بررسي عملكرد نانوكامپوزيت سيمان و گرافن اكسايد تحت دما و فشار چاه‌هاي نفتي به روش ديناميك مولكولي

An investigation on GO-cement nanocomposites performance under the temperature and pressure of oil wells using molecular dynamics method

عملكرد خميره سيمان به‌عنوان ماده‌ي تقويت‌كننده ديواره‌ها و لوله انتقال در چاه‌هاي نفتي بسيار مهم و حائز اهميت مي‌باشد. خواص مكانيكي سيمان سخت شده كه مي‌تواند تحت تأثير فشار و دماي بالاي چاه تغيير كند، نقش بسزايي در پايداري و عمر مفيد يك چاه نفتي دارد. در اين مقاله با استفاده از روش ديناميك مولكولي و ايجاد شرايط محيط چاه‌هاي نفتي به بررسي خواص مكانيكي سيمان در ابعاد مولكولي پرداخته شده است. همچنين با افزودن گرافن اكسايد به ماتريس سيماني تأثير تقويت‌كنندگي اين نانوذره بر خميره سيمان در شرايط چاه‌هاي نفتي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل شده در مقياس نانو بيانگر كاهش خواص مكانيكي اصلي‌ترين ماده تشكيل دهنده سيمان يعني كلسيم سيليكات هيدراته در دماي بالاي چاه‌هاي نفتي مي‌باشد. افزايش فشار در محدوده متعارف فشار چاه‌هاي موجود تأثير قابل توجهي را بر خواص كلسيم سيليكات هيدراته نشان نمي‌دهد. همچنين اثر تقويت‌كنندگي گرافن اكسايد در ماتريس كلسيم سيليكات هيدراته در مقياس نانو قابل توجه بوده و اين نانوذره با خواص فوق‌العاده مي‌تواند به‌عنوان يك تقويت‌كننده عملياتي مناسب در ماتريس سيماني مورد استفاده در چاه‌هاي نفتي پيشنهاد و در صورت بهبود خواص در مقياس آزمايشگاهي و عملي بكار گرفته شود.

The performance of cement paste as the reinforcing element in walls and transferring pipes in oil wells is of considerable importance. It is known that the mechanical properties of hardened cement can be altered under high pressure and temperature of oil well; the gravity of this change has an important role in the stability and service life of the well. This paper investigates the mechanical properties of hardened cement and GO-reinforced cementitious composites at molecular scale under the surrounding conditions similar to those of an oil well using molecular dynamics method. Results in nano scale revealed a decreasing pattern in mechanical properties of calcium silicate hydrate with increasing temperature of the oil well. However, pressure increment in the conventional range of the oil wells did not show any noticeable effect on hardened cement properties. Using GO proved to be beneficial to the calcium silicate hydrate, drastically improving its mechanical properties. Results concluded that GO nanoparticle can act as reinforcing elements in the cementitious matrix. The outcome of this research can provide more insights on the application of GO in the oil well cementitious matrix, in an ideal molecular conditions and thus passed over GO agglomeration, non-homogenous dispersion and impurities in the macro scale.