Ny metode kan hjælpe med at kvantificere uudnyttede naturgasreservoirer

Mere end 30 stater har skiferformationer, der rummer naturgas under jorden, ifølge Energioplysningsforvaltningen. Men brancheeksperter kan ikke blive enige om præcis, hvor meget brændstof der er inde. Det er fordi naturgas og andre kulbrinter ligger inden for nanoskala, vanskelige at måle porer i skifersten, som har egenskaber, der endnu ikke er forstået.

"Hvis du vil estimere lagerkapaciteten af ​​skifergas, du skal forstå materialer, der opbevarer dem, " sagde Yun Liu, en tilknyttet lektor i kemiteknik ved University of Delaware og en fysiker ved National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research.

Nu, ved brug af neutronspredning, Liu og et team af forskere fra UD, NIST og Aramco Services Company har udviklet en ny ikke-invasiv metode til at måle variationen af ​​overfladeegenskaber dybt inde i porøse materialer.

Denne metode kan hjælpe naturgaseksperter til bedre at forstå skiferprøver ved at undersøge sammensætningsfordelingen på porøse overflader inde i skifrene, der direkte påvirker lagring og transport af kulbrinter. Dette ville i sidste ende hjælpe dem med at beslutte, om de skulle investere tid og ressourcer for at udvinde gas fra den formation, prøverne kom fra. Resultaterne af denne undersøgelse, offentliggjort torsdag d. 22. februar i journalen Naturkommunikation , kunne også bruges til at forstå mange andre forskellige typer porøse materialer ved hjælp af neutronspredning eller røntgenspredning.

Undersøgelse af porer

Det er ikke kun størrelsen på porerne, der betyder noget, men overfladestrukturen og overfladekemien, da naturgas interagerer med de ydre kanter af hver lille pore i klippen. Porernes egenskaber bestemmer også, hvordan gas vil strømme ud af formationen.

For at forstå disse porer, forskerholdet startede med prøver af isoleret skiferkerogen, et organisk stof, der lagrer størstedelen af ​​kulbrinter såsom naturgas i skifer. For at kigge ind i kerogenet, de brugte småvinklet neutronspredning, skyde en stråle af subatomære neutroner gennem et stof og indsamle information om neutronernes adfærd for at bestemme porernes egenskaber. Neutronspredning er ikke-destruktiv, i modsætning til elektronmikroskopi, en anden almindelig metode, der bruges til at undersøge porøse materialer.

Dernæst målte gruppen ændringen af ​​neutronspredningssignaler med gassorption ved forskellige tryk. Ændringen af ​​neutronintensiteten afspejler sammensætningsfordelingen på overfladerne inde i en prøve.

Denne nye metode kan afsløre ny information, som andre metoder ikke gør, såsom overfladens heterogenitet. Enkelt sagt, det giver information, der hjælper forskere med bedre at forstå, hvad de arbejder med. Når føjet til andre oplysninger indsamlet fra et websted, det kan hjælpe med at træffe beslutninger.

"De fleste af de andre teknikker, der bruges i olieområdet, giver de 'gennemsnitlige' værdier af prøveparametre, " sagde undersøgelsesforfatter Wei-Shan Chiang, en postdoc-forsker i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved UD, som arbejder på stedet ved NIST Center for Neutron Research og hos Aramco Services Company. "Vores metode giver både 'gennemsnit' og 'afvigelse' (fordelingens bredde) af materialeegenskaberne."

Denne metode burde også fungere på mange andre materialer, såsom cement, og måske endda biologiske materialer som blod, sagde Liu. Teamet ser frem til at anvende deres metode på nye systemer.