Le rocce porose contenenti petrolio e gas naturale sono sepolte così profondamente all'interno della terra che gli operatori di scisto si affidano a modelli complessi dell'ambiente sotterraneo per stimare il recupero di combustibili fossili. Queste simulazioni sono notoriamente complesse, richiedono operatori altamente qualificati per eseguirli. Questi fattori incidono indirettamente sul costo della produzione di olio di scisto e, in definitiva, quanto pagano i consumatori per il loro carburante.

I ricercatori della Texas A&M University hanno sviluppato una procedura analitica che può essere utilizzata nei fogli di calcolo per prevedere la quantità di petrolio e gas che può essere recuperata dai nuovi pozzi perforati. Modellando il modello del flusso di petrolio e gas dai pozzi più vecchi nello stesso campo di perforazione, i ricercatori hanno affermato che ora possono prevedere con precisione la velocità del flusso di petrolio e gas per i nuovi pozzi, un framework che è più veloce e più facile da usare rispetto a complicate simulazioni di giacimenti.

"Nel settore del petrolio e del gas, i professionisti utilizzano sofisticati simulatori di serbatoi per avere un'idea di quanti idrocarburi possono essere recuperati dagli strati sotto la superficie terrestre. Queste simulazioni sono molto utili ma estremamente lunghe e complesse dal punto di vista computazionale, " ha detto il dottor Ruud Weijermars, professore nel dipartimento di ingegneria petrolifera di Harold Vance. "Ora possiamo fare lo stesso tipo di previsioni di queste simulazioni in un ambiente di fogli di calcolo, che è molto più veloce, risparmiando molto tempo e costi per gli operatori di scisto, senza perdita di precisione."

I ricercatori hanno descritto i loro risultati nel numero di marzo della rivista Energie .

Le rocce di scisto contenenti petrolio e gas sono stipate all'interno di strati compresi tra 3, 000 e 14, 000 piedi sotto terra. Per accedere a questi combustibili fossili, i fori vengono prima perforati verticalmente nel terreno con l'aiuto di trivelle ad alta potenza per raggiungere gli strati di roccia scistosa. La punta del trapano si sposta quindi orizzontalmente, parallelamente ai depositi di scisto. Quando le rocce che circondano il pozzo orizzontale sono costrette a rompersi per fratturazione idraulica, iniziano a rilasciare preziose molecole di petrolio e gas naturale, che poi si precipitano nel pozzo e salgono fino ai serbatoi di stoccaggio in superficie.

Prima che inizi l'operazione di perforazione, un modello 3D del giacimento viene generalmente creato per prevedere la quantità di petrolio che può essere recuperata dai pozzi. Questi modelli considerano la permeabilità delle rocce, geografia sotterranea e caratteristiche sismiche, tra gli altri parametri. Con questi input in atto, il modello praticamente piastrella il serbatoio in piccoli blocchi, o cellule, e quindi simula il flusso di olio attraverso questi singoli blocchi in base alla differenza di pressione sulle diverse facce del blocco.

"Queste simulazioni possono durare da ore a giorni a settimane, a seconda del numero di blocchi all'interno di una griglia, " disse Weijermars. "Quindi, se il modello del serbatoio ha un miliardo di celle, dovresti calcolare come si comportano e interagiscono questi miliardi di cellule per sapere quale sarà il flusso di petrolio risultante".

Per aggirare questi complicati calcoli matematici, Weijermars e il suo team hanno concentrato la loro attenzione sul flusso di petrolio all'interno di una singola cella in un pozzo esistente. Primo, hanno calcolato il flusso di petrolio dal sito della frattura nella singola cella utilizzando equazioni basate sulla fisica. Assumendo che tutte le celle di flusso all'interno di un pozzetto siano identiche, sono stati in grado di aumentare e ottenere la portata dell'olio per un periodo di diversi mesi utilizzando una procedura analitica chiamata analisi della curva di declino.

I ricercatori hanno quindi confrontato le previsioni fatte dal loro metodo con quelle delle simulazioni e hanno scoperto che le due corrispondevano molto bene. Però, a differenza delle simulazioni complesse, i ricercatori hanno affermato che la loro analisi basata su fogli di calcolo è stata molto più rapida.

Una volta che i ricercatori hanno modellato la portata da un pozzo esistente, potrebbero prevedere e migliorare il comportamento di nuovi pozzi modificando alcuni aspetti delle celle di flusso, come l'altezza, lunghezza o spaziatura delle fratture idrauliche e tra i pozzi. Per di più, hanno notato che questo tipo di analisi potrebbe essere fatto prima di perforare i nuovi pozzi in modo da massimizzare il recupero di petrolio e gas dalla regione di locazione.

I ricercatori hanno anche affermato che, a differenza delle simulazioni di serbatoi che richiedono professionisti altamente qualificati per eseguirle, i loro fogli di calcolo possono essere utilizzati da tecnici con pochissima formazione.

"Gli operatori di shale devono ridurre drasticamente i costi a causa dei bassi prezzi globali del greggio. Tuttavia, hanno anche bisogno di prevedere e migliorare le prestazioni dei nuovi pozzi che intendono perforare, " ha affermato Weijermars. "Abbiamo testato la nostra analisi della cella di flusso basata su fogli di calcolo contro sofisticati simulatori di serbatoi in una serie di studi, e il modello a cella di flusso fa un ottimo lavoro. Questa è una buona notizia per gli operatori di scisto:la nostra tecnica li aiuta a ridurre i costi ed è anche molto più veloce".