Índice

Qué es el Shale Gas

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Shale Gas. Su importancia en el mundo

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Potencial económico del Shale Gas en México

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Fractura Hidráulica

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Consideraciones especiales de corrosión en la extracción del Shale Gas

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Corrosión interna

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Corrosión Externa

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Respuesta en Contra de la Corrosión

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Conclusiones

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Referencias

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Qué es el Shale Gas

El shale gas es un tipo de gas natural no convencional encontrado en las formaciones de esquisto; un tipo de sedimentación de rocas granulares. Este tipo de formaciones son ricas fuentes de petróleo y gas natural. Este gas es generado y almacenado en el mismo lugar; haciendo que el esquisto actúe como fuente y almacenaje de este gas 1.

En algunos de estos esquistos, es conocido que contienen materia orgánica. Dependiendo del tipo y cantidad de materia orgánica que el esquisto contenga, es capaz o no de generar gas o petróleo.

Esta materia orgánica, procedente de restos animales y vegetales; es termalmente alterada para la producción de gas y petróleo2.

Sin embargo estos restos orgánicos son consumidos por animales o bacterias por lo que la preservación de los mismos requiere que sean enterrados en un ambiente anóxico lo que inhibirá a los carroñeros. Esto sucede, de manera natural, en los lagos y océanos en donde hay una circulación de agua restringida. La sedimentación incrementa la profundidad del entierro conforme el paso del tiempo2.

Para poder evaluar la capacidad de las formaciones rocosas como fuentes de gas, se debe de observar la concentración de materia orgánica que tenga en su interior. A mayor cantidad de materia, mejor fuente de gas será. Con el calentamiento y la presión necesaria, la materia orgánica es transformada en queroseno. Existen 4 tipos de queroseno. El tipo I y II proceden del mar; estos generan petróleo. Los tipos III y IV de procedencia terrestre, tienden a generar gas. Dependiendo del tipo de queroseno que se produzca, dependerá la transformación a gas o petróleo 2.

Shale Gas. Su importancia en el mundo

De acuerdo con estudios realizados, se sabe que existen más de 688 shales en 142 cuencas alrededor del mundo3.

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El volumen total de shale gas en todo el mundo, puede llegar a convertirse en la estrategia más importante para la obtención de energía en un futuro. La actividad exploratoria, que va en aumento, se lleva acabo con el único objetivo de establecer la ubicación de los reservorios del Shale gas. Este tipo de exploraciones son financiadas por distintos tipos de empresas que van desde las pequeñas hasta las grandes compañías multinacionales.

La aparición de este nuevo gas pone en riesgo el mercado internacional de GNL (Gas Natural Licuado) debido a la enorme extensión de los recursos de Shale Gas. En algunos países, como la india, el combustible de los autobuses, taxis y otros medios de transporte colectivos se ha cambiado de diesel a gas. El impacto en el medio ambiente ha sido impresionante, ya que el gas emite menos partículas contaminantes que el diesel.

De acuerdo a estudios realizados por la EIA (Energy Information Administration), las reservas de Shale gas a nivel mundial parecen ser bastante amplias. La estimación de las reservas recuperables a nivel internacional son de 6, 622 trillones de pies cúbicos. Los cuales al ser comparados con las reservas probadas de gas natural a nivel mundial (6, 609 trillones de pies cúbicos) nos indican que existen enormes reservas de gas en general para varios años.

La mayor parte de estas reservas de Shale Gas, están distribuidas en cuatro países que cuentan con las mayores reservas. Sin embargo es importante destacar que tres de estos países se encuentran en el continente Americano y que entre estos, México se encuentra en el cuarto lugar como reserva mundial. Esto, como es de esperar, ha impulsado la inversión del paises en exploración y explotación de la nueva fuente de energía.

Potencial económico del Shale Gas en México

México cuenta con la cuarta reserva de Shale gas más importante a nivel mundial. Se presume que, en las reservas mexicanas existen aproximadamente 680 billones de pies cúbicos de este gas, dejando al país por debajo de China con mil 275 millones de pies cúbicos, Estados Unidos con 882 mil millones y Argentina con 774mil millones 4.

