Realistisk ny model peger på vejen til mere effektiv og rentabel fracking

En ny beregningsmodel kan potentielt øge effektiviteten og overskuddet i naturgasproduktionen ved bedre at forudsige tidligere skjulte brudmekanikker, mens den præcist tager højde for de kendte mængder gas, der frigives under processen.

"Vores model er langt mere realistisk end nuværende modeller og software, der bruges i branchen, "sagde Zden? k Baant, McCormick Institute Professor og Walter P. Murphy Professor i Civil- og Miljøteknik, Maskiningeniør, og materialevidenskab og teknik ved Northwestern's McCormick School of Engineering. "Denne model kan hjælpe industrien med at øge effektiviteten, reducere omkostninger, og blive mere rentabel. "

På trods af branchens vækst, meget af fracking -processen er stadig mystisk. Fordi fracking sker dybt under jorden, forskere kan ikke observere brudmekanismen for, hvordan gassen frigives fra skiferen.

"Dette arbejde tilbyder forbedret forudsigelsesevne, der muliggør bedre kontrol af produktionen, samtidig med at det reducerer det miljømæssige fodaftryk ved at bruge mindre fraktureringsvæske, "sagde Hari Viswanathan, computational geoscientist ved Los Alamos National Laboratory. "Det bør gøre det muligt at optimere forskellige parametre, såsom pumpningshastigheder og cyklusser og ændringer i fraktureringsvæskeegenskaber som viskositet. Dette kan føre til en større procentdel af gasudvinding fra de dybe skiferlager, som i øjeblikket ligger på omkring 5 procent og sjældent overstiger 15 procent. "

Ved at overveje lukning af allerede eksisterende frakturer forårsaget af tektoniske hændelser i en fjern fortid og under hensyntagen til vandudsivningskræfter, der ikke tidligere er overvejet, forskere fra Northwestern Engineering og Los Alamos har udviklet en ny matematisk og beregningsmodel, der viser, hvordan grene danner lodrette revner under fracking -processen, tillader frigivelse af mere naturgas. Modellen er den første til at forudsige denne forgrening, mens den er i overensstemmelse med den kendte mængde gas, der frigives fra skifer under denne proces. Den nye model kan potentielt øge branchens effektivitet.

Resultaterne blev offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences den 7. januar.

At forstå, hvordan skiferfrakturer dannes, kan også forbedre håndteringen af ​​sekvestrering, hvor spildevand fra processen pumpes tilbage under jorden.

For at udvinde naturgas gennem fracking, der bores et hul ned til skiferlaget - ofte flere kilometer under overfladen - derefter forlænges boret vandret i miles. Når vand med tilsætningsstoffer pumpes ned i laget under højt tryk, det skaber revner i skifer, frigiver naturgas fra sine porer af nanometer dimensioner.

Klassisk brudmekanisk forskning forudsiger, at disse revner, som løber lodret fra den vandrette boring, bør ikke have grene. Men disse revner kan ikke alene tage højde for mængden af ​​gas, der frigives under processen. Faktisk, gasproduktionshastigheden er omkring 10, 000 gange højere end beregnet ud fra permeabiliteten målt på ekstraherede skiferkerner i laboratoriet.

Andre forskere antog tidligere de hydrauliske revner, der er forbundet med allerede eksisterende revner i skiferen, gør det mere gennemtrængeligt.

Men Baant og hans medforskere fandt ud af, at disse tektonisk producerede revner, som er omkring 100 millioner år gamle, må have været lukket af den viskøse strøm af skifer under stress.

I stedet, Baant og hans kolleger antog, at skiferlaget havde svage lag af mikrosprækker langs de nu lukkede revner, og det må have været disse lag, der fik grene til at danne af hovedsprækken. I modsætning til tidligere undersøgelser, de tog også hensyn til nedsivningskræfterne under diffusion af vand til porøs skifer.

Da de udviklede en simulering af processen ved hjælp af denne nye idé om svage lag, sammen med beregningen af ​​alle nedsivningskræfterne, de fandt, at resultaterne matchede dem, der blev fundet i virkeligheden.

"Vi viser, for første gang, at revner kan forgrenes sideværts, hvilket ikke ville være muligt, hvis skiferen ikke var porøs, "Sagde Baant.

Efter at have fastlagt disse grundlæggende principper, forskere håber at modellere denne proces i større skala.