viernes, 16 de diciembre de 2016

Los fluidos de la fracturación hidráulica afectan a la química del agua de los pozos


Travis Tasker, estudiante de doctorado de Ingeniería ambiental en la Universidad Estatal de Pensilvania recoge muestras de esquisto en un afloramiento en Frankstown, Pensilvania. Imagen cortesía de Penn State College of Engineering





Publicado en Science Daily
Fuente: Penn State College of Engineering
12 de diciembre de 2016



La presión, temperatura y composición del fluido juegan un papel importante en la cantidad de metales y otras sustancias químicas que se encuentran en las aguas residuales de los yacimientos de gas fracturados hidráulicamente, de acuerdo con investigadores de Penn State.


"Esperamos que este trabajo ayude a desarrollar nuevos métodos más controlados para el estudio de los procesos que ocurren durante la fracturación hidráulica en un entorno de laboratorio", dijo Travis Tasker, un estudiante de doctorado en ingeniería ambiental en Penn State y el investigador principal del estudio. "Esto también podría tener implicaciones para la gestión de las aguas residuales que vuelven a la superficie o para la comprensión de las transformaciones de los minerales del fondo del pozo que podrían formar precipitados, obstruir los poros y reducir la productividad de gas de un pozo."

Muchas formaciones de gas, como las del esquisto Marcellus, existen a varios miles de pies por debajo de la superficie en entornos de presión y temperatura altas. La fracturación hidráulica, también conocido como fracking, es un método común para la extracción de gas natural a partir de estas formaciones. El fracking utiliza el proceso de inyección de millones de galones de una mezcla hecha de arena, agua y aditivos químicos en formaciones de esquisto a altas presiones. Esta inyección hace que el esquisto se pueda fracturar y liberar los gases atrapados. Después de producirse la fractura, los aditivos químicos, junto con metales asociados con el propio esquisto, fluyen de nuevo a la superficie en las aguas residuales a altas concentraciones.

Dado que muchos de los productos químicos utilizados para la extracción de gas natural tienen efectos agudos o crónicos en los seres humanos, el transporte, la degradación y transformación de estos aditivos son importantes de entender cuando se considera el manejo y disposición de las aguas residuales que vuelven a la superficie.

"El objetivo general de nuestro proyecto era comprender cómo los aditivos en los fluidos de fracturación hidráulica afectan a la movilización de metales a partir del esquisto, y cómo pueden ser transformados o degradados después de haber sido sometidos a las altas presiones y temperaturas durante la fracturación hidráulica", dijo Tasker.

El equipo, con el fin de responder a estas preguntas, que incluía a Tasker; Guillermo Burgos, profesor de ingeniería ambiental; Paulina Piotrowski, estudiante de doctorado en química y biogeoquímica; y Frank Dorman, profesor asociado de bioquímica y biología molecular, tuvo que determinar donde se concentraron los metales en las muestras de esquisto,  la composición de los fluidos de fracturación hidráulica como afectaban a la movilidad de los metales y cómo los fluidos de fracturación hidráulica se transforman en condiciones de alta presión y temperatura.

Para determinar dónde se concentran los metales, el equipo recogió muestras de esquisto profundo - a partir de profundidades mayores de 4.000 pies - a partir de seis localizaciones a través de Pennsylvania y los expuso a una variedad de diferentes soluciones diseñadas para desplazar los metales a partir de minerales específicos de dentro de la pizarra. A continuación se exponen las muestras de esquisto a alta presión y temperatura (> 3.000 psi y> 60 grados C), con un representante sintético de fluido de fracturamiento hidráulico que muchas empresas utilizan. Se examinó a continuación el fluido resultante para determinar cómo con las condiciones específicas de presión, pH, temperatura y la composición orgánica afectaron a los aditivos de los fluidos y a la movilización del metal de la pizarra y para determinar exactamente en qué parte del proceso se estaban movilizando los metales.

"Hemos sido capaces de demostrar que los líquidos con ácidos, oxidantes y alta salinidad aumentaron la cantidad de metales movilizados a partir del esquisto tras la fracturación hidráulica", dijo Tasker.

El estudio también determinó que muchos de los aditivos sintéticos utilizados en los fluidos de fracturación se degradan con la alta presión y las condiciones de temperatura o  son absorbidos por el propio esquisto. Sin embargo, los tensioactivos, un aditivo común en muchos detergentes domésticos, se degradan sólo mínimamente bajo todas las condiciones de pH, presión, y temperatura probadas en el esquisto.

"Esto sugiere que, si bien muchos aditivos de fracturación hidráulica se degradan en el fondo del pozo, aditivos tales como los tensioactivos o potencialmente otros compuestos hidrófilos podrían volver a la superficie en la que tendrían que ser tratados apropiadamente", dijo Tasker.

Además, sólo la combinación de condiciones del esquisto y de alta presión y temperatura condujo a la eliminación casi completa de los fluidos de fracturación hidráulica sintéticos a partir de la solución.

Estos resultados muestran la importancia de la presión, la temperatura y la pizarra cuando se trata de crear un modelo para el estudio de la transformación orgánica o la degradación de los aditivos de la fracturación hidráulica.

A raíz de este estudio, a los investigadores les gustaría ver cómo las propiedades mecánicas del esquisto se ven afectadas por la química de los fluidos de fracturación.

"Nuestro trabajo demostró que la química de los fluidos de fracturación tienen una influencia en la  lixiviación de los metales de la pizarra que puede conducir a la precipitación mineral secundaria", dijo Tasker. "Es importante entender cómo la precipitación del mineral y otros cambios mineralógicos afectarían la recuperación general de gas."


Este estudio fue publicado en Environmental Engineering Science en octubre de 2016.


Publicación de referencia:

Travis L. Tasker, Paulina K. Piotrowski, Frank L. Dorman, William D. Burgos. Metal Associations in Marcellus Shale and Fate of Synthetic Hydraulic Fracturing Fluids Reacted at High Pressure and Temperature. Environmental Engineering Science, 2016; 33 (10): 753 DOI: 10.1089/ees.2015.0605



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