Los ingenieros de la Universidad de Rice han descartado una teoría de larga data sobre la detección de petróleo y gas que se esconde dentro de los poros a nanoescala de las formaciones de esquisto bituminoso.
Los investigadores de Rice determinaron que los indicadores desconcertantes de las herramientas de resonancia magnética nuclear RMN no se deben, como se pensaba, a las propiedades paramagnéticas de la roca, sino únicamente al tamaño del espacio que atrapa los productos petroquímicos.
El equipo espera que el descubrimiento conduzca a una mejor interpretación de los registros de RMN por parte de la industria del petróleo y el gas, especialmente en formaciones no convencionales de esquisto bituminoso.
Los autores del estudio, los investigadores principales Dilip Asthagiri, Philip Singer, George Hirasaki y Walter Chapman y el estudiante graduado Arjun Valiya Parambathu, todos del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Escuela Brown de Ingeniería, han estado a la vanguardia en el uso de atomizadoressimulaciones para refinar cómo interpretar el comportamiento de relajación de RMN.
Su papel en el Revista de Química Física B se basa en trabajos anteriores del mismo grupo y aclara el papel crítico del confinamiento molecular en la respuesta de relajación de RMN.
La relajación de RMN es una herramienta importante para medir de forma no destructiva la dinámica de las moléculas en materiales porosos. La RMN se usa comúnmente para detectar tejidos enfermos en el cuerpo humano, pero también se emplea para ayudar a extraer petróleo y gas de manera segura y económica al caracterizar rocas sedimentarias paraver si contienen hidrocarburos.
la RMN manipula los momentos magnéticos nucleares de los núcleos de hidrógeno aplicando campos magnéticos externos y midiendo el tiempo que tardan los momentos en "relajarse" de nuevo en equilibrio. Debido a que los tiempos de relajación difieren según la molécula y su entorno, la información recopilada por la RMN, específicamente los tiempos de relajación conocidos como T1 y T2, pueden ayudar a identificar si una molécula es gas, petróleo o agua y el tamaño de los poros que los contienen.
Un enigma en el campo ha sido explicar la gran proporción T1 / T2 de hidrocarburos ligeros confinados en material nanoporoso como el kerógeno o el betún también conocido como asfalto y el mecanismo detrás de la relajación de la superficie de RMN, un fenómeno que surge cuando las moléculas anteriormente libres sonadyacente a las superficies que los confinan.
Específicamente, señalan los investigadores, se encuentra que la relación T1 / T2 de hidrocarburos en el kerógeno es mucho mayor que la relación T1 / T2 de agua en las arcillas. Si bien este contraste en T1 / T2 tiene potencial para predecir reservas de hidrocarburos en lutitas no convencionalesformaciones, el mecanismo fundamental detrás de él permaneció esquivo.
La explicación convencional de la gran relación T1 / T2 en kerógeno invoca la física del paramagnetismo que dicta cómo los materiales responden a los campos magnéticos.
A través de simulaciones atomísticas a gran escala de Valiya Parambathu, Chapman y Asthagiri y experimentos de Singer e Hirasaki, el equipo de Rice demostró que la explicación no es correcta.
En el estudio, el equipo demostró en cambio que la gran relación T1 / T2 surge como consecuencia de confinar el hidrocarburo en un espacio reducido.
"En términos físicos, bajo un fuerte confinamiento, los tiempos de correlación de los movimientos moleculares se alargan", dijo Asthagiri.
"Estos tiempos de correlación más largos dan como resultado una relajación de RMN más rápida, es decir tiempos T1 y T2 más cortos", agregó Singer. "Este efecto es más pronunciado para T2 que para T1, lo que resulta en una relación T1 / T2 grande."
Chapman señaló que el equipo también está interesado en explorar las ideas presentadas en el documento en el contexto de la resonancia magnética médica.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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