The distribution of movable fluid and its coupling influencing factors in ultra-low permeability sandstone reservoirs: a case study of Chang 6 member, Wuqi area, Ordos Basin

Immaginate la crosta terrestre come una gigantesca e antica spugna fatta di roccia. Per decenni, gli scienziati hanno cercato di strizzare l'olio da questa spugna. Ma non tutte le spugne sono uguali. Alcune sono come una spugna da cucina con grandi fori aperti dove l'acqua (o l'olio) scorre liberamente. Altre sono come un mattone denso o una spugna molto stretta dove i fori sono microscopici e il fluido è intrappolato, tenuto fermo da forze minuscole che agiscono come una colla invisibile. Questo è il mondo dei serbatoi a "permeabilità ultra-bassa". In queste rocce serrate, l'olio non sta solo lì fermo; è un tiro alla fune tra i minuscoli pori della roccia e il fluido che cerca di muoversi. La grande domanda per le compagnie energetiche è: quanto di quell'olio è effettivamente "mobile"? Se l'olio è bloccato in pori troppo piccoli o troppo stretti, è inutile. Se si trova in fori delle dimensioni giuste, può essere pompato fuori per alimentare le nostre auto e riscaldare le nostre case. Comprendere la dimensione e la forma di questi fori microscopici è la chiave per sbloccare l'energia intrappolata nel profondo del sottosuolo.

Questo articolo scende in profondità in una specifica sezione di questo mondo sotterraneo: il membro Chang 6 nell'area di Wuqi, nel bacino dell'Ordos, in Cina. Pensate a quest'area come a uno strato di roccia specifico, molto serrato, che contiene olio ma che è notoriamente difficile da drenare. I ricercatori, guidati da Hongli Zhong, volevano capire esattamente dove si nasconde l'olio "mobile" in questi spazi minuscoli e cosa rende alcune rocce migliori di altre nel lasciare fluire l'olio. Non si sono limitati a indovinare; hanno preso veri campioni di roccia, li hanno frantumati, li hanno osservati sotto potenti microscopi e hanno persino usato una macchina speciale che agisce come una pistola ad acqua ad alta pressione per vedere come sono connessi i pori.

Ecco cosa hanno scoperto, ed è un po' come dividere una stanza disordinata in due pile molto diverse.

Per prima cosa, hanno scoperto che queste rocce sono un po' un mix. Sono composte principalmente da quarzo e feldspato (che sono come i blocchi costruttivi principali della sabbia), con alcuni frammenti di roccia aggiunti. Ma la vera storia sta nei fori. I ricercatori hanno scoperto che l'olio non fluttua semplicemente in una grande pozza; è intrappolato in una rete di pori che variano dalle dimensioni di un granello di sabbia fino alle dimensioni di un virus. Hanno misurato la "saturazione del fluido mobile" — fondamentalmente, la percentuale di olio che può effettivamente muoversi — attraverso i loro campioni. I numeri variavano dal 31,38% al 62,67%. Questa è una differenza enorme! Alcune rocce avevano più della metà del loro olio pronto all'uso, mentre altre ne avevano appena un terzo.

Il team si è reso conto di poter dividere tutti i loro campioni di roccia in due squadre distinte: Tipo I e Tipo II.

I campioni di Tipo I sono le rocce "fortunate". Si trovano solitamente nel mezzo o nella parte superiore di spessi strati di sabbia, come l'autostrada principale di un antico fiume che ha depositato la sabbia. Queste rocce hanno un contenuto più elevato di feldspato e, cosa cruciale, più "pori dissolti". Immaginate un blocco di formaggio svizzero dove i buchi sono stati scavati dall'acido, rendendoli più grandi e più connessi. In queste rocce, i fori sono più grandi, spesso nell'ordine dei "micron" (un milionesimo di metro). Poiché i fori sono più grandi e meglio connessi, l'olio può muoversi più facilmente. Questi campioni avevano la saturazione del fluido mobile più alta, con una media del 54,86%.

I campioni di Tipo II sono le rocce "serrate". Si trovano in strati più sottili o alla base dei corpi sabbiosi, spesso mescolati con più fango. Queste rocce hanno più pori minuscoli, di dimensioni nano, e connessioni molto strette. È come cercare di spingere l'acqua attraverso una spugna densa rispetto a una rete metallica. L'olio qui è bloccato in nicchie e anfratti minuscoli. Questi campioni avevano una saturazione del fluido mobile molto più bassa, con una media del 41,59%.

Una delle scoperte più interessanti riguardava la dimensione dei fori. I ricercatori hanno scoperto che la quantità di olio che può muoversi è fortemente legata alla presenza di pori di "dimensioni micron" (fori tra 0,3 μm e 3 μm). Se una roccia ha una buona rete di questi fori di medie dimensioni, l'olio scorre. Se ha solo minuscoli fori nano, l'olio resta bloccato. Questa è una differenza fondamentale tra queste rocce a "permeabilità ultra-bassa" e persino le rociazioni di "arenaria compatta" ancora più serrate. Nelle rocce più serrate, l'olio è costretto nei minuscoli fori nano, rendendo molto difficile l'uscita. Ma nei campioni di Chang 6 studiati qui, la presenza di quei fori micron leggermente più grandi fa una grande differenza.

L'articolo ha anche esaminato come la roccia si sia formata e sia cambiata nel tempo. Hanno scoperto che le rocce hanno attraversato un processo chiamato "compattazione", in cui il peso della terra sovrastante ha schiacciato i pori, riducendo lo spazio originale del 65% - 85%. Poi, la "cementazione" (minerali che incollano i grani insieme) ha ridotto lo spazio di un altro 15% - 35%. Nonostante tutto questo schiacciamento, le rocce di Tipo I sono riuscite a mantenere aperti i loro pori più grandi, probabilmente perché il feldspato in esse contenuto si è dissolto nel tempo, creando nuovi spazi più grandi per nascondere l'olio.

Quindi, qual è il succo della questione? I ricercatori suggeriscono che per trovare i "punti favorevoli" dove l'olio può effettivamente essere pompato da queste rocce serrate, bisogna cercare le rocce con i pori di dimensioni micron meglio sviluppati. Non si tratta solo di quanto olio c'è; si tratta di capire se l'olio ha una strada su cui viaggiare. Se la strada è troppo stretta (scala nano), l'olio è bloccato. Se la strada è abbastanza larga (scala micron), l'olio può muoversi. Questo studio dimostra che anche in rocce molto serrate, la differenza tra una roccia che produce olio e una che non lo fa spesso dipende dalla dimensione dei fori microscopici e da quanto bene siano connessi.