Hi904-013 Tratamiento Del Shale Gas
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7/24/2019 Hi904-013 Tratamiento Del Shale Gas http://slidepdf.com/reader/full/hi904-013-tratamiento-del-shale-gas 1/12 TRATAMIENTO DEL SHALE GAS José Alejandro Quispe Flores. Dante Pissani Maestría en Ciencias con Mención en Ingeniería de Petróleo y Gas Natural, Univ.Nacional de Ingeniería Lima – Perú Septiembre 2015 RESUMEN En grandes partes del mundo, las compañías están explorando activamente recursos en shale gas, con la esperanza de encontrar el próximo gran campo de Shale Gas o Lutita (que iguale o supere al campo Barnett). Sin embargo, el desarrollo y la producción de estos enigmáticos recursos requieren algo más que encontrar lutitas ricas en contenido orgánico y fracturarlas hidráulicamente. A medida que la revolución del Gas de Lutita gana impulso a nivel mundial, las compañías de exploración y producción están descubriendo que para lograr el éxito, es esencial un enfoque integrado. El aprendizaje a partir de las experiencias pasadas y la mejora continua de las metodologías pueden no garantizar el éxito, pero aumentan su probabilidad en gran medida. SUMMARY In large parts of the world, companies are actively exploring shale gas resources, hoping to find the next big area of Shale Gas and Shale (which equals or exceeds the Barnett field). However, development and production of these enigmatic require more resources to find rich shales organic content and hydraulically fracturing. As the shale gas revolution gains momentum globally, the exploration and production companies are finding that an integrated approach to succeed, it is essential. Learning from past experiences and continuous improvement methodologies cannot guarantee success, but increase your chances greatly. A. ORIGEN 1. Formación La teoría geológica aceptada sobre el origen del gas natural es la de la formación orgánica, pues las plantas utilizan energía solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en oxígeno e hidratos de carbono mediante fotosíntesis. Los restos de las plantas y de los animales que las consumieron se aglomeraron en sedimentos sepultados. A medida que la carga de sedimentos aumenta, el calor y la presión de entierro convierten los hidratos de carbono en hidrocarburos. El gas natural se gesta dentro de finos granos color negro que, al acumularse, forman rocas orgánicas o lutitas. La presión sedimentaria tiende a expulsar el mayor volumen de gas hasta la parte más porosa y permeable de la roca. El gas remanente atrapado en la roca se denomina shale gas, gas de lutita, gas de esquisto o gas de pizarra 1 . Esa roca sedimentaria alguna vez fue lodo depositado en el fondo de aguas generalmente quietas como extensas zonas lacustres y el fondo del océano. “Este lodo es un compuesto de plancton marino rico en carbonatos, fosfatos y silíceas, sepultado bajo sedimentos sucesivos. La roca orgánica referida tiene características biogenéticas, ya que en su formación intervino la actividad de organismos vivos” (Escobar, 2003). La roca de lutitas es considerada también arcilla enriquecida, si bien la proporción de sus componentes es variable. Se clasifican según su grado de madurez sobre la base del carbono y elementos volátiles que contengan. En su formación actúan varios procesos de sedimentación que pueden resultar en rocas mixtas de difícil clasificación. Las lutitas tienden a adherir capas delgadas de piedra arenisca, roca caliza o dolomía. Los sedimentos se forman por la acumulación de partes duras de organismos unidas por cementación. En la fase de entierro superficial, a pocos cientos de metros, el lodo se transforma en pizarra, cuyas bacterias se alimentan de la materia orgánica disponible (normalmente menos del 5% y hasta un 10% del volumen de la roca) para liberar metano biogenético. El shale gas también se forma en rocas enterradas entre los 450 y los 5.000 metros, donde el calor y la presión sobre la materia orgánica forman moléculas de hidrocarburos y generan metano termogenético (Escobar, 2003). Cada 1.000 metros de profundidad añaden unos 30° C a la roca. Cuando la temperatura alcanza los 60° C, la materia orgánica se descompone en aceite y posteriormente se reduce a su
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TRATAMIENTO DEL SHALE GAS
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Joseacute Alejandro Quispe Flores Dante PissaniMaestriacutea en Ciencias con Mencioacuten en Ingenieriacutea de Petroacuteleo y Gas Natural UnivNacional de Ingenieriacutea Lima ndash PeruacuteSeptiembre 2015
RESUMEN En grandes partes del mundo las compantildeiacuteas estaacuten explorando activamente recursos en shale gas con laesperanza de encontrar el proacuteximo gran campo de Shale Gas o Lutita (que iguale o supere al campo Barnett)
Sin embargo el desarrollo y la produccioacuten de estos enigmaacuteticos recursos requieren algo maacutes que encontrar
lutitas ricas en contenido orgaacutenico y fracturarlas hidraacuteulicamente A medida que la revolucioacuten del Gas de
Lutita gana impulso a nivel mundial las compantildeiacuteas de exploracioacuten y produccioacuten estaacuten descubriendo que para
lograr el eacutexito es esencial un enfoque integrado El aprendizaje a partir de las experiencias pasadas y la
mejora continua de las metodologiacuteas pueden no garantizar el eacutexito pero aumentan su probabilidad en gran
medida
SUMMARY
In large parts of the world companies are actively exploring shale gas resources hoping to find the next bigarea of Shale Gas and Shale (which equals or exceeds the Barnett field) However development and
production of these enigmatic require more resources to find rich shales organic content and hydraulically
fracturing As the shale gas revolution gains momentum globally the exploration and production companies
are finding that an integrated approach to succeed it is essential Learning from past experiences and
continuous improvement methodologies cannot guarantee success but increase your chances greatly
A ORIGEN
1 Formacioacuten
La teoriacutea geoloacutegica aceptada sobre el origen del
gas natural es la de la formacioacuten orgaacutenica pues lasplantas utilizan energiacutea solar para convertir eldioacutexido de carbono y el agua en oxiacutegeno e hidratosde carbono mediante fotosiacutentesis Los restos de lasplantas y de los animales que las consumieron seaglomeraron en sedimentos sepultados
A medida que la carga de sedimentos aumenta elcalor y la presioacuten de entierro convierten loshidratos de carbono en hidrocarburos El gasnatural se gesta dentro de finos granos color negroque al acumularse forman rocas orgaacutenicas olutitas
La presioacuten sedimentaria tiende a expulsar el mayorvolumen de gas hasta la parte maacutes porosa ypermeable de la roca El gas remanente atrapadoen la roca se denomina shale gas gas de lutita gasde esquisto o gas de pizarra1
Esa roca sedimentaria alguna vez fue lododepositado en el fondo de aguas generalmentequietas como extensas zonas lacustres y el fondodel oceacuteano ldquoEste lodo es un compuesto deplancton marino rico en carbonatos fosfatos ysiliacuteceas sepultado bajo sedimentos sucesivos La
roca orgaacutenica referida tiene caracteriacutesticasbiogeneacuteticas ya que en su formacioacuten intervino laactividad de organismos vivosrdquo (Escobar 2003)
La roca de lutitas es considerada tambieacuten arcilla
enriquecida si bien la proporcioacuten de suscomponentes es variable Se clasifican seguacuten sugrado de madurez sobre la base del carbono yelementos volaacutetiles que contengan En suformacioacuten actuacutean varios procesos desedimentacioacuten que pueden resultar en rocas mixtasde difiacutecil clasificacioacuten Las lutitas tienden a adherircapas delgadas de piedra arenisca roca caliza odolomiacutea Los sedimentos se forman por laacumulacioacuten de partes duras de organismos unidaspor cementacioacuten En la fase de entierro superficiala pocos cientos de metros el lodo se transforma enpizarra cuyas bacterias se alimentan de la materia
orgaacutenica disponible (normalmente menos del 5 yhasta un 10 del volumen de la roca) para liberarmetano biogeneacutetico El shale gas tambieacuten se formaen rocas enterradas entre los 450 y los 5000metros donde el calor y la presioacuten sobre la materiaorgaacutenica forman moleacuteculas de hidrocarburos ygeneran metano termogeneacutetico (Escobar 2003)Cada 1000 metros de profundidad antildeaden unos30deg C a la roca Cuando la temperatura alcanza los60deg C la materia orgaacutenica se descompone enaceite y posteriormente se reduce a su
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constituyente maacutes simple metano La mayor partede las reservas de gas natural y petroacuteleo provienende lutitas ricas en materia orgaacutenica El proceso deformacioacuten de las rocas a partir de sedimentostiende a reducir la porosidad y aumentar laaglutinacioacuten de los materiales Este procesodiageneacutetico se inicia antes del reposo de loscomponentes por lo cual los fragmentos que
terminan formando las rocas pueden quedarcubiertos por capas de oacutexidos metaacutelicos y arcillas apartir de minerales degradados Los poros de laslutitas son tan pequentildeos que se miden ennanoacutemetros una milmilloneacutesima de un metro(nm) El tamantildeo medio de un poro de lutita es de 3nm aunque algunos llegan a medir maacutes de 100nmLas cadenas de aacutetomos de carbono (ldquociacuteclicosrdquo enforma de lazo o anillo) forman hidrocarburos quese transportan por medio de sedimentos finos conpermeabilidad de 10ndash3 a 10ndash11 milidarcies Loscompuestos moleculares maacutes pequentildeos puedenmigrar a maacutes de 6000 m de profundidad en lutitas
con porosidad del 10 o menos2
1 La lutita es una roca sedimentaria formada por fragmentos
soacutelidos transportados por el agua o el viento a una cuenca
sedimentaria (lutita detriacutetica) o formada de areniscas
provenientes de la compactacioacuten de partiacuteculas de otras rocas
(lutita claacutestica) La compactacioacuten puede convertir a las lutitas
en pizarras o en filitas que son rocas brillosas compuestas
por cristales El proceso de formacioacuten y compactacioacuten de la
lutita es decir su diageacutenesis se produce a 5 o 6 km de la
corteza terrestre a temperaturas inferiores a 200ordm C
2 1 darcy = 9869233 x 10-13 m2 El darcy (D) es una unidad
que se usa para medir la permeabilidad y de manera maacutescomuacuten el milidarcy (mD) La permeabilidad de areniscas y
lutitas arroja valores de 90 x 10-19 m2 a 24 x 10-12 m2 para
el agua y entre 17 x 10-17 m2 y 26 x 10-12 m2 para el gas
nitroacutegeno
Los procesos diageneacuteticos tienden a realzar lasdiferencias entre los sedimentos (tamantildeo y colorde granos entre otros) de modo que las rocas seconfiguran en capas de cierta continuidaddenominadas estratos aglutinados en laacuteminas queforman capas La liacutenea de estratificacioacuten de cadacapa marca la terminacioacuten de un evento Lo quemaacutes interesa de una capa estratigraacutefica es sugeometriacutea interna con respecto al conjunto que larodea ya que dichas estructuras indican elambiente de formacioacuten
2 Generacioacuten de petroacuteleo y gas natural de lutita
El shale gas es metano producido por depoacutesitos delutitas y otras rocas de grano fino Grandesvoluacutemenes de hidrocarburos pueden quedar
almacenados en rocas fracturas o poros muypequentildeos con permeabilidad muy baja A esto se lellama shale gas gas de lutita o gas de pizarrabituminosa Esta uacuteltima no contiene hidrocarburosmaduros salvo el precursor keroacutegeno3 Las lutitasson tambieacuten las rocas madre u originarias de losyacimientos convencionales de gas natural y ellasmismas pueden contenerlo El gas se almacena de
tres maneras absorbido por el keroacutegeno atrapadoen poros de sedimentos de grano fino intercaladosen la lutita o confinado en sus fracturas internasEl potencial gasiacutefero y petroliacutefero de una roca delutita estaacute en funcioacuten de su volumen (medido enespesor y extensioacuten de aacuterea) riqueza orgaacutenica(cantidad y tipo de materia orgaacutenica) y madurezteacutermica (tiempo de exposicioacuten de la roca al calor)Debido a que la temperatura aumenta con laprofundidad de sepultamiento de la roca y elgradiente teacutermico de la cuenca el calor conviertela materia orgaacutenica en keroacutegeno Eacuteste se conviertea su vez en bitumen que a cierta temperatura
libera los compuestos del petroacuteleo Por ello laprioridad de los exploradores hasta ahora ha sidoconocer el potencial petroliacutefero y de otros liacutequidosde alto valor en el mercado4
El keroacutegeno se clasifica en cuatro tipos
a) El generado en ambientes lacustres ricos enplancton reelaborado por la accioacuten de bacterias ymicroorganismos Rico en hidroacutegeno y bajo enoxiacutegeno su tipo es poco comuacuten
b) El generado en ambientes marinos deprofundidad media a partir de restos de plancton y
reelaborado por bacterias Es rico en hidroacutegeno ybajo en carbono La generacioacuten de crudo y gasdepende de la temperatura
c) El proveniente de restos vegetales terrestresPosee menor contenido de hidroacutegeno y mayorcontenido de oxiacutegeno que los tipos a) y b) por loque genera gas seco
d) El generado a partir de materia orgaacutenica residualsujeta a erosioacuten combustioacuten u oxidacioacuten Tienealto contenido de carbono y poco hidroacutegeno conbajo potencial para generar hidrocarburos En lossiguientes paacuterrafos se describe la secuencia de
formacioacuten y transformacioacuten del keroacutegeno enbitumen y posteriormente en otros liacutequidos gasesy en algunos casos en coque Como se hamencionado la maduracioacuten teacutermica del carbono ydel hidroacutegeno produce moleacuteculas de hidrocarburoscada vez maacutes pequentildeas aumentando asiacute sucontenido de hidroacutegeno hasta formar metano(CH4) A temperaturas inferiores a los 50 degC ladescomposicioacuten de la materia puede generar gasseco Entre los 50 degC y 150 degC la materia seconvierte en keroacutegeno el cual involuciona hacia su
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etapa ancestral en la que genera aceite y gas Loskeroacutegenos tipo I y II producen gas y aceitemientras que los de tipo III generan gasprincipalmente A mayor profundidad de entierromayor presioacuten y temperatura generan mezclas demetano etano propano y otros hidrocarburosCuando la temperatura supera los 150 degC segenera anhiacutedrido carboacutenico (CO2) nitroacutegeno (N2)
y sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Las lutitas con altocontenido de keroacutegeno tienen una estructura maacutescompacta menor laminacioacuten y coloraciones maacutesvariables Esto se debe a la variacioacuten de la cantidadde materia orgaacutenica y al estado de oxidacioacuten de lasimpurezas de hierro presentes en ellas aunquealgunos compuestos del petroacuteleo se liberan atemperaturas inferiores que las de ladescomposicioacuten del keroacutegeno Para conocer elpotencial de generacioacuten de gas o aceite esnecesario medir el carbono orgaacutenico total (TOC)de la roca Adicionalmente se aplican pruebas depiroacutelisis reflectancia de vitrinita alteracioacuten de
temperatura cromatografiacutea espectrometriacutea y enalgunos casos isotoacutepicas (McCarthy 2011)
3 La palabra keroacutegeno proviene del griego que significa
ldquoproductor de cerardquo Es una sustancia compleja formada por
largas cadenas de carbono e hidroacutegeno con aacutetomos de
oxiacutegeno nitroacutegeno y azufre La composicioacuten del keroacutegeno
variacutea con el origen y evolucioacuten de las diferentes clases de
lutitas sus contenidos quiacutemicos y cantidad tienen tambieacuten un
amplio rango de variacioacuten El keroacutegeno se define como la
fraccioacuten de materia orgaacutenica normalmente insoluble en
disolventes orgaacutenicos a diferencia de la parte denominada
bitumen
