Fraturamento hidráulico, ou fracking, fornece energia crítica para a sociedade, mas também usa grandes quantidades de água doce enquanto produz quantidades correspondentes de águas residuais. Espumas à base de água, que usam cerca de 90 por cento menos água do que fluidos de fracking, fornecer uma alternativa, mas o mecanismo de fratura por espuma em tal perfuração não é bem compreendido.

Agora, Pesquisadores de Princeton liderados por Howard Stone, o Donald R. Dixon '69 e Elizabeth W. Dixon Professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, testaram experimentalmente uma descrição detalhada do comportamento de fraturamento da espuma. Os pesquisadores relataram seus resultados em um artigo de 26 de julho na revista. PNAS .

Espuma, bolhas de gás suspensas em um líquido, são compressíveis; os líquidos, não. No fraturamento hidráulico típico, fluido incompressível é injetado em alta pressão para fraturar o reservatório de xisto. Quando espumas compressíveis são injetadas, o comportamento das espumas é mais complexo. A pressão aplicada à espuma faz com que as bolhas se espremam e se expandam, criando mudanças em toda a espuma.

Usando uma configuração de mesa, os pesquisadores simularam o fracking usando uma espuma comum (creme de barbear) injetada em uma câmara cheia de gelatina. O experimento, que imita as condições de fracking, permitiu-lhes estudar parâmetros como taxa de injeção e viscosidade do fluido. Os pesquisadores usaram os dados para produzir uma descrição detalhada do impacto da espuma compressível no fraturamento.

"A espuma que usamos aqui consiste [em] apenas cerca de 10 por cento do volume de água, "disse Ching-Yao Lai, a autora principal do artigo, que recebeu seu doutorado em engenharia mecânica e aeroespacial em Princeton nesta primavera. “A maior parte do espaço nas espumas é ocupada por bolhas de gás. O uso de espumas altera significativamente a dinâmica de propagação da fratura em comparação com os casos padrão com injeção de água.

"O fraturamento por espuma foi desenvolvido no Canadá para minimizar o uso de água e outros problemas ambientais causados ​​pela injeção de água. Isso nos motiva a desenvolver um sistema para estudar a física por trás do fraturamento com espumas, "Lai disse.

Os pesquisadores disseram que a análise pode ser estendida a outros sistemas de fluxo que usam espumas compressíveis, como combate a incêndios e armazenamento de energia.

"Este projeto nos permitiu estudar um aspecto pouco estudado da fratura impulsionada por fluido, "Disse Stone." Isso também nos permitiu desenvolver novos insights relevantes para outros fluxos de espuma mal compreendidos, que esperamos estudar no futuro. "