FRACTURAMIENTO FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO
DEFINICIÓN CONOCIMIENTOS. La Fracturación Hidráulica, comúnmente llamada “fracking “fracking ” es utilizada para aumentar o restablecer restablecer la velocidad a la que los fluidos, tales como Petróleo, Aua o !as "atural pueden ser producidos a partir de depósitos naturales subterráneos# La fracturación $idráulica %frac&in en inl's( es una t'cnica que se utiliza para liberar el as natural atrapado en rocas de mu) ba*a permeabilidad# La industria la utiliza desde mediados del silo ++# Ho) en da, una ran ma)ora de los pozos pozos de as ) petról petróleo eo conven convencio cional nales, es, utiliz utilizan an este este proced procedimie imiento nto para para me*orar su rendimiento, en volumen de $idrocarburos recuperados ) sobre todo, la rentabilidad del pozo# Las fracturas proporcionan un camino conductor de cone-ión entre un área más rande del depósito $asta el pozo, aumentando as el área de la cual puede ser recuperado el reservorio de forma especfica#
1.-TEORÍAS DEL FRACTURAMIENTO FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO. .l fracturamiento $idráulico consiste en la in)ección de un fluido fracturante, altamente viscoso, con el ob*etivo de enerar en ella canales de flu*o %fracturas( en la form formac ació ión n ) colo coloca carr un elem elemen ento to de empa empaqu que e %are %arena na(( que que perm permita ita incrementar la conductividad de la formación ) por ende, el flu*o de fluidos $acia $acia el pozo# pozo# .l fluido fluido emplead empleado o recibe recibe el nombre nombre de fluido fracturante ) el sólido es conocido como aente apuntalante# .l efecto efecto de increm increment ento o de drene drene de fluido fluidos s decrec decrece e rápida rápidamen mente te con el tiem tiempo po## .sto .sto se debe debe a que que la fisu fisura ra se cier cierra ra ) el pozo pozo vuel vuelve ve a sus sus condiciones casi oriinales# Para evitar el cierre de la fractura, se utiliza la t'cnica de in)ectar el fluido de fractura carado de apuntalante %arena(, el cual actúa como sost'n de las paredes abiertas de la fractura en la formación# La in)ección continua de dic$o fluido permite ampliar ) e-tender la fractura, cuando se alcanza una amplitud deseada, se le area un apuntalante al fluido para para que que lo tran transp spor orte te ) as as evit evite e el cier cierre re de la frac fractu tura ra al term termin ino/ o/ una una cara caract cter ers sti tic ca
impo import rtan ante te
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permeable# A veces, veces, los procesos diaeneticos restrinen la abertura de la roca ) reduce la $abilidad de que flu)an los fluidos a trav's de ellas# Las formaciones con ba*a permeabilidad normalmente son e-celentes candidatos para un fracturamiento $idráulico#
01u' son los esquistos2 esquistos2 3on un rupo de rocas sedimentarias ) metamórficas %lutitas( caracterizado por la preponderancia preponderancia de minerales laminares que favorecen su framentación en capa capas s del delad adas as,, de se serr de r ran ano o fi fino no co con n ma manif nifes esta taci cion ones es de ac acei eite te bituminoso, en el cual se forma el as, que se e-plota mediante el frac&in# .l “s$ale” as o as de lutitas %as de esquisto( es sencillamente as natural# 3e de deno nomi mina na a as s no co conv nven enci cion onal al no po porq rque ue se sea a un $i $idr droc ocar arbu buro ro co con n caract car acter erstic sticas as nue nueva vas s sin sino o por porque que se enc encue uentr ntra a atr atrapa apado do en for formac macion iones es rocosas ) arcillosas de mu) ba*a permeabilidad# Por lo tanto, tanto , para que el as de lutitas aflore a la superficie se requieren t'cnicas no convencionales de e-tracción#
2.- DETERMINACIÓN FRACTURAMIENTOS.