4 Si bien muchas rocas generadoras ricas en materia
orgaacutenica son arcillosas los carbonatos tambieacuten pueden
formar rocas generadoras y yacimientos Algunos pueden
contener entre un 10 y un 30 de carbono orgaacutenico total
(TOC) con una proporcioacuten superior a 12 entre los aacutetomos
de hidroacutegeno y los de carbono a diferencia de las lutitas
cuyo TOC puede ser inferior al 5 A medida que la roca
libera petroacuteleo el keroacutegeno se vuelve maacutes pobre en contenido
de hidroacutegeno
El anaacutelisis de TOC en un pozo depende de lasmuestras las cuales se colectan a intervalos de 10
metros de profundidad La vitrinita se compone derestos carbonizados de materia vegetal lentildeosa quese encuentran en casi todas las rocas sedimentariasformadas hace unos 400 millones de antildeos Lareflectancia se refiere a la cantidad de luz reflejadapor un maceral (granos orgaacutenicos del keroacutegeno) Anivel microscoacutepico los maceacuterales se dividen entres grupos Los principales son la liptinita lavitrinita y la inertinita Los maceacuterales se clasificanseguacuten su matiz grisaacuteceo ante el reflejo de la luzLas liptinitas son de color gris oscuro las vitrinitas
son gris claro y las inertinitas son blancas ypueden ser muy brillantes
Las liptinitas se componen de hidroacutegeno y sonricas en hidrocarburos derivados de esporas polencutiacuteculas y resinas Las vitrinitas forman un gelcompuesto de madera corteza y raiacuteces y
contienen menos hidroacutegeno que las liptinitas Lasinertinitas son productos de oxidacioacuten demaceacuterales y por ello maacutes ricas en carbono que lasotras La reflectancia de la vitrinita cambia con elnivel de profundidad y calor de la roca Lareflectancia se evaluacutea con microscopio provisto delente objetivo de inmersioacuten en aceite y fotoacutemetroy se mide como Ro porcentaje de la luz reflejadaen el aceite ldquoEl Ro variacutea seguacuten el tipo de materiaorgaacutenica y sus valores para el gas son superiores alos del aceite Ro gt 15 significa que predominael gas seco 11 lt Ro lt 15 muestra laexistencia de gas con tendencia a la generacioacuten de
aceite 08 lt Ro lt 11 implica presencia de gashuacutemedo 06 lt Ro lt 08 muestra presencia deaceite Ro lt 06 significa que el keroacutegeno esinmadurordquo (Senftle 1001) Un examen adicionaldel keroacutegeno es el ldquoiacutendice de alteracioacuten a latemperaturardquo anaacutelisis microscoacutepico del color delas esporas en el maceral el cual pasa de coloramarillo a marroacuten oscuro y hasta negro en elproceso de maduracioacuten La ldquocromatografiacutea en fasegaseosardquo mide la composicioacuten de hidrocarburoslivianos Combinada con la ldquoespectrometriacutea demasasrdquo identifica las trazas de compuestosorgaacutenicos del keroacutegeno Con estos uacuteltimos estudios
se obtiene la huella geoloacutegica o biomarcadores delas moleacuteculas que identifican el origen yespecificidad de la lutita de lo que se infiere laedad geoloacutegica de las formaciones y el origen desu materia orgaacutenica
B PRODUCCIOacuteN
1 Extraccioacuten de hidrocarburos de la lutita
La distincioacuten entre yacimientos convencionales y
no convencionales de gas o crudo ha sido la demayor uso en el lenguaje industrial Pero la gamacomprende distintas fases de transformacioacuten desdeel gas o el crudo con alto contenido de gas altaporosidad y permeabilidad hasta el tight gas (gasde arenas compactas) cuyo rendimiento es maacutesbajo y el shale gas de yacimientos con escasocontenido de metano muy baja porosidad ypermeabilidad (veacutease el graacutefico 1)
Los yacimientos no convencionales tienen trescaracteriacutesticas comunes contenido energeacutetico bajo
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con respecto al volumen de la roca dispersioacuten deyacimientos en aacutereas muy extensas ypermeabilidad muy baja Su viabilidad econoacutemicasuele ser incierta debido al bajo contenido de gas oaceite en las rocas fuente El volumen extraiacutedo porpozo es muy inferior al de yacimientosconvencionales A fin de que los hidrocarburos deyacimientos no convencionales alcancen viabilidad
econoacutemica su extraccioacuten debe hacerse con lateacutecnica ldquofracturacioacuten hidraacuteulicardquo o fracking yperforar pozos horizontales pozos multilaterales yotras teacutecnicas hasta exponer la mayor parte delyacimiento El fracking se usa en todos loshidrocarburos alojados en rocas de bajapermeabilidad como el tight gas el gas de carboacuteny el gas y el crudo de lutitas Para su explotacioacutenindustrial los yacimientos con permeabilidadmayor a 01 mD se consideran convencionales y elresto no convencionales esencialmenteproductores de gas seco Siendo tan ampliacutea lagama de hidrocarburos no convencionales es
importante distinguir la diferencia entre arenasbituminosas gas de carboacuten (gas grisuacute o coalbed
methane) aceite de arenas compactas (tight oil)gas de arenas compactas (tight gas) crudo delutitas (shale oil) y gas de lutita (shale gas) (IEA2010)
a) Las arenas bituminosas contienenaproximadamente un 83 de arena suelta o
arenisca un 10 de bitumen un 3 de arcilla yun 4 de agua Estaacuten saturadas de un petroacuteleodenso y viscoso conocido como bitumen oalquitraacuten que no fluye a menos que sea calentadoo diluido con hidrocarburos maacutes ligeros Por sugravedad inferior a 10degAPI se cataloga comopetroacuteleo en fase semisoacutelida o soacutelida Las arenasbituminosas yacen a unos 75 metros deprofundidad por lo que se extraen con los meacutetodosde la mineriacutea superficial o in situ y son extraiacutedascon grandes palas mecaacutenicas Despueacutes de laextraccioacuten el aceite se transporta a plantas detratamiento para destilarse en hidrocarburos maacutes
ligeros donde se recupera hasta el 90
Grafico 1 Sistemas Petroleros y Lutitas Generadoras (Resource Playa)
Fuentes Elaboracioacuten a partir de Energy Information Administration World Shale Gas Resources An initial assessment of 14 regions
outside the USArdquo V 2011 McCarthy Kevin et al ldquoLa Geoquiacutemica baacutesica del petroacuteleo para la evaluacioacuten de rocas generadorasrdquotraduccioacuten del artiacuteculo publicado en Oilfield Review 201113
a El teacutermino resource play se refiere a sedimentos que son yacimientos y fuentes explotables de hidrocarburos Los yacimientos cubren varios km2 deextensioacuten y no estaacuten limitados a una estructura geoloacutegica determinada
En su extraccioacuten se usa agua caliente y productosquiacutemicos La piroacutelisis (calentamiento en ausenciade oxiacutegeno) es el proceso maacutes utilizado en laobtencioacuten de hidrocarburos a partir de bitumen Lapiroacutelisis consta de dos procesos la rotura de los
enlaces de keroacutegeno para formar bitumen y ladegradacioacuten del bitumen para formar productosliacutequidos gases y un residuo carbonoso (coque)
La destilacioacuten se hace aumentando la proporcioacutende hidroacutegeno con respecto carboacuten La piroacutelisis para
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producir crudo empieza a ser efectiva a presioacutenatmosfeacuterica y temperaturas superiores a los 400degC Bajo condiciones ideales la mayor parte delkeroacutegeno se convierte en crudo Algunos cataloganla extraccioacuten de aceite por piroacutelisis u otrosmeacutetodos quiacutemicos como produccioacuten de petroacuteleosinteacutetico
La produccioacuten de un barril de crudo requiereseparar el aceite de al menos dos toneladas dearena Los problemas maacutes importantes son elmanejo de gran cantidad de soacutelidos el tamantildeo departiacutecula al que las rocas deben ser fraccionadas eltransporte el calor y la seleccioacuten del meacutetodo paraestablecer la fuente teacutermica adecuada al proceso
b) El gas grisuacute (coal bed methane) es el gasmetano almacenado en la estructura del carboacutenLas minas de carboacuten contienen voluacutemenesimportantes
El gas normalmente se libera durante la extraccioacutenminera Razones de seguridad ambientales yeconoacutemicas han orillado a crear nuevas teacutecnicaspara capturarlo y extraerlo El gas grisuacute seencuentra en yacimientos que no siempre sonrentables ya que pueden estar a grandesprofundidades o carecer de la calidad deseada
Los yacimientos de carboacuten tienen bajapermeabilidad la cual disminuye con laprofundidad Por lo tanto se hace necesario el fracking para que el agua penetre en el carboacuten yatrape el gas
Una vez que se extrae el metano la presioacuten sereduce haciendo fluir el gas por el pozo En laprimera fase del proceso se generan grandesvoluacutemenes de agua contaminada la cual esreinyectada a la formacioacuten En la actualidad seinvestiga la inyeccioacuten de CO2 para aumentar laliberacioacuten del metano
c) El aceite de arenas compactas (thigt oil) es unhidrocarburo ligero que se encuentra en plays conformaciones de baja porosidad Con frecuencia elkeroacutegeno yace en una mezcla de capas maduras de
aceite y estructuras de rocas generadoras de bajapermeabilidad
Extraerlo requiere estimulacioacuten artificial parahacer contacto con las rocas almacenadoras Estecrudo es considerado por algunos como aceite enproceso de maduracioacuten que puede sertransformado en crudo sinteacutetico
d) El petroacuteleo de lutitas (oil shale) se obtiene deuna roca porosa que contiene bitumentransformado en aceite y gas natural en su entierro
El petroacuteleo de lutitas normalmente se encuentra apoca profundidad En las profundidades se puedenencontrar rocas con potencial de generacioacuten deaceite y otros liacutequidos La produccioacuten de petroacuteleono convencional a partir de bitumen requiere laaplicacioacuten de calor
En las lutitas bituminosas la materia orgaacutenicaforma parte de la matriz inorgaacutenica de forma quesoacutelo una parte estaacute quiacutemicamente unida a losconstituyentes minerales Para obtener aceite lalutita bituminosa puede ser quemada de maneradirecta
En los Estados Unidos ha habido problemas conesa teacutecnica porque sus formaciones de lutitastienen baja porosidad y permeabilidad Ademaacutes lalutita quemada puede desarticularse lo queprovocariacutea que la combustioacuten no fuese homogeacuteneaen todo el lecho
El proceso maacutes comuacuten para procesar bitumen es elretorting o destilacioacuten destructiva en hornos querealizan la pirolisis (Qian 2006)
Esto puede hacerse en plantas afuera del pozo y silas condiciones del yacimiento lo permitentambieacuten dentro de eacutel mediante inyeccioacuten de vaporpara permitir que el bitumen fluya hacia la cabezadel pozo
En el retorting de superficie debe extraerseprimero la lutita bituminosa Los equipos de
retorting tienen especificaciones de tamantildeos delutitas a procesar desde cientos de mm hasta maacutesde 1000 mm
Para cumplir las especificaciones es necesariotriturar la lutita primero Actualmente casi todoslos procesos de piroacutelisis y retorting se basan en elcalentamiento directo con fuente de calor con gas
Debido al bajo coeficiente de conductividad delcalor en la roca el tiempo de purificacioacuten esmayor pudiendo durar varias horas
En las partiacuteculas de aceite maacutes pequentildeas la
velocidad de calentamiento es mayor El retortingsubterraacuteneo o in situ para obtener aceite se realizaintroduciendo aire para quemar y realizar lapiroacutelisis de la lutita
Este proceso evita el problema de manejo yeliminacioacuten de gran cantidad de material tiacutepico dela mineriacutea
El retorting in situ puede recuperar la lutitabituminosa a mayor profundidad Pero es poco
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eficiente por el bajo nivel de permeabilidad quedispersa el aire inyectado
El retorting in situ ldquomodificadordquo es maacutes eficientepara resolver el problema de la permeabilidad laparte superior del lecho se saca a la superficie conmeacutetodos mineros a fin de excavar huecos devolumen adecuado para ejecutar la operacioacuten Elyacimiento de aceite de lutita adyacente a laporcioacuten fracturada se desplaza hacia el espaciovaciacuteo
La combustioacuten se inicia con la entrada de aire en laparte superior de los escombros de lutitacalentando varios metros por semana
Por encima de la zona de combustioacuten el gascaliente crea una zona de piroacutelisis donde el aceitese descompone y fluye hacia la parte inferior delos escombros para ser bombeado a la superficie
La mineriacutea de superficie implica riesgos teacutecnicosbajos pero el uso de la piroacutelisis in situ requiere
estricto control del agua para evitar lacontaminacioacuten de los suelos y del medio ambiente
Las teacutecnicas de calentamiento subterraacuteneo de lalutita bituminosa pueden acceder a recursosenterrados a mayor profundidad Existen otrosmeacutetodos de extraccioacuten del aceite de la lutitabituminosa (McCarthy 2011)
En algunos casos se emplea energiacutea eleacutectrica paraaplicar calor in situ Para ello se realizanperforaciones verticales donde se instalan loscalentadores eleacutectricos Los gases y el crudoproducidos son recogidos en perforaciones hechas
para ese propoacutesitoOtros procedimientos se basan en la inyeccioacuten devapor a altas temperaturas por conducto de pozoshorizontales bombeando el bitumen hacia unsegundo pozo horizontal ubicado debajo delprimero
Este proceso demanda menor consumo de energiacuteay garantiza una mayor tasa de recuperacioacuten un70 contra un 25 a 30 de otros meacutetodos deinyeccioacuten de vapor
La produccioacuten de petroacuteleo a partir de arenas
bituminosas requiere de alto consumo de agua dedos a tres barriles por barril de bitumen Recicladael porcentaje de agua disminuye a medio barril poruno de crudo
Un meacutetodo en desarrollo es la utilizacioacuten deldquofluidos supercriacuteticosrdquo para extraer el keroacutegeno5Esta teacutecnica permite por una parte trabajar in situlo cual resuelve el manejo de soacutelidos y por otraminimiza los efectos de transporte al aumentar lacapacidad de adaptarse a la temperatura que lorodea (su difusividad) y disminuir la oposicioacuten del
fluido (es decir la viscosidad del solvente) aniveles cercanos a los de los gases6
5 Un fluido supercriacutetico es cualquier sustancia a temperatura
y presioacuten superiores a su ldquopunto criacuteticordquo donde los liacutequidos
no se distinguen de los gases El fluido se puede difundir
como gas a traveacutes de un soacutelido y disolver materiales como un
liacutequido Cerca del punto criacutetico los pequentildeos cambios de
presioacuten o temperatura resultan en grandes cambios dedensidad lo que permite ldquoajustarrdquo el fluido Los fluidos
supercriacuteticos son sustitutos de los disolventes orgaacutenicos en
una gama de procesos industriales y de laboratorio
6 Difusividad capacidad de adaptarse al fluido
Estos fluidos tienen un poder disolvente similar alde los liacutequidos pero con mejores caracteriacutesticas detransferencia de materia lo que permite mayorextraccioacuten
Estos meacutetodos ahorraraacuten energiacutea facilitaraacuten laseparacioacuten del material extraiacutedo presentaraacuten baja
resistencia a la transferencia de materia y reduciraacutenla peacuterdida de carga en sistemas de flujo (Torrente2008)
e) Gas de arenas compactas (tight gas) y gas delutitas (shale gas) Ambos son gases naturales conbaja permeabilidad (menor a 01 mD) por lo queno fluyen con facilidad
El gas de baja permeabilidad se conoce como deldquoarenas compactasrdquo cuando se encuentra en rocaaceitosa y como gas de lutitas cuando se encuentraen roca caliza
Las formaciones de gas de lutitas son lasestructuras de menor permeabilidad por lo querequieren mayor esfuerzo para llegar a los porosque almacenan el gas
Las lutitas de gas pueden contener dioacutexido decarbono sulfuro de hidroacutegeno o radoacuten radiactivoademaacutes de metano seguacuten las caracteriacutesticas deldepoacutesito El gas es igual al de yacimientosconvencionales pero el meacutetodo de produccioacuten esdistinto
