FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO EN POZOS DE HIDROCARBUROS

Dentro del planeta existe una gran cantidad de depósitos de hidrocarburos, sin embargo en ocasiones existen estructuras rocosas las cuales no nos permiten o no permiten que el hidrocarburo que se encuentra atrapado en esos depósitos pueda extraerse fácilmente, por el grado de permeabilidad que estas tienen.

Para poder extraer este fluido es necesario contar con un método el cual facilite el paso de dicho material a través de aquellas estructuras rocosas en las que están atrapados.

Mediante la aplicación de del proceso de fracturamiento hidráulico se puede resolver el problema de la falta de permeabilidad natural que presenta cierto pozo en el cual nos estamos enfocando en este proyecto, esta práctica podrá ayudar a una producción eficiente del pozo y por consiguiente que incremente la remuneración económica.

PROCESO DEL FRACTURAMIENTO HIDRAULICO

Durante el tratamiento de fracturamiento equipos especiales bombearan fluido, en este caso agua, en un pozo con más rapidez que con la que este puede perderse en la formación. La presión ejercida sobre la formación se incrementara hasta que esta se rompa o se fracture.

El bombeo continuo hace que la fractura se propague lejos del pozo, lo cual incrementa la superficie de la formación desde la cual los hidrocarburos pueden fluir hacia el interior del pozo, de esta manera la permeabilidad del pozo no será un problema para la extracción del hidrocarburo.

Esto ayuda al pozo para tener una taza de producción más alta. En consecuencia, los operadores recuperan más rápido sus costos de desarrollo del pozo, y el volumen final de hidrocarburos producidos se incrementa de manera asombrosa.

En muchas ocasiones también se tiene el problema de la presión para que el fluido emerja de una forma natural a la superficie a través de una tubería, por lo consiguiente se necesita que exista una fuerza que proporcione el empuje necesario al fluido para que este emerja, por lo cual para poder tener esta presión se puede recurrir a la inyección de otro fluido.

El fluido que se inyecte proporcionara esa fuerza necesaria para extraer el hidrocarburo y que exista una mejor producción en el pozo en el cual se esté extrayendo dicho material.

BREVES CONSIDERACIONES TEÓRICAS:

Durante el tratamiento de fracturamiento se bombean dos sustancias principales en un pozo: los apuntalantes, que son partículas que mantienen abiertas las fracturas y preservan los trayectos recién formados para facilitar la producción de hidrocarburos.

Los tratamientos de fracturamiento consisten en dos etapas principales de fluido. La primera etapa, o etapa de colchón, no contiene apuntalante.

El fluido se bombea a través de los disparos de la tubería de revestimiento con una tasa y presión suficientes para romper la formación y crear una fractura. La segunda etapa, o etapa de lechada de apuntalante, transporta el apuntalante a traves de los disparos hacia la fractura abierta. La fractura se cierra sobre el apuntalante cuando cesa el bombeo y mantiene el apuntalante en su lugar durante el reflujo del fluido de fracturamiento en el pozo y también durante la producción de hidrocarburos.

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BOMBEO DE LÍQUIDO PARA EL FRACTURAMIENTO

Los fluidos de fracturación deben de ser suficientemente viscosos para crear y propagar una fractura y además para transportar el apuntalante, por el pozo, hacia el interior de la fractura. Una vez concluido el tratamiento, la viscosidad debe ser reducida lo suficiente para favorecer la evacuación rápida y eficiente del fluido de fracturamiento del pozo.

Es necesario que se tenga un equipo para poder realizar la inyección del fluido en el pozo, el equipo mínimo requerido para realizar trabajo de fracturamiento se puede considerar en dos aspectos principales, los de superficie y los del subsuelo.

Y en el subsuelo:

Tubería de trabajo. Empaques

Esquema del proceso del fracturamiento

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Dentro de los equipos de superficie se necesitaran están:

Las unidades de bombeo. Las mezcladoras Tanques de almacenamiento de fluidos.

Tubería de trabajo

LIQUIDOS MÁS UTILIZADOS EN FRACTURAMIENTOS HIDRAULICOS

Una sola operación de fracturamiento hidráulico en un pozo de gas poco profundo puede utilizar millones de litros de agua. Slickwater fracs, una forma de fracturamiento hidráulico comúnmente utilizada en formaciones de gas, son conocidas por utilizar hasta 180 millones de litros de agua para fracturar un pozo horizontal. Muchos pozos tienen que ser fracturados varias veces en el transcurso de sus vidas, aumentando el uso del agua.

