En ny kolväteundersökning motsäger konventionell visdom om hur metan fångas i berg, avslöjar en ny strategi för att lättare komma åt den värdefulla energiresursen.

"Den mest utmanande frågan som skifferenergiindustrin står inför är de mycket låga kolväteutvinningsgraderna:mindre än 10 procent för olja och 20 procent för gas. Vår studie gav ny inblick i de grundläggande mekanismerna för kolvättransport inom skiffernanoporer, "sa Hongwu Xu, en författare från Los Alamos National Laboratory's Earth and Environmental Sciences Division. "Resultaten kommer i slutändan att hjälpa till att utveckla bättre tryckhanteringsstrategier för att förbättra okonventionell återvinning av kolväten."

Det mesta av amerikansk naturgas är dolt djupt inne i skifferreservoarer. Låg skifferporositet och permeabilitet gör att återvinning av naturgas i trånga reservoarer är utmanande, särskilt i det sena skedet av brunnliv. Porerna är små - vanligtvis mindre än fem nanometer - och dåligt förstådda. Att förstå mekanismerna för kolvätehållning djupt under jorden är avgörande för att öka metanåtervinningseffektiviteten. Tryckhantering är ett billigt och effektivt verktyg som är tillgängligt för att kontrollera produktionseffektivitet som enkelt kan justeras under brunndrift-men studiens multinstitutionella forskargrupp upptäckte en avvägning.

Det här laget, inklusive huvudförfattaren, Chelsea Neil, även från Los Alamos, integrerade molekylära dynamiksimuleringar med nya in situ högtrycks liten vinkel neutronspridning (SANS) för att undersöka metanbeteende i Marcellusskiffer i Appalachianbassängen, landets största naturgasfält, för att bättre förstå gastransport och återvinning när trycket ändras för att extrahera gasen. Undersökningen fokuserade på interaktioner mellan metan och det organiska innehållet (kerogen) i berg som lagrar en majoritet av kolväten.

Studiens resultat tyder på att även om högt tryck är fördelaktigt för metanåtervinning från större porer, tät gas fångas i mindre, vanliga skiffernanoporer på grund av kerogen deformation. För första gången, de presenterar experimentella bevis på att denna deformation finns och föreslog ett metanfrisättande tryckintervall som väsentligt påverkar metanåtervinning. Dessa insikter hjälper till att optimera strategier för att öka naturgasproduktionen samt bättre förstå vätskemekanik.

Metanbeteende jämfördes under två tryckcykler med topptryck på 3000 psi och 6000 psi, eftersom man tidigare trodde att ökat tryck från injicerade vätskor i sprickor skulle öka gasåtervinningen. Teamet upptäckte att oväntat metanbeteende förekommer i mycket små men vanliga nanoporer i kerogenet:porupptaget av metan var elastiskt upp till det lägre topptrycket, men blev plast och oåterkallelig vid 6, 000 psi, fånga täta metankluster som utvecklades i por-2 nanometerporen, som omfattar 90 procent av den uppmätta skifferporositeten.

Leds av Los Alamos, studien med flera institutioner publicerades i Nature's new Kommunikation Jord &miljö journal den här veckan. Partners inkluderar New Mexico Consortium, University of Maryland, och National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research.