Forståelse af fysik kan føre til store gevinster i udvinding af skiferolie

Olieselskaber går glip af enorme summer af nyttiggørelig olie i utraditionelle reservoirer, ifølge Penn State -eksperter.

Forskerne foreslår, at virksomheder anvender gennemprøvede transportmekanismer til konventionel olieudvinding, men rammer genvindingsstop, fordi de ikke tager højde for forskellen i fysik, der findes ved ukonventionelle reservoirer. Deres forskning blev offentliggjort online i december i Society of Petroleum Engineers' Journal .

"Ukonventionelle reservoirer er enorme og tilbyder betydelige kulbrintereserver, sagde Hamid Emami-Meybodi, adjunkt i olie- og naturgasingeniør i Penn State. "Omfanget af disse reserver betyder, at selv en ændring i genvindingen på 1 procent udmønter sig i en svimlende mængde olie. Denne uudnyttede olie har motiveret forskning i forbedret olieindvinding fra ukonventionelle reservoirer ved hjælp af nogle konventionelle teknikker."

Mere end halvdelen af ​​den daglige olie produceret i USA kommer fra ukonventionelle formationer. Og det tal vokser, efterhånden som virksomheder får fat i landets mere end 35 milliarder tønder olie i utraditionelle reserver, ifølge U.S. Energy Information Administration.

Virksomheder udvikler ukonventionelle reservoirer ved at bore lange vandrette brønde og skabe hydrauliske brud, så olie kan strømme til primær genvinding, som i øjeblikket ligger mellem 3 og 10 procent af den oprindelige oliemasse på plads. De bruger kommerciel software udviklet baseret på Darcys lov til at forudsige olieindvinding og reserver. Men, i praksis, de er ikke klar over, at Darcys lov - hvor flow er baseret på trykforskelle - muligvis ikke er passende for skiferreservoirer, siger forskerne.

Efter primær genopretning, Emami sagde, at den eksisterende industripraksis er at bruge en konventionel gasinjektionsteknik kendt som "huff 'n' puff", der forbedrer oliemobiliteten og øger udvindingen. Under "huff, "brønden og brud er fyldt med en højtryksgas, såsom kuldioxid eller metan, som efterfølges af en kort "gennemblødning" periode, hvor brønden lukkes. Brønden åbnes derefter under "pusten" for at tillade olie at blive produceret. Imidlertid, denne konventionelle teknik fungerer dårligt til skiferformationer, forskere siger, fordi diffusion - ikke trykforskelle - er det, der primært hjælper olieudvinding i disse formationer, der indeholder nanometerstore porer.

"Forestil dig, at parfume sprøjtes i hjørnet af et rum med meget stille luft, " sagde Emami. "Med tiden, duften spredes fra hjørnet til alle dele af rummet. Det er diffusion. "

Anvendes til olieindvinding, diffusion er, når gasmolekyler bevæger sig tilfældigt i olie og reducerer dens densitet. Dette skaber en koncentrationsubalance mellem olie inden for brud og olien i skiferdannelsen, der kommer i kontakt med brud, hvilket øger olietransporten ind i brønden.

"Diffusion kræver en betydelig iblødsætningstid for at være effektiv, hvilket virksomheder i øjeblikket ikke gør, fordi de stadig antager, at trykforskelle får olie til at strømme til brønde, "sagde Russell Johns, George E. Trimble -formand i jord- og mineralvidenskab og professor i olie- og naturgasingeniør i Penn State.

Virksomheder bevæger sig hurtigt med blødningstiden mellem "huff" og "puff", fordi det menes at være for dyrt at lukke en brønd. Endnu, ved hjælp af teoretiske beregninger forskerne fandt ud af, at indsprøjtning af en gas med lav densitet i gennemblødningstider på to måneder eller mere kunne have massive genopretningsgevinster, selv når der tages hensyn til nedetiden. For eksempel, forskere beregnede, at nyttiggørelse i en enkelt brønd kunne fordobles eller tredobles ved hjælp af længere gennemblødningsperioder. De fandt, at metan eller nitrogen virkede bedre end kuldioxid, fordi metan diffunderer lettere, og den samlede masse af disse væsker, der skal injiceres, er mindre.

Emami sagde, at der kunne opnås yderligere gevinster, hvis der fokuseres på at forbedre transporten primært forårsaget af diffusion i stedet for trykforskelle. Forskere arbejder på at lave eksperimenter, der giver dem mulighed for uafhængigt at beregne bidrag fra konvektion - trykforskelle - og diffusion - koncentrationsforskelle - og også om metoder til at accelerere diffusionsprocessen.

Denne metode er særlig relevant, men er ikke begrænset, til de enorme skiferressourcer i USA. Der er betydelige implikationer af denne nye forståelse af fysikken for fremtidig økonomisk aktivitet forbundet med bæredygtig udvikling af ukonventionelle reservoirer, sagde Johns. Det er sandsynligt, at nyttiggørelser kan øges to til tre gange i skiferoliereservoirer ved hjælp af de foreslåede teknikker, samtidig med at det viser forbedringer for kondensater, der indeholder betydelig etan.

Fremgangsmåden kunne implementeres i den vestlige Pennsylvania Marcellus eller Utica skifer, han tilføjede.

"At forstå fysikken ville være som at tænde lyset i et mørkt rum, hvor du har kastet dart, "Sagde Emami." Nu hvor du ser målet, du vil vide, hvordan du korrekt designer ekstraktionsmetoden for at få de højest mulige resultater og lære mest af hvert forsøg."