Su extraccioacuten no siempre es rentable mediante
pozos verticales por su flujo deacutebil Tanto laproduccioacuten de gas de arenas compactas como la delutitas se realizan por conducto de pozoshorizontales con fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere bombeo defluidos a los pozos para aumentar la presioacuten yfracturar la roca A fin de mantener abierta lafractura la inyeccioacuten es sustituida por arena de altapermeabilidad
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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constituyente maacutes simple metano La mayor partede las reservas de gas natural y petroacuteleo provienende lutitas ricas en materia orgaacutenica El proceso deformacioacuten de las rocas a partir de sedimentostiende a reducir la porosidad y aumentar laaglutinacioacuten de los materiales Este procesodiageneacutetico se inicia antes del reposo de loscomponentes por lo cual los fragmentos que
terminan formando las rocas pueden quedarcubiertos por capas de oacutexidos metaacutelicos y arcillas apartir de minerales degradados Los poros de laslutitas son tan pequentildeos que se miden ennanoacutemetros una milmilloneacutesima de un metro(nm) El tamantildeo medio de un poro de lutita es de 3nm aunque algunos llegan a medir maacutes de 100nmLas cadenas de aacutetomos de carbono (ldquociacuteclicosrdquo enforma de lazo o anillo) forman hidrocarburos quese transportan por medio de sedimentos finos conpermeabilidad de 10ndash3 a 10ndash11 milidarcies Loscompuestos moleculares maacutes pequentildeos puedenmigrar a maacutes de 6000 m de profundidad en lutitas
con porosidad del 10 o menos2
1 La lutita es una roca sedimentaria formada por fragmentos
soacutelidos transportados por el agua o el viento a una cuenca
sedimentaria (lutita detriacutetica) o formada de areniscas
provenientes de la compactacioacuten de partiacuteculas de otras rocas
(lutita claacutestica) La compactacioacuten puede convertir a las lutitas
en pizarras o en filitas que son rocas brillosas compuestas
por cristales El proceso de formacioacuten y compactacioacuten de la
lutita es decir su diageacutenesis se produce a 5 o 6 km de la
corteza terrestre a temperaturas inferiores a 200ordm C
2 1 darcy = 9869233 x 10-13 m2 El darcy (D) es una unidad
que se usa para medir la permeabilidad y de manera maacutescomuacuten el milidarcy (mD) La permeabilidad de areniscas y
lutitas arroja valores de 90 x 10-19 m2 a 24 x 10-12 m2 para
el agua y entre 17 x 10-17 m2 y 26 x 10-12 m2 para el gas
nitroacutegeno
Los procesos diageneacuteticos tienden a realzar lasdiferencias entre los sedimentos (tamantildeo y colorde granos entre otros) de modo que las rocas seconfiguran en capas de cierta continuidaddenominadas estratos aglutinados en laacuteminas queforman capas La liacutenea de estratificacioacuten de cadacapa marca la terminacioacuten de un evento Lo quemaacutes interesa de una capa estratigraacutefica es sugeometriacutea interna con respecto al conjunto que larodea ya que dichas estructuras indican elambiente de formacioacuten
2 Generacioacuten de petroacuteleo y gas natural de lutita
El shale gas es metano producido por depoacutesitos delutitas y otras rocas de grano fino Grandesvoluacutemenes de hidrocarburos pueden quedar
almacenados en rocas fracturas o poros muypequentildeos con permeabilidad muy baja A esto se lellama shale gas gas de lutita o gas de pizarrabituminosa Esta uacuteltima no contiene hidrocarburosmaduros salvo el precursor keroacutegeno3 Las lutitasson tambieacuten las rocas madre u originarias de losyacimientos convencionales de gas natural y ellasmismas pueden contenerlo El gas se almacena de
tres maneras absorbido por el keroacutegeno atrapadoen poros de sedimentos de grano fino intercaladosen la lutita o confinado en sus fracturas internasEl potencial gasiacutefero y petroliacutefero de una roca delutita estaacute en funcioacuten de su volumen (medido enespesor y extensioacuten de aacuterea) riqueza orgaacutenica(cantidad y tipo de materia orgaacutenica) y madurezteacutermica (tiempo de exposicioacuten de la roca al calor)Debido a que la temperatura aumenta con laprofundidad de sepultamiento de la roca y elgradiente teacutermico de la cuenca el calor conviertela materia orgaacutenica en keroacutegeno Eacuteste se conviertea su vez en bitumen que a cierta temperatura
libera los compuestos del petroacuteleo Por ello laprioridad de los exploradores hasta ahora ha sidoconocer el potencial petroliacutefero y de otros liacutequidosde alto valor en el mercado4
El keroacutegeno se clasifica en cuatro tipos
a) El generado en ambientes lacustres ricos enplancton reelaborado por la accioacuten de bacterias ymicroorganismos Rico en hidroacutegeno y bajo enoxiacutegeno su tipo es poco comuacuten
b) El generado en ambientes marinos deprofundidad media a partir de restos de plancton y
reelaborado por bacterias Es rico en hidroacutegeno ybajo en carbono La generacioacuten de crudo y gasdepende de la temperatura
c) El proveniente de restos vegetales terrestresPosee menor contenido de hidroacutegeno y mayorcontenido de oxiacutegeno que los tipos a) y b) por loque genera gas seco
d) El generado a partir de materia orgaacutenica residualsujeta a erosioacuten combustioacuten u oxidacioacuten Tienealto contenido de carbono y poco hidroacutegeno conbajo potencial para generar hidrocarburos En lossiguientes paacuterrafos se describe la secuencia de
formacioacuten y transformacioacuten del keroacutegeno enbitumen y posteriormente en otros liacutequidos gasesy en algunos casos en coque Como se hamencionado la maduracioacuten teacutermica del carbono ydel hidroacutegeno produce moleacuteculas de hidrocarburoscada vez maacutes pequentildeas aumentando asiacute sucontenido de hidroacutegeno hasta formar metano(CH4) A temperaturas inferiores a los 50 degC ladescomposicioacuten de la materia puede generar gasseco Entre los 50 degC y 150 degC la materia seconvierte en keroacutegeno el cual involuciona hacia su
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etapa ancestral en la que genera aceite y gas Loskeroacutegenos tipo I y II producen gas y aceitemientras que los de tipo III generan gasprincipalmente A mayor profundidad de entierromayor presioacuten y temperatura generan mezclas demetano etano propano y otros hidrocarburosCuando la temperatura supera los 150 degC segenera anhiacutedrido carboacutenico (CO2) nitroacutegeno (N2)
y sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Las lutitas con altocontenido de keroacutegeno tienen una estructura maacutescompacta menor laminacioacuten y coloraciones maacutesvariables Esto se debe a la variacioacuten de la cantidadde materia orgaacutenica y al estado de oxidacioacuten de lasimpurezas de hierro presentes en ellas aunquealgunos compuestos del petroacuteleo se liberan atemperaturas inferiores que las de ladescomposicioacuten del keroacutegeno Para conocer elpotencial de generacioacuten de gas o aceite esnecesario medir el carbono orgaacutenico total (TOC)de la roca Adicionalmente se aplican pruebas depiroacutelisis reflectancia de vitrinita alteracioacuten de
temperatura cromatografiacutea espectrometriacutea y enalgunos casos isotoacutepicas (McCarthy 2011)
3 La palabra keroacutegeno proviene del griego que significa
ldquoproductor de cerardquo Es una sustancia compleja formada por
largas cadenas de carbono e hidroacutegeno con aacutetomos de
oxiacutegeno nitroacutegeno y azufre La composicioacuten del keroacutegeno
variacutea con el origen y evolucioacuten de las diferentes clases de
lutitas sus contenidos quiacutemicos y cantidad tienen tambieacuten un
amplio rango de variacioacuten El keroacutegeno se define como la
fraccioacuten de materia orgaacutenica normalmente insoluble en
disolventes orgaacutenicos a diferencia de la parte denominada
bitumen
4 Si bien muchas rocas generadoras ricas en materia
orgaacutenica son arcillosas los carbonatos tambieacuten pueden
formar rocas generadoras y yacimientos Algunos pueden
contener entre un 10 y un 30 de carbono orgaacutenico total
(TOC) con una proporcioacuten superior a 12 entre los aacutetomos
de hidroacutegeno y los de carbono a diferencia de las lutitas
cuyo TOC puede ser inferior al 5 A medida que la roca
libera petroacuteleo el keroacutegeno se vuelve maacutes pobre en contenido
de hidroacutegeno
El anaacutelisis de TOC en un pozo depende de lasmuestras las cuales se colectan a intervalos de 10
metros de profundidad La vitrinita se compone derestos carbonizados de materia vegetal lentildeosa quese encuentran en casi todas las rocas sedimentariasformadas hace unos 400 millones de antildeos Lareflectancia se refiere a la cantidad de luz reflejadapor un maceral (granos orgaacutenicos del keroacutegeno) Anivel microscoacutepico los maceacuterales se dividen entres grupos Los principales son la liptinita lavitrinita y la inertinita Los maceacuterales se clasificanseguacuten su matiz grisaacuteceo ante el reflejo de la luzLas liptinitas son de color gris oscuro las vitrinitas
son gris claro y las inertinitas son blancas ypueden ser muy brillantes
Las liptinitas se componen de hidroacutegeno y sonricas en hidrocarburos derivados de esporas polencutiacuteculas y resinas Las vitrinitas forman un gelcompuesto de madera corteza y raiacuteces y
contienen menos hidroacutegeno que las liptinitas Lasinertinitas son productos de oxidacioacuten demaceacuterales y por ello maacutes ricas en carbono que lasotras La reflectancia de la vitrinita cambia con elnivel de profundidad y calor de la roca Lareflectancia se evaluacutea con microscopio provisto delente objetivo de inmersioacuten en aceite y fotoacutemetroy se mide como Ro porcentaje de la luz reflejadaen el aceite ldquoEl Ro variacutea seguacuten el tipo de materiaorgaacutenica y sus valores para el gas son superiores alos del aceite Ro gt 15 significa que predominael gas seco 11 lt Ro lt 15 muestra laexistencia de gas con tendencia a la generacioacuten de
aceite 08 lt Ro lt 11 implica presencia de gashuacutemedo 06 lt Ro lt 08 muestra presencia deaceite Ro lt 06 significa que el keroacutegeno esinmadurordquo (Senftle 1001) Un examen adicionaldel keroacutegeno es el ldquoiacutendice de alteracioacuten a latemperaturardquo anaacutelisis microscoacutepico del color delas esporas en el maceral el cual pasa de coloramarillo a marroacuten oscuro y hasta negro en elproceso de maduracioacuten La ldquocromatografiacutea en fasegaseosardquo mide la composicioacuten de hidrocarburoslivianos Combinada con la ldquoespectrometriacutea demasasrdquo identifica las trazas de compuestosorgaacutenicos del keroacutegeno Con estos uacuteltimos estudios
se obtiene la huella geoloacutegica o biomarcadores delas moleacuteculas que identifican el origen yespecificidad de la lutita de lo que se infiere laedad geoloacutegica de las formaciones y el origen desu materia orgaacutenica
B PRODUCCIOacuteN
1 Extraccioacuten de hidrocarburos de la lutita
La distincioacuten entre yacimientos convencionales y
no convencionales de gas o crudo ha sido la demayor uso en el lenguaje industrial Pero la gamacomprende distintas fases de transformacioacuten desdeel gas o el crudo con alto contenido de gas altaporosidad y permeabilidad hasta el tight gas (gasde arenas compactas) cuyo rendimiento es maacutesbajo y el shale gas de yacimientos con escasocontenido de metano muy baja porosidad ypermeabilidad (veacutease el graacutefico 1)
Los yacimientos no convencionales tienen trescaracteriacutesticas comunes contenido energeacutetico bajo
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con respecto al volumen de la roca dispersioacuten deyacimientos en aacutereas muy extensas ypermeabilidad muy baja Su viabilidad econoacutemicasuele ser incierta debido al bajo contenido de gas oaceite en las rocas fuente El volumen extraiacutedo porpozo es muy inferior al de yacimientosconvencionales A fin de que los hidrocarburos deyacimientos no convencionales alcancen viabilidad
econoacutemica su extraccioacuten debe hacerse con lateacutecnica ldquofracturacioacuten hidraacuteulicardquo o fracking yperforar pozos horizontales pozos multilaterales yotras teacutecnicas hasta exponer la mayor parte delyacimiento El fracking se usa en todos loshidrocarburos alojados en rocas de bajapermeabilidad como el tight gas el gas de carboacuteny el gas y el crudo de lutitas Para su explotacioacutenindustrial los yacimientos con permeabilidadmayor a 01 mD se consideran convencionales y elresto no convencionales esencialmenteproductores de gas seco Siendo tan ampliacutea lagama de hidrocarburos no convencionales es
importante distinguir la diferencia entre arenasbituminosas gas de carboacuten (gas grisuacute o coalbed
methane) aceite de arenas compactas (tight oil)gas de arenas compactas (tight gas) crudo delutitas (shale oil) y gas de lutita (shale gas) (IEA2010)
a) Las arenas bituminosas contienenaproximadamente un 83 de arena suelta o
arenisca un 10 de bitumen un 3 de arcilla yun 4 de agua Estaacuten saturadas de un petroacuteleodenso y viscoso conocido como bitumen oalquitraacuten que no fluye a menos que sea calentadoo diluido con hidrocarburos maacutes ligeros Por sugravedad inferior a 10degAPI se cataloga comopetroacuteleo en fase semisoacutelida o soacutelida Las arenasbituminosas yacen a unos 75 metros deprofundidad por lo que se extraen con los meacutetodosde la mineriacutea superficial o in situ y son extraiacutedascon grandes palas mecaacutenicas Despueacutes de laextraccioacuten el aceite se transporta a plantas detratamiento para destilarse en hidrocarburos maacutes
ligeros donde se recupera hasta el 90
Grafico 1 Sistemas Petroleros y Lutitas Generadoras (Resource Playa)
Fuentes Elaboracioacuten a partir de Energy Information Administration World Shale Gas Resources An initial assessment of 14 regions
outside the USArdquo V 2011 McCarthy Kevin et al ldquoLa Geoquiacutemica baacutesica del petroacuteleo para la evaluacioacuten de rocas generadorasrdquotraduccioacuten del artiacuteculo publicado en Oilfield Review 201113
a El teacutermino resource play se refiere a sedimentos que son yacimientos y fuentes explotables de hidrocarburos Los yacimientos cubren varios km2 deextensioacuten y no estaacuten limitados a una estructura geoloacutegica determinada
En su extraccioacuten se usa agua caliente y productosquiacutemicos La piroacutelisis (calentamiento en ausenciade oxiacutegeno) es el proceso maacutes utilizado en laobtencioacuten de hidrocarburos a partir de bitumen Lapiroacutelisis consta de dos procesos la rotura de los
enlaces de keroacutegeno para formar bitumen y ladegradacioacuten del bitumen para formar productosliacutequidos gases y un residuo carbonoso (coque)
La destilacioacuten se hace aumentando la proporcioacutende hidroacutegeno con respecto carboacuten La piroacutelisis para
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producir crudo empieza a ser efectiva a presioacutenatmosfeacuterica y temperaturas superiores a los 400degC Bajo condiciones ideales la mayor parte delkeroacutegeno se convierte en crudo Algunos cataloganla extraccioacuten de aceite por piroacutelisis u otrosmeacutetodos quiacutemicos como produccioacuten de petroacuteleosinteacutetico
La produccioacuten de un barril de crudo requiereseparar el aceite de al menos dos toneladas dearena Los problemas maacutes importantes son elmanejo de gran cantidad de soacutelidos el tamantildeo departiacutecula al que las rocas deben ser fraccionadas eltransporte el calor y la seleccioacuten del meacutetodo paraestablecer la fuente teacutermica adecuada al proceso
b) El gas grisuacute (coal bed methane) es el gasmetano almacenado en la estructura del carboacutenLas minas de carboacuten contienen voluacutemenesimportantes
