La fracturación hidráulica o fracking en geotécnica es la explotación de la presión de un fluido, típicamente agua, para crear y después propagar una fractura en una capa de roca en el subsuelo. El fracking se lleva a cabo después de una perforación en una formación de roca que contiene los hidrocarburos (petróleo o gas natural).
El objetivo es aumentar la permeabilidad. Con la mejora de la permeabilidad se mejora la producción del petróleo o gas contenido en el subsuelo y aumentar su tasa de recuperación.
Las fracturas hidráulicas en rocas pueden ser tanto naturales como creadas por humanos; se crean y agrandan por la presión del fluido contenido en la fractura. Las fracturas hidráulicas naturales más comunes son los diques y capas de hebra, además de las grietas causadas por el hielo en áreas con climas fríos.
Las fracturas creadas por el hombre son inducidos profundamente en niveles precisos de roca dentro de los campos de petróleo y gas. Se extienden mediante el bombeo de fluido bajo presión, y después se mantiene abierta mediante la introducción de arena, grava, microesferas de cerámica como material de relleno permeable.
De esta forma, las fracturas creadas no se pueden cerrar cuando falla la presión del agua.
Aplicaciones del faking
La técnica de fracturación hidráulica se utiliza para aumentar o restablecer la velocidad de extracción de fluidos como el petróleo, el gas y el agua, incluidos depósitos no convencionales como rocas carboníferas o bituminosas.
El fracking permite la extracción de hidrocarburos de rocas permeables (por ejemplo, piedra caliza compacta, así arenisca cementado y arcilla), de la que de otra manera fluiría en cantidades tales como para permitir la extracción a una tasa económicamente viable. La utilización del fraking permite abaratar la obtención de energía fósil al abaratar la obtención del combustible fósil.
Por ejemplo, la fracturación permite la extracción de gas natural de rocas bituminosas, un material extremadamente impermeable.
Las fracturas inducidas aumentan la permeabilidad de la roca alrededor del pozo, aumentando la tasa de flujo de extracción.
Si bien el principal uso industrial de la fracturación hidráulica es estimular la extracción de los combustibles fósiles petróleo y gas natural, también se utiliza:
- en la construcción de pozos de agua.
- para preparar las rocas para la perforación minera
- hacer procesos para reducir las pérdidas (generalmente fugas de hidrocarburos)
- deseche las fugas inyectándolas en formaciones rocosas adecuadas
- como un método para medir las tensiones en la corteza terrestre.
Metodología de la fracturación hidráulica
Se crea una fractura hidráulica bombeando el fluido de fracturación en el pozo, con suficiente presión para superar el gradiente de fractura de la roca. Esto causa una o más grietas en las cuales entra el fluido, causando una extensión adicional.
Para mantener la grieta abierta después de la interrupción del fluido de bombeo se añade un material sólido. A este material se le llama agente de sostén. Normalmente este material está compuesto de gránulos seleccionados de arena de cuarzo o microesferas de cerámica.
Este material añadido en las fracturas provocadas por el fracking impide de cierre completamente a la pérdida de presión, preservando un pasaje de alta permeabilidad para el fluido del combustible fósil se extraerá.
La perforación de un agujero produce astillas de roca y desechos que pueden deslizarse en las grietas y en los poros de la pared del pozo, sellando parcialmente la fosa y la reducción de la permeabilidad: la fracturación hidráulica puede restaurar un flujo adecuado de extracción desde el depósito.
Por esta razón, es una medida estándar adoptada en todos los pozos perforados en rocas poco permeables, y aproximadamente el 90% de todos los pozos de gas natural en los Estados Unidos utilizan la fracturación hidráulica para producir gas a un precio competitivo.
El fluido inyectado en los pozos del fracking puede ser agua, gel, espuma o gas comprimido, como nitrógeno, dióxido de carbono o aire simple. También se usan varios tipos de material de mantenimiento sólido: generalmente arena, pero también arena con revestimientos de resina o esférulas cerámicas.
Para detectar el tamaño y la orientación de las fracturas causadas, se lleva a cabo un monitoreo microsísmico durante el bombeo de la fracturación, la instalación de matrices de geófonos en los pozos adyacentes. Al mapear los microsismos debido a las fracturas en crecimiento, podemos deducir la geometría aproximada de las fracturas. Otra información importante sobre las tensiones inducidas en las rocas se obtiene colocando matrices inclinométricas.
El equipo de fractura estándar utilizado en campos petroleros incluye un mezclador dinámico, una o más bombas de alta presión y alto flujo (generalmente bombas triples o quíntuples) y una unidad de monitoreo sísmico.
Otros materiales necesarios son tanques, tuberías de alta presión, unidades de aditivos y manómetros para controlar la presión, el flujo y la densidad del fluido durante la inyección. Los valores de presión y flujo del fluido varían mucho en las diversas fases: la inyección comienza con baja presión y flujo también de 265 litros por minuto.
En la fase de estrés, la presión aumenta hasta 100 MPa y el flujo disminuye gradualmente.
