漏れをふさぐには、ある程度のスケーリングが有効かもしれません

岩石の掘削と破砕に重点を置いていたエンジニアたちは、現在、漏洩を止めるために岩石を成長させる方法を検討している。

選択肢には事欠きませんが、そのどれもがセメント搾取の将来を脅かすものではありません。

しかし、最近の 2 つの論文は、とらえどころのないメタン漏れの詰まりから炭素の長期貯蔵に至るまで、困難な問題に触発された新たな選択肢が増えつつあることを垣間見せています。

ある論文では、細菌と化学物質の混合物をそれらの空間に注入して炭酸カルシウムのシールを形成することにより、線維輪を通ってガスが漏れるミクロンスケールの亀裂を治癒することについて論じています。

もう 1 つのアプローチは、長い地下防壁の構築から断層の塞ぎまで、さまざまな方法で大きな開口部を埋めることを目的としています。このアイデアは、漏れ箇所で合流する 2 つの化学物質の流れをポンプで汲み落とし、不浸透性の重晶石バリアを構築することです。

3月のSPE貯留層シミュレーションカンファレンスでの重晶石バリアの構築に関するプレゼンテーションの後、聴衆の中のエンジニアが質問を始め、論文の著者でタルサ大学准教授のラミ・ユニス氏が「クレイジーなアイデア」を試したことを称賛した。」

それは、地下障壁を構築するために化学物質の流れを供給するという気の遠くなるような課題に挑戦することや、貯水池にスケールを導入するために井戸の流れを維持するためにスケールと生計を立てる技術者をどう説得するかということと同じくらい「クレイジー」なことだろう。

ユニスの短い答えは、重晶石は、遠隔地に届けることができる、すぐに入手できる材料を使って永続的な障壁を作り出すことができる、というものだった。論文内の表では、他の利用可能なオプションがこれらのカウントの一方または両方でどのように失敗するかを強調しています。ジェルやナノフォームなど、強度や耐久性があまり高くないものもあります。セメントや方解石のポンプ輸送など、配送が難しいものもあります。

また、時間の経過とともに、セメントは脆くなって壊れる可能性があり、方解石は強酸の攻撃を受ける可能性があると同紙は述べている。

BioSqueeze という会社が発明した 2 番目の選択肢の主な議論はアクセスです。バクテリアと化学物質が豊富な水はミクロンほどの小さな場所に入ることができますが、代替品のほとんどは 100 倍以上大きな開口部を必要とします。同社によれば、結果はオリジナルよりも7倍強力になったという。

BioSqueezeの共同創設者兼研究開発担当副社長のランディ・ヒーバート氏は、石灰岩に似た岩石を形成する「病原体ではない天然の土壌バクテリアを使用している」と述べた。

欠点として、触媒として機能するバクテリアは 170°F を超える温度では生き残ることができません。

どちらのイノベーションも懐疑的な目で迎えられてきました。

この技術は米国エネルギー省からの資金提供を受けて開発され、同社は4年間商用事業を行っているが、ヒエバート氏は依然として石油技術者に対し、バクテリアが同社独自の化学物質混合物を素早く結晶化させて漏れを塞ぐことができることを説得しなければならない。

しかし、いくつかの厄介な問題により、顧客は何か新しいことを試さざるを得なくなります。ヒーバート氏は、失敗した解決策に数百万ドルを費やした無名の大手石油会社で成功した仕事を思い出した。同社は最終的に、潜在的なソリューションプロバイダーのリストで 17 位にあった BioSqueeze に電話をかけました。

ユニス氏は、炭素回収・貯留研究に割り当てられた資金から研究助成金を受け取る価値があると連邦当局を説得するために、研究室での研究やコンピューターシミュレーションから十分な証拠を集めようとしてきた。

これらは、そのような新しいプラグインのアイデアに国際的に取り組んでいる研究とスタートアップの 2 つの例にすぎません。この分野は、地球温暖化の主な原因であるメタンの排出を制限する政府プログラムや、実質的に永久に持続する地下貯蔵所の構築が必要な炭素の回収と貯蔵などから、大きな支援を受けている。

油田セメントに入れる添加剤を探している人もいますが、これは割れ目から入ってくる塩水に反応するものです。液体は結晶化を引き起こし、隙間を埋めます。これを行う方法を模索している人々は、シェルからマサチューセッツ工科大学 (MIT) の考古学者のグループまで多岐にわたります。

AAAS Science Advancesに掲載された研究結果によると、MITの研究者らは最新の化学分析装置を使用して、ローマの遺跡で収集されたセメントの化学組成を分析し、2000年前に建設されたコンクリート構造物や道路がどのようにして今も残っているのかを解明しようとした。

