阴离子表面活性剂对微流控流控池中形成的井筒水泥裂缝自修复能力的影响

《ACS ES&T Engineering》：Effect of an Anionic Surfactant on the Self-Healing Capacity of a Well-Bore Cement Fracture Created in a Microfluidic Flow Cell

地质碳封存中水泥裂缝自愈合机制研究，采用阴离子表面活性剂（IOS）与CaCl2改性CO2饱和水，发现IOS促进近入口处水灰结构形成及下游均匀沉淀，通过吸附增强碳酸矿物与水泥表面的结合力，但需验证实际地质条件下的有效性。

　　

地质碳封存（GCS）是实现净零排放和减缓气候变化的一种有前景的策略。然而，井筒完整性较差（包括水泥中的裂缝）可能会成为二氧化碳（CO₂）泄漏的通道。本研究探讨了一种阴离子表面活性剂——内部烯烃磺酸盐（IOS）对用CaCl₂改性的CO₂饱和水冲洗的裂缝自修复效果，该实验是在一种新型聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装的微流控系统中进行的。地球化学建模结果显示，在波特兰水泥充分溶解后，无论是否存在IOS，裂缝入口下游都会发生矿物沉淀。然而，只有在含有IOS的情况下，裂缝才能在12小时内实现自修复；而在没有IOS的情况下则无法自修复。扫描电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱的结果表明，IOS改变了裂缝中的碳酸钙沉淀过程，促进了入口附近文石（vaterite）的形成，并在下游形成了更小、更均匀的沉淀物。ζ电位测量结果显示，IOS吸附在矿物表面后会使碳酸盐矿物表面带负电荷，而带有IOS的自修复现象归因于这些颗粒与带正电荷的水泥表面之间的更强结合力。这些结果突显了阴离子表面活性剂在增强地质碳封存安全性方面的潜力，但需要在更具代表性的地球化学条件下进一步研究，以全面评估这种裂缝修复方法的效果。