Fracking
Fractura de lecho rocoso mediante líquido presurizado

Fracking
Fracking en la formación Bakken en Dakota del Norte
Tipo de procesoMecánico
Sector(es) industrial(es)Minería
Principales tecnologías o subprocesosPresión del fluido
Producto(s)Gas natural , petróleo
InventorFloyd Farris, Joseph B. Clark ( Corporación de petróleo y gas Stanolind )
Año de invención1947
Fracking
Plataforma de perforación de gas de esquisto cerca de Alvarado, Texas
Plataforma de perforación de gas de esquisto cerca de Alvarado, Texas
Plataforma de perforación de gas de esquisto cerca de Alvarado, Texas
Por país
Impacto ambiental
Regulación
Tecnología
Política

El fracking (también conocido como fracturación hidráulica , fracking , hidrofracturación o hidrofracking ) es una técnica de estimulación de pozos que implica la fracturación de formaciones en el lecho rocoso mediante un líquido presurizado. El proceso implica la inyección a alta presión de "fluido de fracturación" (principalmente agua, que contiene arena u otros agentes de sostén suspendidos con la ayuda de agentes espesantes ) en un pozo para crear grietas en las formaciones rocosas profundas a través de las cuales fluirán más libremente el gas natural , el petróleo y la salmuera . Cuando se elimina la presión hidráulica del pozo, pequeños granos de agentes de sostén de fracturación hidráulica (ya sea arena u óxido de aluminio ) mantienen abiertas las fracturas. [1]

La fracturación hidráulica comenzó como un experimento en 1947, [2] y la primera aplicación comercialmente exitosa siguió en 1949. A partir de 2012, se habían realizado 2,5 millones de "trabajos de fractura" en todo el mundo en pozos de petróleo y gas, más de un millón de ellos dentro de los EE. UU. [3] [4] Dicho tratamiento es generalmente necesario para lograr tasas de flujo adecuadas en pozos de gas de esquisto , gas de esquisto apretado , petróleo de esquisto apretado y gas de veta de carbón . [5] Algunas fracturas hidráulicas pueden formarse naturalmente en ciertas vetas o diques . [6] La perforación y la fracturación hidráulica han convertido a los Estados Unidos en un importante exportador de petróleo crudo a partir de 2019, [7] pero la fuga de metano , un potente gas de efecto invernadero , ha aumentado drásticamente. [8] [9] El aumento de la producción de petróleo y gas a partir del auge del fracking que duró una década ha llevado a precios más bajos para los consumidores, con mínimos casi récord de la proporción de los ingresos de los hogares destinados a los gastos de energía. [10] [11]

La fracturación hidráulica es muy controvertida. [12] Sus defensores destacan los beneficios económicos de los hidrocarburos más accesibles (como el petróleo y el gas natural ), [13] [14] los beneficios de sustituir el carbón por gas natural , que se quema de forma más limpia y emite menos dióxido de carbono (CO 2 ), [15] [16] y los beneficios de la independencia energética . [17] Los opositores al fracking argumentan que estos se ven superados por los impactos ambientales , que incluyen la contaminación de las aguas subterráneas y superficiales , [18] el ruido y la contaminación del aire , el desencadenamiento de terremotos y los riesgos resultantes para la salud pública y el medio ambiente. [19] [20] Las investigaciones han encontrado efectos adversos para la salud en las poblaciones que viven cerca de los sitios de fracturación hidráulica, [21] [22] incluida la confirmación de riesgos químicos, físicos y psicosociales como resultados del embarazo y el parto, migrañas, rinosinusitis crónica , fatiga severa, exacerbaciones del asma y estrés psicológico. [23] Es necesario respetar las normas y los procedimientos de seguridad para evitar más impactos negativos. [24]

La escala de la fuga de metano asociada con la fracturación hidráulica es incierta, y hay cierta evidencia de que la fuga puede anular cualquier beneficio en materia de emisiones de gases de efecto invernadero del gas natural en relación con otros combustibles fósiles . [25] [26]

Diagrama de maquinaria y proceso de fracturación hidráulica

Los aumentos de la actividad sísmica después de la fracturación hidráulica a lo largo de fallas inactivas o previamente desconocidas a veces son causados ​​por la eliminación por inyección profunda del reflujo de fracturación hidráulica (un subproducto de pozos fracturados hidráulicamente), [27] y la salmuera de formación producida (un subproducto de pozos de petróleo y gas fracturados y no fracturados). [28] Por estas razones, la fracturación hidráulica está bajo escrutinio internacional, restringida en algunos países y prohibida por completo en otros. [29] [30] [31] La Unión Europea está redactando regulaciones que permitirían la aplicación controlada de la fracturación hidráulica. [32]

Geología

Mecánica

Las rocas fracturadas a gran profundidad frecuentemente se ven suprimidas por la presión debido al peso de los estratos de roca suprayacentes y la cementación de la formación. Este proceso de supresión es particularmente significativo en fracturas de "tensión" ( Modo 1 ) que requieren que las paredes de la fractura se muevan contra esta presión. La fracturación ocurre cuando la tensión efectiva es superada por la presión de los fluidos dentro de la roca. La tensión principal mínima se vuelve tensora y excede la resistencia a la tensión del material. [33] [34] Las fracturas formadas de esta manera generalmente están orientadas en un plano perpendicular a la tensión principal mínima y, por esta razón, las fracturas hidráulicas en pozos se pueden utilizar para determinar la orientación de las tensiones. [35] En ejemplos naturales, como diques o fracturas rellenas de vetas, las orientaciones se pueden utilizar para inferir estados pasados ​​de tensión . [36]

Venas

La mayoría de los sistemas de vetas minerales son el resultado de fracturas naturales repetidas durante períodos de presión de fluidos intersticiales relativamente alta . El efecto de la alta presión de fluidos intersticiales en el proceso de formación de sistemas de vetas minerales es particularmente evidente en vetas de "sellado por grietas", donde el material de la veta es parte de una serie de eventos de fracturamiento discretos, y se deposita material de veta adicional en cada ocasión. [37] Un ejemplo de fracturamiento natural repetido a largo plazo se encuentra en los efectos de la actividad sísmica. Los niveles de estrés suben y bajan episódicamente, y los terremotos pueden hacer que se expulsen grandes volúmenes de agua connata de las fracturas llenas de fluido. Este proceso se conoce como "bombeo sísmico". [38]

Diques

Las intrusiones menores en la parte superior de la corteza , como los diques, se propagan en forma de grietas llenas de fluido. En tales casos, el fluido es magma . En rocas sedimentarias con un contenido significativo de agua, el fluido en la punta de la fractura será vapor. [39]

Historia

Precursores

Operación de fracturación de Halliburton en la Formación Bakken , Dakota del Norte , Estados Unidos

La fracturación como método para estimular pozos petrolíferos de roca dura y poco profundos se remonta a la década de 1860. Se utilizaban detonaciones con dinamita o nitroglicerina para aumentar la producción de petróleo y gas natural de formaciones petrolíferas. El 24 de abril de 1865, el coronel Edward AL Roberts, veterano de la Guerra Civil de los EE. UU. , recibió una patente para un " torpedo explosivo ". [40] Se empleó en Pensilvania , Nueva York , Kentucky y Virginia Occidental utilizando nitroglicerina líquida y, más tarde, también solidificada . Más tarde, el mismo método se aplicó a pozos de agua y gas. La estimulación de pozos con ácido, en lugar de fluidos explosivos, se introdujo en la década de 1930. Debido al grabado ácido , las fracturas no se cerraban por completo, lo que daba como resultado un mayor aumento de la productividad. [41]

Aplicaciones del siglo XX

Se considera que Harold Hamm , Aubrey McClendon , Tom Ward y George P. Mitchell fueron pioneros en innovaciones de fracturación hidráulica orientadas a aplicaciones prácticas. [42] [43]

