Content
- Què és el fracturatge hidràulic?
- Quant de temps s’ha utilitzat el fracturament hidràulic?
- Ús exitós de fracturació hidràulica en esquistos
- Fracturació hidràulica en altres jocs d'esquila
- Fracturació de líquids
- Plantilles
- Preocupacions mediambientals
- Beneficis de producció
Bombes i motors dièsel a punt per al frac: Foto d'una operació de fracturació hidràulica realitzada en una plataforma de perforació al joc de gasos de Marcellus Shale del sud-oest de Pennsilvània. Per al frac hi ha un enorme muntatge de bombes, motors dièsel, camions d'aigua, batedores de sorra i aparells de fontaneria. Imatge de Doug Duncan, USGS.
Què és el fracturatge hidràulic?
La fracturació hidràulica és un procediment que pot augmentar el flux de petroli o gas d’un pou. Es fa mitjançant la bombada de líquids cap a un pou cap a unitats de roca subsuperficial a pressions prou altes com per fracturar la roca. L’objectiu és crear una xarxa de fractures interconnectades que serveixin d’espais de porus per al moviment de petroli i gas natural al pou.
La fracturació hidràulica combinada amb la perforació horitzontal ha convertit esquistes rics en orgànics abans productius en els camps de gas natural més grans del món. La formació de Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Eagle Ford Shale i Bakken Formation són exemples d’antigues unitats de roca poc productives que s’han convertit en camps fantàstics de gas o petroli per fracturació hidràulica.
Quant de temps s’ha utilitzat el fracturament hidràulic?
El primer ús de la fracturació hidràulica per estimular els pous de petroli i gas natural als Estats Units es va fer fa més de 60 anys. La Companyia de Cimentació del Pou Oil Haliburton va obtenir una patent per al procediment el 1949. El mètode va augmentar amb èxit les taxes de producció de pous i la pràctica es va estendre ràpidament. Ara s’utilitza a tot el món en milers de pous cada any. La gasolina, el combustible de calefacció, el gas natural i altres productes derivats del petroli costarien molt més si no s’hagués inventat la fracturació hidràulica.
Perforació horitzontal i fracturació hidràulica: Esquema simplificat d’un pou de gas natural que s’ha construït amb perforació horitzontal a través de l’Esquila Marcellus i fracturació hidràulica a la porció horitzontal del pou.
Pastilla de perforació a punt per fracturar hidràulicament: Una altra foto d'un simulacre el dia de frac en el joc de gasos de Marcellus Shale del sud-oest de Pennsilvània. Foto de Doug Duncan, USGS.
Ús exitós de fracturació hidràulica en esquistos
A principis dels anys 90, Mitchell Energy va començar a utilitzar la fracturació hidràulica per estimular la producció de gas natural a partir de pous forats al Barre de Shan de Texas. El Shale Barnett contenia enormes quantitats de gas natural; tanmateix, Barnett rarament produïa gas natural en quantitats comercials.
Mitchell Energy es va adonar que el gas del Shale de Barnett estava atrapat en espais minúsculs de porus que no estaven interconnectats. La roca tenia espai de porus però mancava de permeabilitat. Els pots foradats a través del Shan de Barnett solen presentar una producció de gas, però no prou gas per a la producció comercial. Mitchell Energy va resoldre aquest problema mitjançant la fractura hidràulica del Barre de Shan per crear una xarxa d’espais de porus interconnectats que permetessin un flux de gas natural al pou.
Malauradament, moltes de les fractures produïdes pel procés de fracturació hidràulica es van tancar quan es van apagar les bombes. L'esquadra de Barnett estava tan profundament enterrada que la pressió reduïda va tancar les noves fractures. Aquest problema es va solucionar afegint sorra al fluid de fractura. Quan la roca es va fracturar, la gota d'aigua a l'espai de porus recentment obert portaria grans de sorra a la unitat de roca. Quan la pressió de l'aigua es va reduir, els grans de sorra van "propulsar" la fractura i van permetre un flux de gas natural a través de les fractures i al forat del pou. Avui hi ha una gran varietat de productes naturals i sintètics que es venen amb el nom de "sorra de frac".
Mitchell Energy va millorar encara més el rendiment dels seus pous forant-los horitzontalment a través del Shale de Barnett. Els pous verticals es van iniciar a la superfície, es van dirigir cap a una orientació horitzontal i van passar a través de l’Esquema de Barnett durant milers de peus. Això multiplicava la longitud de la zona de pagament al pou. Si una unitat de roca tingués 100 peus de gruix, es tindria una zona de pagament de 100 peus en un pou vertical. Tanmateix, si el pou es guiava horitzontal i es mantenia horitzontal durant 5.000 peus a través de la formació objectiu, la longitud de la zona de pagament era cinquanta vegades més llarga que la zona de pagament d'un pou vertical.
Mitchell Energy va utilitzar la fracturació hidràulica i la perforació horitzontal per multiplicar la productivitat dels pous de Barnett Shale. De fet, molts dels seus pous de gran èxit haurien estat fallades si fossin pous verticals sense fracturar-se.
Pistola de perforació: Pistola perforant no utilitzada i gastada usada en la perforació de petroli i gas i fracturació hidràulica. La canonada de la part inferior mostra forats creats per les càrregues explosives muntades a l'interior de la canonada. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Fracturació hidràulica en altres jocs d'esquila
A mesura que altres es van assabentar de l’èxit de Mitchell Energys a l’Esquema de Barnett de Texas, els mètodes de perforació horitzontal i fracturació hidràulica es van provar en altres esquistes rics en orgànics. Aquests mètodes van tenir èxit ràpidament en el Shale de Haynesville i el Shale de Fayetteville de Louisiana, Texas i Arkansas, i després en el Shale Marcellus de la conca dels Apal·les. Els mètodes funcionen en molts altres esquistos i ara s’utilitzen per desenvolupar esquistes rics en orgànics a moltes parts del món.
