Een nieuwe studie naar koolwaterstoffen is in tegenspraak met de conventionele wijsheid over hoe methaan vastzit in gesteente, het onthullen van een nieuwe strategie om gemakkelijker toegang te krijgen tot de waardevolle energiebron.

"Het meest uitdagende probleem waarmee de schalie-energie-industrie wordt geconfronteerd, zijn de zeer lage terugwinningspercentages van koolwaterstoffen:minder dan 10 procent voor olie en 20 procent voor gas. Ons onderzoek heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de fundamentele mechanismen die het transport van koolwaterstoffen in schalie-nanoporiën regelen, " zei Hongwu Xu, een auteur van de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen van Los Alamos National Laboratory. "De resultaten zullen uiteindelijk helpen bij het ontwikkelen van betere strategieën voor drukbeheer voor het verbeteren van onconventionele koolwaterstofwinning."

Het grootste deel van het Amerikaanse aardgas is diep verborgen in schaliereservoirs. Lage schalieporositeit en permeabiliteit maken het terugwinnen van aardgas in krappe reservoirs een uitdaging, vooral in de late fase van het goed leven. De poriën zijn minuscuul - meestal minder dan vijf nanometer - en slecht begrepen. Het begrijpen van de koolwaterstofretentiemechanismen diep onder de grond is van cruciaal belang om de efficiëntie van het terugwinnen van methaan te vergroten. Drukbeheer is een goedkoop en effectief hulpmiddel dat beschikbaar is om de productie-efficiëntie te beheersen en dat gemakkelijk kan worden aangepast tijdens de werking van de put, maar het multi-institutionele onderzoeksteam van het onderzoek ontdekte een compromis.

Dit team, inclusief de hoofdauteur, Chelsea Neil, ook van Los Alamos, geïntegreerde moleculaire dynamica-simulaties met nieuwe in situ hogedruk-kleinhoek-neutronenverstrooiing (SANS) om methaangedrag in Marcellus-schalie in het Appalachian-bekken te onderzoeken, het grootste aardgasveld van het land, om gastransport en -terugwinning beter te begrijpen wanneer de druk wordt gewijzigd om het gas te extraheren. Het onderzoek richtte zich op interacties tussen methaan en het organische gehalte (kerogeen) in gesteente waarin de meeste koolwaterstoffen zijn opgeslagen.

De bevindingen van de studie geven aan dat, hoewel hoge drukken gunstig zijn voor het terugwinnen van methaan uit grotere poriën, dicht gas zit gevangen in kleinere, gemeenschappelijke schalie nanoporiën als gevolg van kerogeenvervorming. Voor de eerste keer, ze presenteren experimenteel bewijs dat deze vervorming bestaat en stelden een methaanvrij drukbereik voor dat de methaanterugwinning aanzienlijk beïnvloedt. Deze inzichten helpen bij het optimaliseren van strategieën om de aardgasproductie te stimuleren en om de vloeistofmechanica beter te begrijpen.

Het methaangedrag werd vergeleken tijdens twee drukcycli met piekdrukken van 3000 psi en 6000 psi, omdat eerder werd aangenomen dat het verhogen van de druk van geïnjecteerde vloeistoffen in breuken de gaswinning zou vergroten. Het team ontdekte dat onverwacht methaangedrag optreedt in zeer kleine maar veel voorkomende nanoporiën in de kerogeen:de porieopname van methaan was elastisch tot de lagere piekdruk, maar werd plastic en onomkeerbaar op 6, 000 psi, het vangen van dichte methaanclusters die zich ontwikkelden in de poriën van minder dan 2 nanometer, die 90 procent van de gemeten schalieporositeit omvatten.

Onder leiding van Los Alamos, de multi-institutionele studie werd gepubliceerd in Nature's new Communicatie Aarde &Milieu dagboek van deze week. Partners zijn onder meer het New Mexico Consortium, Universiteit van Maryland, en het National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research.