Pozos de petróleo y gas

La relación entre el rendimiento del pozo y las presiones de tratamiento fue estudiada por Floyd Farris de Stanolind Oil and Gas Corporation . Este estudio fue la base del primer experimento de fracturación hidráulica, realizado en 1947 en el campo de gas Hugoton en el condado de Grant en el suroeste de Kansas por Stanolind. [5] [44] Para el tratamiento del pozo, se inyectaron 1000 galones estadounidenses (3800 L; 830 imp gal) de gasolina gelificada (esencialmente napalm ) y arena del río Arkansas en la formación de piedra caliza productora de gas a 2400 pies (730 m). El experimento no fue muy exitoso ya que la capacidad de entrega del pozo no cambió apreciablemente. El proceso fue descrito con más detalle por JB Clark de Stanolind en su artículo publicado en 1948. Se emitió una patente sobre este proceso en 1949 y se otorgó una licencia exclusiva a Halliburton Oil Well Cementing Company. El 17 de marzo de 1949, Halliburton realizó los dos primeros tratamientos comerciales de fracturación hidráulica en el condado de Stephens, Oklahoma , y ​​el condado de Archer, Texas . [44] Desde entonces, la fracturación hidráulica se ha utilizado para estimular aproximadamente un millón de pozos de petróleo y gas [45] en varios regímenes geológicos con buen éxito.

A diferencia de la fracturación hidráulica a gran escala que se utiliza en formaciones de baja permeabilidad, los tratamientos de fracturación hidráulica a pequeña escala se utilizan comúnmente en formaciones de alta permeabilidad para remediar el "daño superficial", una zona de baja permeabilidad que a veces se forma en la interfaz entre la roca y el pozo. En tales casos, la fracturación puede extenderse solo unos pocos pies desde el pozo. [46]

En la Unión Soviética , la primera fracturación hidráulica con soporte se llevó a cabo en 1952. Otros países de Europa y el norte de África emplearon posteriormente técnicas de fracturación hidráulica, entre ellos Noruega, Polonia, Checoslovaquia (antes de 1989), Yugoslavia (antes de 1991), Hungría, Austria, Francia, Italia, Bulgaria, Rumania, Turquía, Túnez y Argelia. [47]

Fracturación masiva

Cabezal de pozo donde se inyectan fluidos al suelo.
Cabezal del pozo después de que todo el equipo de fracturación hidráulica se haya retirado del lugar

La fracturación hidráulica masiva (también conocida como fracturación hidráulica de alto volumen) es una técnica aplicada por primera vez por Pan American Petroleum en el condado de Stephens, Oklahoma , EE. UU. en 1968. La definición de fracturación hidráulica masiva varía, pero generalmente se refiere a tratamientos que inyectan más de 150 toneladas cortas, o aproximadamente 300 000 libras (136 toneladas métricas), de soporte. [48]

Los geólogos estadounidenses gradualmente se dieron cuenta de que había enormes volúmenes de areniscas saturadas de gas con una permeabilidad demasiado baja (generalmente inferior a 0,1 milidarcy ) para recuperar el gas de manera económica. [48] A partir de 1973, se utilizó la fracturación hidráulica masiva en miles de pozos de gas en la cuenca de San Juan , la cuenca de Denver , [49] la cuenca de Piceance , [50] y la cuenca del río Green , y en otras formaciones de roca dura del oeste de EE. UU. Otros pozos de arenisca compacta en EE. UU. que se volvieron económicamente viables mediante la fracturación hidráulica masiva fueron los de la arenisca Clinton-Medina (Ohio, Pensilvania y Nueva York) y la arenisca Cotton Valley (Texas y Luisiana). [48]

La fracturación hidráulica masiva se extendió rápidamente a fines de la década de 1970 al oeste de Canadá, Rotliegend y las areniscas carboníferas que contienen gas en Alemania, los Países Bajos (campos de gas terrestres y marinos) y el Reino Unido en el Mar del Norte . [47]

Los pozos horizontales de petróleo o gas eran poco comunes hasta fines de la década de 1980. Luego, los operadores en Texas comenzaron a completar miles de pozos petroleros perforando horizontalmente en Austin Chalk y aplicando tratamientos masivos de fracturación hidráulica con agua resbaladiza a los pozos. Los pozos horizontales demostraron ser mucho más efectivos que los pozos verticales en la producción de petróleo a partir de tiza compacta; [51] los lechos sedimentarios suelen ser casi horizontales, por lo que los pozos horizontales tienen áreas de contacto mucho más grandes con la formación objetivo. [52]

Las operaciones de fracturación hidráulica han crecido exponencialmente desde mediados de la década de 1990, cuando los avances tecnológicos y los aumentos en el precio del gas natural hicieron que esta técnica fuera económicamente viable. [53]

Esquistos

La fracturación hidráulica de esquistos se remonta al menos a 1965, cuando algunos operadores del yacimiento de gas Big Sandy, en el este de Kentucky y el sur de Virginia Occidental, comenzaron a fracturar hidráulicamente los yacimientos de esquisto de Ohio y Cleveland , utilizando fracturas relativamente pequeñas. Los trabajos de fracturación generalmente aumentaron la producción, especialmente en pozos de menor rendimiento. [54]

En 1976, el gobierno de los Estados Unidos inició el Eastern Gas Shales Project, que incluía numerosos proyectos de demostración de fracturación hidráulica públicos y privados. [55] Durante el mismo período, el Gas Research Institute , un consorcio de investigación de la industria del gas, recibió la aprobación para la investigación y la financiación de la Comisión Federal Reguladora de Energía . [56]

En 1997, Nick Steinsberger, un ingeniero de Mitchell Energy (ahora parte de Devon Energy ), aplicó la técnica de fracturación con agua resbaladiza, utilizando más agua y una presión de bombeo más alta que las técnicas de fracturación anteriores, que se utilizó en el este de Texas en Barnett Shale en el norte de Texas. [52] En 1998, la nueva técnica demostró ser exitosa cuando la producción de gas de los primeros 90 días del pozo llamado SH Griffin No. 3 superó la producción de cualquiera de los pozos anteriores de la compañía. [57] [58] Esta nueva técnica de terminación hizo que la extracción de gas fuera ampliamente económica en Barnett Shale , y luego se aplicó a otras lutitas, incluidas Eagle Ford y Bakken Shale . [59] [60] [61] George P. Mitchell ha sido llamado el "padre del fracking" debido a su papel en la aplicación en las lutitas. [62] El primer pozo horizontal en Barnett Shale se perforó en 1991, pero no se realizó ampliamente en Barnett hasta que se demostró que el gas podía extraerse económicamente de pozos verticales en Barnett. [52]

A partir de 2013, la fracturación hidráulica masiva se está aplicando a escala comercial en esquistos de Estados Unidos, Canadá y China. Varios países más están planeando utilizar la fracturación hidráulica . [63] [64] [65]

Proceso

Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), la fracturación hidráulica es un proceso para estimular un pozo de gas natural, petróleo o geotermia con el fin de maximizar la extracción. La EPA define el proceso más amplio como la adquisición de agua de origen, la construcción del pozo, la estimulación del pozo y la eliminación de desechos. [66]

Método

Una fractura hidráulica se forma al bombear fluido de fracturación en un pozo a una velocidad suficiente para aumentar la presión en la profundidad objetivo (determinada por la ubicación de las perforaciones de la carcasa del pozo), para superar la del gradiente de fractura (gradiente de presión) de la roca. [67] El gradiente de fractura se define como el aumento de presión por unidad de profundidad en relación con la densidad, y generalmente se mide en libras por pulgada cuadrada, por pie (psi/pie). La roca se agrieta y el fluido de fractura permea la roca extendiendo la grieta más y más, y así sucesivamente. Las fracturas se localizan a medida que la presión disminuye con la tasa de pérdida por fricción, que es relativa a la distancia desde el pozo. Los operadores generalmente intentan mantener el "ancho de la fractura", o ralentizar su disminución después del tratamiento, introduciendo un apuntalante en el fluido inyectado, un material como granos de arena, cerámica u otras partículas, evitando así que las fracturas se cierren cuando se detiene la inyección y se elimina la presión. La consideración de la resistencia del apuntalante y la prevención de fallas del mismo se torna más importante a mayores profundidades, donde la presión y las tensiones sobre las fracturas son mayores. La fractura apuntalada es lo suficientemente permeable para permitir el flujo de gas, petróleo, agua salada y fluidos de fracturación hidráulica al pozo. [67]