DE
LOS
POZOS
APLICABLES
PARA
.l pri princi ncipal pal ob* ob*eti etivo vo de dell Fra Fractu cturam ramien iento to $id $idráu ráulic lico o es cre crear ar o aum aument entar ar la perm pe rmea eabi bili lida dad d do dond nde e an ante tes s no ee-is ist ta a o er era a m mni nima ma,, pa para ra me me*o *ora rarr la conductividad entre los $idrocarburos almacenados en el )acimiento ) el pozo perforado/ es decir, establece o restablece las condiciones óptimas para que el flu*o de los $idrocarburos se realice de una manera más adecuada ) menos comple*a# .ntr .ntre e
las las
razo razone nes s
más más
pred redomin ominan ante tes s
Fracturamiento $idráulico se encuentran por 4
para ara
la
impl implem emen enta taci ció ón
del
5( Presencia de una roca $omo'nea de ba*a porosidad ) permeabilidad/ 6( presencia de un ran da7o en la formación en las cercanas a la cara del pozo ) resulta de vital importancia que los $idrocarburos sobrepasen este último/ 8( )acimientos aislados ) que no pueden ser alcanzados por m'todos convencionales# 9( recuperación secundaria para aumentar o me*orar el ndice de in)ectividad o de productividad de un pozo )/ :( creación de fisuras interconectadas entre s o canales en las vecindades del pozo para aumentar la conductibilidad en procesos muc$o más comple*os, como aluna in)ección de as o aua ) en ocasiones combustiones in situ#
Los pozos a los que se les va)a a $acer un traba*o de fracturamiento deben contar con un ciertas caractersticas en su terminación ) sistema de cone-iones, que deben ser previstas con anticipación ) tomadas en cuenta para que permita la e*ecución del traba*o con seuridad ) el retorno del pozo a producción despu's del tratamiento# ;n estudio de las condiciones del pozo nos puede a)udar a decidir si un fracturamiento $idráulico es el adecuado en la terminación del pozo# Los pozos que pudieran ser candidatos tendran las siuientes caractersticas4
a) Fluj !"#$%&al #"'$#%(%* 3i la permeabilidad vertical es mu) ba*a o no e-iste, entonces un pozo $orizontal fracturado seria de lo más económico en el desarrollo del campo# .sta misma conclusión pude aplicarse a pozos $orizontales perforados en formaciones estratiráficas con peque7as capas de lutitas que evitan la comunicación
entre
varios
intervalos
con
buena
imprenación
de
$idrocarburos#
+) ,a&%%"($' #a&$u#a*' (a$u#al"($" 3i se tiene una formación con permeabilidad primaria derivada de fracturas naturales, un pozo $orizontal perforado en forma perpendicular a la dirección de las fracturas, es ideal/ sin embaro en muc$os casos la fracturas no son continuas o uniformes, ) si la orientación de la fractura $idráulica inducida es
diferente de la orientación de las fracturas naturales, esta formación es candidata a un fracturamiento#
&) P"#"a+%l%*a* / 0#'%*a* Los pozos $orizontales perforados en áreas donde los pozos verticales tienen ba*a permeabilidad ) porosidad, ) en los cuales se requiere de intensa estimulación, más que la eliminación de un simple da7o a la pared del pozo, estos son buenos candidatos para fracturarse $idráulicamente#
*) Baj &($#a'$" *" "'u"#' 3i una formación tiene ba*o contraste de esfuerzos entre la zona productora ) las capas limitantes, perforar un pozo $orizontal e inducir varias fracturas peque7as ) perpendiculares a su e*e, es una opción mu) viable# Las fracturas inducidas pueden permitir una rápida recuperación de los $idrocarburos, sin desarrollarse fuera de las capas limitantes# ;na fractura rande probablemente rompa ) penetre las capas lmite# .ste tipo de tratamiento se utiliza básicamente4
I) .n formaciones de ba*a permeabilidad, aumentando el asto de aceite )
II) Permitir que los fluidos producidos o in)ectados atraviesen un da7o profundo#
III) .n el campo de la recuperación secundaria para el me*oramiento del ndice de in)ectividad del pozo ) la creación de canales de flu*o de alta conductividad en el área de drene del pozo productor#
") D%#"&&%( *"l auj"# La iniciación de la fractura $idráulica inducida en el pozo es crtica, pues se pretende que sea perpendicular al esfuerzo principal mnimo# .studios realizados en el laboratorio de mecánica de rocas indican que el tipo de fracturas creadas cerca del pozo controlarán las presiones de ruptura ) de cierre instantánea/ de los datos de campo ) laboratorio se encontró que fracturas comple*as pueden iniciarse en el au*ero, además de cambiar la dirección para orientarse a ánulos perpendiculares al esfuerzo principal mnimo#
.l inicio de la fractura no es crtico para un fracturamiento ácido como lo es para uno $idráulico# La diferencia es que el ácido remueve material ) aranda cualquier restricción, mientras que en un fracturamiento $idráulico con sustentante, las restricciones no se arandan fácilmente# 3i el pozo tiene un ánulo de orientación diferente al esfuerzo principal mnimo, el inicio de las fracturas a partir del pozo es mu) complicado ) puede causar altas presiones de ruptura ) de cierre instantáneo# .s por eso que la dirección del pozo debe de ser paralela al esfuerzo principal mnimo, sin embaro alunos campos, debido a su forma impondrán otros ánulos del pozo con el menor esfuerzo principal# .n estos casos se tendrán que realizar procedimientos especiales para $acer las fracturas adecuadas#