El gas normalmente se libera durante la extraccioacutenminera Razones de seguridad ambientales yeconoacutemicas han orillado a crear nuevas teacutecnicaspara capturarlo y extraerlo El gas grisuacute seencuentra en yacimientos que no siempre sonrentables ya que pueden estar a grandesprofundidades o carecer de la calidad deseada
Los yacimientos de carboacuten tienen bajapermeabilidad la cual disminuye con laprofundidad Por lo tanto se hace necesario el fracking para que el agua penetre en el carboacuten yatrape el gas
Una vez que se extrae el metano la presioacuten sereduce haciendo fluir el gas por el pozo En laprimera fase del proceso se generan grandesvoluacutemenes de agua contaminada la cual esreinyectada a la formacioacuten En la actualidad seinvestiga la inyeccioacuten de CO2 para aumentar laliberacioacuten del metano
c) El aceite de arenas compactas (thigt oil) es unhidrocarburo ligero que se encuentra en plays conformaciones de baja porosidad Con frecuencia elkeroacutegeno yace en una mezcla de capas maduras de
aceite y estructuras de rocas generadoras de bajapermeabilidad
Extraerlo requiere estimulacioacuten artificial parahacer contacto con las rocas almacenadoras Estecrudo es considerado por algunos como aceite enproceso de maduracioacuten que puede sertransformado en crudo sinteacutetico
d) El petroacuteleo de lutitas (oil shale) se obtiene deuna roca porosa que contiene bitumentransformado en aceite y gas natural en su entierro
El petroacuteleo de lutitas normalmente se encuentra apoca profundidad En las profundidades se puedenencontrar rocas con potencial de generacioacuten deaceite y otros liacutequidos La produccioacuten de petroacuteleono convencional a partir de bitumen requiere laaplicacioacuten de calor
En las lutitas bituminosas la materia orgaacutenicaforma parte de la matriz inorgaacutenica de forma quesoacutelo una parte estaacute quiacutemicamente unida a losconstituyentes minerales Para obtener aceite lalutita bituminosa puede ser quemada de maneradirecta
En los Estados Unidos ha habido problemas conesa teacutecnica porque sus formaciones de lutitastienen baja porosidad y permeabilidad Ademaacutes lalutita quemada puede desarticularse lo queprovocariacutea que la combustioacuten no fuese homogeacuteneaen todo el lecho
El proceso maacutes comuacuten para procesar bitumen es elretorting o destilacioacuten destructiva en hornos querealizan la pirolisis (Qian 2006)
Esto puede hacerse en plantas afuera del pozo y silas condiciones del yacimiento lo permitentambieacuten dentro de eacutel mediante inyeccioacuten de vaporpara permitir que el bitumen fluya hacia la cabezadel pozo
En el retorting de superficie debe extraerseprimero la lutita bituminosa Los equipos de
retorting tienen especificaciones de tamantildeos delutitas a procesar desde cientos de mm hasta maacutesde 1000 mm
Para cumplir las especificaciones es necesariotriturar la lutita primero Actualmente casi todoslos procesos de piroacutelisis y retorting se basan en elcalentamiento directo con fuente de calor con gas
Debido al bajo coeficiente de conductividad delcalor en la roca el tiempo de purificacioacuten esmayor pudiendo durar varias horas
En las partiacuteculas de aceite maacutes pequentildeas la
velocidad de calentamiento es mayor El retortingsubterraacuteneo o in situ para obtener aceite se realizaintroduciendo aire para quemar y realizar lapiroacutelisis de la lutita
Este proceso evita el problema de manejo yeliminacioacuten de gran cantidad de material tiacutepico dela mineriacutea
El retorting in situ puede recuperar la lutitabituminosa a mayor profundidad Pero es poco
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eficiente por el bajo nivel de permeabilidad quedispersa el aire inyectado
El retorting in situ ldquomodificadordquo es maacutes eficientepara resolver el problema de la permeabilidad laparte superior del lecho se saca a la superficie conmeacutetodos mineros a fin de excavar huecos devolumen adecuado para ejecutar la operacioacuten Elyacimiento de aceite de lutita adyacente a laporcioacuten fracturada se desplaza hacia el espaciovaciacuteo
La combustioacuten se inicia con la entrada de aire en laparte superior de los escombros de lutitacalentando varios metros por semana
Por encima de la zona de combustioacuten el gascaliente crea una zona de piroacutelisis donde el aceitese descompone y fluye hacia la parte inferior delos escombros para ser bombeado a la superficie
La mineriacutea de superficie implica riesgos teacutecnicosbajos pero el uso de la piroacutelisis in situ requiere
estricto control del agua para evitar lacontaminacioacuten de los suelos y del medio ambiente
Las teacutecnicas de calentamiento subterraacuteneo de lalutita bituminosa pueden acceder a recursosenterrados a mayor profundidad Existen otrosmeacutetodos de extraccioacuten del aceite de la lutitabituminosa (McCarthy 2011)
En algunos casos se emplea energiacutea eleacutectrica paraaplicar calor in situ Para ello se realizanperforaciones verticales donde se instalan loscalentadores eleacutectricos Los gases y el crudoproducidos son recogidos en perforaciones hechas
para ese propoacutesitoOtros procedimientos se basan en la inyeccioacuten devapor a altas temperaturas por conducto de pozoshorizontales bombeando el bitumen hacia unsegundo pozo horizontal ubicado debajo delprimero
Este proceso demanda menor consumo de energiacuteay garantiza una mayor tasa de recuperacioacuten un70 contra un 25 a 30 de otros meacutetodos deinyeccioacuten de vapor
La produccioacuten de petroacuteleo a partir de arenas
bituminosas requiere de alto consumo de agua dedos a tres barriles por barril de bitumen Recicladael porcentaje de agua disminuye a medio barril poruno de crudo
Un meacutetodo en desarrollo es la utilizacioacuten deldquofluidos supercriacuteticosrdquo para extraer el keroacutegeno5Esta teacutecnica permite por una parte trabajar in situlo cual resuelve el manejo de soacutelidos y por otraminimiza los efectos de transporte al aumentar lacapacidad de adaptarse a la temperatura que lorodea (su difusividad) y disminuir la oposicioacuten del
fluido (es decir la viscosidad del solvente) aniveles cercanos a los de los gases6
5 Un fluido supercriacutetico es cualquier sustancia a temperatura
y presioacuten superiores a su ldquopunto criacuteticordquo donde los liacutequidos
no se distinguen de los gases El fluido se puede difundir
como gas a traveacutes de un soacutelido y disolver materiales como un
liacutequido Cerca del punto criacutetico los pequentildeos cambios de
presioacuten o temperatura resultan en grandes cambios dedensidad lo que permite ldquoajustarrdquo el fluido Los fluidos
supercriacuteticos son sustitutos de los disolventes orgaacutenicos en
una gama de procesos industriales y de laboratorio
6 Difusividad capacidad de adaptarse al fluido
Estos fluidos tienen un poder disolvente similar alde los liacutequidos pero con mejores caracteriacutesticas detransferencia de materia lo que permite mayorextraccioacuten
Estos meacutetodos ahorraraacuten energiacutea facilitaraacuten laseparacioacuten del material extraiacutedo presentaraacuten baja
resistencia a la transferencia de materia y reduciraacutenla peacuterdida de carga en sistemas de flujo (Torrente2008)
e) Gas de arenas compactas (tight gas) y gas delutitas (shale gas) Ambos son gases naturales conbaja permeabilidad (menor a 01 mD) por lo queno fluyen con facilidad
El gas de baja permeabilidad se conoce como deldquoarenas compactasrdquo cuando se encuentra en rocaaceitosa y como gas de lutitas cuando se encuentraen roca caliza
Las formaciones de gas de lutitas son lasestructuras de menor permeabilidad por lo querequieren mayor esfuerzo para llegar a los porosque almacenan el gas
Las lutitas de gas pueden contener dioacutexido decarbono sulfuro de hidroacutegeno o radoacuten radiactivoademaacutes de metano seguacuten las caracteriacutesticas deldepoacutesito El gas es igual al de yacimientosconvencionales pero el meacutetodo de produccioacuten esdistinto
Su extraccioacuten no siempre es rentable mediante
pozos verticales por su flujo deacutebil Tanto laproduccioacuten de gas de arenas compactas como la delutitas se realizan por conducto de pozoshorizontales con fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere bombeo defluidos a los pozos para aumentar la presioacuten yfracturar la roca A fin de mantener abierta lafractura la inyeccioacuten es sustituida por arena de altapermeabilidad
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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etapa ancestral en la que genera aceite y gas Loskeroacutegenos tipo I y II producen gas y aceitemientras que los de tipo III generan gasprincipalmente A mayor profundidad de entierromayor presioacuten y temperatura generan mezclas demetano etano propano y otros hidrocarburosCuando la temperatura supera los 150 degC segenera anhiacutedrido carboacutenico (CO2) nitroacutegeno (N2)
y sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Las lutitas con altocontenido de keroacutegeno tienen una estructura maacutescompacta menor laminacioacuten y coloraciones maacutesvariables Esto se debe a la variacioacuten de la cantidadde materia orgaacutenica y al estado de oxidacioacuten de lasimpurezas de hierro presentes en ellas aunquealgunos compuestos del petroacuteleo se liberan atemperaturas inferiores que las de ladescomposicioacuten del keroacutegeno Para conocer elpotencial de generacioacuten de gas o aceite esnecesario medir el carbono orgaacutenico total (TOC)de la roca Adicionalmente se aplican pruebas depiroacutelisis reflectancia de vitrinita alteracioacuten de
temperatura cromatografiacutea espectrometriacutea y enalgunos casos isotoacutepicas (McCarthy 2011)
3 La palabra keroacutegeno proviene del griego que significa
ldquoproductor de cerardquo Es una sustancia compleja formada por
largas cadenas de carbono e hidroacutegeno con aacutetomos de
oxiacutegeno nitroacutegeno y azufre La composicioacuten del keroacutegeno
variacutea con el origen y evolucioacuten de las diferentes clases de
lutitas sus contenidos quiacutemicos y cantidad tienen tambieacuten un
amplio rango de variacioacuten El keroacutegeno se define como la
fraccioacuten de materia orgaacutenica normalmente insoluble en
disolventes orgaacutenicos a diferencia de la parte denominada
bitumen
4 Si bien muchas rocas generadoras ricas en materia
orgaacutenica son arcillosas los carbonatos tambieacuten pueden
formar rocas generadoras y yacimientos Algunos pueden
contener entre un 10 y un 30 de carbono orgaacutenico total
(TOC) con una proporcioacuten superior a 12 entre los aacutetomos
de hidroacutegeno y los de carbono a diferencia de las lutitas
cuyo TOC puede ser inferior al 5 A medida que la roca
libera petroacuteleo el keroacutegeno se vuelve maacutes pobre en contenido
de hidroacutegeno
El anaacutelisis de TOC en un pozo depende de lasmuestras las cuales se colectan a intervalos de 10
metros de profundidad La vitrinita se compone derestos carbonizados de materia vegetal lentildeosa quese encuentran en casi todas las rocas sedimentariasformadas hace unos 400 millones de antildeos Lareflectancia se refiere a la cantidad de luz reflejadapor un maceral (granos orgaacutenicos del keroacutegeno) Anivel microscoacutepico los maceacuterales se dividen entres grupos Los principales son la liptinita lavitrinita y la inertinita Los maceacuterales se clasificanseguacuten su matiz grisaacuteceo ante el reflejo de la luzLas liptinitas son de color gris oscuro las vitrinitas
son gris claro y las inertinitas son blancas ypueden ser muy brillantes
Las liptinitas se componen de hidroacutegeno y sonricas en hidrocarburos derivados de esporas polencutiacuteculas y resinas Las vitrinitas forman un gelcompuesto de madera corteza y raiacuteces y
contienen menos hidroacutegeno que las liptinitas Lasinertinitas son productos de oxidacioacuten demaceacuterales y por ello maacutes ricas en carbono que lasotras La reflectancia de la vitrinita cambia con elnivel de profundidad y calor de la roca Lareflectancia se evaluacutea con microscopio provisto delente objetivo de inmersioacuten en aceite y fotoacutemetroy se mide como Ro porcentaje de la luz reflejadaen el aceite ldquoEl Ro variacutea seguacuten el tipo de materiaorgaacutenica y sus valores para el gas son superiores alos del aceite Ro gt 15 significa que predominael gas seco 11 lt Ro lt 15 muestra laexistencia de gas con tendencia a la generacioacuten de
aceite 08 lt Ro lt 11 implica presencia de gashuacutemedo 06 lt Ro lt 08 muestra presencia deaceite Ro lt 06 significa que el keroacutegeno esinmadurordquo (Senftle 1001) Un examen adicionaldel keroacutegeno es el ldquoiacutendice de alteracioacuten a latemperaturardquo anaacutelisis microscoacutepico del color delas esporas en el maceral el cual pasa de coloramarillo a marroacuten oscuro y hasta negro en elproceso de maduracioacuten La ldquocromatografiacutea en fasegaseosardquo mide la composicioacuten de hidrocarburoslivianos Combinada con la ldquoespectrometriacutea demasasrdquo identifica las trazas de compuestosorgaacutenicos del keroacutegeno Con estos uacuteltimos estudios
se obtiene la huella geoloacutegica o biomarcadores delas moleacuteculas que identifican el origen yespecificidad de la lutita de lo que se infiere laedad geoloacutegica de las formaciones y el origen desu materia orgaacutenica
B PRODUCCIOacuteN
1 Extraccioacuten de hidrocarburos de la lutita
La distincioacuten entre yacimientos convencionales y
no convencionales de gas o crudo ha sido la demayor uso en el lenguaje industrial Pero la gamacomprende distintas fases de transformacioacuten desdeel gas o el crudo con alto contenido de gas altaporosidad y permeabilidad hasta el tight gas (gasde arenas compactas) cuyo rendimiento es maacutesbajo y el shale gas de yacimientos con escasocontenido de metano muy baja porosidad ypermeabilidad (veacutease el graacutefico 1)
Los yacimientos no convencionales tienen trescaracteriacutesticas comunes contenido energeacutetico bajo
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con respecto al volumen de la roca dispersioacuten deyacimientos en aacutereas muy extensas ypermeabilidad muy baja Su viabilidad econoacutemicasuele ser incierta debido al bajo contenido de gas oaceite en las rocas fuente El volumen extraiacutedo porpozo es muy inferior al de yacimientosconvencionales A fin de que los hidrocarburos deyacimientos no convencionales alcancen viabilidad
econoacutemica su extraccioacuten debe hacerse con lateacutecnica ldquofracturacioacuten hidraacuteulicardquo o fracking yperforar pozos horizontales pozos multilaterales yotras teacutecnicas hasta exponer la mayor parte delyacimiento El fracking se usa en todos loshidrocarburos alojados en rocas de bajapermeabilidad como el tight gas el gas de carboacuteny el gas y el crudo de lutitas Para su explotacioacutenindustrial los yacimientos con permeabilidadmayor a 01 mD se consideran convencionales y elresto no convencionales esencialmenteproductores de gas seco Siendo tan ampliacutea lagama de hidrocarburos no convencionales es
importante distinguir la diferencia entre arenasbituminosas gas de carboacuten (gas grisuacute o coalbed
methane) aceite de arenas compactas (tight oil)gas de arenas compactas (tight gas) crudo delutitas (shale oil) y gas de lutita (shale gas) (IEA2010)
a) Las arenas bituminosas contienenaproximadamente un 83 de arena suelta o
arenisca un 10 de bitumen un 3 de arcilla yun 4 de agua Estaacuten saturadas de un petroacuteleodenso y viscoso conocido como bitumen oalquitraacuten que no fluye a menos que sea calentadoo diluido con hidrocarburos maacutes ligeros Por sugravedad inferior a 10degAPI se cataloga comopetroacuteleo en fase semisoacutelida o soacutelida Las arenasbituminosas yacen a unos 75 metros deprofundidad por lo que se extraen con los meacutetodosde la mineriacutea superficial o in situ y son extraiacutedascon grandes palas mecaacutenicas Despueacutes de laextraccioacuten el aceite se transporta a plantas detratamiento para destilarse en hidrocarburos maacutes
