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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