Durante el proceso, se produce una fuga de fluido de fracturación (pérdida de fluido de fracturación desde el canal de fractura hacia la roca permeable circundante). Si no se controla, puede superar el 70% del volumen inyectado. Esto puede provocar daños en la matriz de la formación, interacción adversa con el fluido de la formación y alteración de la geometría de la fractura, lo que disminuye la eficiencia. [68]

La ubicación de una o más fracturas a lo largo de la longitud del pozo se controla estrictamente mediante diversos métodos que crean o sellan agujeros en el costado del pozo. La fracturación hidráulica se realiza en pozos entubados y se accede a las zonas que se fracturarán perforando el entubado en esas ubicaciones. [69]

El equipo de fracturación hidráulica utilizado en los yacimientos de petróleo y gas natural generalmente consta de un mezclador de lodos, una o más bombas de fracturación de alto volumen y alta presión (normalmente potentes bombas triplex o quíntuples) y una unidad de monitoreo. El equipo asociado incluye tanques de fracturación, una o más unidades para el almacenamiento y manejo de apuntalante, hierro de tratamiento a alta presión [ aclaración necesaria ] , una unidad de aditivos químicos (usada para monitorear con precisión la adición de químicos), mangueras de fracturación (mangueras flexibles de baja presión) y muchos medidores y medidores para el caudal, la densidad del fluido y la presión de tratamiento. [70] Los aditivos químicos son típicamente el 0,5% del volumen total del fluido. El equipo de fracturación opera en un rango de presiones y tasas de inyección, y puede alcanzar hasta 100 megapascales (15.000 psi) y 265 litros por segundo (9,4 pies cúbicos/s; 133 barriles estadounidenses/min). [71]

Tipos de pozos

Se puede hacer una distinción entre la fracturación hidráulica convencional de bajo volumen, que se utiliza para estimular yacimientos de alta permeabilidad para un solo pozo, y la fracturación hidráulica no convencional de alto volumen, que se utiliza para completar pozos de gas de esquisto y gas de esquisto compacto. La fracturación hidráulica de alto volumen generalmente requiere presiones más altas que la fracturación de bajo volumen; las presiones más altas se necesitan para expulsar volúmenes mayores de fluido y apuntalante que se extienden más lejos del pozo. [72]

La perforación horizontal implica pozos con un pozo terminal perforado como un "lateral" que se extiende en paralelo a la capa de roca que contiene la sustancia que se va a extraer. Por ejemplo, los laterales se extienden de 1500 a 5000 pies (460 a 1520 m) en la cuenca Barnett Shale en Texas, y hasta 10 000 pies (3000 m) en la formación Bakken en Dakota del Norte. En cambio, un pozo vertical solo accede al espesor de la capa de roca, normalmente de 50 a 300 pies (15 a 91 m). La perforación horizontal reduce las alteraciones de la superficie, ya que se requieren menos pozos para acceder al mismo volumen de roca.

La perforación suele taponar los espacios porosos en la pared del pozo, lo que reduce la permeabilidad en el pozo y cerca de él. Esto reduce el flujo hacia el pozo desde la formación rocosa circundante y sella parcialmente el pozo de la roca circundante. La fracturación hidráulica de bajo volumen se puede utilizar para restaurar la permeabilidad. [73]

Fluidos de fracturamiento

Tanques de agua preparándose para la fracturación hidráulica

Los principales propósitos del fluido de fracturación son extender las fracturas, agregar lubricación, cambiar la resistencia del gel y transportar el apuntalante a la formación. Hay dos métodos de transporte de apuntalante en el fluido: de alta velocidad y de alta viscosidad . La fracturación de alta viscosidad tiende a causar grandes fracturas dominantes, mientras que la fracturación de alta velocidad (agua resbaladiza) causa pequeñas microfracturas esparcidas. [74]

Los agentes gelificantes solubles en agua (como la goma guar ) aumentan la viscosidad y entregan de manera eficiente el soporte a la formación. [75]

Ejemplo de colector de alta presión que combina los flujos de la bomba antes de la inyección en el pozo

El fluido es típicamente una suspensión de agua, apuntalante y aditivos químicos . [76] Además, se pueden inyectar geles, espumas y gases comprimidos, incluidos nitrógeno , dióxido de carbono y aire. Normalmente, el 90% del fluido es agua y el 9,5% es arena, con aditivos químicos que representan aproximadamente el 0,5%. [67] [77] [78] Sin embargo, se han desarrollado fluidos de fracturación utilizando gas licuado de petróleo (GLP) y propano. Este proceso se denomina fracturación sin agua . [79]

Cuando se utiliza propano, este se convierte en vapor debido a la alta presión y la alta temperatura. El vapor de propano y el gas natural vuelven a la superficie y pueden recolectarse, lo que hace que sea más fácil reutilizarlos y/o revenderlos. Ninguno de los productos químicos utilizados volverá a la superficie. Solo el propano utilizado regresará de lo que se utilizó en el proceso. [ 80]

El apuntalante es un material granular que evita que las fracturas creadas se cierren después del tratamiento de fracturación. Los tipos de apuntalante incluyen arena de sílice , arena recubierta de resina, bauxita y cerámica artificial. La elección del apuntalante depende del tipo de permeabilidad o resistencia del grano necesario. En algunas formaciones, donde la presión es lo suficientemente grande como para triturar granos de arena de sílice natural, se pueden utilizar apuntalantes de mayor resistencia, como la bauxita o la cerámica. El apuntalante más utilizado es la arena de sílice, aunque se cree que los apuntalantes de tamaño y forma uniformes, como un apuntalante cerámico, son más efectivos. [81]

Mapa del USGS sobre el uso de agua proveniente de la fracturación hidráulica entre 2011 y 2014. Un metro cúbico de agua equivale a 264,172 galones. [82] [83]

El fluido de fracturación varía según el tipo de fracturación deseado, las condiciones de los pozos específicos que se fracturarán y las características del agua. El fluido puede ser a base de gel, espuma o agua resbaladiza. La elección del fluido implica ventajas y desventajas: los fluidos más viscosos, como los geles, son mejores para mantener el apuntalante en suspensión; mientras que los fluidos menos viscosos y de menor fricción, como el agua resbaladiza, permiten bombear el fluido a velocidades más altas para crear fracturas más alejadas del pozo. Las propiedades materiales importantes del fluido incluyen la viscosidad , el pH , varios factores reológicos y otros.