ligeros donde se recupera hasta el 90
Grafico 1 Sistemas Petroleros y Lutitas Generadoras (Resource Playa)
Fuentes Elaboracioacuten a partir de Energy Information Administration World Shale Gas Resources An initial assessment of 14 regions
outside the USArdquo V 2011 McCarthy Kevin et al ldquoLa Geoquiacutemica baacutesica del petroacuteleo para la evaluacioacuten de rocas generadorasrdquotraduccioacuten del artiacuteculo publicado en Oilfield Review 201113
a El teacutermino resource play se refiere a sedimentos que son yacimientos y fuentes explotables de hidrocarburos Los yacimientos cubren varios km2 deextensioacuten y no estaacuten limitados a una estructura geoloacutegica determinada
En su extraccioacuten se usa agua caliente y productosquiacutemicos La piroacutelisis (calentamiento en ausenciade oxiacutegeno) es el proceso maacutes utilizado en laobtencioacuten de hidrocarburos a partir de bitumen Lapiroacutelisis consta de dos procesos la rotura de los
enlaces de keroacutegeno para formar bitumen y ladegradacioacuten del bitumen para formar productosliacutequidos gases y un residuo carbonoso (coque)
La destilacioacuten se hace aumentando la proporcioacutende hidroacutegeno con respecto carboacuten La piroacutelisis para
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producir crudo empieza a ser efectiva a presioacutenatmosfeacuterica y temperaturas superiores a los 400degC Bajo condiciones ideales la mayor parte delkeroacutegeno se convierte en crudo Algunos cataloganla extraccioacuten de aceite por piroacutelisis u otrosmeacutetodos quiacutemicos como produccioacuten de petroacuteleosinteacutetico
La produccioacuten de un barril de crudo requiereseparar el aceite de al menos dos toneladas dearena Los problemas maacutes importantes son elmanejo de gran cantidad de soacutelidos el tamantildeo departiacutecula al que las rocas deben ser fraccionadas eltransporte el calor y la seleccioacuten del meacutetodo paraestablecer la fuente teacutermica adecuada al proceso
b) El gas grisuacute (coal bed methane) es el gasmetano almacenado en la estructura del carboacutenLas minas de carboacuten contienen voluacutemenesimportantes
El gas normalmente se libera durante la extraccioacutenminera Razones de seguridad ambientales yeconoacutemicas han orillado a crear nuevas teacutecnicaspara capturarlo y extraerlo El gas grisuacute seencuentra en yacimientos que no siempre sonrentables ya que pueden estar a grandesprofundidades o carecer de la calidad deseada
Los yacimientos de carboacuten tienen bajapermeabilidad la cual disminuye con laprofundidad Por lo tanto se hace necesario el fracking para que el agua penetre en el carboacuten yatrape el gas
Una vez que se extrae el metano la presioacuten sereduce haciendo fluir el gas por el pozo En laprimera fase del proceso se generan grandesvoluacutemenes de agua contaminada la cual esreinyectada a la formacioacuten En la actualidad seinvestiga la inyeccioacuten de CO2 para aumentar laliberacioacuten del metano
c) El aceite de arenas compactas (thigt oil) es unhidrocarburo ligero que se encuentra en plays conformaciones de baja porosidad Con frecuencia elkeroacutegeno yace en una mezcla de capas maduras de
aceite y estructuras de rocas generadoras de bajapermeabilidad
Extraerlo requiere estimulacioacuten artificial parahacer contacto con las rocas almacenadoras Estecrudo es considerado por algunos como aceite enproceso de maduracioacuten que puede sertransformado en crudo sinteacutetico
d) El petroacuteleo de lutitas (oil shale) se obtiene deuna roca porosa que contiene bitumentransformado en aceite y gas natural en su entierro
El petroacuteleo de lutitas normalmente se encuentra apoca profundidad En las profundidades se puedenencontrar rocas con potencial de generacioacuten deaceite y otros liacutequidos La produccioacuten de petroacuteleono convencional a partir de bitumen requiere laaplicacioacuten de calor
En las lutitas bituminosas la materia orgaacutenicaforma parte de la matriz inorgaacutenica de forma quesoacutelo una parte estaacute quiacutemicamente unida a losconstituyentes minerales Para obtener aceite lalutita bituminosa puede ser quemada de maneradirecta
En los Estados Unidos ha habido problemas conesa teacutecnica porque sus formaciones de lutitastienen baja porosidad y permeabilidad Ademaacutes lalutita quemada puede desarticularse lo queprovocariacutea que la combustioacuten no fuese homogeacuteneaen todo el lecho
El proceso maacutes comuacuten para procesar bitumen es elretorting o destilacioacuten destructiva en hornos querealizan la pirolisis (Qian 2006)
Esto puede hacerse en plantas afuera del pozo y silas condiciones del yacimiento lo permitentambieacuten dentro de eacutel mediante inyeccioacuten de vaporpara permitir que el bitumen fluya hacia la cabezadel pozo
En el retorting de superficie debe extraerseprimero la lutita bituminosa Los equipos de
retorting tienen especificaciones de tamantildeos delutitas a procesar desde cientos de mm hasta maacutesde 1000 mm
Para cumplir las especificaciones es necesariotriturar la lutita primero Actualmente casi todoslos procesos de piroacutelisis y retorting se basan en elcalentamiento directo con fuente de calor con gas
Debido al bajo coeficiente de conductividad delcalor en la roca el tiempo de purificacioacuten esmayor pudiendo durar varias horas
En las partiacuteculas de aceite maacutes pequentildeas la
velocidad de calentamiento es mayor El retortingsubterraacuteneo o in situ para obtener aceite se realizaintroduciendo aire para quemar y realizar lapiroacutelisis de la lutita
Este proceso evita el problema de manejo yeliminacioacuten de gran cantidad de material tiacutepico dela mineriacutea
El retorting in situ puede recuperar la lutitabituminosa a mayor profundidad Pero es poco
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eficiente por el bajo nivel de permeabilidad quedispersa el aire inyectado
El retorting in situ ldquomodificadordquo es maacutes eficientepara resolver el problema de la permeabilidad laparte superior del lecho se saca a la superficie conmeacutetodos mineros a fin de excavar huecos devolumen adecuado para ejecutar la operacioacuten Elyacimiento de aceite de lutita adyacente a laporcioacuten fracturada se desplaza hacia el espaciovaciacuteo
La combustioacuten se inicia con la entrada de aire en laparte superior de los escombros de lutitacalentando varios metros por semana
Por encima de la zona de combustioacuten el gascaliente crea una zona de piroacutelisis donde el aceitese descompone y fluye hacia la parte inferior delos escombros para ser bombeado a la superficie
La mineriacutea de superficie implica riesgos teacutecnicosbajos pero el uso de la piroacutelisis in situ requiere
estricto control del agua para evitar lacontaminacioacuten de los suelos y del medio ambiente
Las teacutecnicas de calentamiento subterraacuteneo de lalutita bituminosa pueden acceder a recursosenterrados a mayor profundidad Existen otrosmeacutetodos de extraccioacuten del aceite de la lutitabituminosa (McCarthy 2011)
En algunos casos se emplea energiacutea eleacutectrica paraaplicar calor in situ Para ello se realizanperforaciones verticales donde se instalan loscalentadores eleacutectricos Los gases y el crudoproducidos son recogidos en perforaciones hechas
para ese propoacutesitoOtros procedimientos se basan en la inyeccioacuten devapor a altas temperaturas por conducto de pozoshorizontales bombeando el bitumen hacia unsegundo pozo horizontal ubicado debajo delprimero
Este proceso demanda menor consumo de energiacuteay garantiza una mayor tasa de recuperacioacuten un70 contra un 25 a 30 de otros meacutetodos deinyeccioacuten de vapor
La produccioacuten de petroacuteleo a partir de arenas
bituminosas requiere de alto consumo de agua dedos a tres barriles por barril de bitumen Recicladael porcentaje de agua disminuye a medio barril poruno de crudo
Un meacutetodo en desarrollo es la utilizacioacuten deldquofluidos supercriacuteticosrdquo para extraer el keroacutegeno5Esta teacutecnica permite por una parte trabajar in situlo cual resuelve el manejo de soacutelidos y por otraminimiza los efectos de transporte al aumentar lacapacidad de adaptarse a la temperatura que lorodea (su difusividad) y disminuir la oposicioacuten del
fluido (es decir la viscosidad del solvente) aniveles cercanos a los de los gases6
5 Un fluido supercriacutetico es cualquier sustancia a temperatura
y presioacuten superiores a su ldquopunto criacuteticordquo donde los liacutequidos
no se distinguen de los gases El fluido se puede difundir
como gas a traveacutes de un soacutelido y disolver materiales como un
liacutequido Cerca del punto criacutetico los pequentildeos cambios de
presioacuten o temperatura resultan en grandes cambios dedensidad lo que permite ldquoajustarrdquo el fluido Los fluidos
supercriacuteticos son sustitutos de los disolventes orgaacutenicos en
una gama de procesos industriales y de laboratorio
6 Difusividad capacidad de adaptarse al fluido
Estos fluidos tienen un poder disolvente similar alde los liacutequidos pero con mejores caracteriacutesticas detransferencia de materia lo que permite mayorextraccioacuten
Estos meacutetodos ahorraraacuten energiacutea facilitaraacuten laseparacioacuten del material extraiacutedo presentaraacuten baja
resistencia a la transferencia de materia y reduciraacutenla peacuterdida de carga en sistemas de flujo (Torrente2008)
e) Gas de arenas compactas (tight gas) y gas delutitas (shale gas) Ambos son gases naturales conbaja permeabilidad (menor a 01 mD) por lo queno fluyen con facilidad
El gas de baja permeabilidad se conoce como deldquoarenas compactasrdquo cuando se encuentra en rocaaceitosa y como gas de lutitas cuando se encuentraen roca caliza
Las formaciones de gas de lutitas son lasestructuras de menor permeabilidad por lo querequieren mayor esfuerzo para llegar a los porosque almacenan el gas
Las lutitas de gas pueden contener dioacutexido decarbono sulfuro de hidroacutegeno o radoacuten radiactivoademaacutes de metano seguacuten las caracteriacutesticas deldepoacutesito El gas es igual al de yacimientosconvencionales pero el meacutetodo de produccioacuten esdistinto
Su extraccioacuten no siempre es rentable mediante
pozos verticales por su flujo deacutebil Tanto laproduccioacuten de gas de arenas compactas como la delutitas se realizan por conducto de pozoshorizontales con fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere bombeo defluidos a los pozos para aumentar la presioacuten yfracturar la roca A fin de mantener abierta lafractura la inyeccioacuten es sustituida por arena de altapermeabilidad
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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con respecto al volumen de la roca dispersioacuten deyacimientos en aacutereas muy extensas ypermeabilidad muy baja Su viabilidad econoacutemicasuele ser incierta debido al bajo contenido de gas oaceite en las rocas fuente El volumen extraiacutedo porpozo es muy inferior al de yacimientosconvencionales A fin de que los hidrocarburos deyacimientos no convencionales alcancen viabilidad
econoacutemica su extraccioacuten debe hacerse con lateacutecnica ldquofracturacioacuten hidraacuteulicardquo o fracking yperforar pozos horizontales pozos multilaterales yotras teacutecnicas hasta exponer la mayor parte delyacimiento El fracking se usa en todos loshidrocarburos alojados en rocas de bajapermeabilidad como el tight gas el gas de carboacuteny el gas y el crudo de lutitas Para su explotacioacutenindustrial los yacimientos con permeabilidadmayor a 01 mD se consideran convencionales y elresto no convencionales esencialmenteproductores de gas seco Siendo tan ampliacutea lagama de hidrocarburos no convencionales es
importante distinguir la diferencia entre arenasbituminosas gas de carboacuten (gas grisuacute o coalbed
methane) aceite de arenas compactas (tight oil)gas de arenas compactas (tight gas) crudo delutitas (shale oil) y gas de lutita (shale gas) (IEA2010)
a) Las arenas bituminosas contienenaproximadamente un 83 de arena suelta o
arenisca un 10 de bitumen un 3 de arcilla yun 4 de agua Estaacuten saturadas de un petroacuteleodenso y viscoso conocido como bitumen oalquitraacuten que no fluye a menos que sea calentadoo diluido con hidrocarburos maacutes ligeros Por sugravedad inferior a 10degAPI se cataloga comopetroacuteleo en fase semisoacutelida o soacutelida Las arenasbituminosas yacen a unos 75 metros deprofundidad por lo que se extraen con los meacutetodosde la mineriacutea superficial o in situ y son extraiacutedascon grandes palas mecaacutenicas Despueacutes de laextraccioacuten el aceite se transporta a plantas detratamiento para destilarse en hidrocarburos maacutes
ligeros donde se recupera hasta el 90
Grafico 1 Sistemas Petroleros y Lutitas Generadoras (Resource Playa)
Fuentes Elaboracioacuten a partir de Energy Information Administration World Shale Gas Resources An initial assessment of 14 regions
outside the USArdquo V 2011 McCarthy Kevin et al ldquoLa Geoquiacutemica baacutesica del petroacuteleo para la evaluacioacuten de rocas generadorasrdquotraduccioacuten del artiacuteculo publicado en Oilfield Review 201113
a El teacutermino resource play se refiere a sedimentos que son yacimientos y fuentes explotables de hidrocarburos Los yacimientos cubren varios km2 deextensioacuten y no estaacuten limitados a una estructura geoloacutegica determinada
En su extraccioacuten se usa agua caliente y productosquiacutemicos La piroacutelisis (calentamiento en ausenciade oxiacutegeno) es el proceso maacutes utilizado en laobtencioacuten de hidrocarburos a partir de bitumen Lapiroacutelisis consta de dos procesos la rotura de los
enlaces de keroacutegeno para formar bitumen y ladegradacioacuten del bitumen para formar productosliacutequidos gases y un residuo carbonoso (coque)
La destilacioacuten se hace aumentando la proporcioacutende hidroacutegeno con respecto carboacuten La piroacutelisis para
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producir crudo empieza a ser efectiva a presioacutenatmosfeacuterica y temperaturas superiores a los 400degC Bajo condiciones ideales la mayor parte delkeroacutegeno se convierte en crudo Algunos cataloganla extraccioacuten de aceite por piroacutelisis u otrosmeacutetodos quiacutemicos como produccioacuten de petroacuteleosinteacutetico
La produccioacuten de un barril de crudo requiereseparar el aceite de al menos dos toneladas dearena Los problemas maacutes importantes son elmanejo de gran cantidad de soacutelidos el tamantildeo departiacutecula al que las rocas deben ser fraccionadas eltransporte el calor y la seleccioacuten del meacutetodo paraestablecer la fuente teacutermica adecuada al proceso
b) El gas grisuacute (coal bed methane) es el gasmetano almacenado en la estructura del carboacutenLas minas de carboacuten contienen voluacutemenesimportantes
El gas normalmente se libera durante la extraccioacutenminera Razones de seguridad ambientales yeconoacutemicas han orillado a crear nuevas teacutecnicaspara capturarlo y extraerlo El gas grisuacute seencuentra en yacimientos que no siempre sonrentables ya que pueden estar a grandesprofundidades o carecer de la calidad deseada
Los yacimientos de carboacuten tienen bajapermeabilidad la cual disminuye con laprofundidad Por lo tanto se hace necesario el fracking para que el agua penetre en el carboacuten yatrape el gas
Una vez que se extrae el metano la presioacuten sereduce haciendo fluir el gas por el pozo En laprimera fase del proceso se generan grandesvoluacutemenes de agua contaminada la cual esreinyectada a la formacioacuten En la actualidad seinvestiga la inyeccioacuten de CO2 para aumentar laliberacioacuten del metano
c) El aceite de arenas compactas (thigt oil) es unhidrocarburo ligero que se encuentra en plays conformaciones de baja porosidad Con frecuencia elkeroacutegeno yace en una mezcla de capas maduras de