Una pequeña proporción de los pozos son fracturados utilizando gases como nitrógeno o aire comprimido, en lugar de fluidos a base liquida. En todos los trabajos de fracturamiento, miles o cientos de miles de libras de arena o cerámicas son inyectadas para mantener las fracturas abiertas.

En la mayoría de casos, agua potable es utilizada para fracturar los pozos, ya que es más eficaz que el uso de aguas residuales de otros pozos. Si aguas residuales son utilizadas, deben tratarse con productos químicos fuertes para eliminar bacteria que causa corrosión, escalamiento y otros problemas.

Tanques de almacenaje y tubería de transporte.

Bombas para inyección de fluido.

VENTAJAS

La gran ventaja de esta técnica de extracción de gas es que se ha aumentado de una forma muy considerable la cantidad potencial de gas, ya que las reservas de los países que están utilizando este tipo de técnica se han visto incrementadas de forma exponencial. Y es un hidrocarburo que tarda menos años en generarse que el petróleo. Por lo mismo que todavía no se tiene una explotación excesiva del gas de lutitas, existen muchas reservas para producir. Si nos basamos en el área más beneficiada a largo plazo, sería en la económica; ya que si nos vemos en un futuro a mediano plazo, reduciría el costo del gas y beneficiando la economía del país.

Economía

Los costos de fracturamiento oscilan entre los 190 mil y 280 mil dólares, dependiendo del campo y particularmente la movilización de equipos, materiales y volumen de trabajo. Aunque la recuperación de la inversión se da en los primeros seis meses de producción incremental del pozo, por lo que se puede considerar un tiempo muy cortó en comparación al tiempo que se estimaría que un pozo puede estar produciendo, entonces se podría considerar viable la aplicación del proceso de fractura hidráulica.

Impacto ambiental

Impacto de la explotación petrolera en la biodiversidad.

América Latina es la región con mayor biodiversidad en el Planeta, principalmente porque su eje longitudinal va desde los 30 grados de latitud Norte hasta el Polo Sur, albergando ecosistemas tan diversos como desiertos como el de Sonora y Atacama, regiones polares, bosques húmedos tropicales, sabanas, etc. A esto se suma la presencia de la cordillera de los Andes que en

la región tropical crea una serie de pisos ecológicos que replican los distintos ecosistemas del Planeta, del macizo Guayanés y la meseta brasileña, así como por la presencia de otros factores como el alto grado de vulcanismo y la presencia de corrientes marinas.

Desafortunadamente, la región cuenta también con importantes reservas petroleras que han sido explotadas desde inicios del siglo XX dejando graves impactos en el ambiente. Cada una de las etapas de la actividad petrolera genera

una serie de impactos ambientales de gran importancia a la biodiversidad y al medio ambiente en general. La zona de mayor biodiversidad se encuentra en los bosques tropicales y los mares, donde las actividades petroleras producen graves impactos, algunos de ellos, irreversibles.

Cuando las actividades petroleras tienen lugar en bosques tropicales prístinos, el impacto directo más obvio a simple vista

es la deforestación. Para la prospección sísmica, por ejemplo se abren trochas o líneas sísmica de alrededor de 1 Km. de largo por 3-10 metros de ancho, si se aplican las mejores normas, pero con frecuencia superan los10 metros de ancho. Además se construyen helipuertos para dar servicios a las operaciones sísmicas. En una campaña sísmica típica se talan hasta 1000 Km. y se construyen entre 1000 y 1200 helipuertos. Cada helipuerto tiene media hectárea, o más. En el Ecuador por ejemplo, se han abierto unos 54.000 ha de bosque primario para la prospección sísmica.

Todas las otras fases de las operaciones petroleras requieren la construcción de infraestructura como plataformas de perforación, campamentos, pozos, así como la apertura de carreteras de acceso, helipuertos, oleoducto y líneas secundarias, lo que genera deforestación por dos causas: primero porque se clarea el bosque para instalarlas, y segundo para su empalizadas con miles de tablones, extraídos de los bosques aledaños. Un impacto indirecto de la construcción de las carreteras es que estas constituyen una puerta abierta a la colonización. Toda actividad de deforestación entraña la pérdida de biodiversidad. Además de los espacios estrictamente deforestados, hay un efecto de borde que hace que la extensión alterada sea mucho mayor. Esto provoca serios impactos en los animales de la selva, sobre todo animales mayores y aves que huyen del lugar, afectando la alimentación y la salud de los indígenas que viven de la caza.

