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 porta a terme després d'una perforació en una formació de roca que conté els hidrocarburs (petroli o gas natural).
L'objectiu és augmentar la permeabilitat. Amb la millora de la permeabilitat es millora la producció de petroli o gas contingut en el subsòl i augmentar la seva taxa de recuperació.
Les fractures hidràuliques en roques poden ser tant naturals com creades per humans; es creen i s'engrandeixen per la pressió del luid contingut a la fractura. Les fractures hidràuliques naturals més comuns són els dics i capes de bri, a més de les esquerdes causades pel gel en àrees amb climes freds.
Les fractures creades per l'home són induïts profundament en nivells precisos de roca dins dels camps de petroli i gas. S'estenen mitjançant el bombament de fluid sota pressió, i després es manté oberta mitjançant la introducció de sorra, grava, microesferes de ceràmica com a material de farciment permeable.
D'aquesta manera, les fractures creades no es poden tancar quan falla la pressió de l'aigua.
Aplicacions de l'Faking
La tècnica de fracturació hidràulica s'utilitza per augmentar o restablir la velocitat d'extracció de fluids com el petroli, el gas i l'aigua, inclosos dipòsits no convencionals com roques carboníferes o bituminoses.
El fracking permet l'extracció d'hidrocarburs de roques permeables (per exemple, pedra calcària compacta, així gres cimentat i argila), de la qual d'una altra manera fluiria en quantitats tals com per permetre l'extracció a una taxa econòmicament viable. La utilització del raking permet abaratir l'obtenció d'energia fòssil a l'abaratir l'obtenció del combustible fòssil.
Per exemple, la fracturació permet l'extracció de gas natural de roques bituminoses, un material extremadament impermeable.
Les fractures induïdes augmenten la permeabilitat de la roca al voltant del pou, augmentant la taxa de flux d'extracció.
Si bé el principal ús industrial de la fracturació hidràulica és estimular l'extracció dels combustibles fòssils petroli i gas natural, també s'utilitza:
- en la construcció de pous d'aigua.
- per preparar les roques per a la perforació minera
- fer processos per reduir les pèrdues (generalment fuites d'hidrocarburs)
- rebutgi les fuites que s'injectaran en formacions rocoses adequades
- com un mètode per mesurar les tensions en l'escorça terrestre.
Metodologia de la fracturació hidràulica
Es crea una fractura hidràulica bombejant el fluid de fracturació al pou, amb suficient pressió per superar el gradient de fractura de la roca. Això causa una o més esquerdes en les quals entra el fluid, causant una extensió addicional.
Per mantenir l'esquerda oberta després de la interrupció del luid de bombament s'afegeix un material sòlid. A aquest material se l'anomena agent de sosteniment. Normalment aquest material està compost de grànuls seleccionats de sorra de quars o microesferes de ceràmica.
Aquest material afegit a les fractures provocades pel fracking impedeix de tancament completament a la pèrdua de pressió, preservant un passatge d'alta permeabilitat per al fluid del combustible fòssil s'extraurà.
La perforació d'un forat produeix estelles de roca i deixalles que poden lliscar en les esquerdes i en els porus de la paret de pou, segellant parcialment la fossa i la reducció de la permeabilitat: la fracturació hidràulica pot restaurar un flux adequat d'extracció des del dipòsit.
Per aquesta raó, és una mesura estàndard adoptada en tots els pous perforats en roques poc permeables, i aproximadament el 90% de tots els pous de gas natural en els Estats Units utilitzen la fracturació hidràulica per produir gas a un preu competitiu.
El fluid injectat en els pous del racking pot ser aigua, gel, escuma o gas comprimit, com nitrogen, diòxid de carboni o aire simple. També es fan servir diversos tipus de material de manteniment sòlid: generalment sorra, però també sorra amb revestiments de resina o esférulas ceràmiques.
Per detectar la mida i l'orientació de les fractures causades, es porta a terme un monitoratge microsísmico durant el bombament de la fracturació, la instal·lació de matrius de geófonos en els pous adjacents. A l'mapejar els microsismos causa de les fractures en creixement, podem deduir la geometria aproximada de les fractures. Una altra informació important sobre les tensions induïdes en les roques s'obté col·locant matrius inclinométricas.
L'equip de fractura estàndard utilitzat en camps petroliers inclou un mesclador dinàmic, una o més bombes d'alta pressió i alt flux (generalment bombes triples o quíntuples) i una unitat de monitorització sísmic.
Altres materials necessaris són tancs, canonades d'alta pressió, unitats d'additius i manòmetres per controlar la pressió, el flux i la densitat del fluid durant la injecció. Els valors de pressió i flux del fluid varien molt en les diverses fases: la injecció comença amb baixa pressió i flux també de 265 litres per minut.
En la fase d'estrès, la pressió augmenta fins a 100 MPa i el flux disminueix gradualment.