aceite y estructuras de rocas generadoras de bajapermeabilidad
Extraerlo requiere estimulacioacuten artificial parahacer contacto con las rocas almacenadoras Estecrudo es considerado por algunos como aceite enproceso de maduracioacuten que puede sertransformado en crudo sinteacutetico
d) El petroacuteleo de lutitas (oil shale) se obtiene deuna roca porosa que contiene bitumentransformado en aceite y gas natural en su entierro
El petroacuteleo de lutitas normalmente se encuentra apoca profundidad En las profundidades se puedenencontrar rocas con potencial de generacioacuten deaceite y otros liacutequidos La produccioacuten de petroacuteleono convencional a partir de bitumen requiere laaplicacioacuten de calor
En las lutitas bituminosas la materia orgaacutenicaforma parte de la matriz inorgaacutenica de forma quesoacutelo una parte estaacute quiacutemicamente unida a losconstituyentes minerales Para obtener aceite lalutita bituminosa puede ser quemada de maneradirecta
En los Estados Unidos ha habido problemas conesa teacutecnica porque sus formaciones de lutitastienen baja porosidad y permeabilidad Ademaacutes lalutita quemada puede desarticularse lo queprovocariacutea que la combustioacuten no fuese homogeacuteneaen todo el lecho
El proceso maacutes comuacuten para procesar bitumen es elretorting o destilacioacuten destructiva en hornos querealizan la pirolisis (Qian 2006)
Esto puede hacerse en plantas afuera del pozo y silas condiciones del yacimiento lo permitentambieacuten dentro de eacutel mediante inyeccioacuten de vaporpara permitir que el bitumen fluya hacia la cabezadel pozo
En el retorting de superficie debe extraerseprimero la lutita bituminosa Los equipos de
retorting tienen especificaciones de tamantildeos delutitas a procesar desde cientos de mm hasta maacutesde 1000 mm
Para cumplir las especificaciones es necesariotriturar la lutita primero Actualmente casi todoslos procesos de piroacutelisis y retorting se basan en elcalentamiento directo con fuente de calor con gas
Debido al bajo coeficiente de conductividad delcalor en la roca el tiempo de purificacioacuten esmayor pudiendo durar varias horas
En las partiacuteculas de aceite maacutes pequentildeas la
velocidad de calentamiento es mayor El retortingsubterraacuteneo o in situ para obtener aceite se realizaintroduciendo aire para quemar y realizar lapiroacutelisis de la lutita
Este proceso evita el problema de manejo yeliminacioacuten de gran cantidad de material tiacutepico dela mineriacutea
El retorting in situ puede recuperar la lutitabituminosa a mayor profundidad Pero es poco
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eficiente por el bajo nivel de permeabilidad quedispersa el aire inyectado
El retorting in situ ldquomodificadordquo es maacutes eficientepara resolver el problema de la permeabilidad laparte superior del lecho se saca a la superficie conmeacutetodos mineros a fin de excavar huecos devolumen adecuado para ejecutar la operacioacuten Elyacimiento de aceite de lutita adyacente a laporcioacuten fracturada se desplaza hacia el espaciovaciacuteo
La combustioacuten se inicia con la entrada de aire en laparte superior de los escombros de lutitacalentando varios metros por semana
Por encima de la zona de combustioacuten el gascaliente crea una zona de piroacutelisis donde el aceitese descompone y fluye hacia la parte inferior delos escombros para ser bombeado a la superficie
La mineriacutea de superficie implica riesgos teacutecnicosbajos pero el uso de la piroacutelisis in situ requiere
estricto control del agua para evitar lacontaminacioacuten de los suelos y del medio ambiente
Las teacutecnicas de calentamiento subterraacuteneo de lalutita bituminosa pueden acceder a recursosenterrados a mayor profundidad Existen otrosmeacutetodos de extraccioacuten del aceite de la lutitabituminosa (McCarthy 2011)
En algunos casos se emplea energiacutea eleacutectrica paraaplicar calor in situ Para ello se realizanperforaciones verticales donde se instalan loscalentadores eleacutectricos Los gases y el crudoproducidos son recogidos en perforaciones hechas
para ese propoacutesitoOtros procedimientos se basan en la inyeccioacuten devapor a altas temperaturas por conducto de pozoshorizontales bombeando el bitumen hacia unsegundo pozo horizontal ubicado debajo delprimero
Este proceso demanda menor consumo de energiacuteay garantiza una mayor tasa de recuperacioacuten un70 contra un 25 a 30 de otros meacutetodos deinyeccioacuten de vapor
La produccioacuten de petroacuteleo a partir de arenas
bituminosas requiere de alto consumo de agua dedos a tres barriles por barril de bitumen Recicladael porcentaje de agua disminuye a medio barril poruno de crudo
Un meacutetodo en desarrollo es la utilizacioacuten deldquofluidos supercriacuteticosrdquo para extraer el keroacutegeno5Esta teacutecnica permite por una parte trabajar in situlo cual resuelve el manejo de soacutelidos y por otraminimiza los efectos de transporte al aumentar lacapacidad de adaptarse a la temperatura que lorodea (su difusividad) y disminuir la oposicioacuten del
fluido (es decir la viscosidad del solvente) aniveles cercanos a los de los gases6
5 Un fluido supercriacutetico es cualquier sustancia a temperatura
y presioacuten superiores a su ldquopunto criacuteticordquo donde los liacutequidos
no se distinguen de los gases El fluido se puede difundir
como gas a traveacutes de un soacutelido y disolver materiales como un
liacutequido Cerca del punto criacutetico los pequentildeos cambios de
presioacuten o temperatura resultan en grandes cambios dedensidad lo que permite ldquoajustarrdquo el fluido Los fluidos
supercriacuteticos son sustitutos de los disolventes orgaacutenicos en
una gama de procesos industriales y de laboratorio
6 Difusividad capacidad de adaptarse al fluido
Estos fluidos tienen un poder disolvente similar alde los liacutequidos pero con mejores caracteriacutesticas detransferencia de materia lo que permite mayorextraccioacuten
Estos meacutetodos ahorraraacuten energiacutea facilitaraacuten laseparacioacuten del material extraiacutedo presentaraacuten baja
resistencia a la transferencia de materia y reduciraacutenla peacuterdida de carga en sistemas de flujo (Torrente2008)
e) Gas de arenas compactas (tight gas) y gas delutitas (shale gas) Ambos son gases naturales conbaja permeabilidad (menor a 01 mD) por lo queno fluyen con facilidad
El gas de baja permeabilidad se conoce como deldquoarenas compactasrdquo cuando se encuentra en rocaaceitosa y como gas de lutitas cuando se encuentraen roca caliza
Las formaciones de gas de lutitas son lasestructuras de menor permeabilidad por lo querequieren mayor esfuerzo para llegar a los porosque almacenan el gas
Las lutitas de gas pueden contener dioacutexido decarbono sulfuro de hidroacutegeno o radoacuten radiactivoademaacutes de metano seguacuten las caracteriacutesticas deldepoacutesito El gas es igual al de yacimientosconvencionales pero el meacutetodo de produccioacuten esdistinto
Su extraccioacuten no siempre es rentable mediante
pozos verticales por su flujo deacutebil Tanto laproduccioacuten de gas de arenas compactas como la delutitas se realizan por conducto de pozoshorizontales con fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere bombeo defluidos a los pozos para aumentar la presioacuten yfracturar la roca A fin de mantener abierta lafractura la inyeccioacuten es sustituida por arena de altapermeabilidad
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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producir crudo empieza a ser efectiva a presioacutenatmosfeacuterica y temperaturas superiores a los 400degC Bajo condiciones ideales la mayor parte delkeroacutegeno se convierte en crudo Algunos cataloganla extraccioacuten de aceite por piroacutelisis u otrosmeacutetodos quiacutemicos como produccioacuten de petroacuteleosinteacutetico
La produccioacuten de un barril de crudo requiereseparar el aceite de al menos dos toneladas dearena Los problemas maacutes importantes son elmanejo de gran cantidad de soacutelidos el tamantildeo departiacutecula al que las rocas deben ser fraccionadas eltransporte el calor y la seleccioacuten del meacutetodo paraestablecer la fuente teacutermica adecuada al proceso
b) El gas grisuacute (coal bed methane) es el gasmetano almacenado en la estructura del carboacutenLas minas de carboacuten contienen voluacutemenesimportantes
El gas normalmente se libera durante la extraccioacutenminera Razones de seguridad ambientales yeconoacutemicas han orillado a crear nuevas teacutecnicaspara capturarlo y extraerlo El gas grisuacute seencuentra en yacimientos que no siempre sonrentables ya que pueden estar a grandesprofundidades o carecer de la calidad deseada
Los yacimientos de carboacuten tienen bajapermeabilidad la cual disminuye con laprofundidad Por lo tanto se hace necesario el fracking para que el agua penetre en el carboacuten yatrape el gas
Una vez que se extrae el metano la presioacuten sereduce haciendo fluir el gas por el pozo En laprimera fase del proceso se generan grandesvoluacutemenes de agua contaminada la cual esreinyectada a la formacioacuten En la actualidad seinvestiga la inyeccioacuten de CO2 para aumentar laliberacioacuten del metano
c) El aceite de arenas compactas (thigt oil) es unhidrocarburo ligero que se encuentra en plays conformaciones de baja porosidad Con frecuencia elkeroacutegeno yace en una mezcla de capas maduras de
aceite y estructuras de rocas generadoras de bajapermeabilidad
Extraerlo requiere estimulacioacuten artificial parahacer contacto con las rocas almacenadoras Estecrudo es considerado por algunos como aceite enproceso de maduracioacuten que puede sertransformado en crudo sinteacutetico
d) El petroacuteleo de lutitas (oil shale) se obtiene deuna roca porosa que contiene bitumentransformado en aceite y gas natural en su entierro
El petroacuteleo de lutitas normalmente se encuentra apoca profundidad En las profundidades se puedenencontrar rocas con potencial de generacioacuten deaceite y otros liacutequidos La produccioacuten de petroacuteleono convencional a partir de bitumen requiere laaplicacioacuten de calor
En las lutitas bituminosas la materia orgaacutenicaforma parte de la matriz inorgaacutenica de forma quesoacutelo una parte estaacute quiacutemicamente unida a losconstituyentes minerales Para obtener aceite lalutita bituminosa puede ser quemada de maneradirecta
En los Estados Unidos ha habido problemas conesa teacutecnica porque sus formaciones de lutitastienen baja porosidad y permeabilidad Ademaacutes lalutita quemada puede desarticularse lo queprovocariacutea que la combustioacuten no fuese homogeacuteneaen todo el lecho
El proceso maacutes comuacuten para procesar bitumen es elretorting o destilacioacuten destructiva en hornos querealizan la pirolisis (Qian 2006)
Esto puede hacerse en plantas afuera del pozo y silas condiciones del yacimiento lo permitentambieacuten dentro de eacutel mediante inyeccioacuten de vaporpara permitir que el bitumen fluya hacia la cabezadel pozo
En el retorting de superficie debe extraerseprimero la lutita bituminosa Los equipos de
retorting tienen especificaciones de tamantildeos delutitas a procesar desde cientos de mm hasta maacutesde 1000 mm
Para cumplir las especificaciones es necesariotriturar la lutita primero Actualmente casi todoslos procesos de piroacutelisis y retorting se basan en elcalentamiento directo con fuente de calor con gas
Debido al bajo coeficiente de conductividad delcalor en la roca el tiempo de purificacioacuten esmayor pudiendo durar varias horas
En las partiacuteculas de aceite maacutes pequentildeas la
velocidad de calentamiento es mayor El retortingsubterraacuteneo o in situ para obtener aceite se realizaintroduciendo aire para quemar y realizar lapiroacutelisis de la lutita
Este proceso evita el problema de manejo yeliminacioacuten de gran cantidad de material tiacutepico dela mineriacutea
El retorting in situ puede recuperar la lutitabituminosa a mayor profundidad Pero es poco
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eficiente por el bajo nivel de permeabilidad quedispersa el aire inyectado
El retorting in situ ldquomodificadordquo es maacutes eficientepara resolver el problema de la permeabilidad laparte superior del lecho se saca a la superficie conmeacutetodos mineros a fin de excavar huecos devolumen adecuado para ejecutar la operacioacuten Elyacimiento de aceite de lutita adyacente a laporcioacuten fracturada se desplaza hacia el espaciovaciacuteo
La combustioacuten se inicia con la entrada de aire en laparte superior de los escombros de lutitacalentando varios metros por semana
Por encima de la zona de combustioacuten el gascaliente crea una zona de piroacutelisis donde el aceitese descompone y fluye hacia la parte inferior delos escombros para ser bombeado a la superficie
La mineriacutea de superficie implica riesgos teacutecnicosbajos pero el uso de la piroacutelisis in situ requiere
estricto control del agua para evitar lacontaminacioacuten de los suelos y del medio ambiente
Las teacutecnicas de calentamiento subterraacuteneo de lalutita bituminosa pueden acceder a recursosenterrados a mayor profundidad Existen otrosmeacutetodos de extraccioacuten del aceite de la lutitabituminosa (McCarthy 2011)
En algunos casos se emplea energiacutea eleacutectrica paraaplicar calor in situ Para ello se realizanperforaciones verticales donde se instalan loscalentadores eleacutectricos Los gases y el crudoproducidos son recogidos en perforaciones hechas
para ese propoacutesitoOtros procedimientos se basan en la inyeccioacuten devapor a altas temperaturas por conducto de pozoshorizontales bombeando el bitumen hacia unsegundo pozo horizontal ubicado debajo delprimero
Este proceso demanda menor consumo de energiacuteay garantiza una mayor tasa de recuperacioacuten un70 contra un 25 a 30 de otros meacutetodos deinyeccioacuten de vapor
La produccioacuten de petroacuteleo a partir de arenas
bituminosas requiere de alto consumo de agua dedos a tres barriles por barril de bitumen Recicladael porcentaje de agua disminuye a medio barril poruno de crudo
Un meacutetodo en desarrollo es la utilizacioacuten deldquofluidos supercriacuteticosrdquo para extraer el keroacutegeno5Esta teacutecnica permite por una parte trabajar in situlo cual resuelve el manejo de soacutelidos y por otraminimiza los efectos de transporte al aumentar lacapacidad de adaptarse a la temperatura que lorodea (su difusividad) y disminuir la oposicioacuten del
fluido (es decir la viscosidad del solvente) aniveles cercanos a los de los gases6
5 Un fluido supercriacutetico es cualquier sustancia a temperatura
y presioacuten superiores a su ldquopunto criacuteticordquo donde los liacutequidos
no se distinguen de los gases El fluido se puede difundir
como gas a traveacutes de un soacutelido y disolver materiales como un
liacutequido Cerca del punto criacutetico los pequentildeos cambios de
presioacuten o temperatura resultan en grandes cambios dedensidad lo que permite ldquoajustarrdquo el fluido Los fluidos
supercriacuteticos son sustitutos de los disolventes orgaacutenicos en
una gama de procesos industriales y de laboratorio
6 Difusividad capacidad de adaptarse al fluido
Estos fluidos tienen un poder disolvente similar alde los liacutequidos pero con mejores caracteriacutesticas detransferencia de materia lo que permite mayorextraccioacuten
Estos meacutetodos ahorraraacuten energiacutea facilitaraacuten laseparacioacuten del material extraiacutedo presentaraacuten baja
resistencia a la transferencia de materia y reduciraacutenla peacuterdida de carga en sistemas de flujo (Torrente2008)
e) Gas de arenas compactas (tight gas) y gas delutitas (shale gas) Ambos son gases naturales conbaja permeabilidad (menor a 01 mD) por lo queno fluyen con facilidad