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Estudios recientes indican que México podría obtener de 7,000 a 10,000 millones de dólares gracias a la explotación de este recurso recién descubierto y generar entre 1.5 millones de empleos directos o indirectos5.

México cuenta con 61, 236 mil millones de pies cúbicos de reservas probadas, probables y posibles de gas natural. Sin embargo se estima que para el año 2025 se presentará un fenómeno de agotamiento de las reservas probadas y probables. Por lo que, el aumento de este tipo de reservas, debe de ser casi inmediato6.

El gas sirve como combustible para generar energía eléctrica, proveer de energía a la industria, para el aumento de recuperación de petróleo, etc. Por lo tanto, el descubrimiento de una nueva fuente de gas, representa la seguridad de poseer reservas por más años 7.

El descubrimiento del Shale gas tiene un significado más allá de nuevas fuentes de energía y obtención de reservas para un futuro lejano. Este gas se transforma en una alta posibilidad de potencial y economía para algunos países con pocos recursos de gas natural. Sin embargo, aun conociendo todos estos datos, el Shale gas, fuera de Norte América no ha sido explotado comercialmente debido a los altos costos tecnológicos. Muchos de los países que han descubierto recientemente estos reservorios de gas, no cuentan con la infraestructura adecuada para la explotación del recurso. El escaso conocimiento sobre los reservorios de este gas, es también un gran impedimento para llevar acabo la explotación del mismo.

Es por todo esto, que muchos países han decidido invertir en el desarrollo de nuevas tecnologías para la explotación de esta nueva fuente de energía. Hoy en día, la técnica más utilizada y con mejores rendimientos para la extracción del gas es la Fractura Hidráulica. Esta ha sido la técnica de mayor uso para la obtención de gas natural durante varios años debido a que es considerada una técnica de bajos costos comparada con otras como la excavación de varios pozos en el mismo lugar. Sin embargo, aun cuando sus costos monetarios son bajos, los costos ambientales son altísimos. Para realizar la fractura hidráulica se necesitan millones de galones de agua así como también otros miles más para crear los fluidos de fracturación.

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Fractura Hidráulica

La perforación de pozos verticales tanto como horizontales suelen tener el mismo comienzo. El primer paso a llevar, después de comenzar a perforar, es la colocación del encamisado conductor, el cual brindará estabilidad al pozo mientras atraviesa la superficie.

Después de ello, se sigue excavando y a cierta profundidad, se coloca el encamisado de superficie, el cual abarca, como su nombre lo indica, desde la superficie hasta pasar los mantos acuíferos.

Una vez colocado, se procede a inyectar cemento dentro de él. Este es empujado con agua a presión para que llegue hasta el fondo del encamisado. Para continuar con la excavación se requiere que el cemento se encuentre completamente firme. Otra medida de seguridad, es la colocación de equipo de prevención contra explosiones, el cual servirá para prevenir, que, cualquier fluido inyectado a presión, llegue a colarse entre la tubería de excavación y el encamisado.

Una vez que el cemento esta firme, se excavan unos cuantos metros más para después someter a prueba el encamisado por medio de presurización del pozo. Una vez realizada la prueba, se continúa excavando hasta que, dependiendo de las regulaciones de cada estado o país, se requiere el encamisado intermedio, el cual ayudará a estabilizar el pozo a mayor profundidad así como aislarlo de los distintos componentes que se encuentran a esas profundidades como el agua salada8.

Una vez que se llega cerca de la zona objetivo o zona de producción se inicia la perforación horizontal del pozo con la llamada “Kicking off”. La excavación horizontal puede extenderse hasta los 10,000 pies (3048 m) o poco más, hasta entrar en contacto con el Shale. Esta distancia estará limitada por el grosor de la propia formación. Una vez terminada la perforación horizontal, se procede a colocar el encamisado de producción junto con cemento 8.

Para la realización de la fractura hidráulica, se hacen diminutas perforaciones con pequeñas cargas explosivas a lo largo de una sección previamente determinada del cemento, para después inyectar 5

a grandes presiones el líquido de fractura. Este líquido de fractura posee propiedades específicas para el pozo en específico. Al ir inyectado a grandes presiones, este líquido fractura la formación en pequeñas ramificaciones, creando la “fractura hidráulica.” Cada una de estas fracturas se propaga de 500 a 800 pies lejos del pozo. Dependiendo del grosor de la formación.