3.-ÁREA DE LA FRACTURA
.n la importancia de la penetración de la fractura en el pozo se debe considerar las caractersticas del fluido fracturante, de los fluidos del )acimiento, de la roca ) de la e-tensión areal de la fractura# .l fin de crear ) propaar una fractura de proporciones adecuadas, tenemos que transferir la enera $acia la formación# La producción de anc$o ) abertura
fsica de la roca en la punta de fractura, requieren enera# A menudo superar la resistencia de viscosidad del fluido fracturante para ser bombeado tambi'n requiere enera# Para establecer estos efectos =# ># ?arter derivo ecuaciones para calcular la e-tensión areal de fracturas $orizontales o verticales creadas $idráulicamente#
4.- FLUIDOS FRACTURANTES , ADITI5OS
I) FLUIDOS FRACTURANTES Ha) muc$os tipos de fluidos disponibles para el uso en el fr acturamiento $idráulico# .n la selección del fluido de un pozo especifico, es necesario entender las propiedades de los fluidos ) como pueden ser modificadas para lorar varios efectos deseados# Las propiedades que un fluido fracturante debe poseer poco asto de filtr ación, la $abilidad para transportar un aente sustentante ) poca perdida de fricción en el bombeo# .l fluido tambi'n debe ser fácil de remover desde la formación/ esto debe de ser compatible con los fluidos naturales de la formación/ ) debe causar un mnimo de da7o a la permeabilidad de la formación# La etapa la cual estas caractersticas e-isten debe ser considerada en el dise7o ) selección del fluido fracturante# .l poco filtrado es la propiedad que permite al fluido fsicamente abrir la fractura ) que este tena un buen control de e-tensión areal# .l asto de filtración de la formación depende de la viscosidad ) de las propiedades del fluido Las propiedades de viscosidad ) pueden ser controlados con aditivos apropiados# La capacidad del fluido para transportar el aente sustentante es importante ) puede ser controlado por aditivos# .sencialmente, esta propiedad del fluido depende de la viscosidad ) densidad del fluido ) esto a la velocidad dentro de la tubera o fractura# La densidad ) velocidad no son difciles de describir/ sin embaro la viscosidad es difcil de medir ) describir correctamente, )a que muc$os de los fluidos
fracturante son no ne@tonianos# >os fluidos diferentes, tal como una emulsión ) aua elificada, pueden aparecer ) tener la misma viscosidad por una medición, pero pueden tener una amplia variedad de capacidades para transportar el aente sustentante en suspensión# .ste aspecto del aente sustentante es frecuentemente alto# .l asto de movimiento es un factor ma)or en la $abilidad del fluido para transportar el aente sustentante una corriente de aua con ba*a viscosidad transportar al sustentante satisfactoriamente si el asto de bombeo es alto# La p'rdida de fricción se $a convertido en lo más importante en los a7os recientes porque esto es controlable ) porque los altos astos de bombeo $an proporcionado un efectivo tratamiento de fracturamiento# La capacidad de reducir la perdida de fricción en el bombeo $a sido uno de los factores que obiernan en la presente tendencia $acia el uso de los fluidos fracturantes de base aua# Para conseuir los má-imos beneficios de fracturamiento, el fluido fracturante debe de ser removido de la formación# .sto es particularmente cierto con los fluidos de fracturación mu) viscosos tales como, aceites viscosos, eles o emulsiones# ás que el aceite elificado ) los fluidos fracturantes base aua, $an construido un sistema que reduce los eles a soluciones de ba*a viscosidad despu's de la e-posición de las temperaturas ) presiones que e-isten en las formaciones# ?uando la viscosidad es ba*a, el fluido fracturante puede ser fácilmente producido desde la formación ) no restrinir el flu*o# !eneralmente, los aceites viscosos tal como los aceites residuales son sensibles al calor ) al aceite crudo diluido de modo que flu)en fácilmente desde el pozo# ;sualmente las emulsiones
son
diluidas por
los
fluidos de
formación, sus aentes
emulsificantes son absorbidos en la superficie de la roca o son destruidos por el contacto con el ácido o calor esto permite que el resto de los lquidos flu)an desde el pozo# Las propiedades que debe cumplir un fluido fracturante son las siuientes4
Ba*o coeficiente de p'rdida Alta capacidad de transporte del apuntalante# Ba*as perdidas de presión por fricción en las tuberas ) altas en la fractura#
Fácil remoción despu's del tratamiento# ?ompatibilidad con los fluidos de formación nimo da7o a la permeabilidad de la formación de la fractura#
