La fracturació hidràulica o fracking en geotècnica és l'explotació de la pressió d'un fluid, típicament aigua, per crear i després propagar una fractura en una capa de roca al subsòl. El fracking es fa després d'una perforació en una formació de roca que conté els hidrocarburs (petroli o gas natural).
L'objectiu és augmentar-ne la permeabilitat. Amb la millora de la permeabilitat es millora la producció del petroli o gas contingut al subsòl i augmenta la seva taxa de recuperació.
Les fractures hidràuliques a roques poden ser tant naturals com creades per humans; es creen i engrandeixen per la pressió del fluid contingut a la fractura. Les fractures hidràuliques naturals més comunes són els dics i capes de fil, a més de les esquerdes causades pel gel en àrees amb climes freds.
D'aquesta manera, les fractures creades no es poden tancar quan la pressió de l'aigua falla.
Avantatges i inconvenients del fracking
El fracking, o fracturació hidràulica, és una tècnica que planteja una sèrie d'aspectes a considerar tant positius com negatius. A continuació, explicarem aquests aspectes detalladament.
Aspectes econòmics
Un dels principals avantatges del fracking és la seva capacitat per accedir a reserves de gas que anteriorment es consideraven inaccessibles. Això comporta beneficis significatius per a països, comunitats locals i la indústria en general. A més, contribueix a la independència energètica dels països, cosa que té implicacions geoestratègiques positives.
Impacte en la lluita contra el canvi climàtic
Inicialment, el fracking va rebre suport de diversos sectors, incloent-hi grups ecologistes, pel fet que la crema de gas natural genera menys emissions de CO2 en comparació amb la crema de carbó o petroli.
Tot i això, investigacions posteriors han qüestionat els avantatges d'aquesta tècnica en la lluita contra el canvi climàtic.
D'una banda, el gas natural (CH4) és un potent gas d'efecte hivernacle i el seu alliberament directe a l'atmosfera durant el procés d'extracció planteja preocupacions ambientals. D'altra banda, alguns experts argumenten que la carrera per explotar aquests recursos podria frenar el desenvolupament de fonts d'energia renovable veritablement netes.
A més, l'augment global en el consum d'energia podria portar al canvi climàtic independentment de les millores de l'eficiència energètica.
Impacte a les aigües subterrànies
El fracking planteja preocupacions pel que fa a la possible contaminació dels pous i els aqüífers que proveeixen d'aigua potable les comunitats.
Tot i que la indústria argumenta que les barreres de ciment a les perforacions eviten la migració de substàncies perjudicials a les capes d'aigua subterrània, investigacions d'institucions com la Universitat de Duke i l'EPA han demostrat la presència de metà, solvents químics i altres substàncies en mostres daigua properes a les perforacions.
Impacte a les aigües superficials
Durant el procés de fracking, una part considerable de la barreja d'aigua, productes químics i sorra injectada a les perforacions torna a la superfície. Aquesta aigua pot portar substàncies atrapades en la profunditat, la qual cosa la converteix en un residu altament contaminant.
En cas de fugues a rius i cossos d'aigua superficials, això pot provocar desastres ambientals, com l'incident al riu Dunkard Creek el 2009, on la vida indígena del riu es va veure greument afectada a causa de baixades il·legals d'aigües de centres de perforació.
S'han proposat alternatives com el tractament en plantes de depuració tradicionals, tot i que es planteja la dificultat de purificar completament aquestes aigües, especialment pel que fa a substàncies radioactives com ara el radi.
Riscos sísmics derivats
Les tècniques de microfracturació hidràulica del sediment poden, en alguns casos, generar una microsismicitat induïda altament localitzada.
La intensitat d'aquests microsismes generalment és força limitada, però hi pot haver problemes locals d'estabilitat del sòl quan els sediments són superficials.
Ús i aplicacions del fracking
El fracking permet l'extracció d'hidrocarburs de roques permeables (per exemple, pedra calcària compacta, així gres cimentat i argila), de la qual altrament fluiria en quantitats com per permetre l'extracció a una taxa econòmicament viable. La utilització del fracking permet abaratir l'obtenció d'energia fòssil en abaratir l'obtenció del combustible fòssil.
