Fracturación Hidráulica como mecanismo de recuperación de petróleo | Ingeniería de Petróleo

Saludos amigos de hive, en especial a los amantes del contenido STEM.

En esta ocasión quiero presentarles un contenido inédito con características especiales en el orden de la ingeniería de petróleo, tratando esta vez una técnica tan polémica dentro de los mecanismos de recuperación de petróleo como lo es el método de fracturación hidráulica.

Introducción

Existen diversos nombres con los que puede ser conocido esta técnica de recuperación mejorada de crudo (petróleo y/o gas natural), entre ellos figuran:

• Fracturación hidráulica.
• Fractura hidráulica.
• Hidrofacturación.

Sin embargo a pesar de estos nombres, el adjetivo con el que comúnmente es más conocido es con el nombre de fracking, esto es debido a que uno de los países que más aplica esta técnica de recuperación mejorada de crudo es los Estados Unidos de Norteamérica.

El objetivo primordial que persigue la implementación de esta técnica es la de que sea posible extraer el petróleo remanente que queda en las rocas de los distintos yacimientos productores, ya que como se sabe cuándo el yacimiento petrolífero aporta petróleo mediante flujo natural (presión que aporta el mismo yacimiento) o por algún método de levantamiento artificial (para ayudar a la aportación del yacimiento) se agotan las reservas de petróleo que fácilmente se pueden extraer bajo estos principios primarios.

Sin embargo cuando el petróleo que esta fácilmente extraerle se agota, quedan algunos mecanismos de recuperación de petróleo llamados recuperación mejorada de crudo, que pueden ser primarios, secundarios o terciarios.

Dentro de estos mecanismos de recuperación está el fracking, con el cual se pretende aumentar también la extracción de gas y petróleo que se encuentra en el subsuelo en los yacimientos petrolíferos productores. Para que muchos tengan una idea mediante que unidad curricular del pensum de ingeniería de petróleo se puede estudiar esta técnica, es mediante las diversas técnicas de estimulación de yacimientos de petróleo que se estudian en la unidad curricular llamada Ingeniería de yacimientos.

¿En qué consiste la técnica de la fracturación hidráulica?

Cómo el nombre lo indica, la técnica consiste en fracturar la formación (roca almacén o yacimiento productor) inyectando un fluido con características especiales a alta presión, esta inyección de fluido al yacimiento hace que se tenga que perforar un pozo que va a ser empleado para inyectar fluido al yacimiento y que puede ser vertical u horizontal.

Este pozo permite que se pueda inyectar un fluido especial con características químicas que permitan generar varios canales que posean alta permeabilidad, teniendo en cuenta que esto solo se pueda lograr si el fluido inyectante se hace a alta presión.

Los canales de alta permeabilidad que genere el fluido inyectado permite que se supere la resistencia que ofrece la roca contentiva del hidrocarburo, bajo esta condición se abre una fracturada controlada en el fondo del pozo como una sección deseada que forma parte del yacimiento productor.

No se puede dejar de lado el poder hablar y explicar las características del fluido inyectante, por lo tanto el fluido que se inyecta a la formación está compuesto por agua que es mezclada con algunos productos químicos cuyo objetivo principal es el de engrandecer las fracturas que ya existen en el yacimiento productor, que por lo general y originalmente estas fracturas poseen un tamaño promedio de menos de 1 mm de tamaño, como he dicho anteriormente, esto lo que hace es favorecer la salida del hidrocarburo hacia la superficie.

A continuación les presento la siguiente imagen en donde se puede apreciar las fases del proceso del fracking:

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Como se puede ver en la imagen anterior, en el proceso de aplicar la técnica de fracking, lo primero que se debe tener es una fuente de agua disponible para la preparación del fluido. Como segunda etapa es importante contar con un área de mezclado para la preparación del fluido que será inyectado en la formación. El paso que sigue es bombear el fluido a alta presión para poder generar la fractura en la formación, muy importante tener un área de tanque donde recibir parte del fluido que se inyecta a la formación y con la logística necesaria para poder transportar parte de ese fluido restante que saldrá del pozo y que ya no es utilizable.

Orígenes del fracking

Es en Estados Unidos de Norteamérica donde empieza a aplicarse esta técnica de la fracturación hidráulica exactamente en la costa Este del mencionado país.

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Todo el auge del fracking en Estados Unidos se remonta para el año de 1860, sin embargo la técnica del fracking tal y como se conoce en la actualidad en donde se emplea agua + aditivos químicos se llega a utilizar para el año de 1947.

