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普林斯顿大学新闻

Foam could offer greener option for petroleum drillers

水力压裂为社会提供了重要的能源,但同时也消耗了大量的淡水,同时产生了大量的废水。水基泡沫压裂液的用水量比压裂液少90%左右,这是一种替代方案,但这种钻井过程中泡沫驱动裂缝的机理尚不清楚。

现在,普林斯顿大学的研究人员在69年唐纳德·r·迪克森(Donald R. Dixon)和伊丽莎白·w·迪克森(Elizabeth W. Dixon)机械和航天工程学教授霍华德·斯通(Howard Stone)的带领下,对泡沫破裂行为的详细描述进行了实验测试。研究人员在7月26日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一篇文章中报告了他们的研究结果。

泡沫,悬浮在液体中的气泡,是可压缩的;液体是不。在典型的水力压裂中,高压注入不可压缩流体对页岩储层进行压裂。当可压缩泡沫体被注入时,泡沫体的行为更加复杂。施加在泡沫上的压力会导致泡沫挤压和膨胀,使整个泡沫发生变化。

研究人员将普通的泡沫(剃须膏)注射到一个充满凝胶的容器中,在桌面上模拟了水力压裂法。该实验模拟了压裂条件,允许他们研究诸如注入速度和流体粘度等参数。研究人员利用这些数据对可压缩泡沫对压裂的影响进行了详细描述。

该论文的第一作者赖清耀(Ching-Yao Lai,音译)今年春天在普林斯顿大学(Princeton)获得了机械和航空航天工程博士学位。“泡沫中的大部分空间被气泡占据。与注水的标准情况相比,泡沫的使用显著改变了裂缝扩展的动力学。

“加拿大已经开发了泡沫压裂技术,以最大限度地减少水的使用和注水造成的其他环境问题。这促使我们开发一个系统来研究泡沫破裂背后的物理原理。”

研究人员说,这项分析可以推广到其他使用可压缩泡沫的流动系统,比如消防和储能系统。

“这个项目让我们能够研究流体驱动裂缝的一个很少被研究的方面,”斯通说。“这也让我们能够开发出与其他不太为人所知的泡沫流动相关的新见解,我们希望在未来能对其进行研究。”

除了斯通和赖,论文的作者还包括:普林斯顿大学博士后研究员巴拉加夫•拉班迪(Bhargav rall班迪)和安东尼奥•佩拉佐(Antonio Perazzo);钟正,普林斯顿大学博士,现为剑桥大学研究员;还有塞缪尔·斯米迪(Samuel Smiddy),他今年毕业于普林斯顿大学,获得了化学和生物工程学位。这项工作得到了国家科学基金会、安德林格能源与环境中心的迈德研究生奖学金、普林斯顿环境研究所的玛丽和兰德尔·哈克’ 69研究生基金以及普林斯顿大学的碳减排计划的部分支持。