Skum kunne tilbyde en grønnere mulighed for olieborere

Hydraulisk brud, eller fracking, giver kritisk energi til samfundet, men bruger også store mængder ferskvand, samtidig med at der produceres tilsvarende mængder spildevand. Vandbaseret skum, som bruger omkring 90 procent mindre vand end fracking-væsker, give et alternativ, men mekanismen for skumdrevet brud ved sådan boring er ikke godt forstået.

Nu, Princeton-forskere ledet af Howard Stone, Donald R. Dixon '69 og Elizabeth W. Dixon professor i maskin- og rumfartsteknik, har eksperimentelt testet en detaljeret beskrivelse af skums brudadfærd. Forskerne rapporterede deres resultater i en artikel den 26. juli i tidsskriftet PNAS .

Skum, gasbobler suspenderet i en væske, er komprimerbare; væsker er ikke. Ved typisk hydraulisk frakturering, inkompressibel væske injiceres ved højt tryk for at knække skiferreservoiret. Når komprimerbart skum injiceres, opførselen af ​​skum er mere kompleks. Tryk på skum får bobler til at klemme og udvide sig, skabe ændringer i hele skummet.

Ved at bruge en bordpladeopsætning, forskerne simulerede fracking ved hjælp af et almindeligt skum (barbercreme) indsprøjtet i et gelatinefyldt kammer. Eksperimentet, som efterligner fracking-forhold, gav dem mulighed for at studere parametre som injektionshastighed og væskeviskositet. Forskerne brugte dataene til at producere en detaljeret beskrivelse af komprimerbart skums indvirkning på brud.

"Det skum, vi bruger her, består kun [af] omkring 10 volumenprocent af vandet, " sagde Ching-Yao Lai, avisens hovedforfatter, der modtog sin doktorgrad i maskin- og rumfartsteknik fra Princeton i foråret. "Størstedelen af ​​pladsen i skum optages af gasbobler. Brugen af ​​skum ændrer markant dynamikken i brududbredelsen sammenlignet med standardtilfældene med vandinjektion.

"Skumfrakturering er blevet udviklet i Canada for at minimere brugen af ​​vand og andre miljøproblemer forårsaget af vandinjektionen. Dette motiverer os til at udvikle et system til at studere fysikken bag frakturering med skum, " sagde Lai.

Forskerne sagde, at analysen kan udvides til andre strømningssystemer, der bruger komprimerbart skum, såsom brandslukning og energilagring.

"Dette projekt gav os mulighed for at studere et lidt undersøgt aspekt af væskedrevet fraktur, " sagde Stone. "Det gav os også mulighed for at udvikle ny indsigt, der er relevant for andre dårligt forståede skumstrømme, som vi håber at studere i fremtiden."