Um novo modelo computacional pode potencialmente aumentar a eficiência e os lucros na produção de gás natural ao prever melhor a mecânica da fratura anteriormente oculta, ao mesmo tempo em que contabiliza com precisão as quantidades conhecidas de gás liberado durante o processo.

"Nosso modelo é muito mais realista do que os modelos atuais e o software usado na indústria, "disse Zden? k Baant, Professor do McCormick Institute e Walter P. Murphy Professor de Engenharia Civil e Ambiental, Engenharia Mecânica, e Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern. "Este modelo pode ajudar a indústria a aumentar a eficiência, diminuir o custo, e se tornar mais lucrativo. "

Apesar do crescimento da indústria, muito do processo de fraturamento hidráulico permanece misterioso. Porque o fracking acontece nas profundezas do subsolo, os pesquisadores não podem observar o mecanismo de fratura de como o gás é liberado do xisto.

"Este trabalho oferece capacidade preditiva aprimorada que permite melhor controle da produção enquanto reduz a pegada ambiental usando menos fluido de fraturamento, "disse Hari Viswanathan, geocientista computacional do Laboratório Nacional de Los Alamos. "Deve ser possível otimizar vários parâmetros, como taxas de bombeamento e ciclos e mudanças nas propriedades do fluido de fraturamento, como viscosidade. Isso pode levar a uma maior porcentagem de extração de gás dos estratos de xisto profundos, que atualmente está em cerca de 5 por cento e raramente ultrapassa 15 por cento. "

Ao considerar o fechamento de fraturas preexistentes causadas por eventos tectônicos no passado distante e levando em consideração as forças de infiltração de água não consideradas anteriormente, pesquisadores da Northwestern Engineering e de Los Alamos desenvolveram um novo modelo matemático e computacional que mostra como os ramos se formam em fissuras verticais durante o processo de fraturamento. permitindo que mais gás natural seja liberado. O modelo é o primeiro a prever essa ramificação, ao mesmo tempo em que é consistente com a quantidade conhecida de gás liberada do xisto durante esse processo. O novo modelo pode aumentar potencialmente a eficiência da indústria.

Os resultados foram publicados no Proceedings of the National Academy of Sciences em 7 de janeiro.

Compreender como as fraturas de xisto se formam também pode melhorar o gerenciamento de sequestro, onde as águas residuais do processo são bombeadas de volta para o subsolo.

Para extrair gás natural por fracking, um buraco é perfurado até a camada de xisto - muitas vezes vários quilômetros abaixo da superfície - então a broca é estendida horizontalmente por milhas. Quando a água com aditivos é bombeada para a camada sob alta pressão, cria rachaduras no xisto, liberando gás natural de seus poros de dimensões nanométricas.

A pesquisa clássica da mecânica da fratura prevê que essas rachaduras, que correm verticalmente a partir do furo horizontal, não deve ter ramos. Mas essas rachaduras sozinhas não podem explicar a quantidade de gás liberada durante o processo. Na verdade, a taxa de produção de gás é de cerca de 10, 000 vezes superior ao calculado a partir da permeabilidade medida em núcleos de xisto extraídos no laboratório.

Outros pesquisadores levantaram a hipótese de que as rachaduras hidráulicas conectadas com rachaduras pré-existentes no xisto, tornando-o mais permeável.

Mas Baant e seus colegas pesquisadores descobriram que essas fissuras produziam tectonicamente, que tem cerca de 100 milhões de anos, deve ter sido fechado pelo fluxo viscoso do xisto sob tensão.

Em vez de, Baant e seus colegas levantaram a hipótese de que a camada de xisto tinha camadas fracas de microfissuras ao longo das fissuras agora fechadas, e devem ter sido essas camadas que causaram a formação de galhos na fenda principal. Ao contrário de estudos anteriores, eles também levaram em consideração as forças de infiltração durante a difusão da água no xisto poroso.

Quando eles desenvolveram uma simulação do processo usando essa nova ideia de camadas fracas, junto com o cálculo de todas as forças de infiltração, eles descobriram que os resultados correspondiam aos encontrados na realidade.

"Nós mostramos, pela primeira vez, que as rachaduras podem se ramificar lateralmente, o que não seria possível se o xisto não fosse poroso, "Disse Baant.

Depois de estabelecer esses princípios básicos, os pesquisadores esperam modelar esse processo em uma escala maior.