.n los fracturamientos $idráulicos se utilizan básicamente dos tipos de fluidos base aua ) base aceite#
FLUIDOS BASE A6UA
.ste tipo de fluidos es el más utilizado en la actualidad, )a que se obtiene de diversas fuentes de suministro, pero se debe verificar porque podra contener sólidos en suspensión que afectaran el comportamiento del fluido mezclado con sus aditivos# Por su ba*o costo, alto desempe7o ) fácil mane*o este tipo de fluidos son mu) usados#
uc$os polmeros solubles en aua pueden ser utilizados para proporcionar una elevada viscosidad capaz de sustentar el apuntalante a temperatura ambiente, sin embaro a medida que esta se incrementa estas soluciones se adelazan sinificativamente, sin embaro al aumentar la concentración de polmeros %cara polim'rica( puede neutralizar los efectos t'rmicos, pero no resulta económico, ni practico por el da7o que provoca en la cara de la fractura#
FLUIDOS BASE ACEITE
.stos pueden ser aceites crudos o refinados, las venta*as que ofrecen son4 no in$iben las arcillas, tienen ba*a tensión interfacial en el sistema roca fluido, son compatibles con la ma)ora de las formaciones ) los fluidos contenidos en ellas# Los fluidos a base de aceite refinado pueden tener una venta*a que es la económica, )a que este al ser recuperado en la superficie despu's del tratamiento, pude ser reutilizado o vendido# Los fluidos base aceite utilizados en fracturamientos con apuntalante impactan de manera severa el ambiente, su mane*o ) almacenamiento requieren de
condiciones mu) seuras, transportan arena en ba*as concentraciones %má-imo 8 o 9 lb<al(, las p'rdidas por fricción en el sistema son mu) altas, ) la conductividad de la fractura que eneran es ba*a# Los fluidos base di'sel o &erosina aportan altos valores de viscosidad, lo que a)uda a transportar más arena ) alcanzar eometras de fracturas ma)ores en anc$o ) lonitud ) por consiuiente una ma)or conductividad, su inconveniente es el mane*o ) almacenamiento de alto rieso
por ser mu) volátiles )
contaminantes, por lo que actualmente se usa en formaciones altamente sensibles al aua# Los primeros fluidos usados en las operaciones de fracturamiento fueron los fluidos base aceite preparados con asolina espesa con napalm, una sal de ácido raso de aluminio# Ceroseno, aceite di'sel, o aceite crudo elificado con este material fueron las bases de el “proceso $idrafrac”# .ste el impartió la viscosidad para el fluido fracturante ) tambi'n redu*o la perdida de fluido# .sto me*oro la capacidad del aceite para transportar el aente sustentante dentro de la formación ) reducir la viscosidad cuando esto revirtió las condiciones del fondo del pozo# .ste el de aceite fue subsecuentemente seuido por refinar la viscosidad del aceite %tal como APD :, E del combustible residual( in$ibidor de aceite crudo, eles de *abón de ácido raso, ) finalmente emulsiones ) fluidos acido base#
ACEITE 5ISCOSO REFINADO ;n aceite viscoso refinado ofrece muc$as venta*as en el fracturamiento # .ste aceite fue aceptado porque ellos eran los fácilmente disponibles desde las refineras ) porque ellos podran ser#
POLÍMEROS 5ISCOSIFICANTES .n este aspecto el avance tecnolóico $a permitido el desarrollo de nuevos fluidos fracturantes, como los siuientes4
6a 6UAR7 utilizada para viscosificar el aua usada en los fracturamientos, es un polmero de alto peso molecular, tiene una alta afinidad con el aua, al arearse al aua se $inc$a ) se $idrata, lo cual crea el medio para que las
mol'culas del polmero se asocien con las del aua, desarrollándose en la solución#
El H%*#8%0#0%l ua# , se deriva del uar con o-ido de propileno, contiene de 6 a 9G de residuos insolubles, pero alunos estudios indican que el uar ) el $idro-ipropil uar causan casi el mismo da7o, sin embaro, el $idro-ipropil uar es más estable que el uar a temperaturas ma)ores %pozos5:IJ?( ) más soluble en alco$ol#
La a 9a($a(a7 es un bipolimero producido metabólicamente por el microranismo +antomonas campestres# .sta solución se comporta como un fluido le) de potencias aún a ba*os esfuerzos de corte, donde las soluciones de $idro-ipropil uar llean a ser ne@tonianos#
II) ADITI5OS 3e usan para romper el fluido, una vez que el traba*o finaliza para controlar la perdida de fluidos, minimizar el da7o a la formación, a*ustar el PH o me*orar la estabilidad con la temperatura# >ebe cuidarse que uno no interfiera en la función del otro# .-isten una ran variedad de aditivos utilizados en los fluidos fracturantes ) son la clave para la obtención de las propiedades requeridas para el '-ito del tratamiento, entre los más comunes tenemos4
A&$%!a*#"' *" !%'&'%*a*. 3on aentes reticuladores que unen las cadenas formadas por el polmero ) elevan considerablemente la viscosidad del fluido, entre los más comunes se tienen los boratos, aluminatos, zirconatos#
C($#la*#"' *" 0H. .ste aditivo es mu) importante )a que es el que le da la estabilidad al fluido con respecto a la temperatura# .ntre los más comunes se tiene el fosfato de sodio, ácido ac'tico, carbonato de sodio entre otros#
