Un laureato in ingegneria petrolifera della Texas A&M ha sviluppato un nuovo approccio per comprendere il trasporto dell’elemento di sostegno e i flussi di frattura.
L’industria petrolifera e del gas ha modificato nel corso degli anni i sostegni e i deviatori utilizzati nei processi di frattura per migliorare il recupero del petrolio nei giacimenti di scisto. Ma gli sforzi si basano su congetture poiché il comportamento del proppante e del deviatore è impossibile da osservare, poiché si verifica completamente fuori dalla vista nel fondo pozzo.
Il ricercatore laureato della Texas A&M University, Gabriel Tatman, ha utilizzato la stampa 3D per ricreare le fratture in modo da rivelare il comportamento di proppante e deviatore come parte di un progetto industriale congiunto. Il suo nuovo uso di modelli chiari creati da dati reali sulla frattura della roccia ha scoperto questi comportamenti invisibili e ha portato alla capacità unica di ripetere gli esperimenti sul flusso di frattura nei minimi dettagli.
Il progetto è una collaborazione tra Texas A&M e la Colorado School of Mines, dove avvengono veri e propri esperimenti di trasporto dell’oggetto. L’obiettivo è identificare le condizioni che portano alla massimizzazione del posizionamento dell’elemento di sostegno e quali concentrazioni e tipi di elemento dell’elemento offrono le migliori prestazioni in varie geometrie di roccia. Ciò migliorerà gli sforzi di fratturazione idraulica nel recupero del petrolio.
“Non siamo i primi a stampare in 3D superfici rocciose, ma siamo i primi a stampare in resina 3D per questa particolare applicazione”, ha affermato Tatman.
Il recupero del petrolio nei giacimenti di scisto di solito inizia con la fratturazione idraulica, dove il fluido viene forzato nella formazione rocciosa ad alte pressioni per fratturare o rompere lo scisto. I proppanti, granelli di sabbia di diverse dimensioni, vengono lavati in un impasto liquido per mantenere aperte queste fratture dopo il rilascio dell’alta pressione in modo che petrolio e gas possano fluire nel pozzo. I deviatori, che sono materiali chimici o meccanici che possono essere successivamente dissolti o recuperati, a volte vengono iniettati per bloccare strategicamente i percorsi principali del liquame, in modo che i proppanti siano costretti in nuovi canali per creare complesse geometrie di frattura. Il processo di solito non viene visto, ma la tecnologia di stampa 3D sta aiutando a cambiarlo.
Quando era uno studente universitario presso il Dipartimento di ingegneria petrolifera di Harold Vance, Tatman ha condiviso il suo interesse per la stampa 3D con Ding Zhu, professore e McCain Engineering Chair. Ha persino stampato in 3D una colata di roccia contenente una complessa struttura del canale di flusso disciolta con acido mentre era uno studente nella sua classe. Impressionato, Zhu incoraggiò Tatman a sperimentare potenziali applicazioni nella ricerca.
Dopo aver conseguito la laurea, Tatman si è unito a Zhu and Regents Professor e Noble Chair Dan Hill per iniziare i suoi studi universitari. Il suo lavoro con il loro team di ricerca sulla fratturazione idraulica ha prodotto campioni chiari stampati in 3D con dettagli micrometrici delle superfici di frattura. Quando sono passati attraverso questi modelli di frattura trasparenti, è stato possibile osservare direttamente il comportamento del proppante e del deviatore.
Vedere il comportamento effettivo del proppant è rivoluzionario, ma il progetto applica anche la stampa 3D alla conduttività della frattura in un modo senza precedenti.
In passato, i ricercatori hanno costruito apparecchiature su scala di laboratorio per studiare l’efficacia con cui i proppanti consentono a petrolio e gas di fluire nelle fratture, un processo chiamato conduttività. Tuttavia, l’attrezzatura era solitamente costruita con pareti lisce in cui le superfici di frattura della roccia naturale sono molto irregolari.
Le superfici di frattura artificiale ruvide possono essere facilmente create in dettaglio con la stampa 3D grazie alle attuali apparecchiature. Lo svantaggio è che le resine per la stampa 3D non sono abbastanza forti per esperimenti che richiedono una forza effettiva simile alla roccia. Quindi le stampe 3D di Tatman vengono utilizzate come stampi per creare strutture rocciose artificiali in cemento ad alta resistenza in grado di catturare complesse geometrie di superficie. E questi campioni artificiali possono essere colati all’infinito dagli stampi, portando a basi di test coerenti e ripetibili per risultati di ricerca più accurati.
“Possiamo simulare le superfici di frattura utilizzando approcci geostatistici comuni che catturano le caratteristiche di una particolare formazione”, ha affermato Tatman. “Con la stampa 3D, possiamo creare versioni fisiche di queste superfici simulate per applicazioni sperimentali”.
Poiché le caratteristiche della superficie di frattura possono variare per ogni formazione di scisto, Tatman ha affermato che il team alla fine costruirà un database del comportamento di trasporto del propappante in diversi serbatoi.
Non vedrà la fine del progetto perché se ne va dopo la laurea in primavera per una posizione a tempo pieno nel settore, ma Tatman è entusiasta di far parte della ricerca all’avanguardia che getta le basi per il lavoro futuro. Non vede l’ora di vedere la stampa 3D assumere altre indagini, come l’ostruzione dei comportamenti degli agenti nelle geometrie dei wormhole formate all’interno di serbatoi trattati con acido.
“(Negli ultimi cinque anni, il livello di sviluppo visto nel mondo della stampa 3D è stato fenomenale”, ha affermato Tatman. “La stampa 3D è qualcosa che mi appassiona sin dalle superiori. Essere in grado di portare il lato hobby della mia vita al lato della ricerca e integrare entrambi in qualcosa di produttivo è stato qualcosa di cui sono davvero orgoglioso.
