Un nuevo modelo computacional podría potencialmente impulsar la eficiencia y las ganancias en la producción de gas natural al predecir mejor la mecánica de fracturas previamente oculta mientras contabiliza con precisión las cantidades conocidas de gas liberado durante el proceso.

"Nuestro modelo es mucho más realista que los modelos y el software actuales utilizados en la industria, "dijo Zden? k Baant, Profesor del Instituto McCormick y Profesor Walter P. Murphy de Ingeniería Civil y Ambiental, Ingeniería Mecánica, y Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Este modelo podría ayudar a la industria a aumentar la eficiencia, disminuir el costo, y ser más rentable ".

A pesar del crecimiento de la industria, gran parte del proceso de fracturación hidráulica sigue siendo un misterio. Debido a que el fracking ocurre a gran profundidad los investigadores no pueden observar el mecanismo de fractura de cómo se libera el gas de la lutita.

"Este trabajo ofrece una capacidad predictiva mejorada que permite un mejor control de la producción al tiempo que reduce la huella ambiental al utilizar menos fluido de fracturación, "dijo Hari Viswanathan, geocientífico computacional en el Laboratorio Nacional de Los Alamos. "Debería permitir optimizar varios parámetros, como las velocidades y ciclos de bombeo, y los cambios en las propiedades del fluido de fracturación, como la viscosidad. Esto podría conducir a un mayor porcentaje de extracción de gas de los estratos profundos de lutitas". que actualmente se sitúa en alrededor del 5 por ciento y rara vez supera el 15 por ciento ".

Considerando el cierre de fracturas preexistentes causadas por eventos tectónicos en el pasado distante y teniendo en cuenta las fuerzas de filtración de agua no consideradas previamente, Investigadores de Northwestern Engineering y Los Alamos han desarrollado un nuevo modelo matemático y computacional que muestra cómo se forman ramas a partir de grietas verticales durante el proceso de fracturación hidráulica. permitiendo que se libere más gas natural. El modelo es el primero en predecir esta ramificación al tiempo que es consistente con la cantidad conocida de gas liberado de la lutita durante este proceso. El nuevo modelo podría aumentar potencialmente la eficiencia de la industria.

Los resultados fueron publicados en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias el 7 de enero.

Comprender cómo se forman las fracturas de lutita también podría mejorar la gestión del secuestro, donde las aguas residuales del proceso se bombean de nuevo al subsuelo.

Para extraer gas natural mediante fracking, se perfora un agujero hasta la capa de lutita, a menudo varios kilómetros por debajo de la superficie, luego la perforación se extiende horizontalmente por millas. Cuando se bombea agua con aditivos a la capa a alta presión, crea grietas en la pizarra, liberando gas natural de sus poros de dimensiones nanométricas.

La investigación clásica de mecánica de fracturas predice que esas grietas, que corren verticalmente desde el orificio horizontal, no debe tener ramas. Pero estas grietas por sí solas no pueden explicar la cantidad de gas liberado durante el proceso. De hecho, la tasa de producción de gas es de aproximadamente 10, 000 veces mayor que la calculada a partir de la permeabilidad medida en los núcleos de esquisto extraídos en el laboratorio.

Otros investigadores plantearon previamente la hipótesis de las grietas hidráulicas conectadas con las grietas preexistentes en la lutita, haciéndolo más permeable.

Pero Baant y sus colegas investigadores encontraron que estas grietas producían tectónicamente, que tienen unos 100 millones de años, debe haber sido cerrado por el flujo viscoso de lutita bajo tensión.

En lugar de, Baant y sus colegas plantearon la hipótesis de que la capa de esquisto tenía capas débiles de microgrietas a lo largo de las grietas ahora cerradas, y deben haber sido estas capas las que hicieron que se formaran ramas en la grieta principal. A diferencia de estudios anteriores, también tuvieron en cuenta las fuerzas de filtración durante la difusión del agua en la lutita porosa.

Cuando desarrollaron una simulación del proceso utilizando esta nueva idea de capas débiles, junto con el cálculo de todas las fuerzas de filtración, encontraron que los resultados coincidían con los encontrados en la realidad.

"Mostramos, por primera vez, que las grietas pueden ramificarse lateralmente, que no sería posible si la pizarra no fuera porosa, "Dijo Baant.

Después de establecer estos principios básicos, Los investigadores esperan modelar este proceso a mayor escala.