:u"+#a*#"'. .stos aentes se utilizan principalmente para seccionar los enlaces de las cadenas polim'ricas al t'rmino del tratamiento ) los más utilizados son los o-idantes, enzimas ) ácidos#
Su#a&$a($"'. 3e utilizan básicamente para reducir la tensión superficial e interfacial ) la presión capilar en el espacio poroso#
Ba&$"#%&%*a'. ;tilizados esencialmente para prevenir el ataque de bacterias a los polmeros#
E'$a+%l%a*#"' *" a#&%lla'. ;tilizados básicamente para la prevención de miración de arcillas, entre los más comunes es el cloruro de potasio
C($#la*#"' *" 0;#*%*a *" lu%*. .stos aentes básicamente controlan la filtración del fluido $acia la formación durante el tratamiento, el más común es la arena silica#
R"*u&$#"' *" #%&&%(. .ste aditivo se emplea para reducir la perdida de presión por fricción enerada en el efecto del bombeo durante la operación, tanto en la tubera como en los disparos#
FUNCIONES , USOS MÁS COMUNES E'$" &ua*# % a#
Para identificar de una manera más directa lo descrito anteriormente en el rafico 5 se puede ver una representación porcentual de los componentes básicos de un fluido usado en la t'cnica de fracturamiento $idráulico, cu)o ma)or porcenta*e es el aua, seuida por una peque7a fracción de arena ) otros aditivos empleados#
<.- MECÁNICA DEL FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO A0#"(*"#'" "'$a %a"(
I) .l primer paso consiste en realizar una perforación vertical en el terreno para introducir una tubera a ran profundidad, $asta alcanzar la capa de pizarra# .-isten tres m'todos principales de perforación4 rotación, percusión ) rotopercusión# Para las profundidades donde se encuentran las formaciones de esquistos el único m'todo viable es la rotación, el mismo m'todo usado en los pozos de petróleo# La rotación directa por lodos, consiste en perforar usando únicamente un movimiento de rotación, producido por una Ktabla de iroK en una torre de perforación ) un ran peso proporcionado por los barrones de cara Las fases de la perforación son4
a) 3e instala en el luar desinado la torre de perforación ) se perfora $asta topar un acufero# 3e introduce una tubera conductora o tubera ua $asta una profundidad apro-imada de 5I a 8I metros que aseura la estabilidad del suelo cerca de la superficie del pozo# .sta tubera se sella con una capa de cemento e-terior#
+) .l pozo se perfora $asta superar la má-ima profundidad de los acuferos de la zona# ;na vez sobrepasado el acufero, se retira el tricono ) toda la tubera de perforación ) se procede a KencamisarK el pozo con tubera de acero ) un $ormión especial para esta tarea# .n este momento se suele
instalar una válvula antireventones para las tareas que se realizarán despu's # .ste encamisado tambi'n previene cualquier contaminación del acufero con los fluidos utilizados en la fractura# 3e realiza una prueba de presión#
&) La perforación continúa $asta un nivel más profundo donde se instala un seundo revestimiento %intermedio(, utilizando procesos similares a los del de superficie#
*) A unos 5:I metros antes de la formación de esquistos se retira el tricono ) la tubera de perforación A esta profundidad se debe comenzar la perforación $orizontal# 3e desciende una nueva broca acoplada a un Kmotor de lodosK o Kmud motorK# .sta nueva broca ira de manera independiente, del resto de tubera, ) es la propia presión del lodo que pasa a trav's de la tubera lo que mueve esta broca# ;na vez que se finaliza la perforación del pozo ) se completan los reistros de perforación, se instala un tercer revestimiento metálico que se sella, para una ma)or seuridad, con cemento, de iual manera que en los dos tramos anteriores
") Al llear a la capa de pizarra, que suele estar entre los 9#III ) los :#III metros de profundidad, se realiza una perforación $orizontal de entre 5,: &m ) 8 &m de lonitud# ?uando se alcanza la distancia necesaria se retira toda la tubera de perforación con la broca ) se encamisa todo el pozo con tubera de acero ) $ormión# Para ma)or seuridad tambi'n se puede encamisar varias veces conc'ntricamente# ;na vez terminado este proceso se retira la torre de perforación ) se instala una boca de pozo provisional ) con esto conclu)e el primer paso, la perforación#
II) .ntonces se comenzara con la fracturación $idráulica# ?omienza insertando una pistola perforadora en el pozo# La pistola perfora la parte $orizontal del pozo# ?on la perforación del encamisado se permite al aua a presión salir ) romper el esquisto para liberar el as natural que contiene# .n este punto se comienza a bombear la mezcla de aua, arena ) diferentes aentes qumicos que fracturaran la roca# A lo laro de la sección $orizontal del pozo se realizan varias etapas de fracturación $idráulica con el fin de incrementar el volumen de roca drenado# ?uanto ma)or sea la intercone-ión de la red de micro fracturas natural con la
