A maior parte das reservas mundiais de petróleo e gás natural podem estar presas dentro dos minúsculos poros que constituem a rocha de xisto. Mas os métodos atuais de perfuração e fraturamento não podem extrair esse combustível muito bem, recuperando apenas cerca de 5% do petróleo e 20% do gás do xisto. Isso se deve, em parte, a uma falta de compreensão de como os fluidos fluem através desses pequenos poros, que medem apenas nanômetros de diâmetro.

Mas novas simulações de computador, descrito esta semana no jornal Física dos Fluidos , pode sondar melhor a física subjacente, potencialmente levando a uma extração mais eficiente de petróleo e gás.

Com rochas mais porosas como arenito, onde os poros são tão grandes quanto alguns milímetros, as empresas de petróleo e gás podem extrair mais facilmente o combustível, injetando água ou vapor no solo, forçando a saída do petróleo ou do gás.

"Suas características físicas são bem conhecidas, "disse Yidong Xia, um cientista computacional no Laboratório Nacional de Idaho. "Existem muitos modelos matemáticos bem calibrados para projetar as ferramentas de engenharia para extrair o petróleo."

Mas esse não é o caso do xisto.

“A dificuldade é que o tamanho dos poros é muito pequeno, e a maioria deles estão espalhados - eles estão isolados, "Disse Xia." Então, se você pode preencher parte dos poros com água, não tem como entrar em outros poros. "

O fraturamento hidráulico pode criar rachaduras que conectam esses poros, mas sem uma compreensão sólida da distribuição de poros e estrutura do xisto, as empresas de petróleo e gás estão trabalhando às cegas.

Para entender melhor a física de como os fluidos, como a água, óleo e gás fluem através de poros tão minúsculos, pesquisadores têm se voltado cada vez mais para simulações de computador. No entanto, esses também foram limitados. Quando os poros são grandes, o fluido se move como um continuum suave e os modelos podem tratá-lo como tal. Mas com poros em nanoescala no xisto, o fluido age mais como uma coleção de partículas.

Em princípio, um computador pode simular o comportamento de cada molécula individual que compõe o fluido, Disse Xia. Mas isso exigiria muito poder de computação para ser prático.

Em vez de, Xia e seus colegas usaram o que é chamado de abordagem de grão grosso. Eles modelaram o fluido como uma coleção de partículas em que cada partícula representa um agrupamento de algumas moléculas. Isso reduz drasticamente a quantidade de músculo computacional necessária.

O que também diferencia esses novos resultados é a incorporação de imagens de alta resolução de amostras de xisto. Pesquisadores da Universidade de Utah usaram microscopia eletrônica de varredura por feixe de íons em um pedaço de xisto de Woodford com alguns milímetros de diâmetro. O feixe de íons neste método corta a amostra, digitalizar cada fatia para gerar uma imagem 3-D da rocha e sua estrutura de poros detalhada em escala nanométrica. Essas imagens são então alimentadas no modelo de computador para simular o fluxo de fluido através das nanoestruturas digitalizadas.

"A combinação [de microscopia e simulações] é o que realmente produz resultados significativos, "Disse Xia.

Ainda, esses tipos de simulações por si só não vão revolucionar a extração de óleo de xisto e gás, ele disse. Você precisaria de uma compreensão mais ampla de toda a estrutura do xisto, não apenas pequenas amostras. Mas, ele disse, você poderia pegar várias amostras em todo o xisto e executar simulações de computador para obter mais informações sobre sua física.

Para ser claro, Xia acrescentou, eles não estão endossando nenhuma tecnologia ou fonte de energia em particular. Como pesquisadores, seu foco é simplesmente entender melhor a física básica do xisto.