新突破将改变石油储量的计量方式

麻省理工学院的一组研究人员拍摄了干酪根内部结构的第一个三维图像，其细节水平比以前达到的高50倍以上。这些图像应该可以更准确地预测从任何给定地层中可以回收多少石油或天然气。

提供世界上大部分能量的化石燃料起源于一种叫做干酪根的岩石，而回收这些燃料的潜力主要取决于岩石内部孔隙空间的大小和连通性。

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使用称为电子断层扫描的高分辨率系统，研究人员探测了少量干酪根样品，以确定其内部结构。左侧是从外部看的样品，右侧是内部孔结构的详细3-D图像。图片来源：麻省理工学院。单击图像可查看最大视图。

这些新图像应该可以更准确地预测从任何给定地层中可以回收多少石油或天然气。但这并不会改变回收这些燃料的能力，但是，例如，它可能会导致对天然气可采储量的更好估计，随着世界试图遏制煤炭和石油的使用，天然气被视为重要的过渡燃料。 。

麻省理工学院高级研究科学家罗兰德·佩伦克（Roland Pellenq），麻省理工学院教授弗朗兹·约瑟夫·乌尔姆（Franz-Josef Ulm）以及麻省理工学院，CNRS和艾克斯·马赛大学（AMU）的其他人在论文中将这些发现发表在《美国国家科学院院刊》上。法国和休斯敦的壳牌技术中心。

该小组于两年前发表了基于计算机模拟对干酪根孔隙结构进行研究的结果，该小组使用了一种相对较新的方法，称为电子断层扫描，以产生分辨率小于1纳米或十亿分之一的新3-D图像。一米佩伦克说，以前研究干酪根结构的尝试从未使低于50纳米分辨率的材料成像。

顾名思义，化石燃料是在将死植物等有机物掩埋并与细颗粒的淤泥混合后形成的。随着这些材料被更深地掩埋，经过数百万年的时间，混合物被烹饪成散布有碳基分子混合物的矿物基质。随着时间的流逝，随着更多的热量和压力，这种复杂结构的性质发生了变化。

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Pellenq解释说，该过程是缓慢的热解过程，涉及“煮制氧气和氢气，最后得到一片木炭”。“但介于两者之间，您可以获得分子的整个层次，”其中许多有用的燃料，润滑剂和化学原料。

新的结果首次显示出干酪根的纳米结构取决于其年龄的巨大差异。相对较不成熟的干酪根（其实际年龄取决于所经受的温度和压力的组合）往往具有大得多的孔，但这些孔之间几乎没有连接，这使得提取燃料变得更加困难。相比之下，成熟的干酪根往往具有许多细小的毛孔，但这些毛孔紧密相连，形成一个网络，使气体或石油易于流动，从而使更多的油可采收。

研究还表明，这些地层中的典型孔径非常小，以至于无法使用正常的流体力学方程式来计算流体在多孔材料中的流动方式。在这种规模下，材料与孔壁的紧密接触使得与孔壁的相互作用决定了其行为。因此，研究团队必须开发出计算流动行为的新方法。

他说：“在这些亚纳米级孔隙中没有流体动力学方程式起作用。”“没有像这样的连续体物理学能起作用。”

为了获得这些结构的详细图像，该团队使用了电子断层扫描，其中一小部分材料在显微镜内旋转，因为一束电子束探测该结构以一个角度一个接一个地提供横截面。然后将它们组合以产生孔结构的完整3-D重建。尽管科学家已经使用该技术几年了，但直到现在他们还没有将其应用于干酪根结构。成像是在法国CNRS和AMU的CINaM实验室（由Daniel Ferry组成）进行的，这是与MIT / CNRS / AMU联合实验室与能源和环境的多尺度材料科学长期合作的一部分位于麻省理工学院。

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佩伦克说：“借助这种新的纳米级层析成像技术，我们可以看到烃分子实际上位于岩石内部的位置。”一旦他们获得了图像，研究人员便能够将它们与结构的分子模型一起使用，以提高其模拟的真实性以及流速和机械性能的计算。这可以揭示石油和天然气井的生产率如何下降，也许可以减缓这种下降的速度。

到目前为止，研究小组已经研究了来自三个不同干酪根位置的样品，并发现地层的成熟度与其孔径分布和孔隙连通性之间有很强的相关性。现在，研究人员希望将研究扩展到更多的位置，并基于给定的位置成熟度，得出用于预测孔结构的可靠公式。

这是非常有趣的工作。迄今为止，在所有发现的石油和天然气中，只有不到一半被回收和销售。找到那些水库，安装基础设施并与市场连接。二级和三级恢复确实已经是非常大的业务。

因此，人们不得不怀疑大型私营石油公司是否会在这一点上或以后。这些公司聘请了世界上最好的石油工程师，而石油工程师的确是非常聪明的人。

但是这项研究公开地提供了真实的基本信息，更重要的是提供了观点。

通过新能源和燃料