El agua se mezcla con arena y productos químicos para crear el fluido de fracturación hidráulica. Se utilizan aproximadamente 40.000 galones de productos químicos por fracturación. [84] Un tratamiento de fractura típico utiliza entre 3 y 12 productos químicos aditivos. [67] Aunque puede haber fluidos de fracturación no convencionales, los aditivos químicos típicos pueden incluir uno o más de los siguientes:

El producto químico más común utilizado para la fracturación hidráulica en los Estados Unidos entre 2005 y 2009 fue el metanol , mientras que otros productos químicos más utilizados fueron el alcohol isopropílico , el 2-butoxietanol y el etilenglicol . [86]

Los tipos de fluidos típicos son:

  • Geles lineales convencionales. Estos geles son derivados de celulosa ( carboximetilcelulosa , hidroxietilcelulosa , carboximetilhidroxietilcelulosa, hidroxipropilcelulosa , hidroxietilmetilcelulosa ), guar o sus derivados (hidroxipropilguar, carboximetilhidroxipropilguar), mezclados con otros productos químicos. [ aclaración necesaria ]
  • Fluidos reticulados con borato. Son fluidos a base de guar reticulados con iones de boro (de una solución acuosa de bórax / ácido bórico ). Estos geles tienen una mayor viscosidad a partir de un pH de 9 y se utilizan para transportar el agente de soporte. Después del trabajo de fracturación, el pH se reduce a 3-4 para que se rompan los enlaces cruzados y el gel sea menos viscoso y pueda bombearse.
  • Se sabe que los fluidos reticulados organometálicos ( sales de circonio , cromo , antimonio y titanio ) reticulan los geles a base de guar. El mecanismo de reticulación no es reversible, por lo que una vez que se bombea el apuntalante junto con el gel reticulado, la parte de fracturación está hecha. Los geles se descomponen con rompedores adecuados. [ Aclaración necesaria ] [75]
  • Geles de aceite de éster de fosfato de aluminio. El fosfato de aluminio y los aceites de éster se mezclan para formar un gel reticulado. Se trata de uno de los primeros sistemas de gelificación conocidos.

En el caso de los fluidos de agua resbaladiza, es común el uso de barridos. Los barridos son reducciones temporales en la concentración de apuntalante, que ayudan a garantizar que el pozo no se vea sobrecargado de apuntalante. [87] A medida que avanza el proceso de fracturación, a veces se agregan al fluido de fracturación agentes reductores de viscosidad, como oxidantes y rompedores de enzimas, para desactivar los agentes gelificantes y fomentar el reflujo. [75] Estos oxidantes reaccionan con el gel y lo descomponen, lo que reduce la viscosidad del fluido y garantiza que no se extraiga apuntalante de la formación. Una enzima actúa como catalizador para descomponer el gel. A veces se utilizan modificadores de pH para descomponer el enlace cruzado al final de un trabajo de fracturación hidráulica, ya que muchos requieren un sistema de amortiguación de pH para mantenerse viscosos. [87] Al final del trabajo, el pozo se lava comúnmente con agua a presión (a veces mezclada con un químico reductor de fricción). Se recupera algo (pero no todo) del fluido inyectado. Este fluido se gestiona mediante diversos métodos, entre ellos, el control de la inyección subterránea, el tratamiento, la descarga, el reciclaje y el almacenamiento temporal en fosas o contenedores. Se desarrollan continuamente nuevas tecnologías para gestionar mejor las aguas residuales y mejorar su reutilización. [67]

Monitoreo de fracturas

Las mediciones de la presión y la velocidad durante el crecimiento de una fractura hidráulica, junto con el conocimiento de las propiedades del fluido y del agente de sostén que se inyecta en el pozo, proporcionan el método más común y simple para monitorear el tratamiento de una fractura hidráulica. Estos datos, junto con el conocimiento de la geología subterránea, se pueden utilizar para modelar información como la longitud, el ancho y la conductividad de una fractura apuntalada. [67]

Monitoreo de radionucleidos

La inyección de trazadores radiactivos junto con el fluido de fracturación se utiliza a veces para determinar el perfil de inyección y la ubicación de las fracturas creadas. [88] Los radiotrazadores se seleccionan para tener la radiación fácilmente detectable, propiedades químicas apropiadas y una vida media y un nivel de toxicidad que minimizarán la contaminación inicial y residual. [89] Los isótopos radiactivos unidos químicamente al vidrio (arena) y/o perlas de resina también se pueden inyectar para rastrear fracturas. [90] Por ejemplo, se pueden agregar pellets de plástico recubiertos con 10 GBq de Ag-110mm al apuntalante, o se puede marcar la arena con Ir-192, de modo que se pueda monitorear el progreso del apuntalante. [89] Los radiotrazadores como Tc-99m e I-131 también se utilizan para medir las tasas de flujo. [89] La Comisión Reguladora Nuclear publica directrices que enumeran una amplia gama de materiales radiactivos en forma sólida, líquida y gaseosa que pueden usarse como trazadores y limitan la cantidad que puede usarse por inyección y por pozo de cada radionúclido. [90]

Una nueva técnica de monitoreo de pozos involucra cables de fibra óptica fuera del entubado. Usando la fibra óptica, se pueden medir temperaturas en cada pie a lo largo del pozo, incluso mientras se fracturan y bombean los pozos. Al monitorear la temperatura del pozo, los ingenieros pueden determinar cuánto fluido de fracturación hidráulica usan las diferentes partes del pozo, así como cuánto gas natural o petróleo recolectan, durante la operación de fracturación hidráulica y cuando el pozo está produciendo. [ cita requerida ]

Monitoreo microsísmico

Para aplicaciones más avanzadas, a veces se utiliza el monitoreo microsísmico para estimar el tamaño y la orientación de las fracturas inducidas. La actividad microsísmica se mide colocando una serie de geófonos en un pozo cercano. Al mapear la ubicación de cualquier pequeño evento sísmico asociado con la fractura en crecimiento, se infiere la geometría aproximada de la fractura. Los conjuntos de inclinómetros desplegados en la superficie o en el fondo de un pozo brindan otra tecnología para monitorear la deformación [91].

El mapeo microsísmico es muy similar geofísicamente a la sismología . En la sismología de terremotos, los sismómetros dispersos en o cerca de la superficie de la tierra registran ondas S y ondas P que se liberan durante un evento de terremoto. Esto permite estimar el movimiento [ aclaración necesaria ] a lo largo del plano de falla y mapear su ubicación en el subsuelo de la Tierra. Fracturación hidráulica, un aumento en el estrés de formación proporcional a la presión de fracturación neta, así como un aumento en la presión de poro debido a fugas. [ aclaración necesaria ] [92] Las tensiones de tracción se generan delante de la punta de la fractura, generando grandes cantidades de tensión de corte . Los aumentos en la presión del agua de poro y en el estrés de formación se combinan y afectan las debilidades cerca de la fractura hidráulica, como fracturas naturales, juntas y planos de estratificación. [93]

Los distintos métodos tienen diferentes errores de localización [ aclaración necesaria ] y ventajas. La precisión del mapeo de eventos microsísmicos depende de la relación señal-ruido y de la distribución de los sensores. La precisión de los eventos localizados por inversión sísmica se mejora con sensores colocados en múltiples acimuts desde el pozo monitoreado. En una ubicación con arreglo en el fondo del pozo, la precisión de los eventos se mejora al estar cerca del pozo monitoreado (alta relación señal-ruido).

El monitoreo de eventos microsísmicos inducidos por estimulación de yacimientos [ aclaración necesaria ] se ha convertido en un aspecto clave en la evaluación de fracturas hidráulicas y su optimización. El objetivo principal del monitoreo de fracturas hidráulicas es caracterizar completamente la estructura de fractura inducida y la distribución de conductividad dentro de una formación. El análisis geomecánico, como la comprensión de las propiedades del material de una formación, las condiciones in situ y las geometrías, ayuda al monitoreo al proporcionar una mejor definición del entorno en el que se propaga la red de fracturas. [94] La siguiente tarea es conocer la ubicación del apuntalante dentro de la fractura y la distribución de la conductividad de la fractura. Esto se puede monitorear utilizando múltiples tipos de técnicas para finalmente desarrollar un modelo de yacimiento que prediga con precisión el rendimiento del pozo.