Fluidos empleados en la técnica de la fracturación hidráulica

Se debe ser que el fluido base para la preparación del fluido que se utiliza en la técnica de la fracturación hidráulica es el agua, adicional al agua se agrega cierta cantidad de arena que ayudan a evitar que las fracturas originadas en la formación se cierren al momento en que se detenga el bombeo.

Como he venido mencionado en la descripción de este post, al fluido se le agregan ciertos aditivos químicos cuyas características predominantes son que entre la cantidad de aditivos puede existir una variabilidad en el uso de hasta 12 aditivos químicos, sin embargo existen fuentes industriales que aseguran que se usan otras cantidades más altas de químicos que pueden ser altamente tóxicos.

La variabilidad de los químicos agregados a la preparación del fluido es influyente dependiendo de la compañía que vaya a realizar el servicio de la técnica del fracking, antes de nombrar los aditivos más comúnmente usados es conveniente decir que los aditivos empleados dependen de muchos factores, entre los que destacan:

• Tipo de trabajo de fracturamiento hidráulico.

• Condiciones del pozo que funcionara como medio de transporte para inyectar el fluido.

• Características del agua a emplear para la preparación del fluido inyectante.

Aunque existen una cantidad de aditivos convencionales, los más comúnmente utilizados son:

• Ácido acético: empleado en la etapa previa a la inyección del fluido con el objetivo de limpiar las perforaciones e iniciar las fisuras en la fracturación de la roca.

• Cloruro de sodio (sal).

• Etilenglicol: Es un coadyuvante en la prevención de la formación de incrustaciones de los conductos en el pozo.

• Carbonatos de sodio y de potasio.

• Glutaraldehído: Es empleado como agregante en el fluido para combatir y eliminar las bacterias.

• Goma guar: es utilizado con otros agentes en el agua para incrementar la viscosidad del fluido inyectante (fluido de fracturación) y con esto permitir una distribución eficiente de los otros aditivos bases en la formación rocosa del yacimiento productor.

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En la imagen anterior se puede apreciar la gran cantidad de tanques de agua que tienen que estar listo y distribuido para la preparación del fluido de fracturación.

Es un sistema de logística altamente complejo el utilizado en la preparación e inyección del fluido fracturante, por lo que se tiene que emplear todo un sistema complejo de camiones y equipos.

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Posibles efectos negativos en la aplicación de la técnica del fracking

El primer temor en la aplicación de esta técnica es que la inyección del fluido fracturante pueda contaminar los acuíferos de agua dulce, todo esto sin dejar de lado que puede existir la emisión de algunos contaminantes que puede comprometer la calidad del aire.

Básicamente también existen riesgos en la posibilidad de contaminación de las aguas, aire y suelo, pero es que si se analiza desde el punto de vista de los diferentes estudios realizados, esta técnica puede causar inclusive problemas con sismicidad inducida, ya que recordemos que el objetivo de la técnica es realizar fracturamiento en la roca del yacimiento productor.

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Conclusión y aportes

Es muy importante no caer en especulaciones referente a la técnica del fracking, ya que cuando buscamos entender la técnica nos damos cuenta que el peligro que se corre en la aplicación de esta técnica está en la proporción y tipos de aditivos químicos que se emplean en la preparación del fluido fracturante, sin embargo puede resultar atractiva la aplicación de la técnica si se evalúa otros componentes en la preparación del fluido.

En caso de que las comunidades de los países donde se aplique esta técnica se quejen y protesten por la no aplicación de esta técnica, en lo personal creo que por los momentos tendrán un cese en la aplicación de esta técnica motivado a los bajos precios del petróleo, también por la cantidad de recursos empleados que hacen inviable la aplicación de esta técnica.

En caso de que los precios del petróleo vuelven a subir algún día a los récords históricos del pasado y se pretenda aplicar este técnica, lo aconsejable sería evaluar la posibilidad de emplear otra clases de aditivos que sean más amigables con el medio ambiente en lo que concierne a la preparación del fluido fracturante, pero sobre todo tener presente desde el punto de vista de la ingeniería que es necesario mejorar los puntos débiles de la técnica para que sea aceptada no solo por el impacto ambiental sino por la salud humana de los países y localidades donde se aplica.

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Referencias recomendadas

Fracturamiento hidráulico por slideshare

Experiencias de fracturamiento hidráulico en pozos nuevos/activos

Observaciones

• La imagen de portada fue editada empleando las herramientas de Microsoft Power Point y empleando la siguiente Imagen de Dominio Público de wikimedia commons