לידיעת זכייני הגז הטבעי: מתברר שחוק דארסי, המגדיר את אופן זרימת נוזלים באדמה, אינו מדויק מספיק, ובפועל התנועה מורכבת יותר מכפי שחשבו

קבוצת חוקרים, מבריטניה, פרסמה בכתב העת PNAS ראיות לקיומה של צורת זרימה חדשה של נוזלים שונים דרך סלעים. הממצא החדש מערער במידה מסוימת על תקפותו של חוק דארסי, ששימש לתיאור זרימה כזאת במאה השנים האחרונות.

כשמוצאים נפט או גז במעבה האדמה, עלינו לדעת איך לתאר את אופן הזרימה שלהם כדי שנוכל להוציא אותם מהסלע ביעילות מרבית. פעמים רבות מצבורים של גז ונפט מכילים חומרים נוספים, כמו מים, כך שהסבר חייב לקחת בחשבון את קיומם של חומרים שונים באותו סלע. החוק המדעי שמתאר זרימה כזאת בתוך סלעים, המכילים נקבוביות זעירות שבהן נאגרים הנוזל והגז, נקרא חוק דארסי, על שם המהנדס הצרפתי הנרי דארסי (Darcy) שניסח אותו לראשונה ב-1856.

החוק תיאר בתחילה זרימה פשוטה של מים בלבד בתווך נקבובי. בהמשך הוא עבר  התאמות ושיפורים כדי שיוכל להסביר גם זרימה של כמה חומרים שונים בתווך כזה. לפי הגרסה המעודכנת של החוק, כאשר מים וגז (למשל) זורמים בתוך סלע נקבובי, כל חומר יוצר לעצמו "מסלול" משלו בתוך הסלע, והממשקים בין מסלולי הנוזל והגז יציבים ולא מתערבבים.

במחקר הנוכחי הבחינו החוקרים שהמסלולים הללו דווקא מתערבבים ומתחלפים במשך הזמן. ראשית הם הזרימו מי מלח וחנקן במקביל דרך סלע חול. כדי לבחון את אופן זרימת החומרים דרך הנקבוביות שבסלע השתמשו החוקרים בקרני רנטגן חזקות שיוצרו במאיץ חלקיקים מסוג סינכרוטרון. לאחר מכן, באמצעות שיטת הדמיה שנקראת טומוגרפיה ממוחשבת (CT, כמו בהדמיות שנעשות בבתי חולים), יצרו תמונה תלת-ממדית של הסלע עם החומרים שבתוכו.

הדמיה של זרימת המים בתוך סדקים בסלע (Imperial College):

שיטת הסריקה המהירה אפשרה לחוקרים לקבל תוך פחות מדקה תמונה שהיו נדרשות כמה שעות לקבל בשיטות רגילות. כך הצליחו לראות באילו נקבוביות נמצאים בכל רגע נתון מי המלח ובאילו מהן יש חנקן. התברר שהמסלולים הנפרדים שלהם בתווך הנקבובי הם זמניים בלבד, והם מתארגנים מחדש כל כמה שניות.

להבנה החדשה לגבי אופן זרימת נוזלים בתווך נקבובי עשויות להיות משמעויות כבדות משקל. ייתכן שהיא תוכל לסייע למהנדסים ולגיאולוגים לתכנן בצורה יעילה יותר הפקת גז ונפט ממעבה האדמה, להבין לעומק את האופן שבו מי גשמים מחלחלים למאגרי מי התהום, ואולי אף לתכנן מתקנים תת-קרקעיים לאחסון פחמן דו-חמצני שישמשו מקור לאנרגיה מתחדשת, כפי שהודגם לאחרונה.

קטריונה ריינולדס, שביצעה חלק גדול מהמחקר במסגרת עבודת הדוקטור שלה באימפריאל קולג' סיכמה: "היכולת שלנו לחזות איך נוזלים יזרמו בתווך תת-קרקעי אינה עולה בהרבה על מה שידענו לפני חמישים שנה, למרות ההתקדמות המשמעותית בשיטות הדמיה ממוחשבות. מהנדסים סברו כבר זמן רב שקיימים חסרים משמעותיים באופן בו אנו מבינים את הפיזיקה של זרימת נוזלים. התצפיות החדשות שלנו יחייבו את המהנדסים להעריך מחדש את שיטות החיזוי שלהם, ויאפשרו להם לשפר את דיוקן".

תגובה אחת

  • mymvrc.org

    שינויים בהרגלי הזרימה

    mymvrc.org https://mymvrc.org/