Terminaciones horizontales

Desde principios de la década de 2000, los avances en la tecnología de perforación y terminación han hecho que los pozos horizontales sean mucho [ aclaración necesaria ] más económicos. Los pozos horizontales permiten una exposición mucho mayor a una formación que los pozos verticales convencionales. Esto es particularmente útil en formaciones de esquisto que no tienen la permeabilidad suficiente para producir económicamente con un pozo vertical. Dichos pozos, cuando se perforan en tierra, ahora suelen fracturarse hidráulicamente en varias etapas, especialmente en América del Norte. El tipo de terminación del pozo se utiliza para determinar cuántas veces se fractura una formación y en qué lugares a lo largo de la sección horizontal. [95]

En América del Norte, los yacimientos de esquisto, como Bakken , Barnett , Montney , Haynesville , Marcellus y, más recientemente, Eagle Ford , Niobrara y Utica , se perforan horizontalmente a través de los intervalos de producción, se completan y se fracturan. [ cita requerida ] El método por el cual se colocan las fracturas a lo largo del pozo se logra más comúnmente mediante uno de dos métodos, conocidos como "tapón y perforación" y "manguito deslizante". [96]

El pozo para un trabajo de taponamiento y perforación generalmente se compone de una carcasa de acero estándar, cementada o no, colocada en el pozo perforado. Una vez que se ha retirado la plataforma de perforación, se utiliza un camión con cable para perforar cerca del fondo del pozo y luego se bombea el fluido de fracturación. Luego, el camión con cable coloca un tapón en el pozo para sellar temporalmente esa sección para que se pueda tratar la siguiente sección del pozo. Se bombea otra etapa y el proceso se repite a lo largo de la longitud horizontal del pozo. [97]

El pozo para la técnica de manguito deslizante [ aclaración necesaria ] es diferente en el sentido de que los manguitos deslizantes se incluyen en los espaciamientos establecidos en la carcasa de acero en el momento en que se coloca en su lugar. Los manguitos deslizantes generalmente están todos cerrados en este momento. Cuando se debe fracturar el pozo, se abre el manguito deslizante inferior utilizando una de varias técnicas de activación [ cita requerida ] y se bombea la primera etapa. Una vez finalizado, se abre el siguiente manguito, aislando simultáneamente la etapa anterior, y el proceso se repite. Para el método de manguito deslizante, generalmente no se requiere cable. [ cita requerida ]

Mangas

Estas técnicas de terminación pueden permitir que se bombeen más de 30 etapas en la sección horizontal de un solo pozo si es necesario, lo que es mucho más de lo que normalmente se bombearía en un pozo vertical que tuviera muchos menos pies de zona de producción expuesta. [98]

Usos

La fracturación hidráulica se utiliza para aumentar la velocidad a la que se pueden recuperar sustancias como el petróleo o el gas natural de los depósitos naturales subterráneos. Los depósitos son típicamente areniscas porosas , calizas o rocas dolomíticas , pero también incluyen " depósitos no convencionales " como rocas de esquisto o lechos de carbón . La fracturación hidráulica permite la extracción de gas natural y petróleo de formaciones rocosas muy por debajo de la superficie de la tierra (generalmente 2000-6000 m (5000-20 000 pies)), que está muy por debajo de los niveles típicos de los depósitos de agua subterránea. A esa profundidad, puede haber una permeabilidad o presión del depósito insuficientes para permitir que el gas natural y el petróleo fluyan desde la roca hacia el pozo con un alto retorno económico. Por lo tanto, la creación de fracturas conductoras en la roca es fundamental en la extracción de depósitos de esquisto naturalmente impermeables. La permeabilidad se mide en el rango de microdarcy a nanodarcy. [99] Las fracturas son un camino conductor que conecta un volumen mayor de depósito con el pozo. El llamado "superfracking" crea grietas más profundas en la formación rocosa para liberar más petróleo y gas, y aumenta la eficiencia. [100] El rendimiento de los pozos de esquisto típicos generalmente disminuye después del primer o segundo año, pero la vida útil máxima de producción de un pozo puede extenderse a varias décadas. [101]

Usos distintos del petróleo y el gas

Si bien el principal uso industrial de la fracturación hidráulica es estimular la producción de pozos de petróleo y gas, [102] [103] [104] la fracturación hidráulica también se aplica:

Desde finales de la década de 1970, la fracturación hidráulica se ha utilizado, en algunos casos, para aumentar el rendimiento de agua potable de pozos en varios países, incluidos Estados Unidos, Australia y Sudáfrica. [113] [114] [115]

Efectos económicos

La fracturación hidráulica se ha considerado como uno de los métodos clave para extraer recursos de petróleo y gas no convencionales . Según la Agencia Internacional de la Energía , se estima que los recursos técnicamente recuperables restantes de gas de esquisto ascienden a 208 billones de metros cúbicos (7.300 billones de pies cúbicos), gas de esquisto a 76 billones de metros cúbicos (2.700 billones de pies cúbicos) y metano de capas de carbón a 47 billones de metros cúbicos (1.700 billones de pies cúbicos). Por regla general, las formaciones de estos recursos tienen una permeabilidad menor que las formaciones de gas convencionales. Por lo tanto, dependiendo de las características geológicas de la formación, se requieren tecnologías específicas como la fracturación hidráulica. Aunque también existen otros métodos para extraer estos recursos, como la perforación convencional o la perforación horizontal, la fracturación hidráulica es uno de los métodos clave que hacen que su extracción sea económicamente viable. La técnica de fracturación en múltiples etapas ha facilitado el desarrollo de la producción de gas de esquisto y petróleo de esquisto ligero en los Estados Unidos y se cree que lo hará en los demás países con recursos de hidrocarburos no convencionales. [13]

Una gran mayoría de estudios indican que la fracturación hidráulica en los Estados Unidos ha tenido un fuerte beneficio económico positivo hasta ahora. [ cita requerida ] La Brookings Institution estima que los beneficios del gas de esquisto por sí solo han generado un beneficio económico neto de $48 mil millones por año. La mayor parte de este beneficio se encuentra en los sectores de consumo e industrial debido a la reducción significativa de los precios del gas natural. [116] Otros estudios han sugerido que los beneficios económicos se ven superados por las externalidades y que el costo nivelado de la electricidad (LCOE) de fuentes con menor uso de carbono y agua es menor. [117]

El principal beneficio de la fracturación hidráulica es compensar las importaciones de gas natural y petróleo, cuyo costo, de otro modo pagado a los productores, sale de la economía nacional. [118] Sin embargo, el petróleo y el gas de esquisto están altamente subsidiados en los EE. UU. y aún no han cubierto los costos de producción [119] , lo que significa que el costo de la fracturación hidráulica se paga con impuestos a la renta y, en muchos casos, es hasta el doble del costo que se paga en la gasolinera. [120]

Las investigaciones sugieren que los pozos de fracturación hidráulica tienen un efecto adverso sobre la productividad agrícola en las proximidades de los pozos. [121] Un artículo concluyó que "la productividad de un cultivo irrigado disminuye un 5,7% cuando se perfora un pozo durante los meses de actividad agrícola en un radio de 11 a 20 km de un municipio productor. Este efecto se vuelve menor y más débil a medida que aumenta la distancia entre el municipio y los pozos". [121] Los hallazgos implican que la introducción de pozos de fracturación hidráulica en Alberta le costó a la provincia $14,8 millones en 2014 debido a la disminución de la productividad de los cultivos, [121]

La Administración de Información Energética del Departamento de Energía de Estados Unidos estima que el 45% del suministro de gas de ese país provendrá de gas de esquisto en 2035 (y que la gran mayoría de este gas reemplazará al gas convencional, que tiene una menor huella de gases de efecto invernadero). [122]

Debate público

Cartel contra la fracturación hidráulica en Vitoria-Gasteiz (España, 2012)
Cartel contra la fracturación hidráulica en Extinction Rebellion (2018)

Política y políticas públicas

Ha surgido un movimiento antifracking tanto a nivel internacional con la participación de organizaciones ambientales internacionales y naciones como Francia y a nivel local en áreas afectadas como Balcombe en Sussex, donde la protesta por la perforación de Balcombe estaba en marcha a mediados de 2013. [123] La considerable oposición contra las actividades de fracturación hidráulica en los municipios locales de los Estados Unidos ha llevado a las empresas a adoptar una variedad de medidas de relaciones públicas para tranquilizar al público, incluido el empleo de ex personal militar con capacitación en operaciones de guerra psicológica . Según Matt Pitzarella, director de comunicaciones de Range Resources , los empleados capacitados en Medio Oriente han sido valiosos para Range Resources en Pensilvania, al lidiar con reuniones municipales cargadas de emociones y asesorar a los municipios sobre zonificación y ordenanzas locales relacionadas con la fracturación hidráulica. [124] [125]

