Morris Muskat

Morris Muskat (21 de abril de 1906 - 20 de junio de 1998) fue un ingeniero petrolero estadounidense . Muskat perfeccionó la ecuación de Darcy para el flujo monofásico, lo que la hizo adecuada para la industria petrolera. Basándose en los resultados experimentales de sus colegas, Muskat y Milan W. Meres también generalizaron la ley de Darcy para abarcar el flujo multifásico de agua, petróleo y gas en el medio poroso de un yacimiento petrolífero. La ecuación de flujo generalizada constituye la base analítica de la ingeniería de yacimientos que se mantiene vigente hasta nuestros días.

Muskat nació en Riga , Imperio ruso . Llegó a Estados Unidos con su familia en 1911 y se nacionalizó estadounidense en 1914. Estudió en el Marietta College y en la Universidad Estatal de Ohio , y posteriormente impartió clases de física en la Universidad de Bowling Green . Obtuvo su doctorado en física en el Instituto Tecnológico de California en 1929.

Tras graduarse en Caltech, Muskat se unió a Gulf Research & Development Company, donde comenzó como ingeniero de investigación y fue ascendiendo hasta convertirse en jefe de la División de Física, cargo que ocupó hasta 1951. Durante la Segunda Guerra Mundial , se tomó un año sabático de Gulf para servir como jefe de la División de Acústica del Laboratorio de Artillería Naval .

En 1951, se convirtió en coordinador técnico del Departamento de Producción de Gulf Oil Corporation en Pittsburgh, Pensilvania . El Dr. Muskat fue vicepresidente de la Rama de Petróleo de AIME (actualmente la Sociedad de Ingenieros de Petróleo ) en 1953. En 1961, fue ascendido a asesor técnico del Grupo Ejecutivo de Gulf Oil , cargo que ocupó hasta su jubilación en 1971.

Muskat recibió numerosos reconocimientos, entre ellos el Certificado de Agradecimiento del Instituto Americano del Petróleo (1965) y el Diploma Especial (1971), el Premio Lester C. Uren de la Sociedad de Ingenieros del Petróleo (1969), la Medalla Lucas del Instituto Americano de Ingenieros de Minería, Metalurgia y Petróleo (1953) y la membresía honoraria (vitalicia) (1972), la membresía en la Academia Nacional de Ingeniería (1983) y el Premio al Servicio Distinguido de Exalumnos de Caltech (1987). También cuenta con quince patentes estadounidenses en diversos campos de la ciencia y la ingeniería.

En sus últimos años, Muskat se retiró de la vida profesional y se trasladó a Pasadena, California , donde falleció el 20 de junio de 1998, a la edad de 92 años.

Muskat perfeccionó la versión original de la ecuación de Darcy para el flujo de fluidos monofásicos (o fluidos homogéneos en la terminología de Muskat) al introducir la viscosidad del fluido en la ecuación, como ya señaló Charles Sumner Slichter , ^{[ 1 ] [ 2 ]} y al reemplazar la carga hidráulica por la presión y la fuerza de gravedad. La constante de proporcionalidad del medio poroso (que en los experimentos de laboratorio eran arena no consolidada y arenisca consolidada), utilizando la nueva ecuación perfeccionada, se denomina permeabilidad monofásica o permeabilidad absoluta, y ahora es una propiedad pura de la roca, ya que la viscosidad del fluido es explícita en la nueva ecuación de flujo. La presión y la fuerza de gravedad vinculan la ecuación perfeccionada con propiedades básicas de la física, lo que hace que la conexión con la presión capilar, y por lo tanto con la función J de Leverett , sea directa y evidencie la conexión con la densidad del fluido en la nueva ecuación. Mediante estos perfeccionamientos, Muskat estableció una ecuación de flujo perfeccionada para el flujo de fluidos monofásicos que es válida para agua, petróleo y gas, y por lo tanto, adecuada para su uso en la industria petrolera. Muskat y sus colegas verificaron la nueva ecuación mediante experimentos.

