Los ingenieros del Imperial College de Londres han disipado una ley científica de 100 años que se utiliza para describir cómo fluye el fluido a través de las rocas.

El descubrimiento de los investigadores de Imperial podría conducir a una serie de mejoras, incluidos avances en la captura y almacenamiento de carbono (CCS). Aquí es donde las emisiones industriales serán capturadas por la tecnología CCS, antes de llegar a la atmósfera, y almacenado de forma segura en una roca profunda bajo tierra.

Millas por debajo de la superficie de la Tierra, diferentes tipos de fluidos fluyen a través de los espacios microscópicos entre los granos dentro de las rocas.

Los científicos del College han utilizado la instalación Diamond Light Source en el Reino Unido para hacer videos en 3D que muestran con más detalle que nunca cómo se mueven los fluidos a través de la roca.

Durante más de cien años, Los ingenieros han estado modelando cómo fluyen múltiples fluidos a través de las rocas por una variedad de razones. Por ejemplo, El modelado del flujo de fluido permite a los ingenieros determinar cómo extraer petróleo y gas. Comprender cómo fluye el agua de mar a través de las rocas proporciona información sobre la volatilidad de la corteza terrestre, y predecir cómo fluye el agua dulce a través de las rocas permite a los ingenieros gestionar los recursos hídricos. Más recientemente, Los ingenieros han estado modelando cómo CO? fluye a través de la roca como parte de CCS.

Previamente, Los científicos han utilizado una fórmula para modelar cómo se mueven los fluidos a través de las rocas. Se llama Ley Extendida de Darcy y la premisa es que los gases se mueven a través de la roca a través de su propia estable, complejo, Vías microscópicas. Este ha sido el enfoque fundamental utilizado por los ingenieros para modelar el flujo de fluidos durante los últimos 100 años.

Sin embargo, los científicos imperiales han descubierto que en lugar de fluir en un patrón relativamente estable a través de las rocas, los flujos son de hecho muy inestables. Las vías por las que fluyen los fluidos en realidad solo duran un corto período de tiempo, decenas de segundos como máximo, antes de reorganizar y formar en diferentes. El equipo ha llamado a este proceso conectividad dinámica.

La importancia del descubrimiento de la conectividad dinámica es que los ingenieros de todo el mundo ahora podrán modelar con mayor precisión cómo fluyen los fluidos a través de la roca.

Dra. Catriona Reynolds, autora principal del estudio que completó su doctorado en el Departamento de Ciencias de la Tierra e Ingeniería en Imperial, dijo:"Tratar de modelar cómo fluyen los fluidos a través de la roca a gran escala ha demostrado ser un gran desafío científico y de ingeniería. Nuestra capacidad para predecir cómo fluyen estos fluidos en el subsuelo no es mucho mejor que hace 50 años a pesar de los importantes avances en tecnología de modelado por computadora. Los ingenieros han sospechado durante mucho tiempo que había algunas lagunas importantes en nuestra comprensión de la física subyacente del flujo de fluidos. Nuestras nuevas observaciones en este estudio obligarán a los ingenieros a reevaluar sus técnicas de modelado, aumentando su precisión ".

Para crear las imágenes en 3D, los investigadores del estudio de hoy utilizaron el acelerador de partículas sincrotrón en Diamond Light Source. El sincrotrón permite a los investigadores tomar imágenes en 3D a velocidades mucho más rápidas que un instrumento de rayos X de laboratorio convencional, alrededor de 45 segundos en comparación con las horas de un instrumento de laboratorio. Esto les permitió ver la dinámica, que no se había observado previamente antes.

Sin embargo, una resolución de tiempo aún mayor mejoraría significativamente las observaciones. Estas vías de fluidos se reorganizan rápidamente, así que idealmente al equipo le gustaría que las observaciones capturaran cada centésima de segundo. Esta resolución temporal solo es posible en este momento utilizando luz óptica de microscopios combinada con cámaras de alta velocidad. Sin embargo, tienen una capacidad limitada para observar fluidos que se mueven a través de rocas reales.

Los próximos pasos harán que el equipo intente superar este obstáculo tecnológico utilizando una combinación de novedosas técnicas de imágenes ópticas y de rayos X. Esto podría permitirles modelar el flujo de fluidos a gran escala, que sería útil para modelar el almacenamiento de CO2, la producción de petróleo y gas, y la migración de fluidos en las profundidades de la corteza terrestre.

La investigación se publica hoy en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias y financiado por el Programa de Becas de Capacitación Doctoral del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas y respaldado por el Centro de Investigación de Carbonatos y Almacenamiento de Carbono de Qatar, financiado conjuntamente por Qatar Petroleum, Shell y el Parque Científico y Tecnológico de Qatar.