Brice Lecampion. Crédito:Alain Herzog / EPFL
Pesquisadores da EPFL desenvolveram um novo modelo para calcular a propagação da fratura hidráulica. Aclamado por sua precisão por especialistas, o modelo prevê melhor a geometria da fratura e o custo de energia do fraturamento hidráulico - uma técnica amplamente usada em áreas como CO 2 armazenar, extração de hidrocarbonetos, monitoramento de represas e vulcões.
O fraturamento hidráulico tem uma ampla gama de aplicações, como melhorar a produtividade de poços usados para extração e injeção de fluidos em formações rochosas porosas. É uma parte rotineira da extração de hidrocarbonetos, mas também de operações de energia geotérmica profunda, CO subterrâneo 2 armazenamento e mineração assistida por gravidade. Os engenheiros usam a técnica para re-nivelar edifícios por meio de injeção de compensação, evitar que rachaduras se espalhem ao redor das barragens, e até mesmo melhorar a segurança em túneis subterrâneos profundos. Essas fraturas também ocorrem na natureza, como quando o magma sobe na crosta terrestre perto de vulcões ou em leitos de geleiras devido à liberação repentina de um lago de água derretida na superfície.
O processo industrial envolve a injeção de fluido sob alta pressão para criar fissuras em formações rochosas subterrâneas. "Há uma grande incerteza em torno do efeito do fluxo turbulento quando um líquido de baixa viscosidade é usado como fluido de fraturamento, "diz Brice Lecampion, que chefia o Laboratório de Geoenergia (GEL) da EPFL. "Queríamos desenvolver um modelo de código aberto preciso que acabasse com essa incerteza de uma vez por todas." Jornal de Lecampion, que ele foi coautor do pesquisador Haseeb Zia, foi publicado em Journal of Fluid Mechanics em outubro de 2019. Em janeiro de 2020, este jornal líder no campo da mecânica dos fluidos o escolheu para a Focus on Fluids publicando um comentário extenso do artigo de um especialista, em um testemunho da relevância do modelo desenvolvido na EPFL.
Custo de segurança e energia
O processo de fratura hidráulica. Crédito:iStock
A fim de injetar ou produzir fluido no subsolo, os engenheiros perfuram um poço de cerca de dez centímetros de diâmetro e frequentemente se estende de dois a três quilômetros abaixo da superfície. Próximo, eles injetam uma mistura de água e areia no poço ao longo de 30 a 45 minutos. Isso cria uma fratura na rocha que pode atingir até 500 metros de comprimento e 100 metros de altura. A areia atua como um propante - um material sólido usado para manter a fratura aberta para que os fluidos possam fluir entre o poço e a rocha. Metade da água injetada é normalmente recuperada, filtrado e reinjetado em fases de bombeamento subsequentes, enquanto a outra metade permanece no subsolo.
Os engenheiros precisam ser capazes de calcular como essas fraturas se propagam para que possam determinar com precisão quanto líquido injetar, e estimar a geometria - ou comprimento - das fraturas resultantes. A estimativa melhorada da propagação também é vital para garantir a segurança do processo, e ajuda os engenheiros a estimar seu custo de energia.
Melhorar as previsões
Para estimulação de poço de gás de xisto, o fluido injetado é 99% de água. O 1% restante é um aditivo redutor de fricção, um polímero especial que reduz drasticamente o fluxo turbulento, interrompendo a formação de redemoinhos. O aditivo, que é amplamente utilizado na indústria, reduz substancialmente a quantidade de energia necessária para o bombeamento de alta pressão. Até agora, Contudo, seu efeito na propagação da fratura não foi quantificado.
"Descobrimos que o aditivo altera significativamente a propagação da fratura em condições de fluxo turbulento, "explica Lecampion." No entanto, o efeito dura apenas pelos primeiros cinco a seis minutos da injeção e tem pouca influência na geometria da fratura final. "O modelo desenvolvido na EPFL permite que os engenheiros prevejam com mais precisão o tamanho das fraturas induzidas e, Portanto, quanta água pode ser bombeada para dentro e para fora da rocha, e com que taxa. "Muito poucos modelos deste tipo são de código aberto, "acrescenta Lecampion." O setor é dominado por empresas privadas que tendem a guardar seus cálculos e avaliações para si mesmas. "