La fractura hidráulica involucra millones de galones de fluidos, los cuales son inyectados y utilizados en la obtención del gas. Los fluidos de fracturación son generalmente un 99% de agua y el resto se divide entre arena y aditivos 9. De los cuales se hablará más adelante.

Dependiendo de la zona y el tipo de Shale, los fluidos de fractura son recuperados desde un 15 a un 80% como agua de reflujo9. En adición a esto, también se obtiene lo que se llama agua de producción, la cual consiste en agua altamente salina que se origina en la misma formación.

Se estima que los pozos horizontales son dos o tres veces más productivos que los verticales. La fractura hidráulica es la mejor técnica para extraer el Shale gas. Una alternativa a esta, sería la excavación de varios pozos en la misma zona para extraerlo, sin embargo económicamente hablando es mucho mayor su costo, además de que en muchos lugares, esta prohibido legalmente.

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La fractura hidráulica es la técnica de oro para la extracción del Shale Gas. Sin embargo, es esta técnica también la responsable de algunos problemas de corrosión que sufren los pozos. El uso de los fluidos de fracturación así como causas externas como los propios mantos acuíferos, aun incrementado los problemas de corrosión tanto en las tuberías de producción, así como en los encamisados de los pozos. Estos problemas de corrosión pueden llegar a generar problemas serios como la contaminación de los acuíferos y suelos.

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Consideraciones especiales de corrosión en la extracción del Shale Gas

La corrosión es la destrucción o deterioro de un material a causa de la reacción con su medio ambiente. A causa de este fenómeno, los metales en particular, pierden su estado elemental retornando a su estado de origen.

La corrosión involucra un cambio químico en el material. En algunos casos el ataque químico va de la mano con un deterioro físico como por ejemplo la erosión. Existen distintas causas de corrosión en los materiales. Algunas de estas se clasifican por la morfología del ataque o por el medio atacante10.

Este tipo de corrosión, debido al medio atacante, es la mayor causa de problemas en cuanto a los encamisados de pozos profundos se refiere.

Corrosión Interna

La corrosión interna o corrosión interior, se genera por una serie de reacciones electroquímicas influidas mayormente por factores ambientales de diversa naturaleza como, por ejemplo la propia composición del hidrocarburo o del gas, la proporción de agua presente o bien otros factores como la biocorrosión11 .

Corrosión Externa

La corrosión exterior de los encamisados de pozos ha sido materia de una variedad de estudios en la literatura especializada12.

El mayor problema de corrosión en los encamisados de los pozos de Shale Gas, es el hecho de que, al sufrir picaduras o incluso llegar a tener perforaciones de tamaño importante, llegan a contaminar los mantos acuíferos con sustancias tóxicas para la salud de las personas. En teoría, 8

estos encamisados están diseñados para la protección de los mismos. Sin embargo, al sufrir corrosión el riesgo de contaminación se eleva e incluso, en los casos más graves, llegan a contaminarse fuentes de agua importantes 11

Estudios realizados a encamisados completamente corroídos han demostrado que existen cuatro fuentes de corrosión importantes:

1. Corrientes eléctricas

2. Ataques por parte de la formación (Agua intrínseca en la roca)

3. Bacterias generadoras de H2S

4. Corrosión por fluidos de perforación

Cantidades excesivas de lubricante que contenga restos metálicos, puede generar ataques localizados de corrosión en los bordes de los collares del encamisado 13.

Una de las principales causas de corrosión en los pozos de grandes profundidades son los cambios de potencial eléctrico; entre el agua que se encuentra intrínseca en los espacios intersticiales de la roca y el lodo de perforación12.

Los encamisados de los pozos se encuentran expuestos a diferentes electrolitos por contacto con el subsuelo. La fisicoquímica de estos, tiende a variar de manera significativa con la profundidad de cada pozo. El contenido de cloruros, el pH, la humedad entre otros agentes fisicoquímicos gobiernan la corrosión en cada estrato diferente del subsuelo, generando las pérdidas de metal que sufre el encamisado14.