Ha habido muchas protestas contra la fracturación hidráulica. Por ejemplo, en 2013, durante una protesta contra la fracturación hidráulica cerca de New Matamoras (Ohio), se detuvo a diez personas después de que entraran ilegalmente en una zona de desarrollo y se engancharan a un equipo de perforación. [126] En el noroeste de Pensilvania, se produjo un tiroteo desde un vehículo en un sitio de perforación, en el que alguien disparó dos rondas de un rifle de pequeño calibre en dirección a una plataforma de perforación. [127] En el condado de Washington (Pensilvania) , un contratista que trabajaba en un gasoducto encontró una bomba de tubo que había sido colocada en el lugar donde se iba a construir un gasoducto, que según las autoridades locales habría causado una "catástrofe" si no la hubieran descubierto y detonado. [128]

Gobierno de EE.UU. y lobby corporativo

El Departamento de Estado de los Estados Unidos estableció la Iniciativa Global de Gas de Esquisto para persuadir a los gobiernos de todo el mundo a dar concesiones a las principales compañías de petróleo y gas para establecer operaciones de fracking. Un documento de la filtración de cables diplomáticos de los Estados Unidos muestra que, como parte de este proyecto, funcionarios estadounidenses convocaron conferencias para funcionarios de gobiernos extranjeros que incluyeron presentaciones de representantes de las principales compañías de petróleo y gas y de profesionales de relaciones públicas con experiencia en cómo apaciguar a las poblaciones de los países objetivo cuyos ciudadanos a menudo eran bastante hostiles al fracking en sus tierras. El proyecto del gobierno estadounidense tuvo éxito ya que muchos países en varios continentes accedieron a la idea de otorgar concesiones para el fracking; Polonia , por ejemplo, acordó permitir el fracking por parte de las principales corporaciones de petróleo y gas en casi un tercio de su territorio. [129] El Banco de Exportación e Importación de los Estados Unidos , una agencia del gobierno de los Estados Unidos, proporcionó $ 4.7 mil millones en financiación para operaciones de fracking establecidas desde 2010 en Queensland, Australia . [130]

Supuesta defensa del Estado ruso

En 2014, varios funcionarios europeos sugirieron que varias de las principales protestas europeas contra la fracturación hidráulica (con éxito mixto en Lituania y Ucrania) podrían estar patrocinadas en parte por Gazprom , la empresa de gas controlada por el Estado ruso. El New York Times sugirió que Rusia consideraba que sus exportaciones de gas natural a Europa eran un elemento clave de su influencia geopolítica, y que este mercado disminuiría si se adopta la fracturación hidráulica en Europa del Este, ya que abre importantes reservas de gas de esquisto en la región. Los funcionarios rusos han hecho declaraciones públicas en numerosas ocasiones en el sentido de que la fracturación hidráulica "plantea un enorme problema ambiental". [131]

Operaciones actuales de fracking

En Estados Unidos, actualmente se están realizando operaciones de fracturación hidráulica en Arkansas, California, Colorado, Luisiana, Dakota del Norte, Oklahoma, Pensilvania, Texas, Virginia, Virginia Occidental [132] y Wyoming. Otros estados, como Alabama, Indiana, Michigan, Mississippi, Nueva Jersey, Nueva York y Ohio, están considerando o preparándose para realizar perforaciones con este método. Maryland [133] y Vermont han prohibido permanentemente la fracturación hidráulica, y Nueva York y Carolina del Norte han instituido prohibiciones temporales. En Nueva Jersey, actualmente, se está tramitando un proyecto de ley ante la legislatura para extender una moratoria de 2012 sobre la fracturación hidráulica que expiró recientemente. Aunque recientemente se levantó una moratoria sobre la fracturación hidráulica en el Reino Unido, el gobierno está procediendo con cautela debido a las preocupaciones sobre los terremotos y el efecto ambiental de las perforaciones. La fracturación hidráulica está prohibida actualmente en Francia y Bulgaria [53] .

Películas documentales

La película Gasland [134] de Josh Fox , nominada al premio Oscar en 2010, se convirtió en el centro de la oposición a la fracturación hidráulica de esquisto. La película presentó problemas con la contaminación de las aguas subterráneas cerca de los pozos en Pensilvania , Wyoming y Colorado . [135] Energy in Depth , un grupo de presión de la industria del petróleo y el gas, puso en tela de juicio los hechos de la película. [136] En respuesta, se publicó una refutación de las afirmaciones de inexactitud de Energy in Depth en el sitio web de Gasland . [137] El director de la Comisión de Conservación de Petróleo y Gas de Colorado (COGCC) se ofreció a ser entrevistado como parte de la película si podía revisar lo que se incluía de la entrevista en la película final, pero Fox rechazó la oferta. [138] ExxonMobil , Chevron Corporation y ConocoPhillips emitieron anuncios durante 2011 y 2012 que afirmaban describir los beneficios económicos y ambientales del gas natural y argumentaban que la fracturación hidráulica era segura. [139]

La película de 2012 Promised Land , protagonizada por Matt Damon , aborda la fracturación hidráulica. [140] La industria del gas respondió a las críticas de la película sobre la fracturación hidráulica con volantes y publicaciones en Twitter y Facebook . [139]

En enero de 2013, el periodista y cineasta norirlandés Phelim McAleer lanzó un documental financiado colectivamente [141] llamado FrackNation como respuesta a las declaraciones hechas por Fox en Gasland , afirmando que "dice la verdad sobre el fracking de gas natural". FrackNation se estrenó en AXS TV de Mark Cuban . El estreno coincidió con el lanzamiento de Promised Land . [142]

En abril de 2013, Josh Fox publicó Gasland 2 , su "odisea internacional que descubre un rastro de secretos, mentiras y contaminación relacionados con el fracking hidráulico". El libro cuestiona la imagen que la industria del gas hace del gas natural como una alternativa limpia y segura al petróleo, considerándola un mito, y que los pozos fracturados hidráulicamente inevitablemente tienen fugas con el tiempo, contaminando el agua y el aire, dañando a las familias y poniendo en peligro el clima de la Tierra con el potente gas de efecto invernadero metano.

En 2014, Scott Cannon, de Video Innovations, estrenó el documental The Ethics of Fracking (La ética del fracking) . La película abarca los puntos de vista político, espiritual, científico, médico y profesional sobre la fracturación hidráulica. También analiza la forma en que la industria del gas presenta la fracturación hidráulica en su publicidad. [143]

En 2015, el documental canadiense Fractured Land tuvo su estreno mundial en el Festival Internacional de Documentales Canadienses Hot Docs . [144]

Cuestiones de investigación

Por lo general, la fuente de financiación de los estudios de investigación es un punto focal de controversia. Se han planteado inquietudes sobre la investigación financiada por fundaciones y corporaciones, o por grupos ambientalistas, que a veces pueden dar la impresión de que los estudios no son confiables. [145] [146] Varias organizaciones, investigadores y medios de comunicación han informado sobre la dificultad de realizar y comunicar los resultados de los estudios sobre fracturación hidráulica debido a la presión de la industria [147] y del gobierno, [29] y han expresado su preocupación por la posible censura de los informes ambientales. [147] [148] [149] Algunos han argumentado que es necesario realizar más investigaciones sobre los efectos ambientales y de salud de la técnica. [150] [151] [152] [153]

Riesgos para la salud

Pancarta contra el fracking en la Marcha por la Energía Limpia (Filadelfia, 2016)