Avantatges i inconvenients del racking
aspectes econòmics
Una de les grans avantatges d'aquesta tècnica és que permet l'explotació de reserves de gas que abans es consideraven inabastables. Aquests llocs brinden grans beneficis als països, les comunitats locals i la indústria. A més, els diferents països ajuden a aconseguir una major independència energètica amb els successius beneficis geoestratègics.
Lluita contra el canvi climàtic
Inicialment, aquesta tècnica va rebre suport de diferents sectors, inclosos grups ecologistes. Això era a causa del fet que la crema de gas emet menys CO 2 que la crema de carbó o oli. No obstant això, investigacions posteriors van qüestionar els avantatges d'aquesta tècnica en la lluita contra el canvi climàtic. D'una banda, el gas natural propi (CH 4 ) és un potent gas d'efecte hivernacle, sent molt perillós seva filtració directa a l'atmosfera durant el procés d'extracció.
D'altra banda, la carrera per l'explotació d'aquests llocs pot, d'acord amb els comentaris dels experts, estancar-se en el desenvolupament de fonts d'energia renovable veritablement netes com l'energia solar fotovoltaica, l'energia eòlica, l'energia geotèrmica o l'energia hidràulica.
A més, altres experts argumenten que, tot i que la crema de gas és més neta que la crema de combustibles fòssils tradicionals, l'augment global en el consum d'energia portaria irremeiablement a el canvi climàtic.
Impacte en les aigües subterrànies
Un dels problemes derivats del racking és la possible contaminació dels pous i aqüífers que proporcionen aigua potable a la població. La indústria argumenta que les barreres de ciment introduïdes en les perforacions impedeixen el possible pas de substàncies nocives a les capes d'aigua subterrània on es pot trobar aigua potable.
No obstant això, diverses investigacions de la Universitat de Duke i l'EPA (Agència de Protecció Ambiental dels Estats Units) han demostrat la presència de metà, solvents químics i altres substàncies, en mostres d'aigua preses a prop de les perforacions.
Impacte en les aigües superficials
Durant el procés de fracking, una part considerable de la barreja d'aigua, productes químics i sorra que s'injecta a la perforació torna a la superfície. A més, en aquest procés, l'aigua transporta a la superfície substàncies que van quedar atrapades en la profunditat.
Aquest rebuig és altament contaminant i pot causar desastres ambientals en cas de fuites als rius i dipòsits d'aigües superficials.
L'exemple clàssic d'aquesta possible contaminació ocórrer al riu Dunkard Creek al setembre de 2009. Una invasió d'algues microscòpiques va acabar amb gran part de la vida indígena del riu. Posteriorment es va saber que diverses companyies havien realitzat descàrregues il·legals d'aigües provinents de diversos centres de perforació.
Una de les alternatives proposades va ser tractar aquestes aigües en plantes de depuració tradicionals. No obstant això, diversos experts van emfatitzar que aquestes plantes no estarien preparades per purificar aquestes aigües per complet, especialment pel que fa a la neteja de substàncies radioactives (ràdio).
Historia 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 Pennsylvania, 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 al Estats Units el 1947 pel Stanolind Petroli i Gas Corporation al camp en Hugoton Kansas.
La primera companyia a patentar una tècnica de fracturació hidràulica va ser el Haliburton Oli de cimentació de pous de l'empresa en 1949. Aquesta pràctica, donada la major producció que va causar, es va estendre ràpidament per primera vegada en tota la indústria petroliera d'EE. UU. i després a la de tot el món.
Riscos ambientals derivats del racking
La fracturació hidràulica s'està monitoritzant internacionalment a causa de les preocupacions sobre els riscos de contaminació química de l'aigua subterrània i l'aire. En alguns països, l'ús d'aquesta tècnica ha estat suspès o fins i tot prohibit.
Al març de 2014, la revista Endocrinology va publicar un article sobre activitats mineres a Colorado, titulat "Activitats de receptors d'estrògens i andrògens de productes químics de fracturació hidràulica i superfícies i aigües subterrànies en una regió de gran densitat de perforació" ... Els investigadors van analitzar les aigües del omtat de Garfield, Colorado, on els eixos de gas d'esquist estan molt presents.
El mostreig va demostrar que fins i tot la presència de "nivells moderats" de substàncies químiques en els fluids utilitzats per fer fracking tenia el potencial d'interferir amb el funcionament hormonal normal. Un dels col·laboradors de l'estudi, Christopher Kassotis, argumenta que els alts nivells d'alteració en el funcionament de les hormones estan relacionats amb la infertilitat, el càncer i el dany a l'naixement.
Riscos sísmics derivats de la fractura hidràulica
Les tècniques de microfracturación hidràulica del ediment poden, en alguns casos, generar una microsismicitat induïda altament localitzada. La intensitat d'aquests microsismos generalment és força limitada, però pot haver-hi problemes locals d'estabilitat de terra quan els sediments són superficials.