Durante la prospección sísmica se producen niveles de ruido de gran magnitud,

debido a las detonaciones de dinamita que se hacen cada 6 metros, así como el ruido producido por los helicópteros que suplen de materiales y alimentación a los trabajos sísmicos. Durante la perforación el ruido es menos fuerte, pero más constante. El movimiento constante de vehículo, el funcionamiento de las estaciones de separación y refinación, son también actividades muy ruidosas. Este ruido hace que los animales escapen o cambien su comportamiento alimenticio y reproductivo.

Es una práctica común que los trabajadores petroleros, especialmente de las empresas de servicios, cacen y pesquen desconociendo los períodos de veda establecidos por las propias comunidades locales que conocen las dinámicas de las poblaciones de la fauna local. Durante los estudios sísmicos se contratan unas 30 personas, entre los que se incluye generalmente un cazador-pescador. En la temporada de la perforación de los pozos, el trabajo es muy intensivo, y en un área muy pequeña se concentran alrededor de 70 personas que, complementan su alimentación con la cacería de fauna local, muchas veces de especies en peligro. Durante la perforación exploratorio en la reserva faunística Cuyabeno, se encontró el cuerpo de un águila harpía que había sido cazado por los trabajadores. Esta ave está en peligro de extinción, y es considerada como un ave sagrado por el pueblo indígena Huaorani. Por otro lado la infraestructura petrolera interrumpe importantes corredores biológicos para los animales como son zonas de anidación, de cacería, saladeros y de reproducción.

DESVENTAJAS

AMBIENTAL

Según un reporte del Servicio Geológico de EU, se confirmó la teoría, específicamente en algunas poblaciones de Dakota del Sur, así como en otros de la frontera con nuestro país, de que el fracking origina movimientos telúricos.En un reporte entregado en abril de 2011, que abarca también a otros países como Canadá, se confirma que también han existido estos fenómenos.  Otros estudios, como uno realizado por la Universidad de Chile, explican que en el proceso del fracking se utilizan más de 260 químicos que, mezclados con agua, generan la potencia suficiente para quebrar la roca y de esta forma sustraer el gas.

Sin embargo, con el agua el problema es la gran cantidad que se requiere para su uso, y que no se puede reciclar con fines potables.

De acuerdo con el Departamento de Energía de EU, por cada pozo que se realiza para la extracción de gas de lutitas es necesario utilizar entre dos a cuatro millones de galones de agua.

El flujo fracturante que se inyecta en los pozos también supone un reto tecnológico, pues su composición química podría ser nociva si llega a depósitos de agua de consumo humano.

ECONÓMICA

De acuerdo con información presentada por Pemex, el gas de lutitas tiene un esquema de negocio peculiar, ya que su rentabilidad depende del porcentaje de hidrocarburos líquidos que se encuentren durante su extracción.

La paraestatal detalla que el gas de lutitas con un contenido de 30 por ciento de líquidos sería la única posibilidad de que dejaría ganancias estimadas de 5.78 dólares por barril de petróleo crudo equivalente (bpce).

De contar con menos porcentaje de líquidos, simplemente representaría pérdidas para Pemex, ya que de contar con 15 por ciento le representaría a Pemex una inversión pérdida por 3.89 dólares por bpce.

En caso de que este recurso, que se encuentra contenido en formaciones rocosas y que su cantidad estimada (recurso prospectivo) supera al que se tiene en otros campos en todo el país, no contenga líquidos durante su proceso de extracción, la pérdida para Pemex sería de 13.56 dólares por barril.

Fluvio Ruiz Alarcón, consejero profesional independiente de Pemex, advirtió que se requieren más recursos para la investigación de los retos tecnológicos que Pemex enfrenta, siendo este gas uno de los más importantes.

Precisó que a la fecha se han comprometido recursos por el orden de seis mil 500 millones de pesos para apoyar la realización de 46 proyectos de investigación y la formación de 98 técnicos.

Para poder extraer este gas, Petróleos Mexicanos, de acuerdo con la Sener, requeriría un incremento de 309 por ciento en la inversión que realiza actualmente, sin mencionar que al precio de 2.5 dólares por millón de pies cúbicos al que se encuentra hoy, lo hacen poco rentable.