Existe preocupación por las posibles implicaciones adversas para la salud pública de la actividad de fracturación hidráulica. [150] Una revisión de 2013 sobre la producción de gas de esquisto en los Estados Unidos afirmó que "con un número cada vez mayor de sitios de perforación, más personas corren el riesgo de sufrir accidentes y exposición a sustancias nocivas utilizadas en pozos fracturados". [154] Una evaluación de riesgos de 2011 recomendó la divulgación completa de los productos químicos utilizados para la fracturación hidráulica y la perforación, ya que muchos tienen efectos inmediatos sobre la salud y muchos pueden tener efectos a largo plazo. [155]

En junio de 2014, Public Health England publicó una revisión de los posibles impactos en la salud pública de las exposiciones a contaminantes químicos y radiactivos como resultado de la extracción de gas de esquisto en el Reino Unido, basándose en el examen de la literatura y los datos de países donde ya se realiza la fracturación hidráulica. [151] El resumen ejecutivo del informe afirmaba: "Una evaluación de la evidencia actualmente disponible indica que los riesgos potenciales para la salud pública por la exposición a las emisiones asociadas con la extracción de gas de esquisto serán bajos si las operaciones se ejecutan y regulan adecuadamente. La mayoría de la evidencia sugiere que la contaminación de las aguas subterráneas , si ocurre, es más probable que sea causada por fugas a través del pozo vertical. La contaminación de las aguas subterráneas del propio proceso de fracturación hidráulica subterránea (es decir, la fracturación del esquisto) es poco probable. Sin embargo, los derrames superficiales de fluidos de fracturación hidráulica o aguas residuales pueden afectar a las aguas subterráneas, y las emisiones al aire también tienen el potencial de afectar la salud. Cuando se han identificado riesgos potenciales en la literatura, los problemas notificados suelen ser el resultado de fallas operativas y un entorno regulatorio deficiente". [151] : iii 

Un informe de 2012 preparado para la Dirección General de Medio Ambiente de la Unión Europea identificó los posibles riesgos para los seres humanos derivados de la contaminación del aire y de las aguas subterráneas que plantea la fracturación hidráulica. [156] Esto dio lugar a una serie de recomendaciones en 2014 para mitigar estas preocupaciones. [157] [158] Una guía de 2012 para enfermeras pediátricas en los EE. UU. decía que la fracturación hidráulica tenía un posible impacto negativo en la salud pública y que las enfermeras pediátricas deberían estar preparadas para recopilar información sobre estos temas a fin de abogar por una mejor salud comunitaria. [159]

Un estudio de 2017 publicado en The American Economic Review concluyó que "la perforación de pozos adicionales a menos de un kilómetro de la toma de agua de un sistema comunitario aumenta los contaminantes relacionados con el gas de esquisto en el agua potable". [160]

Un estudio de 2022 realizado por la Escuela de Salud Pública TH Chan de Harvard y publicado en Nature Energy descubrió que las personas mayores que viven cerca o a sotavento de explotaciones de petróleo y gas no convencionales (UOGD), que implican métodos de extracción como el fracking, tienen un mayor riesgo de sufrir una muerte prematura en comparación con las personas mayores que no viven cerca de dichas operaciones. [161]

Las estadísticas recopiladas por el Departamento de Trabajo de los EE. UU. y analizadas por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de los EE. UU. muestran una correlación entre la actividad de perforación y el número de lesiones laborales relacionadas con la perforación y accidentes automovilísticos, explosiones, caídas e incendios. [162] Los trabajadores de extracción también corren el riesgo de desarrollar enfermedades pulmonares, incluido el cáncer de pulmón y la silicosis (esta última debido a la exposición al polvo de sílice generado por la perforación de rocas y la manipulación de arena). [163] El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de los EE. UU. ( NIOSH ) identificó la exposición a la sílice en el aire como un peligro para la salud de los trabajadores que realizan algunas operaciones de fracturación hidráulica. [164] NIOSH y OSHA emitieron una alerta de peligro conjunta sobre este tema en junio de 2012. [164]

Además, los trabajadores de extracción corren un mayor riesgo de exposición a la radiación. Las actividades de fracturación hidráulica a menudo requieren perforar rocas que contienen material radiactivo natural (NORM), como radón, torio y uranio. [165]

Otro informe realizado por el Canadian Medical Journal informó que, tras una investigación, identificaron 55 factores que pueden causar cáncer, incluidos 20 que han demostrado aumentar el riesgo de leucemia y linfoma. El análisis de Salud Pública de Yale advierte que millones de personas que viven a menos de una milla de los pozos de fracturación hidráulica pueden haber estado expuestas a estos productos químicos. [166]

Efectos ambientales

Efectos ambientales de la fracturación hidráulica
Representación esquemática de la fracturación hidráulica para el gas de esquisto
Tipo de procesoMecánico
Sector(es) industrial(es)Minería
Principales tecnologías o subprocesosPresión del fluido
Producto(s)Gas natural , petróleo
InventorFloyd Farris, Joseph B. Clark ( Corporación de petróleo y gas Stanolind )
Año de invención1947
Marcha por la energía limpia en Filadelfia
Huelga por el clima en Alice Springs, Australia, septiembre de 2019

Los posibles efectos ambientales de la fracturación hidráulica incluyen emisiones atmosféricas y cambio climático, alto consumo de agua, contaminación de las aguas subterráneas, uso de la tierra, [167] riesgo de terremotos, contaminación acústica y varios efectos sobre la salud de los seres humanos. [168] Las emisiones atmosféricas son principalmente metano que se escapa de los pozos, junto con emisiones industriales de los equipos utilizados en el proceso de extracción. [156] La regulación moderna del Reino Unido y la UE requiere cero emisiones de metano, un potente gas de efecto invernadero . [ cita requerida ] El escape de metano es un problema mayor en los pozos más antiguos que en los construidos bajo la legislación más reciente de la UE. [156]

En diciembre de 2016, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) publicó el informe "Fracturación hidráulica para petróleo y gas: impactos del ciclo del agua mediante fracturación hidráulica en los recursos de agua potable en los Estados Unidos (informe final)". La EPA encontró evidencia científica de que las actividades de fracturación hidráulica pueden afectar los recursos de agua potable. [169] Algunas de las principales razones por las que el agua potable puede contaminarse según la EPA son:

  • Extracción de agua para ser utilizada en fracking en épocas o zonas de baja disponibilidad de agua [169]
  • Derrames durante la manipulación de fluidos y productos químicos de fracturación hidráulica que dan lugar a que grandes volúmenes o altas concentraciones de productos químicos lleguen a los recursos de aguas subterráneas [169]
  • Inyección de fluidos de fracturación en pozos debido a un mal manejo de la maquinaria, lo que permite que los gases o líquidos se desplacen a los recursos de agua subterránea [169]
  • Inyección de fluidos de fracturación directamente en los recursos de agua subterránea [169]
  • Fuga de aguas residuales defectuosas de fracturación hidráulica a aguas superficiales [169]
  • Eliminación o almacenamiento de aguas residuales del fracking en pozos sin revestimiento que provocan la contaminación de los recursos de aguas subterráneas. [169]

Las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida del petróleo de esquisto son entre un 21% y un 47% más altas que las del petróleo convencional, mientras que las emisiones del gas no convencional son entre un 6% más bajas y un 43% más altas que las del gas convencional. [170]

