La mayoría de las reservas de petróleo y gas natural del mundo pueden estar encerradas dentro de los pequeños poros que componen la roca de esquisto. Pero los métodos actuales de perforación y fracturación no pueden extraer muy bien este combustible, recuperando solo un 5 por ciento estimado del petróleo y el 20 por ciento del gas del esquisto. Eso se debe en parte a una comprensión deficiente de cómo fluyen los fluidos a través de estos poros pequeños, que miden solo nanómetros de ancho.

Pero nuevas simulaciones por computadora, descrito esta semana en la revista Física de fluidos , puede sondear mejor la física subyacente, potencialmente conduciendo a una extracción más eficiente de petróleo y gas.

Con rocas más porosas como arenisca, donde los poros son tan grandes como unos pocos milímetros, Las empresas de petróleo y gas pueden extraer más fácilmente el combustible inyectando agua o vapor en el suelo. expulsando el petróleo o el gas.

"Se conocen bien sus características físicas, "dijo Yidong Xia, un científico computacional en el Laboratorio Nacional de Idaho. "Hay muchos modelos matemáticos bien calibrados para diseñar las herramientas de ingeniería para extraer el petróleo".

Pero ese no es el caso del esquisto.

"La dificultad es que el tamaño de los poros es muy pequeño, y la mayoría de ellos están dispersos:están aislados, "Dijo Xia." Entonces, si puedes llenar parte de los poros con agua, no hay forma de que se mueva hacia otros poros ".

La fracturación hidráulica puede crear grietas que conectan esos poros, pero sin un conocimiento sólido de la distribución de poros y la estructura de la lutita, las empresas de petróleo y gas están trabajando a ciegas.

Para comprender mejor la física de cómo a los fluidos les gusta el agua, el petróleo y el gas fluyen a través de poros tan pequeños, los investigadores han recurrido cada vez más a las simulaciones por ordenador. Sin embargo, esos también han sido limitados. Cuando los poros son grandes, el fluido se mueve como un continuo uniforme y los modelos pueden tratarlo como tal. Pero con poros a nanoescala en el esquisto, el fluido actúa más como una colección de partículas.

En principio, una computadora puede simular el comportamiento de cada molécula individual que compone el fluido, Dijo Xia. Pero eso requeriría demasiada potencia informática para ser práctico.

En lugar de, Xia y sus colegas utilizaron lo que se llama un enfoque de grano grueso. Modelaron el fluido como una colección de partículas en las que cada partícula representa un grupo de unas pocas moléculas. Esto reduce drásticamente la cantidad de músculo computacional que se necesita.

Lo que también distingue a estos nuevos resultados es la incorporación de imágenes de alta resolución de muestras de lutitas. Investigadores de la Universidad de Utah utilizaron microscopía electrónica de barrido con haz de iones enfocado en una pieza de esquisto Woodford de unos pocos milímetros de diámetro. El haz de iones en este método atraviesa la muestra, escaneando cada rebanada para generar una imagen tridimensional de la roca y su estructura de poros detallada a escala nanométrica. Luego, esas imágenes se introducen en el modelo de computadora para simular el flujo de fluido a través de las nanoestructuras escaneadas.

"La combinación [de microscopía y simulaciones] es lo que realmente produce resultados significativos, "Dijo Xia.

Todavía, este tipo de simulaciones por sí solas no revolucionarán la extracción de gas y petróleo de esquisto, él dijo. Necesitaría una comprensión más amplia de toda la estructura de la lutita, no solo pequeñas muestras. Pero, él dijo, podría tomar varias muestras a lo largo de la lutita y ejecutar simulaciones por computadora para obtener más información sobre su física.

Para ser claro, Xia agregó, no respaldan ninguna tecnología o fuente de energía en particular. Como investigadores, su objetivo es simplemente comprender mejor la física básica del esquisto.