En este entendido, la subsidiaria Pemex Exploración y Producción (PEP) tendría que realizar una inversión de casi 60 mil millones de dólares anuales para explotar el gas de lutitas, contra 18 mil 900 millones que ejerce hoy en día.

PRODUCCIÓN DEL GAS

Los gases no convencionales se caracterizan por estar en rocas de baja porosidad y baja permeabilidad, lo que hace que estén en mucha menos concentración y sean más difíciles de extraer. 

 A  pesar de tener la cuarta reserva más importante de gas de lutitas en el mundo, México no cuenta con un modelo de negocio apropiado para la explotación de este recurso energético.

De acuerdo con estimaciones de Pemex, el país cuenta con recursos prospectivos de gas de lutitas por 297 trillones de pies cúbicos (millones de millones), o alrededor de 60 mil 200 millones de barriles de petróleo crudo equivalente.

En contraste, los recursos convencionales, es decir, cuencas petroleras y gasíferas en todo el país, sólo aportan recursos prospectivos por 54 mil 700 millones de barriles de petróleo crudo equivalente.

Desde hace meses, el país analiza la tecnología conocida como fracking, o fracturación hidráulica, que está en debate entre empresarios y ambientalistas de

diversas partes del mundo, por los riesgos al medio ambiente que no han sido considerados por las autoridades mexicanas.

Estados Unidos es el país puntero en esta industria de extracción que llama la atención de todas las industrias en el mundo, puesto que han logrado bajar el costo de gas natural hasta poco más de tres dólares durante el año, pero que en México no resulta aún viable económicamente.

De acuerdo con la propia Secretaría de Energía (Sener), para lograr un modelo viable de gas de lutitas, se tendrían que asignar concesiones a empresas privadas, sobre todo estadunidenses, pues hoy operan en esa nación 79 empresas sólo en el área de Eagle Ford (Texas), donde perforan mil 500 pozos al año, mientras que Pemex sólo ha hecho dos.

En este sentido, la carrera por la exploración también va a paso lento. Mientras en Estados Unidos se tienen detectados yacimientos de gas de lutitas en 48 de los 50 estados del país, en México solo se ha descubierto el energético en la cuenca de Burgos, en la parte mexicana de Eagle Ford, ambos localizados en Coahuila.

A diferencia de los yacimientos convencionales, que son explotados mediante una perforación realizada en forma estrictamente vertical, los yacimientos de shale gas requieren efectuar una perforación que si bien en su primera parte también es vertical –hasta llegar unos cientos de metros más arriba del lugar en donde se encuentra el reservorio–, en un segundo momento comienza a girar en un ángulo de 45 hasta introducirse de forma horizontal cientos de metros dentro del manto de esquistos.

Este procedimiento, al igual que una bombilla con muchos agujeros, permite aumentar los canales de extracción del gas de lutitas. Sin embargo, la sola perforación horizontal no es suficiente. Como el gas se encuentra alojado en pequeños poros independientes, también es necesario romper el esquisto para aumentar la permeabilidad del yacimiento.

Otra de las problemáticas es que al momento de hacer la fracturación, disminuye la presión natural en el yacimiento, lo que provoca que la obtención del hidrocarburo disminuya también.

Impacto ambiental por fracturación hidráulica

Este proceso conlleva una serie de impactos ambientales, algunos de los cuales aún no están plenamente caracterizados o comprendidos, entre ellos contaminación de las aguas subterráneas, contaminación atmosférica, emisión de gases de efecto invernadero (metano), terremotos (sismicidad inducida), contaminación acústica e impactos paisajísticos. Además de estos impactos, también se debe tener en cuenta los relacionados con el tráfico de camiones para

Zona de acumulación

transportar el hidrocarburo extraído, el consumo de agua y la ocupación del territorio.Esta tecnología debería de utilizarse en México sin ningún problema, de acuerdo a empresarios de la industria, pero, de acuerdo con ambientalistas, la extracción de esta manera representa un peligro latente, puesto que se le asocia con la contaminación de mantos acuíferos e incluso a temblores de baja escala. Dichos problemas se enuncian a continuación.