La fracturación hidráulica utiliza entre 1,2 y 3,5 millones de galones estadounidenses (4.500 y 13.200 m 3 ) de agua por pozo, y los proyectos grandes utilizan hasta 5 millones de galones estadounidenses (19.000 m 3 ). [171] Se utiliza agua adicional cuando se refracturan los pozos. [75] [172] Un pozo promedio requiere de 3 a 8 millones de galones estadounidenses (11.000 a 30.000 m 3 ) de agua durante su vida útil. [67] Según el Instituto de Estudios Energéticos de Oxford , se requieren mayores volúmenes de fluidos de fracturación en Europa, donde las profundidades de esquisto son en promedio 1,5 veces mayores que en los EE. UU. [173] El agua superficial puede contaminarse a través de derrames y pozos de desechos construidos y mantenidos incorrectamente, [174] y el agua subterránea puede contaminarse si el fluido puede escapar de la formación que se está fracturando (a través de, por ejemplo, pozos abandonados , fracturas y fallas [175] ) o por agua producida (los fluidos que regresan, que también contienen componentes disueltos como minerales y aguas salobres ). La posibilidad de contaminación del agua subterránea por salmuera y fugas de fluido de fracturación a través de viejos pozos abandonados es baja. [176] [151] El agua producida se gestiona mediante inyección subterránea , tratamiento y descarga de aguas residuales municipales y comerciales , sistemas autónomos en los sitios o campos de los pozos y reciclaje para fracturar pozos futuros. [177] Normalmente, se recupera menos de la mitad del agua producida utilizada para fracturar la formación. [178]

En los Estados Unidos se utilizan más de 12 millones de acres para combustibles fósiles. Se necesitan alrededor de 3,6 hectáreas (8,9 acres) de tierra por cada plataforma de perforación para instalaciones de superficie. Esto es equivalente a seis parques nacionales de Yellowstone. [179] La construcción de plataformas de pozos y estructuras de soporte fragmenta significativamente los paisajes, lo que probablemente tenga efectos negativos en la vida silvestre. [180] Estos sitios deben remediarse después de que se agoten los pozos. [156] La investigación indica que los efectos sobre los costos de los servicios ecosistémicos (es decir, aquellos procesos que el mundo natural proporciona a la humanidad) han alcanzado más de $ 250 millones por año en los EE. UU. [181] Cada plataforma de pozos (en promedio 10 pozos por plataforma) necesita durante el proceso preparatorio y de fracturación hidráulica alrededor de 800 a 2500 días de actividad ruidosa, que afecta tanto a los residentes como a la vida silvestre local. Además, el ruido es creado por el tráfico continuo de camiones (arena, etc.) necesario en la fracturación hidráulica. [156] Se están realizando investigaciones para determinar si la salud humana se ha visto afectada por la contaminación del aire y del agua , y se requiere un seguimiento riguroso de los procedimientos y regulaciones de seguridad para evitar daños y gestionar el riesgo de accidentes que podrían causar daños. [151]

En julio de 2013, la Administración Federal de Ferrocarriles de Estados Unidos incluyó la contaminación de petróleo por productos químicos de fracturación hidráulica como "una posible causa" de corrosión en vagones cisterna de petróleo. [182]

La fracturación hidráulica se ha relacionado a veces con la sismicidad inducida o los terremotos. [183] ​​La magnitud de estos eventos suele ser demasiado pequeña para ser detectada en la superficie, aunque los temblores atribuidos a la inyección de fluidos en pozos de eliminación han sido lo suficientemente grandes como para haber sido sentidos por la gente y haber causado daños a la propiedad y posiblemente lesiones. [27] [184] [185] [186] [187] [188] Un Servicio Geológico de Estados Unidos informó que hasta 7,9 millones de personas en varios estados tienen un riesgo de terremoto similar al de California, siendo la fracturación hidráulica y prácticas similares un factor contribuyente principal. [189]

Los eventos microsísmicos se utilizan a menudo para mapear la extensión horizontal y vertical de la fracturación. [91] Una mejor comprensión de la geología del área que se está fracturando y utilizando para pozos de inyección puede ser útil para mitigar el potencial de eventos sísmicos significativos. [190]

La gente obtiene agua potable de aguas superficiales, que incluyen ríos y embalses, o de acuíferos subterráneos, a los que se accede mediante pozos públicos o privados. Ya hay numerosos casos documentados en los que las aguas subterráneas cercanas han sido contaminadas por actividades de fracturación hidráulica, lo que obliga a los residentes con pozos privados a obtener agua de fuentes externas para beber y para el uso diario. [191] [192]

Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas, también conocidas como "PFAS" o "sustancias químicas permanentes", se han relacionado con el cáncer y los defectos de nacimiento. Las sustancias químicas utilizadas en el fracking permanecen en el medio ambiente y, una vez allí, se descomponen en PFAS. Estas sustancias químicas pueden escaparse de los lugares de perforación y llegar a las aguas subterráneas. Las PFAS pueden filtrarse en pozos subterráneos que almacenan millones de galones de aguas residuales. [193]

A pesar de estas preocupaciones sanitarias y de los esfuerzos por instituir una moratoria sobre el fracking hasta que se comprendan mejor sus efectos ambientales y sanitarios, Estados Unidos sigue dependiendo en gran medida de la energía de los combustibles fósiles. En 2017, el 37% del consumo energético anual de Estados Unidos se deriva del petróleo, el 29% del gas natural, el 14% del carbón y el 9% de fuentes nucleares, y solo el 11% proviene de energías renovables, como la eólica y la solar. [194]

En 2022, Estados Unidos experimentó un auge del fracking, cuando la guerra en Ucrania provocó un aumento masivo de la aprobación de nuevas perforaciones. Las perforaciones planificadas liberarán 140 mil millones de toneladas de carbono, cuatro veces más que las emisiones globales anuales. [195]

Reglamento

Los países que utilizan o están considerando utilizar la fracturación hidráulica han implementado diferentes regulaciones, incluyendo el desarrollo de legislación federal y regional, y limitaciones de zonificación local. [196] [197] En 2011, después de la presión pública, Francia se convirtió en la primera nación en prohibir la fracturación hidráulica, basándose en el principio de precaución , así como en el principio de acción preventiva y correctiva de los peligros ambientales. [30] [31] [198] [199] La prohibición fue confirmada por una decisión de octubre de 2013 del Consejo Constitucional . [200] Algunos otros países como Escocia han impuesto una moratoria temporal a la práctica debido a preocupaciones de salud pública y una fuerte oposición pública. [201] Países como Inglaterra y Sudáfrica han levantado sus prohibiciones, eligiendo centrarse en la regulación en lugar de la prohibición total. [202] [203] Alemania ha anunciado un proyecto de regulaciones que permitirían el uso de la fracturación hidráulica para la explotación de depósitos de gas de esquisto con la excepción de las zonas de humedales . [204] En China, la regulación del gas de esquisto aún enfrenta obstáculos, ya que tiene interrelaciones complejas con otros regímenes regulatorios, especialmente el comercial. [205] Muchos estados de Australia han prohibido de forma permanente o temporal la fracturación de hidrocarburos. [ cita requerida ] En 2019, la fracturación hidráulica fue prohibida en el Reino Unido. [206]

La Unión Europea ha adoptado una recomendación de principios mínimos para el uso de la fracturación hidráulica de alto volumen. [32] Su régimen regulatorio requiere la divulgación completa de todos los aditivos. [207] En los Estados Unidos, el Consejo de Protección del Agua Subterránea lanzó FracFocus.org, una base de datos en línea de divulgación voluntaria para fluidos de fracturación hidráulica financiada por grupos comerciales de petróleo y gas y el Departamento de Energía de los EE. UU. [208] [209] La fracturación hidráulica está excluida de la regulación del control de inyección subterránea de la Ley de Agua Potable Segura , excepto cuando se utiliza combustible diésel . La EPA asegura la vigilancia de la emisión de permisos de perforación cuando se utiliza combustible diésel. [210]

En 2012, Vermont se convirtió en el primer estado de los Estados Unidos en prohibir la fracturación hidráulica. El 17 de diciembre de 2014, Nueva York se convirtió en el segundo estado en prohibir totalmente cualquier tipo de fracturación hidráulica debido a los posibles riesgos para la salud humana y el medio ambiente. [211] [212] [213]

Véase también

Referencias

Dominio público Este artículo incorpora material de dominio público de Fracturación hidráulica para petróleo y gas: impactos del ciclo del agua mediante fracturación hidráulica en los recursos de agua potable en los Estados Unidos (informe final). Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . Consultado el 17 de diciembre de 2016 .

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