Otro problema al que se enfrentaron Muskat y sus colegas es que un yacimiento petrolífero tiene grandes dimensiones horizontales y los pozos de producción están dispersos por todo él. ¿Hacia dónde fluirá el petróleo? Hoy en día, el ingeniero de yacimientos utilizará la simulación numérica de yacimientos para responder a esa pregunta. En la década de 1930 no había ordenadores, por lo que Muskat recurrió a análogos experimentales del flujo de fluidos, como el flujo de calor y la corriente eléctrica. Una vez más, Muskat refinó la ecuación de Darcy generalizándola a tres ecuaciones para las tres dimensiones espaciales, como señaló anteriormente Philipp Forchheimer . ^{[ 3 ]} La permeabilidad monofásica se generalizó a un tensor de 3x3 que normalmente se representa mediante un tensor diagonal donde la permeabilidad vertical difiere de las dos permeabilidades horizontales.

En 1937, Muskat publicó * El flujo de fluidos homogéneos a través de medios porosos* . En este libro, Muskat se centró en el flujo de fluidos monofásicos en un medio poroso y en el tipo de ecuación diferencial que puede utilizarse para modelar este comportamiento. Se hizo especial hincapié en el análisis de los resultados de experimentos análogos, como el flujo de calor y la corriente eléctrica. Este libro también presenta y hace referencia a los hallazgos experimentales de sus colegas.

Un yacimiento petrolífero suele tener un acuífero debajo de la columna de petróleo y, a veces, también una capa de gas por encima. A medida que se extrae petróleo de la columna, el agua y el gas fluyen hacia esta zona donde aún fluye algo de petróleo. La empresa operadora también puede inyectar agua o gas en el yacimiento para aumentar la recuperación de petróleo. Por lo tanto, las ecuaciones de la dinámica del yacimiento deben incluir el flujo multifásico de agua, petróleo y gas. Dado que el agua fluye desde abajo y el gas desde arriba de la columna de petróleo, la mezcla local de fases fluidas generalmente constará de solo dos fases.

Muskat, con la ayuda del geofísico Milan W. Meres (1906–1963), analizó los resultados de los experimentos de flujo en estado estacionario y transitorio de Ralph Dewey Wyckoff y Holbrook Gorham Botset. ^{[ 4 ]} Los resultados experimentales mostraron que el flujo de una mezcla experimentaba una permeabilidad efectiva reducida en comparación con la permeabilidad monofásica. La permeabilidad reducida se correlacionaba de forma no lineal con la fracción volumétrica de la otra fase, y el factor (o función) de reducción se denomina permeabilidad relativa . ^{[ 4 ]} La formulación se basa en la teoría de Muskat de que el medio poroso tiene una estructura local de tamaño macroscópico definida por las saturaciones, o fracciones volumétricas, de la mezcla de fluidos. Muskat incluyó el nuevo parámetro de reducción de la permeabilidad en las ecuaciones refinadas de flujo monofásico, estableciendo así una nueva ecuación diferencial que rige el flujo de fluidos multifásicos en medios porosos. Los resultados experimentales de Wyckoff y Botset, junto con los resultados analíticos/teóricos de Muskat y Meres, se publicaron en dos artículos coordinados en 1936.

En 1949, Muskat publicó Principios físicos de la producción de petróleo , que impulsó el campo de la dinámica de yacimientos y la ingeniería de yacimientos, en comparación con su libro de 1937, y proporcionó la base analítica para la ingeniería de yacimientos que existe hasta el día de hoy. ^{[ 5 ]}

• Hidrogeología
• Cabezal hidráulico

• "MORRIS MUSKAT". Academia Nacional de Ingeniería. Homenajes Conmemorativos: Academia Nacional de Ingeniería , Volumen 14. Washington, DC: The National Academies Press, 2011. doi:10.17226/12884.