red fracturas inducidas, más eficiente será el drena*e del as ) ma)or el factor de recuperación# 3e bombea a ran presión por la tubera miles de metros cúbicos del lquido de framentación, tambi'n llamado, fluidos de estimulación# 3eún la empresa B"C Petroleum, los fluidos de estimulación se componen de apro-imadamente , G de aua dulce ) apuntalante %arena(# 3eún la plataforma espa7ola sobre la e-ploración del as noconvencional, 3$aleas, un pozo tpico utiliza entre 5I#III m8 a 8I#III m8 %volumen de una piscina olmpica de 6:II m8( de aua durante el proceso de estimulación mediante fracturación $idráulica# Fuera de conte-to, esta cifra puede parecer elevada# 3in embaro, $a) que tener en cuenta que se trata de una t'cnica que se realiza tan solo una vez con el fin de liberar el as almacenado en las rocas a lo laro de muc$os a7os# Además, comparada con otras alternativas, la necesidad de aua durante la vida útil del pozo es más ba*a por unidad de enera producida que en el caso del carbón, la enera nuclear o la enera utilizada en una central t'rmica solar#
A6ENTE APUNTULANTE .l aente apuntalante o propante mantiene abiertas las rietas, fracturas o fisuras eneradas por el fluido fracturante una vez $a)a ocurrido el proceso de fractura ) se $a)a removido el fluido de fractura de la formación, todo con el fin de permitir que los fluidos del )acimiento loren mirar al pozo para ser llevados a la superficie# Las caractersticas principales de un aente fracturante es su alta permeabilidad, alta fuerza ) resistencia a los c$oques, ba*a densidad para aumentar la capacidad de transporte del mismo, insolubilidad en los fluidos tanto de la formación como los de la fracturación ) ba*o costo# A su vez, el Dnstituto ?olombiano del Petróleo %APD( $a establecido otras caractersticas que son importantes para monitorear el correcto desempe7o de la operación4 la redondez ) esfericidad, la ravedad especfica, la densidad %bul&(, el tama7o de rano, la solubilidad en ácido, el contenido de lima ) arcilla, la resistencia a la compresión ) el arupamiento#
3e conoce que e-isten en particular 9 tipos de apuntalante, los cuales difieren por la presión de operación o la presión que loran soportar al ser in)ectados dentro de la fractura, rieta o fisura realizada en el proceso# .stos tipos de apuntalante son4 la arena natural, la cual se caracteriza por ser mu) económica ) alcanzar presiones de operación $asta los 9III psi/ las arenas cerámicas o resinadas, que poseen ma)or resistencia que las anteriores con ranos de presiones de operación que varan desde los :III psi $asta los 59III psi/ finalmente los cerámicos de alta, media ) ba*a resistencia, que son totalmente sint'ticos ) cu)as presiones de operación loran de iual manera llear a los 59III psi apro-imadamente#
Los parámetros que más se deben considerar en el dise7o del proceso de fracturamiento son4
1. M*"l *" ,u(= está relacionado con el anc$o de fractura ) con la posibilidad de obtención de fracturas altamente conductivas#
2. P"#*%*a *"l lu%*= relacionada con la permeabilidad de la formación ) las caractersticas de filtrado del fluido fracturante#
3. Fa&$# *" %($"('%*a* *" "'u"# &#>$%&= es la resistencia aparente de la fractura, donde domina la presión requerida para propaar la fractura#
4. 5%'&'%*a* *"l lu%*= afecta la presión neta en la fractura, la p'rdida de fluido ) el transporte del apuntalante#
?. 6a'$ *" la ++a= puede afectar casi todo el proceso# Los valores de todos estos parámetros dominan el proceso de fracturamiento# .l cálculo de la eometra de la fractura es esencialmente una apro-imación, debido a que el material es isotrópico, $omo'neo ) linealmente elástico, al mismo tiempo que el fluido de fractura ) la altura de fractura son meramente ideales#
@.- E:UIPO MECÁNICO PARA EL FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO
5( Morre de apertura ) control de perforación 6( ?emento ) encapsulado del pozo 8( Manques de retención del fluido e-trado para separar el as ) camión cisterna con el aua de bombeo 9( Piscina de almacenamiento de auas residuales :( Fluido empleado para la fractura ) as recuperado E( ?asa cercana con un pozo de aua
.n la implementación del proceso de fracturamiento $idráulico intervienen diferentes equipos los cuales permiten que las distintas operaciones realizadas
se lleven a cabo de manera seura ) eficiente# Los equipos más utilizados en el proceso del fracturamiento $idráulico son4
El Bl"(*"# cu)a función es mezclar ) adicionar correctamente los diferentes aditivos qumicos *unto con el aente apuntalante# .ste equipo se confiura en un tracto camión, acoplando los distintos componentes que posee, como4 manueras de carue ) descarue, bombas de centrifuas, tina aitadora, sistema para adicionar los distintos aditivos, sistemas $idráulicos para mane*ar todos los equipamientos del blender ) la respectiva instrumentación para la correcta medición ) control de las variables de operación#