El gas de baja permeabilidad se conoce como deldquoarenas compactasrdquo cuando se encuentra en rocaaceitosa y como gas de lutitas cuando se encuentraen roca caliza
Las formaciones de gas de lutitas son lasestructuras de menor permeabilidad por lo querequieren mayor esfuerzo para llegar a los porosque almacenan el gas
Las lutitas de gas pueden contener dioacutexido decarbono sulfuro de hidroacutegeno o radoacuten radiactivoademaacutes de metano seguacuten las caracteriacutesticas deldepoacutesito El gas es igual al de yacimientosconvencionales pero el meacutetodo de produccioacuten esdistinto
Su extraccioacuten no siempre es rentable mediante
pozos verticales por su flujo deacutebil Tanto laproduccioacuten de gas de arenas compactas como la delutitas se realizan por conducto de pozoshorizontales con fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere bombeo defluidos a los pozos para aumentar la presioacuten yfracturar la roca A fin de mantener abierta lafractura la inyeccioacuten es sustituida por arena de altapermeabilidad
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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eficiente por el bajo nivel de permeabilidad quedispersa el aire inyectado
El retorting in situ ldquomodificadordquo es maacutes eficientepara resolver el problema de la permeabilidad laparte superior del lecho se saca a la superficie conmeacutetodos mineros a fin de excavar huecos devolumen adecuado para ejecutar la operacioacuten Elyacimiento de aceite de lutita adyacente a laporcioacuten fracturada se desplaza hacia el espaciovaciacuteo
La combustioacuten se inicia con la entrada de aire en laparte superior de los escombros de lutitacalentando varios metros por semana
Por encima de la zona de combustioacuten el gascaliente crea una zona de piroacutelisis donde el aceitese descompone y fluye hacia la parte inferior delos escombros para ser bombeado a la superficie
La mineriacutea de superficie implica riesgos teacutecnicosbajos pero el uso de la piroacutelisis in situ requiere
estricto control del agua para evitar lacontaminacioacuten de los suelos y del medio ambiente
Las teacutecnicas de calentamiento subterraacuteneo de lalutita bituminosa pueden acceder a recursosenterrados a mayor profundidad Existen otrosmeacutetodos de extraccioacuten del aceite de la lutitabituminosa (McCarthy 2011)
En algunos casos se emplea energiacutea eleacutectrica paraaplicar calor in situ Para ello se realizanperforaciones verticales donde se instalan loscalentadores eleacutectricos Los gases y el crudoproducidos son recogidos en perforaciones hechas
para ese propoacutesitoOtros procedimientos se basan en la inyeccioacuten devapor a altas temperaturas por conducto de pozoshorizontales bombeando el bitumen hacia unsegundo pozo horizontal ubicado debajo delprimero
Este proceso demanda menor consumo de energiacuteay garantiza una mayor tasa de recuperacioacuten un70 contra un 25 a 30 de otros meacutetodos deinyeccioacuten de vapor
La produccioacuten de petroacuteleo a partir de arenas
bituminosas requiere de alto consumo de agua dedos a tres barriles por barril de bitumen Recicladael porcentaje de agua disminuye a medio barril poruno de crudo
Un meacutetodo en desarrollo es la utilizacioacuten deldquofluidos supercriacuteticosrdquo para extraer el keroacutegeno5Esta teacutecnica permite por una parte trabajar in situlo cual resuelve el manejo de soacutelidos y por otraminimiza los efectos de transporte al aumentar lacapacidad de adaptarse a la temperatura que lorodea (su difusividad) y disminuir la oposicioacuten del
fluido (es decir la viscosidad del solvente) aniveles cercanos a los de los gases6
5 Un fluido supercriacutetico es cualquier sustancia a temperatura
y presioacuten superiores a su ldquopunto criacuteticordquo donde los liacutequidos
no se distinguen de los gases El fluido se puede difundir
como gas a traveacutes de un soacutelido y disolver materiales como un
liacutequido Cerca del punto criacutetico los pequentildeos cambios de
presioacuten o temperatura resultan en grandes cambios dedensidad lo que permite ldquoajustarrdquo el fluido Los fluidos
supercriacuteticos son sustitutos de los disolventes orgaacutenicos en
una gama de procesos industriales y de laboratorio
6 Difusividad capacidad de adaptarse al fluido
Estos fluidos tienen un poder disolvente similar alde los liacutequidos pero con mejores caracteriacutesticas detransferencia de materia lo que permite mayorextraccioacuten
Estos meacutetodos ahorraraacuten energiacutea facilitaraacuten laseparacioacuten del material extraiacutedo presentaraacuten baja
resistencia a la transferencia de materia y reduciraacutenla peacuterdida de carga en sistemas de flujo (Torrente2008)
e) Gas de arenas compactas (tight gas) y gas delutitas (shale gas) Ambos son gases naturales conbaja permeabilidad (menor a 01 mD) por lo queno fluyen con facilidad
El gas de baja permeabilidad se conoce como deldquoarenas compactasrdquo cuando se encuentra en rocaaceitosa y como gas de lutitas cuando se encuentraen roca caliza
Las formaciones de gas de lutitas son lasestructuras de menor permeabilidad por lo querequieren mayor esfuerzo para llegar a los porosque almacenan el gas
Las lutitas de gas pueden contener dioacutexido decarbono sulfuro de hidroacutegeno o radoacuten radiactivoademaacutes de metano seguacuten las caracteriacutesticas deldepoacutesito El gas es igual al de yacimientosconvencionales pero el meacutetodo de produccioacuten esdistinto
Su extraccioacuten no siempre es rentable mediante
pozos verticales por su flujo deacutebil Tanto laproduccioacuten de gas de arenas compactas como la delutitas se realizan por conducto de pozoshorizontales con fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere bombeo defluidos a los pozos para aumentar la presioacuten yfracturar la roca A fin de mantener abierta lafractura la inyeccioacuten es sustituida por arena de altapermeabilidad
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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Los pozos horizontales crean mayor aacuterea desuperficie en contacto con el depoacutesito que lospozos verticales Esto permite mayor eficiencia detransferencia de gas y recuperacioacuten del yacimiento
La tecnologiacutea actual es adecuada para produccioacutenen tierra y no estaacute bien adaptada para mar adentroy ofrece una tasa de recuperacioacuten maacutexima del20
Esta teacutecnica tiene gran potencial de desarrollopero se requiere maacutes investigacioacuten baacutesica del gasde arenas compactas y el de lutitas Las teacutecnicas aluso se han basado en conocimientos empiacutericoshasta ahora Se han descubierto plays de lutitasque ademaacutes de gas seco contienen hidrocarburosliacutequidos y condensados
Las empresas han aprendido a extraer el gas de laroca de baja permeabilidad y a medida queavanzan en la etapa de fracking tambieacuten progresanen la capacidad de extraer petroacuteleo y gas huacutemedo
En la regioacuten de Bakken los prospectos enfocanzonas con rocas limosas y dolomiacuteas intercaladas enla lutita Cuando los poros son menores a 10 nm(10 nanoacutemetros = 10minus8 metros) tiacutepico de la lutitala influencia de sus paredes en el comportamientoy la viscosidad del gas huacutemedo crea un fluidocuyas condiciones de transporte favorecen laproduccioacuten de condensados
A pesar de que el margen de utilidad de cortoplazo del gas seco extraiacutedo de la lutita ha llegado aser muy bajo y hasta negativo la extraccioacuten de losliacutequidos (NGL) ha justificado las operaciones
El NGL es una designacioacuten general paracomponentes como etano propano butano ygasolina natural (pentanos) condensadosextraiacutedos como liacutequidos de una corriente dehidrocarburos en fase de vapor ldquoUna vez extraiacutedosse mantienen en estado liacutequido para sualmacenamiento transporte y consumo
A los productores les preocupa que la produccioacutende gas natural pueda acarrear sulfuro de hidroacutegenoque deba separarse ademaacutes de que la extraccioacutenpuede representar altos costos por los grandesvoluacutemenes de agua requeridos Sin embargo los
altos precios del crudo y de los condensados handado viabilidad econoacutemica a los proyectos de gassecordquo (Dukes 2012)
Las diferencias de precio han favorecido no soacutelo laventa de crudo y condensados sino tambieacuten eldesarrollo de la oferta de etano
El gas huacutemedo de Eagle Ford tiene un contenidocaloacuterico de aproximadamente 1440 BTU (BritishTermal Units) unidad del contenido caloriacutefico delgas lo que lo hace muy redituable
Un Eagle Ford condensado con una gravedadAPI de 601 o superior se valora a precio de crudoligero con factor de ajuste de menos 003 doacutelarespor barril por cada 01 de API (una deacutecima degrado) por encima de 450degAPIrdquo Si la gravedadAPI es de 601 el ajuste es de 601 a 45 o 14910de un grado API por encima de la gravedadpublicada
El descuento se calcula multiplicando 149 por 003doacutelares lo que resulta en un descuento de 447bblcon respecto al precio publicado (Fielden 2012)
Pareciera entonces que en Eagle Ford Marcellus yBakken hay casos en los que la produccioacuten de gasde lutitas se ha convertido en producto asociado ala produccioacuten de crudo y condensados al menosdurante periacuteodos de bajos precios del gas natural
Los gases huacutemedos o ricos en condensados seprocesan en plantas de separacioacuten para extraerleslos liacutequidos manteniendo el contenido de etano enlas especificaciones de los gasoductos Lo que seextrae se denomina mezcla bruta
Los plays de mayor produccioacuten de gas huacutemedo ocon condensado son Eagle Ford en el sur de Texasy el norte de Meacutexico las cuales se espera queproduzcan 500000 bbldiacutea de mezcla bruta en2015 contra los niveles de 175000 a 200000bbldiacutea que se produciacutean en 2011ndash2012 (Platts2012)
En el cuadro 1 se muestra un resumen de losprincipales componentes del gas natural
2 Proceso productivo del shale gas
a) Evaluacioacuten de los recursos
La evaluacioacuten de recursos comienza con larecopilacioacuten de datos para identificar las cuencas yseleccionar las formaciones maacutes prometedoras Seutilizan datos de columnas estratigraacuteficas yregistros de pozos que indican edad geoloacutegicarocas fuente y otros datos ademaacutes de los datossiguientes
i) Entorno para deposicioacuten de las lutitas (marino yno-marino)
ii) Distancia desde la base hasta la profundidadmaacutexima del yacimiento
iii) Estructura geoloacutegica
iv) Contenido orgaacutenico total y neto (TOC porpeso)
v) Madurez teacutermica (Ro)
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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Las etapas de la exploracioacuten son similares a los dela exploracioacuten de yacimientos de gasconvencional
i) Revisioacuten de la informacioacuten disponible
ii) Reconocimiento aeacutereo de campos magneacuteticosgravedad y radiacioacuten
iii) Estudios sismoloacutegicos de estructuras delsubsuelo capaces de retener gas
iv) Perforacioacuten exploratoria
v) Registro de pozos para determinar porosidadpermeabilidad y composicioacuten de fluidos
El shale gas yace en formaciones de lutitas conintercalaciones porosas y permeables en presenciade sedimentos de grano fino y sistemas defracturas naturales
Los datos baacutesicos para detectar fracturas soncompensacioacuten de densidad espesor registro detemperatura e imaacutegenes de MicroScanner7
Recientemente se ha empezado a usar laherramienta ldquoImagen multiespectralaerotransportada de baja altitudrdquo para identificarmicrofracturas del subsuelo y evaluar el potencialde las formaciones8
b) Perforacioacuten
La primera perforacioacuten se hace en direccioacutenvertical hasta alcanzar la capa de gas Dependiendodel espesor de capa se decide si basta perforarpozos verticales o si eacutestos deberaacuten ser virados enliacutenea horizontal para maximizar el contacto con lacapa de gas
Una vez que la perforacioacuten llega a la capa de gasse detonan explosivos para provocar pequentildeasfracturas en las lutitas Estas fracturas sonensanchadas con inyeccioacuten de agua a presioacuten
El nuacutemero de fracturas artificiales su longitud yposicioacuten vertical u horizontal dependen del espesordel intervalo y otras caracteriacutesticas de laformacioacuten
Un ramal lateral de un pozo horizontal aloja
numerosos intervalos de inyeccioacuten seleccionadospor su potencial de productividad La inyeccioacuten deagua se aiacutesla para cada intervalo de produccioacuten
En la etapa productora la liacutenea del pozo horizontalllega a tener hasta nueve intervalos repartidos enramales de 600 m a 1500 m aunque estos liacutemitesllegan a superarse
Un pozo en la ventana de aceite de Eagle Fordalcanzoacute 1647 metros con 15 intervalos defracturacioacuten (RREFSC 2012) Los lateraleshorizontales pueden traspasar fracturas y fallas enla formacioacuten
Durante la exploracioacuten la longitud del ramal puedeser del triple de largo e incluir un mayor nuacutemerode intervalos de inyeccioacuten
Dado que las formaciones no son homogeacuteneas lasperforaciones subsecuentes a la primera vertical nosiempre son horizontales a veces se van adaptandoa la formacioacuten para disminuir el riesgo defracturacioacuten excesiva
Los pozos de shale gas de los Estados Unidosalcanzan entre los 1200 m y 2500 mnormalmente alrededor de los 1800 m maacutescurvaturas horizontales y laterales ldquoUna vez que laperforacioacuten alcanza el aacuterea productora laextensioacuten de los intervalos dependeraacute del volumenenergeacutetico que se espera recuperarrdquo (Heddelston2009)
Ademaacutes de pozos verticales u horizontales enalgunos lugares se perforan pozos direccionales uoblicuos hasta encontrar el aacutengulo de mayorexposicioacuten del yacimiento para elegir las mejoresaacutereas
Este meacutetodo tambieacuten se usa cuando el accesovertical es difiacutecil o imposible como en losyacimientos bajo aacutereas pobladas lagos yformaciones reacias a la perforacioacuten
7 El MicroScanner (microespejo de exploracioacuten) detecta ymanipula sentildeales oacutepticas a escala muy pequentildea mediante un
sistema de espejos para la modulacioacuten dinaacutemica de la luz
8 El Sistema de Adquisicioacuten de Imaacutegenes Multiespectrales
Aerotransportadas permite superar las limitaciones de los
sistemas satelitales como interferencia de nubes resolucioacuten
espacial e informacioacuten en tiempo real La teledeteccioacuten es el
sistema integral de captura de informacioacuten territorial (a
partir de la radiacioacuten electromagneacutetica captada por el
sensor) que se emplea en prospeccioacuten topograacutefica Combina
las teacutecnicas digitales de tratamiento de imaacutegenes e
informacioacuten alimentada por sensores sobre los aspectos
espacial radiomeacutetrico espectral y temporal
Las teacutecnicas de produccioacuten incluyen la perforacioacutende pozos multilaterales a partir de dos o maacutes pozoshorizontales despueacutes de la primera perforacioacutenvertical
Esta teacutecnica ayuda a incrementar la produccioacuten acostos marginales decrecientes
Los diagramas del graacutefico 2 representan ejemplosde plataformas para perforacioacuten de pozos
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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Graacutefico 2
Perforacioacuten a partir de una plataforma base y perforacioacuten multilateral
c) Uso de aguaLas teacutecnicas de fracturacioacuten para estimular laproduccioacuten de gas natural y aceite datan de finesdel siglo XIX pero no se empezaron a desarrollarsino hasta los antildeos cincuenta A mediados de lossetenta se realizaron programas de investigacioacutenpara la produccioacuten comercial de gas natural enformaciones no muy profundas del este de losEstados Unidos9
Los proyectos piloto experimentaron tecnologiacuteasque maacutes tarde se convertiriacutean en precursoras de laproduccioacuten comercial de shale gas Esto incluye la
