Porös sten som innehåller olja och naturgas är begravd så djupt inne i jorden att skifferoperatörer förlitar sig på komplexa modeller av den underjordiska miljön för att uppskatta återvinningen av fossila bränslen. Dessa simuleringar är notoriskt komplexa, kräver högutbildade operatörer för att driva dem. Dessa faktorer påverkar indirekt kostnaden för produktion av skifferolja och i slutändan, hur mycket konsumenterna betalar för sitt bränsle.

Forskare vid Texas A&M University har utvecklat en analytisk procedur som kan användas i kalkylblad för att förutsäga mängden olja och gas som kan utvinnas från nyborrade brunnar. Genom att modellera mönstret för olje- och gasflödet från äldre brunnar i samma borrfält, forskarna sa att de nu exakt kan förutsäga hastigheten på olje- och gasflödet för nyare brunnar, ett ramverk som är snabbare och enklare att använda än komplicerade reservoarsimuleringar.

"Inom olje- och gasindustrin, proffs använder sofistikerade reservoarsimulatorer för att få en känsla av hur mycket kolväten som kan utvinnas från lagren under jordens yta. Dessa simuleringar är mycket användbara men extremt tidskrävande och beräkningsintensiva, sade doktor Ruud Weijermars, professor vid Harold Vance Department of Petroleum Engineering. "Vi kan nu göra samma typ av förutsägelser som dessa simuleringar i en kalkylbladsmiljö, vilket är mycket snabbare, sparar mycket tid och kostnader för skifferoperatörer, utan förlust av noggrannhet."

Forskarna beskrev sina resultat i marsnumret av tidskriften Energier .

Skifferstenar som innehåller olja och gas är inträngda i lager som är mellan 3, 000 och 14, 000 fot under jorden. För att få tillgång till dessa fossila bränslen, hål borras först vertikalt i marken med hjälp av kraftfulla borrar för att nå skifferbergsskikten. Borrkronan rör sig sedan horisontellt, parallellt med skifferavlagringarna. När stenarna som omger det horisontella borrhålet tvingas spricka genom hydraulisk sprickbildning, de börjar släppa ut värdefulla olje- och naturgasmolekyler, som sedan rusar in i borrhålet och stiger upp till lagringstankar vid ytan.

Innan borrningen påbörjas, en 3D-modell av reservoaren skapas i allmänhet för att förutsäga mängden olja som kan utvinnas från brunnarna. Dessa modeller tar hänsyn till permeabiliteten hos stenar, underjordisk geografi och seismiska egenskaper, bland andra parametrar. Med dessa ingångar på plats, modellen delar praktiskt taget reservoaren i små block, eller celler, och simulerar sedan oljeflödet genom dessa enskilda block baserat på skillnaden i tryck på blockets olika ytor.

"Dessa simuleringar kan köras från timmar till dagar till veckor, beroende på antalet block inom ett rutnät, sa Weijermars. Så, om reservoarmodellen har en miljard celler, du skulle behöva beräkna hur dessa miljarder celler beter sig och interagerar för att veta vad det resulterande oljeflödet kommer att bli."

För att kringgå dessa komplicerade matematiska beräkningar, Weijermars och hans team fokuserade sin uppmärksamhet på oljeflödet i en enda cell i en befintlig brunn. Först, de beräknade flödet av olja från sprickplatsen in i den enskilda cellen med hjälp av fysikbaserade ekvationer. Genom att anta att alla flödesceller i en brunn är identiska, de kunde skala upp och erhålla oljeflödet under en period av flera månader med hjälp av en analytisk procedur som kallas minskningskurvaanalys.

Forskarna jämförde sedan de förutsägelser som deras metod gjorde med simuleringarna och fann att de två matchade mycket väl. Dock, till skillnad från komplexa simuleringar, forskarna sa att deras kalkylbladsbaserade analys var mycket snabbare.

När forskarna modellerade flödeshastigheten från en befintlig brunn, de skulle kunna förutsäga och förbättra beteendet hos nya brunnar genom att justera någon aspekt av flödescellerna, som höjden, längd eller avstånd mellan hydrauliska sprickor och mellan brunnar. Vidare, de noterade att denna typ av analys skulle kunna göras innan de nya brunnarna borras så att olje- och gasutvinningen från hyresområdet kan maximeras.

Forskarna sa också att till skillnad från reservoarsimuleringar som kräver högutbildade proffs för att köra dem, deras kalkylblad kan användas av tekniker med mycket lite utbildning.

"Skifferoperatörer måste sänka kostnaderna enormt på grund av de låga globala priserna på råolja. de måste också förutse och förbättra prestandan för de nya brunnar som de planerar att borra, ", sa Weijermars. "Vi har testat vår kalkylbladsbaserade flödescellanalys mot sofistikerade reservoarsimulatorer i en serie studier, och flödescellmodellen gör ett bra jobb. Det här är goda nyheter för skifferoperatörer – vår teknik hjälper dem att minska kostnaderna och är också mycket snabbare."