Ventajas e inconvenientes del fracking
Aspectos económicos
Una de las grandes ventajas de esta técnica es que permite la explotación de reservas de gas que antes se consideraban inalcanzables. Estos sitios brindan grandes beneficios a los países, las comunidades locales y la industria. Además, los diferentes países ayudan a lograr una mayor independencia energética con los sucesivos beneficios geoestratégicos.
Lucha contra el cambio climático
Inicialmente, esta técnica recibió apoyo de diferentes sectores, incluidos grupos ecologistas. Esto era debido al hecho de que la quema de gas emite menos CO2 que la quema de carbón o aceite. Sin embargo, investigaciones posteriores cuestionaron las ventajas de esta técnica en la lucha contra el cambio climático. Por un lado, el gas natural propio (CH4) es un potente gas de efecto invernadero, siendo muy peligroso su filtración directa a la atmósfera durante el proceso de extracción.
Por otro lado, la carrera por la explotación de estos sitios puede, de acuerdo con los comentarios de los expertos, estancarse en el desarrollo de fuentes de energía renovable verdaderamente limpias como la energía solar fotovoltaica, la energía eólica, la energía geotérmica o la energía hidráulica.
Además, otros expertos argumentan que, aunque la quema de gas es más limpia que la quema de combustibles fósiles tradicionales, el aumento global en el consumo de energía llevaría irremediablemente al cambio climático.
Impacto en las aguas subterráneas
Uno de los problemas derivados del fracking es la posible contaminación de los pozos y acuíferos que proporcionan agua potable a la población. La industria argumenta que las barreras de cemento introducidas en las perforaciones impiden el posible paso de sustancias dañinas a las capas de agua subterránea donde se puede encontrar agua potable.
Sin embargo, varias investigaciones de la Universidad de Duke y la EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) han demostrado la presencia de metano, solventes químicos y otras sustancias, en muestras de agua tomadas cerca de las perforaciones.
Impacto en las aguas superficiales
Durante el proceso de fracking, una parte considerable de la mezcla de agua, productos químicos y arena que se inyecta en la perforación regresa a la superficie. Además, en este proceso, el agua transporta a la superficie sustancias que quedaron atrapadas en la profundidad.
Este desecho es altamente contaminante y puede causar desastres ambientales en caso de fugas a los ríos y depósitos de aguas superficiales.
El ejemplo clásico de esta posible contaminación ocurrió en el río Dunkard Creek en septiembre de 2009. Una invasión de algas microscópicas acabó con gran parte de la vida indígena del río. Posteriormente se supo que varias compañías habían realizado descargas ilegales de aguas provenientes de varios centros de perforación.
Una de las alternativas propuestas fue tratar estas aguas en plantas de depuración tradicionales. Sin embargo, varios expertos enfatizaron que estas plantas no estarían preparadas para purificar estas aguas por completo, especialmente con respecto a la limpieza de sustancias radiactivas (radio).
Historia del fracking
La técnica de la mejora de la productividad de un pozo de petróleo mediante el fracking data de la década de 1860, cuando en Pennsylvania, con el uso de nitroglicerina, se mejoró la producción de algunos pozos perforados en rocas sólidas.
La tecnología de fracturación mediante la aplicación de presión sobre la roca utilizando fluido hidráulico, para estimular el suministro de petróleo de los campos menos productivos se produjo en el Estados Unidos en 1947 por el Stanolind Petróleo y Gas Corporation en el campo en Hugoton Kansas.
La primera compañía en patentar una técnica de fracturación hidráulica fue el Haliburton Aceite de cementación de pozos de la empresa en 1949. Esta práctica, dada la mayor producción que causó, se extendió rápidamente por primera vez en toda la industria petrolera de EE. UU. y luego en la de todo el mundo.
Riesgos ambientales derivados del fracking
La fracturación hidráulica se está monitoreando internacionalmente debido a las preocupaciones sobre los riesgos de contaminación química del agua subterránea y el aire. En algunos países, el uso de esta técnica ha sido suspendido o incluso prohibido.
En marzo de 2014, la revista Endocrinology publicó un artículo sobre actividades mineras en Colorado, titulado "Actividades de receptores de estrógenos y andrógenos de productos químicos de fracturación hidráulica y superficies y aguas subterráneas en una región de gran densidad de perforación"... Los investigadores analizaron las aguas del condado de Garfield, Colorado, donde los ejes de gas de esquisto están muy presentes.
El muestreo demostró que incluso la presencia de "niveles moderados" de sustancias químicas en los fluidos utilizados para hacer fracking tenía el potencial de interferir con el funcionamiento hormonal normal. Uno de los colaboradores del estudio, Christopher Kassotis, argumenta que los altos niveles de alteración en el funcionamiento de las hormonas están relacionados con la infertilidad, el cáncer y el daño al nacimiento.
Riesgos sísmicos derivados de la fractura hidráulica
Las técnicas de microfracturación hidráulica del sedimento pueden, en algunos casos, generar una microsismicidad inducida altamente localizada. La intensidad de estos microsismos generalmente es bastante limitada, pero puede haber problemas locales de estabilidad del suelo cuando los sedimentos son superficiales.