Per exemple, la fractura permet l'extracció de gas natural de roques bituminoses, un material extremadament impermeable.
Altres usos
Si bé el principal ús industrial de la fracturació hidràulica és estimular l'extracció dels combustibles fòssils petroli i gas natural, també s'utilitza a:
-
la construcció de pous daigua.
-
per preparar les roques per a la perforació minera
-
fer processos per reduir les pèrdues (generalment fuites d'hidrocarburs)
-
rebutgi les fuites injectant-les en formacions rocoses adequades
-
com un mètode per mesurar les tensions a l'escorça terrestre.
La fracturació hidràulica pas a pas
A continuació expliquem la tècnica per fer la fractura hidràulica pas a pas:
Generació de la fractura hidràulica
En primer lloc, es genera una fractura hidràulica mitjançant la injecció d'un fluid de fracturació al pou, aplicant prou pressió per superar el gradient de fractura de la roca.
Això dóna lloc a la formació d'una o més esquerdes que permeten l'entrada del fluid, cosa que provoca una extensió addicional.
Ús de l'agent de sustentació
Per mantenir l'esquerda oberta un cop interrompuda la injecció del fluid, s'afegeix un material sòlid conegut com a agent de sustentació. Aquest material sol estar compost per grànuls seleccionats de sorra de quars o microesferes de ceràmica.
La incorporació d'aquest material a les fractures creades pel fracking evita que es tanquin completament, preservant un canal d'alta permeabilitat per on s'extraurà el fluid de combustible fòssil.
Restauració de la permeabilitat
Quan es perfora un pou, es generen estelles de roca i residus que es poden infiltrar a les esquerdes i porus de la paret del pou, cosa que parcialment segella la fractura i en redueix la permeabilitat.
El fracking és una tècnica que permet restaurar un flux adequat des del jaciment. Per això, s'ha convertit en una pràctica estàndard en tots els pous perforats en formacions poc permeables.
Fluids i materials utilitzats
El fluid injectat als pous de fracturació pot ser aigua, gel, escuma o gas comprimit, com ara nitrogen, diòxid de carboni o aire comprimit.
A més, es fan servir diversos tipus de materials sòlids de suport, principalment sorra, però també sorra recoberta de resina o esferes ceràmiques.
Monitorització i avaluació de les fractures
Per avaluar la mida i l'orientació de les fractures generades, es duu a terme un monitoratge microsísmic durant el procés de fracturació, que implica la instal·lació de matrius de geòfons en pous adjacents.
Mitjançant la detecció de microsismes relacionats amb el creixement de les fractures, és possible deduir-ne la geometria aproximada.
A més, s'obté informació valuosa sobre les tensions induïdes a les formacions rocoses mitjançant la col·locació de matrius inclinomètriques.
Equip i components utilitzats en la fracturació
L'equip de fracturació utilitzat en camps petroliers inclou un mesclador dinàmic, una o més bombes d'alta pressió i alt flux i una unitat de monitorització sísmica.
També calen tancs, canonades d'alta pressió, unitats d'additius i manòmetres per supervisar la pressió, el flux i la densitat del fluid durant la injecció.
Els valors de pressió i flux del fluid varien considerablement al llarg de les diferents fases del procés, començant amb una baixa pressió i un flux al voltant de 265 litres per minut a l'etapa inicial, i augmentant la pressió fins a assolir els 100 MPa en la fase d'estrès, amb una disminució gradual del flux.
Origen del fracking
La tècnica de la millora de la productivitat d'un pou de petroli mitjançant el fracking data de la dècada de 1860, quan a Pennsilvània, amb l'ús de nitroglicerina, es va millorar la producció d'alguns pous perforats en roques sòlides.
La tecnologia de fracturació mitjançant l'aplicació de pressió sobre la roca utilitzant fluid hidràulic, per estimular el subministrament de petroli dels camps menys productius es va produir als Estats Units el 1947 pel Stanolind Petroli i Gas Corporation al camp a Hugoton Kansas.
La primera companyia a patentar una tècnica de fracturació hidràulica va ser el Haliburton Oli de cimentació de pous de l'empresa el 1949. Aquesta pràctica, atesa la major producció que va causar, es va estendre ràpidament per primera vegada a tota la indústria petroliera dels EUA. i després a la de tot el món.