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Estos problemas son frecuentemente encontrados en pozos petroleros, sin embargo, en los pozos de Shale Gas el 70% de los problemas de corrosión en los encamisados se deben a corrosión externa. Los factores principales de que esto ocurra son: edad del pozo, calidad del encamisado, tipo de lodo de excavación y el tipo y cantidad de cemento utilizado. Uno de los principales contribuyentes a la corrosión del encamisado fue el uso de fluidos de excavación 15.

Los fluidos de fracturación consisten principalmente en agua pero también incluyen una variedad de aditivos diferentes. El número de aditivos utilizados dependerá de las condiciones especiales del pozo a perforar. Generalmente son utilizados de 3 a 12 aditivos dependiendo de las características del agua y de la propia formación (Shale). No existe un volumen especifico que se debe de usar de cada aditivo. La cantidad a utilizar será calculada dependiendo del tipo de Shale que se quiera perforar16.

Los fluidos de fracturación contienen distintos aditivos que sirven a diferentes propósitos. Entre ellos se incluyen biocidas y secuestradores de oxigeno que sirven para estabilizar y evitar la corrosión de las tuberías de metal17.

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El uso de secuestradores de oxigeno, como el bisulfato de amonio, es también una practica recomendada. Estos remueven el oxigeno del agua para proteger las tuberías de la corrosión y de esta manera evitar problemas futuros en las tuberías 18.

Cuando se utilizan ácidos para llevar acabo la obtención del Shale Gas es comúnmente utilizado un inhibidor de la corrosión. Se suele adicionar entre el 0.1% al 2% de este. Este pequeño porcentaje puede bajar la corrosión hasta en un 95%. Las concentraciones del inhibidor de corrosión dependen de la temperatura en el pozo, el tipo de tuberías e incluso del encamisado. A temperaturas mayores a 250° (121.1°C) se requerirá mayor cantidad de inhibidor. El inhibidor más utilizado es el N,n, dimethyl formamida. Otros inhibidores de la corrosión son los biocidas. Estos son utilizados para impedir la corrosión por medio de bacterias. El mas utilizado es el Gluteraldehido19.

Existen distintas maneras de proteger a los pozos de Shale Gas de los problemas de corrosión; sin embargo, en algunas ocasiones los encamisados suelen olvidarse exponiéndolos a problemas muy serios de corrosión. Estos problemas son los que suelen llevar a la contaminación de suelos o de mantos acuíferos debido a que los encamisados no cumplen su función de aislar todos los agentes químicos que se utilizan en la extracción del gas, del suelo o del agua.

Respuesta en contra de la corrosión La corrosión en los pozos de Shale Gas ocurre de dos maneras: Interna y externamente.

La corrosión interior es generada por la propia técnica de extracción (Fractura Hidráulica) y el uso de los millones de galones para llevarla acabo. Hoy en día son utilizados cientos de diferentes aditivos en los fluidos de perforación para evitar la corrosión de las tuberías internas.

Algunos de estos aditivos, como se mencionaba anteriormente, son biocidas, que evitan la formación de las biopelículas de bacterias sulfato-reductoras, así como distintos secuestradores de oxígeno que impiden que este interactúe con los metales de las tuberías.

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Por otro lado se tienen los problemas de corrosión externa de los encamisados de los pozos. Aun cuando para estos problemas no existe una gran variedad de soluciones, la mejor y más utilizada es la protección catódica.

Conclusiones Después de conocer el origen del Shale Gas, su importancia a nivel mundial y nacional, así como la manera en que se extrae, se entiende muy bien que los problemas de corrosión en estos pozos van mas allá de problemas técnicos.