perforacioacuten horizontal la fracturacioacuten multinivel yla fracturacioacuten ldquomancha de aguardquo (slick water ) omezcla de agua con arena reductores de friccioacuten yaditivos quiacutemicos
La ldquomancha de aguardquo es aplicada a yacimientos delutita cuya baja viscosidad permite que el fluido sefiltre lentamente mediante muchas grietaspequentildeas de la roca natural
La perforacioacuten horizontal y la fracturacioacutenhidraacuteulica han ampliado sustantivamente la
capacidad de recuperacioacuten de plays de bajapermeabilidad particularmente los de lutita10
En la fracturacioacuten hidraacuteulica de lutita la ldquomanchade aguardquo se inyecta a 16000 litros por minutocontra el promedio de 10000 litros por minutopara otros tipos de yacimientos11
La ldquomancha de aguardquo se aplica normalmente aformaciones de lutita profunda altamentepresurizadas Para las formaciones menosprofundas o con menor presioacuten de depoacutesito se usa
espuma de nitroacutegeno En general la perforacioacutenconvencional requiere grandes voluacutemenes de aguapara enfriar y lubricar el cabezal de perforacioacuten yeliminar el lodo resultante
La fracturacioacuten hidraacuteulica requiere alrededor dediez veces maacutes agua La empresa ChesapeakeEnergy reporta consumir 17 millones de litros enuna perforacioacuten horizontal tiacutepica
La inyeccioacuten constante requiere una fuente de aguaabundante En los Estados Unidos el aguanormalmente se transporta en carros tanque al sitiode perforacioacuten o por ductos provisionales
Las fracturaciones del Marcellus Shale a partir deramales horizontales con numerosos intervalosrequieren entre 11 y 19 millones de litros de aguapor cada pozo lateral (Williams 2011)
Un estudio realizado en 2012 sobre consumo deagua en la produccioacuten de shale gas en tres grandesregiones de Texas (Barnett Shaleaproximadamente 15000 pozos activos amediados de 2011 Texas-Haynesville Shale 390pozos e Eagle Ford Shale 1040 pozos)
Husain 2011 muestra que el consumo acumuladode Barnett fue 145 millones de m3 casi
equivalente al 9 del consumo anual de Dallas(poblacioacuten 13 millones)
El uso del agua en plays menor extensioacuten estaacuteaumentando raacutepidamente (65 millones de m3 enTexas-Haynesville y 18 millones de m3 en EagleFord)12
9 Huron shale un play que se extiende por tres estados (sur
de Virginia Occidental este de Kentucky y oeste de Virginia)
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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Es maacutes superficial que el Marcellus shale que tiene entre
1200 m y 1500 m
10 Un play es una familia de yacimientos yo prospectos con
roca almaceacuten roca sello historial migracioacuten y carga
comunes Un prospecto es un destino de exploracioacuten un
intervalo estratigraacutefico especiacutefico auacuten no probado por la
perforacioacuten Cuando el resultado es positivo el prospecto se
denomina yacimiento Un conjunto de yacimientos forman un
campo Un lead es una oportunidad o prospecto hipoteacutetico
11 Cifras originales en barriles por minuto Un barril
equivale a 159 litros aproximadamente
12 Mm3 = Milloacuten de metros cuacutebicos El consumo de agua
agriacutecola en los Estados Unidos se representa junto con el
acroacutenimo kAF que significa 1000 acres pie En la
administracioacuten de recursos hidraacuteulicos 1 kAF = 12335 Mm3
Por ejemplo en el estudio de referencia el consumo neto total
de agua fue de 645 Mm3 (520 kAF) en Barnett 69 Mm3 (55
kAF) en Haynesville y 100 Mm3 (80 kAF) en Eagle Ford
El uso del agua para producir shale gas en Texases menor al 1 del agua extraiacuteda en todo el estadoSin embargo los impactos locales variacutean seguacuten lademanda total (Arthur 2009)13
Las proyecciones del uso neto acumulado de aguapara los proacuteximos 50 antildeos en todos los plays deTexas se estima en 4350 Mm3 con un maacuteximoanual de 145 Mm3 a mediados de la proacuteximadeacutecada hasta decrecer a 23 Mm3 hacia 2060 Seespera que el consumo de agua para producir shale
gas sea sustituido por agua salobre
El mayor consumo de agua ocurre al inicio de laproduccioacuten aunque ahora se intenta reducirlo conldquorefracturacioacutenrdquo y otros procedimientos Laestimacioacuten de maacutexima eficiencia de uso de agua secalcula al final del ciclo de vida de los pozos o delos plays en relacioacuten con sus recursos remanentes
Es distinta de la eficiencia del consumo anual y delacumulado Si se considera la produccioacuten de shale
gas en Texas hasta la fecha del estudio laeficiencia acumulada del uso de agua es entre 83 y104 litros por Gigajoule de gas natural (LGJ)incluyendo el consumo auxiliar de la perforacioacuten y
la mezcla de puntales ( proppants)
14
Estimaciones sobre el uso de agua por las grandesempresas en Texas y otros estados arrojan que lamaacutexima eficiencia es 48 LGJ por Barnett y 23LGJ por Haynesville (Mantell 2009)
Si las proyecciones de reservas remanentesrecuperables son correctas los caacutelculos de maacuteximaeficiencia y de acumulacioacuten de valores de un ciclodeben converger
En general los datos de uso de agua para otrasactividades extractivas de energeacuteticos incluyendolos 83 a 166 LGJ en carboacuten y 61 LGJ en uraniomuestran que el consumo neto en produccioacuten deshale gas estaacute dentro del rango
La produccioacuten de gas de lutita en los EstadosUnidos ha estado dominada por Texas hasta ahoraEn la uacuteltima deacutecada Barnett aportoacute casi el 66 dela produccioacuten del paiacutes entre 2007 y 2009
El uso de agua variacutea considerablemente dentro yentre los plays pero el agua inyectada en unintervalo de produccioacuten (intensidad del uso deagua) tiene un rango muy bajo (de 95 m3 a 14 m3por metro lineal)
Las proyecciones de uso de agua en Barnett para elperiacuteodo 2006ndash2011 resultaron consistentes lo quegenera confianza en el meacutetodo utilizado por JeanNicot aquiacute referido
Aun cuando el volumen de agua usada en la
produccioacuten de shale gas es moderado en generalsu impacto en el consumo de sectores humanospequentildeos puede ser mayor Las proyecciones deconsumo en horas pico sugieren que podriacutea sermaacutes del doble de la demanda de comunidadesrurales de Texas donde el consumo actual es bajo
No obstante el recurso agua podriacutea llegar a sercriacutetico para el desarrollo de esta industria Lascondiciones climaacuteticas de los plays de Texasvariacutean desde huacutemedas hasta semiaacuteridas En lasregiones huacutemedas hay maacutes agua pero ya estaacute muyrepartida entre otros usuarios
En las regiones semiaacuteridas el agua es maacutes escasapor su sobreexplotacioacuten como riego agriacutecola Elproblema podriacutea llegar a ser importante Laexperiencia de consumo de agua por la industriadel shale gas en otros paiacuteses es escasa pero sesabe que en muchas regiones con potencial elrecurso no abunda Tendraacuten que recurrir acaso alagua salobre al agua reciclada y a tecnologiacuteasmenos intensivas en uso del recurso
d) Caracterizacioacuten y simulacioacuten del yacimiento
Una vez que se han identificado los lechos delutitas el siguiente paso es evaluar el yacimiento afin de calibrar la perforacioacuten y la fracturacioacutenhidraacuteulica (Quijano 2011) Para ello se requiereobtener la informacioacuten siguiente
Caracteriacutesticas del yacimiento a partir de registroseleacutectricos y nuacutecleos porosidad permeabilidadmineralogiacutea contenido orgaacutenico gas libre yabsorbido saturacioacuten de agua mecaacutenica delsubsuelo y sellos
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bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
7242019 Hi904-013 Tratamiento Del Shale Gas
httpslidepdfcomreaderfullhi904-013-tratamiento-del-shale-gas 1112
bull Fracturas porosidad presioacuten contencioacutenconductividad y mantenimiento del aacutereafracturada
bull Heterogeneidad de la formacioacuten objetivo cluacutestertipo de roca respuesta a registros eleacutectricoscalibracioacuten con datos de nuacutecleos identificacioacuten delas mejores aacutereas
bull En la explotacioacuten presioacuten de fracturacontencioacuten conductividad apertura sinuosidadproduccioacuten de soacutelidos y sensibilidad a losfluidos15
bull Simulacioacuten de fracturas naturales imaacutegenesredes discretas modelo dinaacutemico
bull Almacenamiento de gas gas libre y gasabsorbido en la matriz en funcioacuten de la presioacuten ytipo de roca
bull Simulacioacuten fiacutesica del yacimiento(almacenamiento y difusioacuten de la matriz a lafractura) sistemas de porosidad incorporacioacuten delgas reabsorbido por la fractura doble omultiporosidad
bull Simulacioacuten de fracturas mallado dobleporosidad transmisibilidades
13 La generacioacuten de electricidad de Susquehanna River Basin
consume 568 millones de litros de agua al diacutea mientras la
demanda pico de la produccioacuten de gas y aceite en Marcellus
misma zona requiere 32 millones de litros diarios
14 1 gigajoule (GJ) = 26137 metros cuacutebicos (m3) de gas
natural = 923019 piessup3 de gas natural Esto significa que con
1 litro de agua se producen 8875 pies cuacutebicos o 27 m
3
de gasnatural en Texas Mientras que los mejores casos permitiriacutean
llegar hasta 400 pies cuacutebicos o 122 m3 de gas natural en
Haynesville
15 La sinuosidad o tortuosidad se refiere a los poros
interconectados de la roca que funcionan como canales de los
fluidos del yacimiento Las interconexiones no son tubos
capilares rectos ni tienen pared lisa Dada la interfase entre
fluidos se generan presiones capilares que afectan el
desplazamiento Por ello la tortuosidad se mide como la
desviacioacuten del sistema poroso real respecto de un sistema
equivalente de tubos capilares
PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL Y SOCIAL
1 Problemaacutetica ambiental
La explotacioacuten de shale gas en los Estados Unidosha provocado una preocupacioacuten creciente por susposibles efectos ambientales en particular elconsumo de grandes voluacutemenes de agua el uso deaditivos quiacutemicos y otras tecnologiacuteas sofisticadas
La sola acumulacioacuten de medios y productos usadospuede provocar efectos secundarios (Stapelberg2010) A continuacioacuten se mencionan lasprincipales preocupaciones
a) Subsuelo perforacioacuten y quiacutemicos en losfluidos
i) De acuerdo con informes de institutos deinvestigacioacuten la lutita de Marcellus se encuentra atemperaturas de 35deg C a 51deg C y a profundidades ypresiones que pueden alcanzar los 6000 psi
El impacto de la perforacioacuten puede alterar lascondiciones de las salmueras saturadas y los gasesaacutecidos Se supondriacutea que las temperaturas altasafectan el comportamiento del cemento dilatan eldesplazamiento de los lodos y disminuyen lacirculacioacuten
A mayor profundidad mayor dificultad paracementar los pozos (Husain 2011) Lasinspecciones han identificado revestimientosincorrectos que son riesgos de fugas
ii) Se ha afirmado que algunos trabajos defracturacioacuten han provocado pequentildeos sismos
iii) La fracturacioacuten hidraacuteulica puede afectar lamovilidad de sustancias naturales en el subsuelocomo fluidos gases elementos traza materialesradiactivos y materia orgaacutenica
iv) Estas sustancias pueden llegar a tierra o a aguassuperficiales si las fracturas se extienden maacutes allaacutede la formacioacuten objetivo y alcanza los acuiacuteferos o
si la cementacioacuten del pozo falla bajo las presionesde la fracturacioacuten hidraacuteulica ademaacutes de que sepueden mezclar con el reflujo y llegar asiacute a lasuperficie
v) Los impactos potenciales de la fracturacioacutenrepetida de un pozo durante su vida uacutetil necesitanmayor estudio No hay suficiente informacioacutensobre sus efectos sobre el revestimiento y lacementacioacuten de pozos a corto y largo plazos vi)Hay casos de longitudes de fractura diferentes a lasprevistas por lo que es difiacutecil predecir y controlarsu ubicacioacuten Debido a esta incertidumbre se debe
considerar la posibilidad de que las fracturasprovocadas conduzcan a fracturas naturales o aotras artificiales creando viacuteas subterraacuteneas decontaminacioacuten de agua potable por liacutequidos ogases
vii) La distancia entre pozos de agua potablepozos exploratorios pozos de produccioacuten pozosabandonados pozos de inyeccioacuten y minassubterraacuteneas debe tener una regulacioacuten maacutesestricta
7242019 Hi904-013 Tratamiento Del Shale Gas
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
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viii) Existe el temor de que los fluidos quiacutemicosinyectados y su eliminacioacuten expongan los pozos deagua de consumo humano local a agentescontaminantes
ix) Entre 2005 y 2009 las 14 empresas principalesde petroacuteleo y gas usaban maacutes de 2500 productosde fracturacioacuten hidraacuteulica que conteniacutean 750productos quiacutemicos y otros componentesobjetables por su contenido de a) agentescanceriacutegenos b) regulados por la Safe Drinking
Water Act por sus riesgos a la salud humana y c)contaminantes peligrosos del aire en la Clean Air
Act (Waxman 2011)
b) Tratamiento en superficie
i) Los cortes de perforacioacuten contienen lutita arenaarcilla y quedan cubiertos por los contaminantesdel lodo de perforacioacuten y del pozo En lasuperficie los residuos se separan del lodo de
perforacioacuten que se almacena para su reutilizacioacutenmientras que los residuos se solidifican y seeliminan fuera del sitio
ii) Para prever la exposicioacuten a derramessuperficiales de los fluidos se deben estudiar afondo las caracteriacutesticas del sitio y los compuestosquiacutemicos en cuestioacuten
iii) Otros posibles impactos estaacuten relacionados conel almacenamiento y tratamiento de residuos ylodos de perforacioacuten Un pozo horizontal generacasi el doble de lodo que el de un pozo verticalsimple El manejo de residuos requiere tanques de
acero especialmente disentildeadosiv) Los derrames superficiales del reflujo y de lasaguas residuales de fracturacioacuten hidraacuteulica puedenocurrir por fugas de tanques fallas de embalse o desuperficie derrames vandalismo accidentesincendio o simple manejo incorrecto Los derramespueden fluir como agua superficial o infiltrarse alsubsuelo y alcanzar agua cercana con el peligro dealcanzar mantos de agua potable
v) Los defectos de disentildeo construccioacuten operacioacutencierre de pozos y almacenamiento de desechostambieacuten pueden provocar emanaciones fugas y
derramesvi) Las instalaciones de tratamiento de aguapotable pueden verse afectadas por la descarga deaguas residuales en la superficie
vii) Las altas concentraciones de cloruro ybromuro no son los uacutenicos problemas que debenabordarse en relacioacuten con las instalaciones detratamiento de agua potable Eacutestas tambieacuten puedenser contaminadas por elementos radiactivosnaturales traiacutedos a la superficie
c) Composicioacuten de las emisiones atmosfeacutericas
i) Metano (CH4) Es liberado por equipos deprocesamiento y dispositivos neumaacuteticos
ii) Oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) Se producencuando el carboacuten se quema para proporcionarenergiacutea a maacutequinas compresores y camiones iii)Compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COV) Sustancias
que contienen carbono faacutecilmente evaporableiv) Benceno tolueno etilbenceno y xilenos(BTEX) Compuestos toacutexicos emitidos en bajascantidades
v) Monoacutexido de carbono Se produce durante lacombustioacuten de hidrocarburos
vi) Dioacutexido de Azufre (SO2) Se forma de laquema de combustibles foacutesiles que contienenazufre
vii) Partiacuteculas de polvo y suelo resultantes de laconstruccioacuten el traacutefico dentro y fuera de las
carreteras y los escapes de vehiacuteculos y motoresdieacutesel
viii) El sulfuro de hidroacutegeno (H2S) Existe en lasformaciones de gas y de aceite y puede liberarse alquedar expuesto y por la quema incompleta de gas
