Algunas perspectivas sobre la fracturación hidráulica (“fracking”), como técnica para explotar hidrocarburos

Álvaro Pedroza Rojas, Profesor Titular UFPS. Departamento de Geotecnia y Minería

El diálogo académico con dos estudiantes de Ingeniería Civil de la UFPS (Andreina Duque y Sonia Anaya) en torno a las inquietudes que les dejó la conferencia sobre la técnica “fracking”, dictada por el compañero profesor (j), Ingeniero Civil, M.Sc Alonso Oliveros B., en el marco de la componente académica de la pasada Semana Universitaria, me motivaron a la escritura de un artículo sobre tal procedimiento de explotación de hidrocarburos, cuya entrega haré pública, gradualmente, a través de este medio en pequeños fragmentos.

Introducción

El término “fracking” (del inglés), se traduce como la técnica de fracturación hidráulica practicada en procesos de extracción de gas y/o petróleo del subsuelo. Se trata de un vocablo que se ha ido situando como de uso corriente y que ha despertado colectivamente una voz de alerta, por los efectos colaterales que, según diferentes fuentes de investigación, conlleva tal procedimiento.

La fracturación hidráulica como sistema de explotación de hidrocarburos tiene dividida la comunidad internacional en dos extremos: entre quienes apoyan su fomento y aplicación como estrategia para aumentar la productividad y mejorar los ingresos económicos y entre quienes alientan su prohibición, debido a los impactos geológicos y eco ambiental que conlleva su uso.

La técnica, en esencia, consiste de tres fases: en la primera, se realiza un pozo vertical profundo (usualmente superior a los 2 km) y una vez alcanzada la profundidad de diseño, se practica la segunda etapa, consistente en continuar (mediante el giro ortogonal del taladro) con una perforación horizontal (que oscila entre 1 y 3 km de longitud. En la tercera fase, y con el fin de favorecer la salida del combustible a superficie del combustible, se ensanchan las fracturas existentes en el sustrato rocoso (usualmente menores a 1mm) que contiene el gas o petróleo, mediante la inyección a presión, en el terreno, de una mezcla agua-arena-químicos. Este procedimiento crea una serie de canales que se convierten en los ductos por los cuales fluyen los hidrocarburos a superficie. Ver Figura 1. Ciclo del procedimiento de fracturación hidráulica.

Montgomery, Carl T y Michael B. Smith1 , señalan que en el 2010 el procedimiento de fracturación hidráulica ya había sido implementada en el 60% de los pozos de extracción en uso. No obstante, tales métodos de explotación de hidrocarburos, considerados de menor costo y mayor productividad frente a otros sistemas extractivos, han sido recientemente impulsados para contrarrestar los altos precios del petróleo.

Frente a la técnica de explotación de hidrocarburos mediante fracturación hidráulica se han izado dos corrientes antagónicas de pensamiento; de una parte, los seguidores del método justifican su postura en el aumento en la producción de hidrocarburos procedentes de fuentes inaccesibles por otros métodos con los subsecuentes beneficios económicos2 3. La vertiente contraria argumenta su posición, de una parte, destacando como impacto geológico un incremento en la sismicidad, la cual relacionan con los procedimientos de perforación, fracturación e inyección profunda de fluidos y por otra parte, resaltando los efectos medioambientales que conlleva la aplicación de esta técnica, tales como: contaminación de fuentes subterráneas de agua, elevación del consumo de este líquido y de los químicos demandado por tal técnica, contaminación acústica y atmosférica, migración de gases y otras sustancias hacia superficie, afectación de cuerpos superficiales de agua por vertidos y efectos en la salud asociados a tales impactos4 5.

Figura 1. Ciclo del procedimiento de fracturación hidráulica. Fuente: EPA: United States Environmental Protection Agency. EPA’s study of hydraulic fracturing and its potential impact on drinking water resources. http://www2.epa.gov/hfstudy/hydraulic-fracturing-water-cycle

1 Montgomery, Carl T. y Michael B. Smith (en inglés). Hydraulic fracturing: History of an Enduring Technology”. Society of Petroleum Engineers. 2 IEA, 2012, Golden Rules for a golden age of gas. World Energy Outlook Special Report on unconventional gas. OECE. Pp 18-27.3 Hillard Huntington et al. EMF 26: Changing the game?. Emissions and market of new natural gas supplies report. Stanford University. Energy Modelinf Forum, 2013.4 Brown, Valerie J. (February 2007). Industry issues: putting the heat on gas. Environmental Health Perspectives (US National Institute of Environmental Health Sciences) 115 (2): A76.doi:10.1289/ehp.115-a76.PMC1817691.PMID17384744.5 Kim, Won-Young. Induced seismicity associated with fluid injection into deep well in Youngstown, Ohio’. Journal of Geophysical Research-Solid Earth

Base geológica de la técnica fracking

Las fracturas en los macizos rocosos (naturales o inducidas) funcionan como canales de flujo,

a través de los cuales migran líquidos, gases y crudo. De hecho, la permeabilidad (flujo del

agua a través del medio poroso) en un macizo rocoso se realiza principalmente a través de las

fracturas. La observación de esta realidad geológica pudo haber dado origen a la técnica de

fracturación inducida mediante inyección hidráulica presurizada (“fracking”) en el subsuelo,

para ensanchar fracturas, generar canales y posibilitar la liberación del gas y petróleo

confinado en el interior de la corteza terrestre, a grandes profundidades.

Las fracturas naturales existentes en los macizos rocosos (especialmente las denominadas

fracturas de tracción) tienden a cerrarse con la profundidad debido a la presión geoestática de

confinamiento que produce la carga litostática o estratos de rocas suprayacentes.

La técnica de fracturación hidráulica (que conlleva una inyección apreciable de agua al subsuelo)

aumenta la presión de poros en el interior del macizo rocoso y consecuentemente reduce el

esfuerzo efectivo. Cuando la tensión efectiva se reduce suficientemente al punto que la tensión

principal mínima sea de tracción, superando la resistencia a la tracción del material, éste termina

fracturándose. Las fracturas se formará sobre el plano principal estar orientadas en el plano

perpendicular a la tensión principal mínima y por esta razón las fracturas inducidas en pozos

hidráulicos se utilizan a veces para determinar la orientación de las tensiones. En los ejemplos

naturales, tales como diques o fracturas vena llenas, las orientaciones pueden utilizarse para inferir

estados pasados de estrés.

http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish13/sum13/

defining_hydraulics.pdf

Venas

La mayoría de los sistemas de vetas son un resultado de la fracturación hidráulica repetida durante

los períodos de presión relativamente alta del fluido de poro. Esto es particularmente notable en el

caso de las venas "grieta-seal", donde el material de la veta se puede ver que se ha añadido en

una serie de eventos discretos fracturamiento, con material de la veta adicional depositado en cada

ocasión. Un mecanismo para demostrar tales ejemplos de fracturación repetida de larga duración

es los efectos de la actividad sísmica, en el que los niveles de estrés suben y bajan

episódicamente y grandes volúmenes de líquido pueden ser expulsados de fracturas llenas de

líquido durante los terremotos. Este proceso se conoce como "sísmica de bombeo".

Los diques

Intrusiones menores de bajo nivel, tales como diques propagan a través de la corteza en forma de

grietas llenas de líquido, aunque en este caso el fluido es magma. En las rocas sedimentarias con

un contenido significativo de agua del fluido en la punta de la fractura de propagación será vapor.