وثيقة

Investigating the chemical and physical effects of green hydrogen on wellbore cement.

عناوين أخرى
دراسة التأثيرات الكيميائية والفيزيائية للهيدروجين الأخضر على أسمنت الآبار
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2023
اللغة
الأنجليزية
الملخص الإنجليزي
Green hydrogen is rapidly emerging as a sustainable energy source of global significance. The utilization of water electrolysis for hydrogen production offers environmental advantages and enhances energy security in various sectors, including transportation. However, the substantial challenge lies in effectively storing the hydrogen being produced. To address this, repurposing abandoned gas and oil reservoirs presents a convenient option for establishing underground hydrogen storage (UHS) facilities, capitalizing on the existing infrastructure. These reservoirs possess favorable geological characteristics, stable caprock, and readily available surface and subsurface equipment, making them suitable for UHS operations. The success of UHS is highly dependent on the integrity of injection, production, and blocked wells. Inadequate integrity can result in environmental hazards and inefficient storage practices. The cement sheath encasing the wellbore plays a critical role in preserving well integrity by preventing hydrogen from escaping through cracks, weak areas, or other openings that could lead to uncontrolled emissions or contamination of surrounding formations. Furthermore, stored hydrogen can influence the stability and rheological properties of the cement, adversely impacting the storage process. Consequently, this research involves the experimental exposure of wet cement to hydrogen exposure for varying durations to evaluate the effects on the rheological, mechanical, and chemical properties of the cement. The findings indicate that exposure to hydrogen weakens the cement's compressive strength and density, while simultaneously increasing the viscosity of the cement slurry. XRF analysis reveals the presence of significant amounts of Calcite and Portlandite in each sample, both before and after exposure to hydrogen. XRD results indicate a decrease in the intensity and full width at half-maximum (FWHM) of the calcite peak after exposure to hydrogen. On the contrary, the FWHM and peak intensity of the portlandite phase increased following the exposure process. The FT-IR spectra demonstrate that longer hydrogen exposure times lead to increased water adsorption in the samples. Furthermore, there is a decreasing trend in the peak intensity of the carbonate group with prolonged hydrogen exposure. The XPS study reveals that longer exposure to hydrogen resulted in the formation of more calcium hydroxide phases and the emergence of new carbon-oxygen linkages in the treated samples. These findings suggest that hydrogen and cement undergo chemical reactions.
الملخص العربي
يبرز الهيدروجين الاخضر بسرعة كمصدر للطاقة المستدامة ذات الاهمية العالمية . يوفر تحليل المياه كهربائيا لانتاج الهيدروجين مزايا بيئية ويعزز أمن الطاقة في مختلف القطاعات ، بما في ذلك الصناعات والنقل وغير ذلك . ومع ذلك ، يكمن التحدي الكبير في التخزين الفعال للهيدروجين الوفير الذي يُنتَج. ولمعالجة هذا الامر، تعد إعادة استخدام خزانات الغاز والنفط المهجورة خيارا مناسبا لإنشاء مرافق تخزين وإدارة وتشغيل الهيدروجين تحت الارض والاستفادة من البنية التحتية الحالية . تمتلك هذه الخزانات خصائص جيولوجية مواتية ، وصخور غطاء مستقرة ، ومعدات سطحية وتحت سطحية متاحة بسهولة ، مما يجعلها مناسبة تماما لعمليات تخزين الهيدروجين تحت الارض. يعتمد نجاح تخزين الهيدروجين تحت الارض بشكل كبير على سالمة الحقن والانتاج والابار المسدودة . يمكن أن تؤدي السالمة غير الكافية إلى مخاطر بيئية وتخزين غير فعال . يلعب الغالف الاسمنتي الذي يغلف حفرة البئر دورا مهما في الحفاظ على سالمة البئر عن طريق منع الهيدروجين من الهروب من خالل الشقوق أو المناطق الضعيفة أو الفتحات الاخرى التي قد تؤدي إلى انبعاثات غير خاضعة للرقابة أو تلوث محيط المنطقة . عالوة على ذلك ، يمكن أن يؤثر الهيدروجين المخزن على الاستقرار والخصائص الريولوجية لألسمنت ، مما يؤثر سلبا على عملية التخزين . وبالتالي ، فإن هذا البحث ينطوي على تعريض الاسمنت الرطب للهيدروجين تجريبيا لفترات متفاوتة لتقييم التأثيرات على الخواص الدائرية والميكانيكية والكيميائية للأسمنت. تشير النتائج إلى أن التعرض للهيدروجين يضعف كثافة الاسمنت ومقاومته لالنضغاط ، بينما يزيد في نفس الوقت من لزوجة الاسمنت الرطب يكشف تحليل فلورية الاشعة السينية عن وجود كميات كبيرة من الكالسيت والبورتلانديت في كل عينة ، قبل وبعد التعرض للهيدروجين. تشير نتائج حيود الاشعة السينية إلى انخفاض في الكثافة والعرض الكامل عند نصف الحد الاقصى لقمة ا لكالسيت بعد التعرض للهيدروجين. على العكس من ذلك ، زاد العرض الكامل عند نصف الحد الاقصى كما زادت شدة الذروة لمرحلة البورتالنديت بعد عملية التعرض للهيدروجين. توضح نتائج مطيافية الاشعة تحت الحمراء باستخدام تحويل فورييه أن أوقات التعرض الطويلة للهيدروجين تؤدي إلى زيادة امتصاص الماء على العينات. بالاضافة إلى ذلك ، هناك اتجاه تنازلي في شدة ذروة مجموعة الكربونات مع التعرض الطويل للهيدروجين. تكشف دراسة مطيافية الاشعة السينية بالالكترون الضوئي أن التعرض الطويل للهيدروجين أدى إلى تكوين المزيد من مراحل هيدروكسيد الكالسيوم وظهور روابط جديدة بين الكربون والاكسجين في العينات المعالجة.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية

مواد أخرى لنفس الموضوع

الرسائل والأطروحات الجامعية
11
0
Abdul Raouf, Aisha.
Sultan Qaboos University
2024
مقالات الدوريات
4
0
Al-Rizeiqi, Nasser Mohammed.
Penerbit Akademia Baru.
2022-06-01
مقالات الدوريات
7
0
Barghash, Hind.
Frontiers Media S.A.
2022-11-25