El 6"l P# es un seundo tracto camión que se encara de controlar el suministro de aua ) el tiempo de residencia de la $idratación, *unto con su re spectivo almacenamiento#
La' ++a' *" #a&$u#a son empleadas para lorar o enerar las presiones de fractura, es decir suministran la enera al fluido fracturante para que este alcance la presión de fractura de la roca ) lore la creación de las rietas o fisuras#
El Ma(%l* es el con*unto de varios componentes que tienen como finalidad la concentración de los fluidos provenientes de las bombas de fractura para lueo enviarlo $acia la formación#
L' $a(u"' almacenan los fluidos empleados en el fracturamiento $idráulico a e-cepción del material apuntalante#
El &"($# *" &($#l eneral lleva a cabo todo el monitoreo ) control de las variables que intervienen en todos los procesos con el fin de tomar decisiones que lleven a cabo el ob*etivo planeado en la t'cnica de fractura tambi'n establece que el tiempo de perforación vara de acuerdo a la e-tensión que presente el )acimiento o la formación que se est' perforando, pero en promedio puede durar alrededor de 6 a : das de actividad continua las 69 $oras del da# Al final del procedimiento, la vida útil o productiva de los pozos es de
apro-imadamente N a7os# .s recomendable
que apenas lleue al tope má-imo de productividad o vida útil, estos sean desmantelados ) sellados, con la función de evitar que en un futuro las fracturas provoquen contaminaciones de posibles acuferos o zonas de importancia ecolóica ) ambiental# imns
.- ECONOMÍA DEL FRACTURAMIENTO 3e reconocen, al menos, tres factores clave para el espectacular desarrollo del aprovec$amiento de los Hidrocarburos noconvencionales4
M'cnicos
.conómicos
Leales
.conómicos erece ser resaltada la importancia que en la vertiente t'cnica $a tenido la me*ora continuada de la perforación diriida ) $orizontal, *unto con la optimización de la t'cnica de estimulación mediante fracturación $idráulica, asi
como la posibilidad de arupamiento de múltiples pozos en un solo emplazamiento# .n la vertiente económica, el aspecto más relevante a destacar es la sinificativa reducción de costes de inversión %cape-( ) operativos %ope-( que más influ)en en el coste final del as puesto en la red# .sa reducción se $a conseuido racias a la con*unción de varias circunstancias4
Amplia disponibilidad de recursos materiales ) $umanos Optimización de los procesos de perforación, estimulación ) producción, inclu)endo la estión de los fluidos, tanto de alimentación como de retorno#
Posiblemente la primera es la que e*erce ma)or influencia, condicionando fuertemente el desarrollo del as noconvencional en aquellas reiones del mundo carentes de infraestructura adecuada donde no e-iste una cultura de perforación ) por tanto, ine-istencia de personal ) tecnoloa adecuada para el desarrollo de esta actividad# As por e*emplo, en enero del a7o 6I56, seún =i orlds, se contabilizaban en Am'rica un total de 5#9 torres de perforación frente a N5 disponibles, ) respecto de los equipos de bombeo para estimulación $idráulica, seún FP .ner), la potencia disponible alcanzaba los 5Q millones de ?#R#%caballo a vapor( siendo contados los equipos disponibles en .uropa, con potencias unitarias por equipo del orden de los 6I#III ?#R# La citada reducción de costes en la producción del as natural noconvencional $a propiciado la entrada en el mercado norteamericano de ese tipo de recurso ener'tico con el consiuiente impacto en el mismo, tanto en t'rminos de disponibilidad de as nacional como de precio# Para apo)ar la e-pansión de la industria de as de esquisto, DH3 !lobal esperó que ocurra un sinificativo aumento de las inversiones de capital, de empleo# DH3 !lobal Dnsi$t espera que el crecimiento de la industria del as de esquisto tena un impacto sinificativo en la economa en t'rminos de su contribución al PDB, inresos tributarios federales, estatales ) locales, aumento de la producción ) ba*ada de los precios#
La ba*ada en el precio del as natural alcanzado con la producción del as de esquisto producirá una reducción media en los costes de electricidad en todo el pas, la reducción de los precios se traducirá en un impacto inicial del aumento de la producción industrial# Para 6I8:, la producción industrial será un 9#NG ma)or# La fractura $idráulica reduce el coste de la enera, )a que permite reducir la importación de as o electricidad, e incluso puede conseuir autobastecer al pas# S con un coste ener'tico más barato las empresas serán más competitivas# .l aumento del fracturamiento $idráulico, $a cambiado el panorama ener'tico lobal# .se incremento repentino del crudo es una de las principales razones por las que e-iste una saturación de oferta mundial de petróleo que empeora cada vez más# .l e-ceso de oferta provocó que los precios del petróleo alcanzaran su punto má-imo ) que se derrumbaran $asta en un N:G desde entonces# “Los precios están donde están porque el esquisto $a sido tan fenomenalmente e-itoso# Ha cambiado el paradima de la fi*ación de precios”, di*o Mamar .ssner, director del equipo de enera de "asdaq# .l costo de un pozo $orizontal puede ser $asta tres veces ma)or que un pozo vertical sin embaro su producción puede verse incrementada $asta 59 veces#
