La mayoría de las reservas mundiales de petróleo y gas natural pueden estar encerradas dentro de los pequeños poros que comprenden roca de esquisto bituminoso. Pero los métodos actuales de perforación y fractura no pueden extraer este combustible muy bien, recuperando solo un 5 por ciento de petróleo y un 20 por ciento degas de esquisto. Esto se debe en parte a una mala comprensión de cómo fluyen los fluidos a través de estos pequeños poros, que miden solo nanómetros de ancho.
Pero nuevas simulaciones por computadora, descritas esta semana en el diario Física de fluidos , de AIP Publishing, puede investigar mejor la física subyacente, lo que puede conducir a una extracción más eficiente de petróleo y gas.
Con rocas más porosas como la arenisca, donde los poros son tan grandes como unos pocos milímetros, las compañías de petróleo y gas pueden extraer más fácilmente el combustible inyectando agua o vapor en el suelo, forzando el petróleo o el gas.
"Sus características físicas son bien entendidas", dijo Yidong Xia, un científico computacional en el Laboratorio Nacional de Idaho. "Hay muchos modelos matemáticos bien calibrados para diseñar las herramientas de ingeniería para extraer el petróleo".
Pero ese no es el caso para el esquisto.
"La dificultad es que el tamaño de los poros es muy pequeño, y la mayoría de ellos están dispersos, están aislados", dijo Xia. "Entonces, si puede llenar parte de los poros con agua, no hay forma de que pueda moverseen otros poros "
La fractura hidráulica puede crear grietas que conectan esos poros, pero sin una comprensión sólida de la distribución y estructura de los poros, las compañías de petróleo y gas están trabajando a ciegas.
Para comprender mejor la física de cómo fluyen los fluidos como el agua, el petróleo y el gas a través de tan pequeños poros, los investigadores recurrieron cada vez más a las simulaciones por computadora. Sin embargo, también han sido limitados. Cuando los poros son grandes, el fluido se mueve como un continuo continuo y modelospuede tratarlo como tal. Pero con los poros a nanoescala en el esquisto, el fluido actúa más como una colección de partículas.
En principio, una computadora puede simular el comportamiento de cada molécula individual que forma el fluido, dijo Xia. Pero eso requeriría demasiada potencia informática para ser práctico.
En cambio, Xia y sus colegas utilizaron lo que se llama un enfoque de grano grueso. Modelaron el fluido como una colección de partículas en las que cada partícula representa un grupo de algunas moléculas. Esto reduce drásticamente la cantidad de músculo computacional que se necesita.
Lo que también distingue estos nuevos resultados es la incorporación de imágenes de alta resolución de muestras de esquisto. Los investigadores de la Universidad de Utah utilizaron microscopía electrónica de barrido de haz de iones enfocado en una pieza de esquisto de Woodford de unos pocos milímetros de diámetro. El haz de iones enEste método corta la muestra, escaneando cada corte para generar una imagen tridimensional de la roca y su estructura de poros detallada a escala nanométrica. Estas imágenes se introducen en el modelo de computadora para simular el flujo de fluido a través de las nanoestructuras escaneadas.
"La combinación [de microscopía y simulaciones] es lo que realmente produce resultados significativos", dijo Xia.
Sin embargo, este tipo de simulaciones por sí solas no revolucionarán la extracción de petróleo y gas de esquisto, dijo. Necesitaría una comprensión más amplia de toda la estructura del esquisto, no solo de pequeñas muestras. Pero, dijo, podría tomar múltiplesmuestras en todo el esquisto y ejecute simulaciones por computadora para obtener más información sobre su física.
Para ser claros, agregó Xia, no respaldan ninguna tecnología o fuente de energía en particular. Como investigadores, su enfoque es simplemente comprender mejor la física básica del esquisto bituminoso.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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