Los problemas de corrosión interior generan bajas en la producción del gas. Lo vuelve de menor calidad así como también vuelve más difícil su extracción. Estos problemas repercuten en la economía de las compañías dispuestas a invertir en la extracción del gas. Al haber menor producción y menor calidad, menor serán los ingresos monetarios que las compañías inversoras obtengan. Logrando de esta manera, que el nuevo recurso que promete grandes cambios no sea del todo explotado

Sin embargo, uno de los retos mas grandes y preocupantes que enfrenta la nueva industria del Shale Gas es la corrosión exterior de sus encamisados. La corrosión en este caso, no solo son problemas de pérdida de material o de calidad en el producto, sino que se traducen como problemas ambientales ya que el trabajo del encamisado es, como se mencionó anteriormente, aislar por completo todos los fluidos de perforación así como el mismo gas, del subsuelo y los mantos acuíferos. Por lo que, al tener los problemas de corrosión en el encamisado, pueden llegar a generar la contaminación con sustancias tóxicas para la salud de los mantos acuíferos utilizados para brindar el servicio de agua potable para las familias en general.

Estudios anteriores han demostrado que en distintos países como Arabia Saudita o los Estados Unidos, están utilizando la protección catódica para evitar los problemas de corrosión en los encamisados8. Por lo que se propone, para México, realizar esta práctica en los futuros pozos de Shale Gas evitando así los problemas de contaminación de los acuíferos.

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Gracias a que en México aun no se explota esta nueva fuente de energía, aun se esta a tiempo para comenzar a preparar un paquete integral en donde se lleven acabo estudios geofísicos para determinar las distintas características del subsuelo que estará rodeando a estos futuros encamisados.

Existen estudios documentados sobre las grandes pérdidas y problemas

ambientales que se generaron en distintos países como Canadá, Estados Unidos y Argentina que los llevaron a establecer la protección catódica en sus encamisados de pozos para controlar, de alguna manera, la corrosión exterior que los afectaba8. Por ende se debe de proteger a los futuros encamisados de los pozos de Shale Gas que se desarrollaran en México en un futuro no muy lejano.

REFERENCIAS

1 Shale Gas a Global Resource shale gas protegido

2 producing gas from its source. Charles Boyer, John Keschnick, Roberto Surez Rivera, Richard E. Lewis, George Waters

3 Encuesta de Recursos Energéticos: Focalizados en Shale Gas. World Energy council 2010 Esp. Shale gas report

4 shale gas despierta interés de empresas (Reporte en pagina de internet)

5 El shale gas alternativa para Mexico (reporte en pagina de internet) 13

6 México contra las grandes reservas de Shale Gas http://empleospetroleros.org/2011/08/02/el-gas-de-esquisto-cada-vez-mas-listo/

7 Revista: Energía a debate.

Javier Estrada Estrada. “El papel del shale gas en México: consideraciones económicas y regulatorias.”

8 Hydraulic fracturing paper Managment and Potential Shale Oil and Gas Dan Mueller

9 Corrosión Capitulo 1 (No tiene nombre de autor ni revista, ni ninguna referencia)

10 Página de Corrosión y Protección Ingeniería.

11 Research and Policy Recommendations for Hydraulic Fracturing and Shale Gas Extraction Robert B. Jackson, Brooks Rainey Pearson, Stephen G. Osborn, Nathaniel R. Warner, Avner Vengosh 1305033… fracking recomendations

12 Control de la corrosión exterior de las tuberías de pozos para Beneficio del Medio Ambiente y La productividad de la industria petrolera de México Lorenzo M. Martínez de la Escalera, Jorge Cantó Ibañez (corrosión y Protección) Hernán Rivera Ramos, Arturo Godoy Simón (CIICAP. Universidad Autonoma del Estado de Morelos y Corrosión y Protección) Articulo Dr. Cantó

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13 What the Frack?. The Treat of Fracking and onshore unconventional gas in WA. Briefing paper january

14 Specific Corrosion Control Procedures in Oil production operations.

804 external casing corrosion

15 Analysis of the principal component of external casing corrosion in deep wells http://www.springerlink.com/content/g2v3867617257122/

16 Well casing corrosion and cathodic protection.

Scott Oliphant Calgary, Canada

17 ¿qué son los fluidos de fracturación?

Hydraulic Fracturing Fluids composition and additives http://geology.com/energy/hydraulic-fracturing-fluids/

18 Shale Gas primer Modern Shale Gas. Development in the United States. A primer

19 Cantidad de inhibidor de corrosión Evaluating the enviromental implications of Hydraulic fracturing in shale gas reservoirs

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