.- RESULTADOS DE FRACTURAMIENTO
6#a( C('u *" Aua Para fracturar cada pozo se necesitan de media unos #III a 6#III toneladas de aua# .stas randes cantidades de aua deben estar almacenadas cerca del pozo, )a que la operación de fractura de cada pozo dura entre 6 ) : das ) se tiene que tener el aua disponible# Lo más probable es que se transporte en camión o se $aa captación directa de aua del propio entorno de la plataforma#
6"'$%( *"l Aua R"'%*ual .l fluido de retorno de frac&in contiene las sustancias qumicas utilizadas en el fluido de fractura# Además contiene metales pesados, ) sustancias radiactivas como radón, radio o uranio, que retornan a la superficie# illones de litros de aua contaminada que $abitualmente en lo que $acen es in)ectarla en el subsuelo ) cuando no es posible se pasan a plantas depuradoras de la zona que no suelen estar preparadas para ese tipo de contaminaciones#
Ru%*' " I0a&$' 5%'ual"' 3e necesitan entre 9III ) EIII via*es en camión para la construcción de una plataforma, con la consiuiente presión para los pueblos ) carreteras cercanas a la e-plotación# ?on una media de entre 5 ) 8 plataformas por &m6, los impactos pueden ser localmente considerables ) prolonados# %ruidos(
I0a&$' '+#" "l Pa%'aj" 3e debe aplanar una superficie de más o menos una $ectárea, con los consiuientes desmontes4 para E a Q pozos, balsas de almacenamiento de lquidos de desec$o ) lodos, tanques ) cisternas de almacenamiento del aua ) de los productos qumicos, equipo de perforación, camiones, etc#
P#*u&$' :u>%&' Hacemos un par'ntesis para $ablar de los aditivos qumicos utilizados en la fractura $idráulica# ;na asociación norteamericana llamada >iáloos sobre la >isrupción .ndocrina, estudia los efectos de las sustancias qumicas sobre la salud, estudiando los diversos informes emitidos de accidentes, vertidos, etc# $an identificado más de 8EI sustancias qumicas con efectos da7inos sobre la salud# .ntre ellas $a) sustancias que producen cáncer, tó-icas para la piel, o*os, sistema diestivo, respiratorio, nervioso, etc#
C($a%(a&%( Aua' Su+$"##("a' La industria se empe7a en decir que el orien de este as es natural, cuando antes de la lleada del frac&in no pasaba# Pero un estudio de la >u&e ;niversit)
de >ur$am %?arolina del
"orte( $a
demostrado
que
las
contaminaciones de metano tienen su orien en las e-plotaciones de as de pizarra#
C($a%(a&%( *" T%"##a' / Aua' Su0"#%&%al"' 3e $an dado casos de contaminación de estas de varias maneras4 ruptura de conductos o *untas para evacuación de las auas residuales en las balsas accidentes
de
camiones
cisterna
llenos
de
productos
qumicos#
desbordamiento de balsas residuales %qumicos, metales pesados ) elementos radiactivos( con motivo de lluvias copiosas, tormentas o inundaciones#
P"u"' T"##"$' Otra de las consecuencias no deseadas de la e-tracción de as no convencional es la eneración de peque7os sesmos# 3e produ*eron dos peque7os terremotos que asustaron a la población de la ciudad, la empresa encarada de los traba*os se vio obliada a parar la e-plotación $asta que “se demostrara que los temblores $aban tenido que ver con su actividad”#
C($a%(a&%( *"l A%#"
La contaminación del aire es otro de los randes problemas de la e-tracción de as no convencional# >urante el proceso de e-tracción se producen inevitablemente fuas de as natural, que es 6I veces más potente que el dió-ido de carbono como as de efecto invernadero # La industria asstica $abla del as de pizarra como un combustible limpio
CONCLUSIONES 5ENTAAS La calidad del aua para el fracturamiento $idráulico, es la que se encuentra en los cuerpos de aua en estado natural ) alto contenido de sales minerales# La utilización de este procedimiento, es el único conocido actualmente para obtener vastas cantidades de s$ale as en )acimientos no convencionales, formaciones inaccesibles con las t'cnicas tradicionales, por lo que será uno más de los ve$culos para poder aumentar la futura oferta de as en nuestro pas#
DES5ENTAAS IMPACTO Al preparar el aua con los qumicos para in)ección, en las presas de tratamiento, se eneran emisiones importantes de contaminantes a la atmosfera#
PRINCIPALES PROBLEMAS DE LA FRACTURA HIDRÁULICA .ste proceso conlleva una serie de impactos ambientales, alunos de los cuales aún no están plenamente caracterizados o comprendidos, entre ellos contaminación de auas subterráneas, contaminación atmosf'rica, emisión de ases de efecto invernadero Qmetano(, terremotos e impactos paisa*sticos,etc#
Hasta los 3impson se burlaron del frac&inTdicen "oUU
