Theo Cục Thông tin năng lượng Hoa Kỳ, hơn 30 bang có thệ thống đá phiến sét chứa khí thiên nhiên dưới lòng đất. Nhưng các chuyên gia của ngành công nghiệp không thể định lượng chính xác lượng nhiên liệu chứa đựng bên trong, vì khí thiên nhiên và các hydrocacbon khác nằm trong các lỗ nano của đá phiết sét với các tính chất mới lạ nên khó đo lường.

Yun Liu, phó giáo sư kỹ thuật hóa học và là đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Nếu bạn muốn ước tính dung tích lữu trữ khí của đá phiến sét, bạn cần tìm hiểu vật liệu tích trữ khí”. Giờ đây, nhón nghiên cứu tại trường Đại học Delaware,Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia và Công ty Dịch vụ Aramco đã đưa ra một phương pháp mới không xâm lấn để đo sự thay đổi của các tính chất bề mặt sâu bên trong vật liệu xốp. Phương pháp này có thể giúp các chuyên gia khí thiên nhiên hiểu hơn về các mẫu đá phiến sét bằng cách xem xét sự phân bố thành phần trên các bề mặt xốp bên trong đá phiến sét, gây ảnh hưởng trực tiếp đến việc tích trữ và vận chuyển hydrocacbon.Điều đó cuối cùng sẽ giúp họ đưa ra quyết có nên đầu tư thời gian và nguồn lực để khai thác khí thiên nhiên từ các mẫu đá phiến sét đó hay không. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications ngày 22/2/2018, cũng có thể được sử dụng để tìm hiểu nhiều loại vật liệu xốp khác nhau bằng cách sử dụng kỹ thuật tán xạ neutron hoặc tán xạ tia X.

Nghiên cứu các lỗ của đá phiến sét

Vấn đề không chỉ là kích thước của các lỗ, mà cả cấu trúc và tính chất hóa học của bề mặt, vì khí thiên nhiên tương tác với rìa ngoài của mỗi lỗ nhỏ trong đá.Tính chất của các lỗ cũng quyết định cách khí từ đá phiến sét sẽ chảy ra ngoài.

Để tìm hiểu các lỗ xốp, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu với các mẫu kerogen của đá phiến sét, chất hữu cơ chứa phần lớn hydrocacbon như khí thiên nhiên trong đá phiến sét. Để quan sát bên trong kerogen, các nhà khoa học đã sử dụng tán xạ neutron góc nhỏ, bắn một chùm neutron hạ nguyên qua một chất và thu thập thông tin về hành vi của neutron để xác định tính chất của các lỗ. Tán xạ neutron không phá hủy, khác biệt với kính hiển vi điện tử - một phương pháp khác phổ biến để nghiên cứu vật liệu xốp.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã đo sự thay đổi của các tín hiệu tán xạ neutron với sự hấp thụ khí trong nhiều điều kiện áp suất khác nhau. Sự thay đổi cường độ neutron phản ánh sự phân bố của thành phần trên các bề mặt bên trong một mẫu. Phương pháp không xâm lấn tiết lộ thông tin mới hơn các phương pháp khác, như sự không đồng nhất của bề mặt. Kết hợp với thông tin khác được thu thập từ hiện trường sẽ hỗ trợ việc ra quyết định. 

Wei-Shan Chiang, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Hầu hết các kỹ thuật khác được sử dụng trong lĩnh vực dầu mỏ cung cấp các giá trị “trung bình” về những thông số của mẫu. Phương pháp của chúng tôi cung cấp cả giá trị “trung bình” và “sai lệch” về tính chất của vật liệu”.

Phương pháp mới cũng phát huy hiệu quả trên nhiều vật liệu khác như xi măng và thậm chí cả vật liệu sinh học như máu. Nhóm nghiên cứu mong muốn áp dụng phương pháp này cho các hệ thống mới.
 

Theo NASATI