Yeni bir hesaplama modeli, daha önce gizlenmiş kırılma mekaniklerini daha iyi tahmin ederek, doğalgaz üretiminde verimlilik ve karları artırabilir. Aynı zamanda; işlem sırasında salınan, bilinen gaz miktarını doğru olarak hesaplar. McCormick Enstitüsü Profesörü ve Walter P. Murphy Northwestern McCormick İnşaat ve Çevre Mühendisliği, Makine Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Profesörü Zdenek Bažant: “Modelimiz sektörde kullanılan mevcut model ve yazılımlardan çok daha gerçekçidir. Bu model; sektörün verimliliği artırmasına, maliyeti azaltmasına ve daha karlı hale gelmesine yardımcı olabilir.”
Sektörün büyümesine rağmen, fracking sürecinin* çoğu gizemli olmaya devam ediyor. Fracking işlemi derin yeraltında gerçekleştiğinden, araştırmacılar şeylin (kaya gazı) nasıl salındığına dair kırılma mekanizmasını göremezler.
Los Alamos Ulusal Laboratuvarı Hesaplama Uzmanı Hari Viswanathan: “Bu çalışma; daha az kırılma sıvısı kullanarak çevresel ayak izini azaltırken, üretimin daha iyi kontrol edilmesini sağlayan gelişmiş öngörücü yetenek sunuyor. Pompalama hızları ve devirleri, viskozite gibi kırılma sıvısı özelliklerinin değişmesi, vb. gibi çeşitli parametrelerin optimize edilmesini mümkün kılmalıdır. Bu, şu anda yaklaşık 5°C olan derin şeyl tabakalarından daha fazla miktarda gaz çıkmasına neden olabilir.”
Uzak geçmişte tektonik olayların neden olduğu önceden varolan çatlakların kapatılması ve daha önce göz önünde bulundurulmamış su sızdırma kuvvetlerinin dikkate alınmasıyla; araştırmacılar, dalların dikey çatlaklardan nasıl oluştuğunu gösteren yeni bir matematiksel ve hesaplamalı model geliştirdiler.
Genelde Fracking işlemi; daha doğal gazın salınmasını sağlar. Model ise, bu işlem sırasında şeylden salınan, bilinen miktarda gaz ile tutarlıyken bu dallanmayı öngören ilk modeldir. Yeni model; endüstrinin verimliliğini potansiyel olarak artırabilir.
Şeyl kırıklarının nasıl oluştuğunu anlamak; işlemden kaynaklanan atık suyun yeraltına geri pompalandığı yerlerde tecrit yönetimini de iyileştirebilir.
İşlemde; doğal gazı parçalama yoluyla çıkarmak için, şeyl katmanına bir delik açılır. Daha sonra matkap yatay olarak, miller boyunca uzatılır. Katkı maddesi içine su ilave edildiğinde ve yüksek basınç altında tabakaya pompalandığında, şeylde çatlaklar yaratır. Bu şekilde doğal gazı nanometre boyutlarındaki gözeneklerinden serbest bırakır.
Klasik kırılma mekaniği araştırması; yatay delikten dikey olarak akan çatlakların dallarının olmaması gerektiğini öngörür. Ancak bu çatlaklar tek başına işlem sırasında salınan gaz miktarını hesaba katamaz. Aslında, gaz üretim hızı; laboratuvarda ekstrakte edilmiş şeyl çekirdeklerinde ölçülen geçirgenlikten hesaplanandan yaklaşık 10.000 kat daha yüksektir.
Diğer araştırmacılar daha önce; şeylde önceden var olan çatlaklarla bağlantılı hidrolik çatlakları varsaymış ve daha geçirgen hale getirmişti.
Ancak Bažant ve diğer araştırmacılar; yaklaşık 100 milyon yıllık bu tektonik olarak üretilen çatlakların ve stres altındaki şeyl viskoz akışının kapatılması gerektiğini keşfetti. Ek olarak; şeyl katmanının, şu anda kapalı çatlaklar boyunca zayıf mikro çatlak katmanlarına sahip olduğunu ve dalların ana çatlakları oluşturmasına neden olan bu katmanlar olması gerektiğini varsaydılar. Önceki çalışmalardan farklı olarak; suyun gözenekli şeyl içine difüzyonu sırasında sızıntı kuvvetlerini de hesaba kattılar.
Bu yeni zayıf katman fikrini kullanarak; sürecin bir simülasyonunu geliştirdiklerinde, tüm sızıntı kuvvetlerinin hesaplanmasıyla birlikte, sonuçların gerçekteki sonuçlarla eşleştiğini gördüler.
*fracking: Kaya gazının çıkarılması
