir sua promessa comercial, Tour disse. "Todo mundo pensa em grafeno em eletrônica ou em compósitos, mas isso seria um uso para grandes quantidades de grafeno, e pode acontecer em breve, " ele disse.

p Friedheim concordou. "Com a equipe que atualmente montamos, O grupo de Jim Tour e alguns cientistas de desenvolvimento da M-I SWACO, Estou confiante de que estamos próximos do sucesso técnico e comercial. "