Fracturamiento hidráulico, o fracking, proporciona energía crítica para la sociedad, pero también utiliza grandes cantidades de agua dulce mientras produce cantidades correspondientes de aguas residuales. Espumas a base de agua, que utilizan aproximadamente un 90 por ciento menos de agua que los fluidos de fracturación hidráulica, proporcionar una alternativa, pero el mecanismo de la fractura provocada por la espuma en dicha perforación no se comprende bien.

Ahora, Los investigadores de Princeton dirigidos por Howard Stone, el Profesor Donald R. Dixon '69 y Elizabeth W. Dixon de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, han probado experimentalmente una descripción detallada del comportamiento de fractura de la espuma. Los investigadores informaron sus resultados en un artículo del 26 de julio en la revista. PNAS .

Espuma, burbujas de gas suspendidas en un líquido, son comprimibles; los líquidos no lo son. En la fracturación hidráulica típica, Se inyecta fluido incompresible a alta presión para fracturar el reservorio de lutitas. Cuando se inyectan espumas compresibles, el comportamiento de las espumas es más complejo. La presión aplicada a la espuma hace que las burbujas se aprieten y expandan, creando cambios en toda la espuma.

Usando una configuración de mesa, los investigadores simularon el fracking utilizando una espuma común (crema de afeitar) inyectada en una cámara llena de gelatina. El experimento, que imita las condiciones del fracking, les permitió estudiar parámetros como la velocidad de inyección y la viscosidad del fluido. Los investigadores utilizaron los datos para producir una descripción detallada del impacto de la espuma compresible en la fractura.

"La espuma que usamos aquí consta [de] solo alrededor del 10 por ciento del agua por volumen, "dijo Ching-Yao Lai, autora principal del artículo que recibió su doctorado en ingeniería mecánica y aeroespacial de Princeton esta primavera. “La mayor parte del espacio en las espumas está ocupado por burbujas de gas. El uso de espumas cambia significativamente la dinámica de propagación de la fractura en comparación con los casos estándar con inyección de agua.

"La fracturación de espuma se ha desarrollado en Canadá para minimizar el uso de agua y otros problemas ambientales causados ​​por la inyección de agua. Esto nos motiva a desarrollar un sistema para estudiar la física detrás de la fracturación con espumas, "Dijo Lai.

Los investigadores dijeron que el análisis puede extenderse a otros sistemas de flujo que utilizan espumas comprimibles como la extinción de incendios y el almacenamiento de energía.

"Este proyecto nos permitió estudiar un aspecto poco estudiado de la fractura impulsada por fluidos, ", Dijo Stone." También nos permitió desarrollar nuevos conocimientos relevantes para otros flujos de espuma poco entendidos, que esperamos estudiar en el futuro ".