彼らが材料の顕微鏡分析を行ったとき、石灰塊と呼ばれる小さな白い塊に困惑しました。それらは何の明らかな目的も果たさず、研究者たちは、慎重なローマのセメント製造者がこれらの不純物を含むセメントを製造したであろうということを受け入れることができませんでした。彼らの化学分析は、これらの反応性カルシウムの破片が漏れた水と接触して炭酸カルシウムを形成し、それがセメントの自己修復を可能にしたという理論を裏付けた。

彼らの理論を検証するために、彼らは石灰塊が最終製品に確実に含まれるレシピを使用してセメントのバッチを作成しました。テストしたところ、結果はローマのコンクリートで見つかった方解石で満たされた亀裂を反映していました。

超長寿命セメントへの関心の高まりを示す 1 つの兆候は、この発見の潜在的な用途をカバーする MIT の特許について説明した科学論文の末尾のメモにありました。

8 ガロン処理

BioSqeeze の論文には、オハイオ州での持続的なガス漏れを止めるために呼び出された仕事について記載されています。州規制当局は、坑井の小さな亀裂を通って流れてくるガスを塞ぐまでは、坑井が適切に廃止されたことを認定しようとしなかった。

坑井の所有者がこの会社を雇ったのは、その会社が地表のセメントバリアに注入できる処理を提供していたからです。他の方法では、プラグをドリルで取り外す必要があります。

ほとんどの油田作業の規模と比較すると、「生物鉱化」のために注入される量はほんのわずかに思えます。

オハイオ州の油井現場での初日、彼らは 8 ガロンの同社独自の液体混合物を 13 分間かけて注入しました。 1 分あたりの注入速度が大幅に遅くなりました。

その日遅く、その量の液体を注入するのに 16 分かかり、その後 7 ガロンを注入するのに 22 分かかった。これは、成長する岩石が開口部を埋めていることを示唆している。

次の 36 時間にわたって、注入される液体の量が減少するにつれて注入時間は増加しました。 2 日目には、2 時間近く搾乳した後、わずか 4.6 ガロンしか注入できませんでした。

噴射量がピークの 0.56 gal/min から 0.01 gal/min に低下したため、停止しました。また、ポンピング後の圧力低下も、初期の 78% から最後には 14% まで縮小しました。

同紙によると、最も重要なことは、オハイオ州の油井が処理された後、アニュラスの圧力がゼロに低下し、規制当局は油井が適切に栓をされて放棄されたことを受け入れたことだという。

ターゲットに命中する

課題は、複数の注入井が成分を供給するために必要な化学流を供給して「漏れやすい箇所に流体力学的シールが形成される」ことを保証できることを証明することだと、プレゼンテーション中にユニス氏は語った。

これまでの作業は主に実験室でのテストとコンピューターシミュレーションでした。シミュレーションでは、注水に使用されるパターンをエコーするパターンで注入井のグループを使用しました。

水注入と同様に、使用される液体は安価で豊富です。しかし、石油生産量を増やすための水注入に関する長年の経験から、液体の流れを地下の目標に予測どおりに供給するのは難しいことがわかっています。

この取り組みは実験室でのテストから始まりました。 2 つの成分の流れは、タルサ大学の石油工学准教授 Jun Lu によって別々のチューブを介して砂岩コアに注入されました。

同論文によると、「チューブ内で起こる急速なスケールの堆積を避ける」ために、別個の注入ポイントが必要だったという。

200細孔容積のブライン成分（バリウムと硫酸イオン）を注入した後、ユニス氏は「コアのX線スキャンにより、2つの半分の間に重晶石スケールの薄い壁が発達していることが示された」と述べた。

この論文はまた、「水文学的・機械的・化学的結合」輸送モデルにおける 2 つのシミュレーションの結果も報告しました。

そのうちの 1 つは、ガス貯蔵施設の漏れを塞ぐために使用できる、長くて薄い重晶石のカーテンを作成したことです。 2 つ目では、障害を表す小さな領域をターゲットに大量の注入を行いました。

どちらの場合も、模擬空間内の圧力が上昇してテストが終了しました。これは、穴を補修した後にタイヤが空気を保持するように、テストが成功したことを示しています。

これらの結果に基づいて、ユニスはこのアイデアを実地テストに移すために必要な助成金を獲得したいと考えています。

さらに読むために

SPE 213099 Biomineralization: Surface Injection Eliminates Bradenhead Pressure by Randy Hiebert および John Griffin、BioSqueeze。

SPE 212221 耐震性と安全性を備えた地下貯蔵場所を地理工学的に設計するための、亀裂における選択的無機降水の数値研究 (Shijun Fan、Rami M. Younis、および Jun Lu、タルサ大学)。

ホットミキシング: 古代ローマのコンクリートの耐久性への機械的洞察 LM Seymour および J. Maragh、MIT 著。および DMAT SRL の P. Sabatini ら。米国科学進歩協会、Science Advances、2023 年 1 月。