La fracturació hidràulica també ha permès produir líquids de gas natural i petroli a partir de molts pous. Les unitats de roques com el Bakken Shale de Dakota del Nord i el Shale Niobrara de Colorado, Kansas, Nebraska i Wyoming produeixen ara quantitats importants de petroli per fracturació hidràulica.
Estany de contenció d'aigua del frac: Una presa d'aigua en una plataforma de perforació al joc de gas de Shale Fayetteville d'Arkansas. Els estanys folrats com aquest s’utilitzen per a l’emmagatzematge d’aigua frac en llocs de perforació en tots els jocs de gas natural. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Fracturació de líquids
L’aigua és el fluid impulsor utilitzat en el procés de fracturació hidràulica. Depenent de les característiques del pou i de la roca fracturada, es poden necessitar uns quants milions de galons d’aigua per completar un treball de fracturació hidràulica.
Quan l'aigua es bombeja al pou, no es troba a pressió tota la longitud del pou. En canvi, s’insereixen taps per aïllar la porció del pou on es desitgen les fractures. Només aquesta secció del pou rep tota la força de bombament. A mesura que la pressió s’acumula en aquesta porció del pou, l’aigua obre fractures i la pressió de conducció s’estén les fractures a la unitat de roca. Quan s’aturen els bombaments, aquestes fractures es tanquen ràpidament i l’aigua que s’utilitza per obrir-les es torna a introduir al forat, fa una còpia de seguretat del pou i es recull a la superfície. L’aigua retornada a la superfície és una barreja d’aigua injectada i aigua porosa que ha quedat atrapada a la unitat de roca durant milions d’anys. L’aigua dels porus sol ser una salmorra amb quantitats importants de sòlids dissolts.
Sovint s’afegeixen productes químics a l’aigua emprada en la fracturació hidràulica. Aquests additius serveixen per a diversos propòsits. Alguns espesseixen l’aigua en un gel més eficaç per obrir fractures i portar plantes properes a la unitat de roca. S'hi afegeixen altres productes químics: reduir la fricció, mantenir les restes de roca en suspensió al líquid, evitar la corrosió dels equips, matar bacteris, controlar el pH i altres funcions.
La majoria de les empreses han estat resistents a revelar la composició dels seus líquids de fracturació hidràulica. Consideren que aquesta informació s'ha de mantenir privada per protegir la seva investigació competitiva. Tot i això, els reguladors comencen a exigir informació i algunes empreses comencen a compartir la informació de manera voluntària.
Frac sorra: La sorra de sílice de gra fi es barreja amb productes químics i aigua abans de ser bombada en formacions rocoses per evitar que les fractures artificials de nova creació es tanquin un cop finalitzada la fracturació hidràulica. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Plantilles
En la fracturació hidràulica s’utilitzen una gran varietat de plantes. Es tracta de petites partícules resistents a les aixafades que són transportades a les fractures pel fluid de fracturació hidràulic. Quan les bombes s’apaguen i les fractures s’esfondren, aquestes partícules resistents a les aixafades mantenen la fractura oberta, creant un espai de porus a través del qual el gas natural pot viatjar al pou.
La sorra de frac és el propànol més utilitzat actualment, però també s’han utilitzat perles d’alumini, perles de ceràmica, bauxita sinteritzada i altres materials. Es pot utilitzar més d’un milió de quilos de plantes properes mentre es fractura un sol pou.
Vista de la imatge per satèl·lit dels pous horitzontals: Una vista per satèl·lit d’un lloc de perforació d’Utica Shale on s’han construït i estimulat nou pous horitzontals amb fracturació hidràulica.
Preocupacions mediambientals
Hi ha diverses preocupacions mediambientals relacionades amb la fracturació hidràulica. Això inclou:
1) Les fractures produïdes al pou es podrien estendre directament a unitats de roca superficial que s'utilitzen per al subministrament d'aigua potable. O bé, les fractures produïdes al pou poden comunicar-se amb fractures naturals que s’estenen en unitats de roques poc profundes que s’utilitzen per al subministrament d’aigua potable.
2) La carcassa d'un pou pot fallar i permetre que els líquids puguin escapar a les unitats de roca superficial que s'utilitzen per al subministrament d'aigua potable.
3) Els vessaments accidentals de líquids de fracturació hidràulica o líquids expulsats durant un treball de fractura poden filtrar-se a terra o contaminar les aigües superficials.
Beneficis de producció
La fracturació hidràulica pot augmentar significativament el rendiment d’un pou. Quan es combina amb la perforació horitzontal, sovint les formacions de roca poc rendibles es converteixen en camps productius de gas natural. La tècnica és en gran mesura responsable del desenvolupament dels camps de gas de Barlett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale i Marcellus Shale. També pot alliberar el petroli de les unitats de roca atapeïda com s’ha fet amb el Shake Bakken i el Shale Niobrara.
El procés de fracturació hidràulica i els productes químics utilitzats amb ell provoquen una gran preocupació per als defensors del medi ambient que vetllen per la indústria del gas natural. Cal un entorn regulador que permeti emprar aquestes tècniques i proporcionar garanties ambientals per protegir el subministrament d’aigua i les persones que viuen a les zones on es produeix la perforació.