Agua:

• El proceso de fractura hidráulica consume enormes cantidades de agua. Se ha calculado que se requieren entre 9.000 y 29.000 metros cúbicos de agua para las operaciones de un solo pozo. Esto podría causar problemas con la sostenibilidad de los recursos hídricos incluso en países de clima templado, y aumentar la presión del consumo de suministros en las zonas más áridas.

• Se sabe muy poco de los peligros ambientales asociados con los productos químicos que se añaden a los fluidos usados para fracturar la roca, productos que equivalen a un 2% del volumen de esos fluidos. De hecho, en EE.UU. (el país con más experiencia hasta ahora, aunque muy reciente, con estas técnicas), esos productos están exentos de la regulación federal y/o la información sobre ellos está protegida debido a intereses comerciales. Se sabe que hay al menos 260 sustancias químicas presentes en alrededor de 197 productos, y algunos de ellos se sabe que son tóxicos, cancerígenos o muta génicos. Estos productos pueden contaminar el agua debido a fallos en la integridad del pozo y a la migración de contaminantes a través del subsuelo.

• Entre un 15% y un 80% del fluido que se inyecta para la fractura vuelve a la superficie como agua de retorno, y el resto se queda bajo tierra, conteniendo aditivos de la fractura y sus productos de transformación. Entre las sustancias disueltas a partir de la formación rocosa, donde está el gas durante el proceso de fractura, se encuentran metales pesados, hidrocarburos y elementos naturales radiactivos.

• No se puede descartar una posible contaminación de los acuíferos subterráneos y de las aguas superficiales debido a las operaciones de la fractura hidráulica y a la disposición de las aguas residuales, ya sea a través de una planta de tratamiento de agua o directamente a las aguas superficiales. Estos productos químicos pueden, por lo tanto, ser

vertidos en los acuíferos y fuentes de aguas subterráneas que alimentan los suministros públicos de agua potable. Incluso pequeñas cantidades de hidrocarburos cancerígenos son perjudiciales para los seres humanos. En algunos casos, estas aguas residuales son mínimamente procesadas antes de ser vertidas a las aguas que alimentan los suministros públicos, y a veces son retenidas en los estanques que más tarde pueden verter estos productos químicos al medio ambiente.

Contaminación atmosférica:

• Se ha registrado benceno, un potente agente cancerígeno, en el vapor que sale de la "pozos de evaporación", donde a menudo se almacenan las aguas residuales del fracking. Las fugas en los pozos de gas y en las tuberías también pueden contribuir a la contaminación del aire y a aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero. El gran número de vehículos que se necesitan (cada plataforma de pozos requiere entre 4.300 y 6.600 viajes en camión para el transporte de maquinaria, limpieza, etc.) y las operaciones de la propia planta también pueden causar una contaminación atmosférica significativa si tenemos en cuenta los gases ácidos, hidrocarburos y partículas finas.

Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI):

• Es crucial conocer y cuantificar las fugas de metano a la atmósfera y cuestiona ya a la industria del fracking que asegura que son inferiores al 2%. Sin embargo, un reciente estudio de la NOAA1 (National Oceanic and Atmospheric Administration) y de la Universidad de Colorado, en Boulder, determina que en el área conocida como la cuenca Denver-Julesburg (EE.UU) las fugas son del 4%, sin incluir las pérdidas adicionales en el sistema de tuberías y distribución. Esto es más del doble de lo anunciado. Cabe recordar que el metano tiene una capacidad como gas de efecto invernadero 25 veces superior al dióxido de carbono.

• Los promotores del fracking defienden que el uso de esta técnica permitiría ser más independientes energéticamente y disminuir la quema de carbón. Sin embargo, los expertos determinan que, a menos que las tasas de fuga de metano extraído, por esta técnica, se pueda mantener por debajo del 2%, la

sustitución de este gas por el carbón no es un medio eficaz para reducir la magnitud del cambio climático en el futuro (Según el estudio estadounidense del año 2011, de Tom Wigley, del Centro para la Investigación Atmosférica -NCAR-). Otro motivo más para descartar la explotación este tipo de gas y apostar por las energías renovables.

Contaminación acústica e impactos paisajísticos

• Las operaciones de perforación pueden causar una degradación severa del paisaje (intensa ocupación del territorio) y contaminación acústica simplemente como resultado de las operaciones diarias (paso de camiones y transportes). Estas pueden afectar a las poblaciones cercanas y a la fauna local a través de la degradación del hábitat.