Proceso de Fracturación Hidráulica para Explotar el Gas de Shale

La fracturación hidráulica es una técnica de extracción, utilizada para liberar el gas termogénico atrapado en formaciones de Shale impermeable. Con el gas atrapado en las fisuras irregulares en grandes yacimientos, la perforación de pozos verticales no se puede utilizar. El proceso se complica aún más en los estratos de Shale, las cuales, se extienden en capas horizontales delgadas a través de las formaciones geológicas, lo que significa que para la producción óptima de los estratos se requiere perforación horizontal, para así abarcar mayor área de drenaje.

• Un pozo vertical se perfora por debajo de las capas de agua dulce. Durante el proceso de perforación, una mezcla de agua y aditivos conocidos colectivamente como "lodo 'se bombea en el pozo de perforación para enfriar la broca y transportar los detritos de roca a la superficie. El lodo tiene un propósito adicional, el cual es revocar las paredes del pozo y mantener la integridad del pozo, evitando el colapso del mismo.

• Una vez que se penetra en el acuífero de agua dulce, la broca y la sarta de perforación es retirada del pozo sin revestir. A continuación se inserta la tubería de revestimiento de superficie (Casing) en el pozo, para aislar los acuíferos de agua dulce del pozo. El cemento se bombea a través del Casing hasta llegar al zapato del Casing. El cemento es forzado a fluir hacia arriba entre las paredes del Casing y la pared del pozo, dejando sellado el acuífero de agua dulce con el pozo. Este sello previene la contaminación del acuífero con los fluidos bombeados para la fracturación y además, previene la contaminación por el gas liberado durante la producción del pozo.

• Una vez que el cemento se ha secado, la sarta de perforación (drill-pipe) y broca son bajados una vez más por el pozo. El tapón de cemento en el fondo del pozo se perfora, y se continua perforando hasta llegar al "punto de kick-off”, el cual está a unos 150 metros (aproximadamente 450 pies) por encima del punto por donde se va a entra a la formación de Shale y se va a empezar a dar horizontalidad al pozo. Aquí es donde comienza la curva de perforación, finalizando en una serie de pozos perforados horizontalmente.

• Una vez más, sarta y broca de perforación son retirados del pozo, y el mismo proceso de bajada de Casing y cementación es realizado. Un motor de perforación de fondo con instrumentos capaces de medir dirección y ángulo de perforación es bajado al fondo del pozo, para comenzar la desviación del pozo. Se toma aproximadamente 400 metros (1200 pies) construir la desviación del pozo desde el punto de inicio hasta que se consigue la dirección de perforación horizontal. Esta parte horizontal del pozo es conocido como la parte "lateral ', y se perfora a lo largo de la formación de Shale.

• Cuando se alcanza la horizontalidad del pozo, la sarta y la broca de perforación son retirado por última vez. El Casing de producción es bajado completamente en el pozo, incluyendo la parte horizontal o lateral del pozo. Una vez más, el cemento se bombea hacia abajo de Casing, y sale a través de zapato ubicado en el extremo del Casing, de nuevo es forzado a rellenar las paredes entre el hueco abierto y la paredes del revestimiento (Casing de producción), llenando el "Anular”- espacio abierto entre el Casing de producción y la pared de la de pozo abierto.

• Una vez completado este proceso, el equipo de perforación se retira de la plataforma de superficie. Temporalmente se coloca una "cabeza de pozo", para el equipo que llevará a cabo la fracturación hidráulica de la formación y la producción del gas liberado.

• El primer paso en el proceso de fracturación hidráulica es perforar el revestimiento de producción en los puntos apropiados a lo largo de la sección lateral del pozo. Esto se conoce como la 'perf.' O cañoneo. Un cañón de cargas moldeadas es bajado por el agujero y la sección lateral del pozo hasta llegar al objetivo. El cañón es activado por vía electrónica, al disparar la carga se realiza pequeños agujeros a través de Casing, el cemento y la formación de Shale. El cañón se extrae del pozo. El pozo está ahora listo para la fracturación hidráulica, abrir las fisuras en la formación de Shale y para liberar el gas atrapado.

• La fracturación hidráulica es el proceso en el cual el agua, la arena y diversos aditivos - "frac fluido”- son bombeados a altas presiones por el agujero del pozo, a través de las fisuras dela formación de Shale, fracturando el Shale. Esto crea una vía que conecta el gas de Shale (yacimiento) al pozo, permitiendo que el gas liberado fluya entre y hacia arriba del pozo.

• Aditivos especiales adicionados al fluido de fracturamiento, conocido como agentes sostén (proppants), permanecen en la formación para mantener las fractura abiertas. Un agente de sostén típico es la arena, pero recientemente pequeñas esfera de cerámica pequeña han demostrado ser mucho más efectivas como agente de sostén, debido a la uniformidad de tamaño y peso.

• La mayor parte del fluido de fracturamiento se recupera hasta el pozo, aunque algunos se pueden perder en la formación de Shale. El fluido de Fracturamiento y lodo siguen fluyendo desde el pozo durante la vida útil del pozo. Una vez es liberado el gas y este fluye en cantidades de producción comercialmente viables, una cabeza de producción es instalada permanente en la superficie, para regular la producción de gas que fluye desde el pozo.

• Las secciones de la fractura lateral son de forma secuencial, comenzando con la sección más alejada del punto de kick-off hasta la sección más cercana. Una vez que una sección ha sido perforada, la formación adyacente a ella se fractura, abriendo las vía de gas, entones esta sección es taponada y la siguiente sección es abierta a lo largo del lateral sufriendo el mismo proceso hasta completar todas las secciones, Una vez que toda la secciones son completadas, los tapones de cemento se extraen, permitiendo que el gas liberado fluya desde el pozo a la superficie.

La técnica de fracturación hidráulica desarrollada en los EE.UU. para liberar el gas atrapado en las fisuras de Shale se ha utilizado durante los últimos 60 años. El proceso se ha desarrollado de acuerdo con los programas estatales de regulación para la explotación de petróleo y gas, haciendo énfasis en la protección de las aguas subterráneas.

En su forma más simple, el proceso puede describirse como sigue:

Los laterales pueden extenderse en todas las direcciones desde el eje vertical, para distancias de hasta 2 km. En consecuencia, es posible que la plataforma de producción que se centra en un área, tenga un diámetro de 4 km. En otras palabras, la plataforma de superficie desde donde se realizan las operaciones de perforación y la fracturación hidráulica de pozos pueden estar situados al menos hasta 4 kilómetros de distancia. La tecnología está mejorando continuamente, y por lo tanto los laterales continuamente se están extendiendo más.

Típicamente, una sola etapa de fracturación hidráulica utiliza casi 2 millones de litros de agua y alrededor de 200,000 kg de agente de sostén para completar el proceso de fracturación hidráulica. Para las zonas áridas, el uso potencial del agua de mar como componente base en el fluido de fracturamiento está siendo considerada seriamente. La Evaluación de los recursos puede determinar la factibilidad de agua de mar de tuberías desde la costa hasta los depósitos centrales para su uso en operaciones de fracturación hidráulica.

Las empresas guardan los secretos de la composición de los fluidos de fracturación, ya que éstos han sido objeto de investigación y desarrollo muy extenso y costoso. Se requieren mecanismos especiales con el fin de mitigar las preocupaciones ambientales a través de la divulgación de la composición de los fluidos de fracturación, mientras que al mismo tiempo preservar la confidencialidad de la información completa y la protección de los derechos de propiedad intelectual de las empresas y su ventaja competitiva.