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 aumenta 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.
De esta forma, las fracturas creadas no se pueden cerrar cuando falla la presión del agua.
Ventajas e inconvenientes del fracking
El fracking, o fracturación hidráulica, es una técnica que plantea una serie de aspectos a considerar, tanto positivos como negativos. A continuación, explicaremos estos aspectos en detalle.
Aspectos económicos
Una de las principales ventajas del fracking es su capacidad para acceder a reservas de gas que anteriormente se consideraban inaccesibles. Esto conlleva beneficios significativos para países, comunidades locales y la industria en general. Además, contribuye a la independencia energética de los países, lo que tiene implicaciones geoestratégicas positivas.
Impacto en la lucha contra el cambio climático
Inicialmente, el fracking recibió apoyo de diversos sectores, incluyendo grupos ecologistas, debido a que la quema de gas natural genera menos emisiones de CO2 en comparación con la quema de carbón o petróleo.
Sin embargo, investigaciones posteriores han cuestionado las ventajas de esta técnica en la lucha contra el cambio climático.
Por un lado, el gas natural (CH4) es un potente gas de efecto invernadero, y su liberación directa en la atmósfera durante el proceso de extracción plantea preocupaciones ambientales. Por otro lado, algunos expertos argumentan que la carrera por la explotación de estos recursos podría frenar el desarrollo de fuentes de energía renovable verdaderamente limpias.
Además, el aumento global en el consumo de energía podría llevar al cambio climático independientemente de las mejoras en la eficiencia energética.
Impacto en las aguas subterráneas
El fracking plantea preocupaciones en cuanto a la posible contaminación de los pozos y acuíferos que abastecen de agua potable a las comunidades.
Aunque la industria argumenta que las barreras de cemento en las perforaciones evitan la migración de sustancias dañinas a las capas de agua subterránea, investigaciones de instituciones como la Universidad de Duke y la EPA han demostrado la presencia de metano, solventes químicos y otras sustancias en muestras de agua cercanas a las perforaciones.
Impacto en las aguas superficiales
Durante el proceso de fracking, una parte considerable de la mezcla de agua, productos químicos y arena inyectada en las perforaciones regresa a la superficie. Esta agua puede llevar consigo sustancias atrapadas en la profundidad, lo que la convierte en un residuo altamente contaminante.
En caso de fugas a ríos y cuerpos de agua superficiales, esto puede provocar desastres ambientales, como el incidente en el río Dunkard Creek en 2009, donde la vida indígena del río se vio gravemente afectada debido a descargas ilegales de aguas de centros de perforación.
Se han propuesto alternativas como el tratamiento en plantas de depuración tradicionales, aunque se plantea la dificultad de purificar completamente estas aguas, especialmente en lo que respecta a sustancias radiactivas como el radio.
Riesgos sísmicos derivados
Las técnicas de micro fracturación 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.
Uso y aplicaciones del fracking
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 fracking 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.
Otros usos
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:
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la construcción de pozos de agua.
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para preparar las rocas para la perforación minera
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hacer procesos para reducir las pérdidas (generalmente fugas de hidrocarburos)
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deseche las fugas inyectándolas en formaciones rocosas adecuadas
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como un método para medir las tensiones en la corteza terrestre.
La fracturación hidráulica paso a paso
A continuación explicamos la técnica para realizar la fractura hidráulica paso a paso:
Generación de la fractura hidráulica
En primer lugar, se genera una fractura hidráulica mediante la inyección de un fluido de fracturación en el pozo, aplicando suficiente presión para superar el gradiente de fractura de la roca.
Esto da lugar a la formación de una o más grietas que permiten la entrada del fluido, lo que provoca una extensión adicional.
Uso del agente de sostén
Para mantener la grieta abierta una vez que se interrumpe la inyección del fluido, se añade un material sólido conocido como agente de sostén. Este material suele estar compuesto por gránulos seleccionados de arena de cuarzo o microesferas de cerámica.
La incorporación de este material en las fracturas creadas por el fracking evita que se cierren por completo, preservando un canal de alta permeabilidad por donde se extraerá el fluido de combustible fósil.
Restauración de la permeabilidad
Cuando se perfora un pozo, se generan astillas de roca y residuos que pueden infiltrarse en las grietas y poros de la pared del pozo, lo que parcialmente sella la fractura y reduce su permeabilidad.
El fracking es una técnica que permite restaurar un flujo adecuado desde el yacimiento. Por esta razón, se ha convertido en una práctica estándar en todos los pozos perforados en formaciones poco permeables.
Fluidos y materiales utilizados
El fluido inyectado en los pozos de fracturación puede ser agua, gel, espuma o gas comprimido, como nitrógeno, dióxido de carbono o aire comprimido.
Además, se emplean diversos tipos de materiales sólidos de soporte, principalmente arena, pero también arena recubierta de resina o esferas cerámicas.
Monitoreo y evaluación de las fracturas
Para evaluar el tamaño y la orientación de las fracturas generadas, se lleva a cabo un monitoreo microsísmico durante el proceso de fracturación, que implica la instalación de matrices de geófonos en pozos adyacentes.
Mediante la detección de microsismos relacionados con el crecimiento de las fracturas, es posible deducir la geometría aproximada de estas últimas.
Además, se obtiene información valiosa sobre las tensiones inducidas en las formaciones rocosas mediante la colocación de matrices inclinométricas.
Equipo y componentes utilizados en la fracturación
El equipo de fracturación utilizado en campos petroleros incluye un mezclador dinámico, una o más bombas de alta presión y alto flujo y una unidad de monitoreo sísmico.
También se requieren tanques, tuberías de alta presión, unidades de aditivos y manómetros para supervisar la presión, el flujo y la densidad del fluido durante la inyección.
Los valores de presión y flujo del fluido varían considerablemente a lo largo de las diferentes fases del proceso, comenzando con una baja presión y un flujo de alrededor de 265 litros por minuto en la etapa inicial, y aumentando la presión hasta alcanzar los 100 MPa en la fase de estrés, con una disminución gradual del flujo.
Origen 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 los 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.