Metodos de explotacion de gas

Escuela profesional Ingeniería Geológica

Métodos de explotación de Gas - 1 -

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALURGIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

GEOLÓGICA

Métodos de explotación de

Gas

Presentado por: Cristian Miguel Machaca Sardón

Revisado por: Ing. Flavio Rosado Linares



Índice CAPÍTULO I .......................................................................................................................................... 4

ASPECTOS GENERALES ....................................................................................................................... 4

1. Introducción: ........................................................................................................................... 5

2. Objetivos ................................................................................................................................. 5

2.1. Objetivo General: ............................................................................................................ 5

2.2. Objetivos Específicos: ...................................................................................................... 5

CAPÍTULO II ......................................................................................................................................... 6

LA NATURALEZA DEL GAS Y SU ORIGEN .............................................................................................. 6

1. Definición ................................................................................................................................ 7

2. Naturaleza ............................................................................................................................... 7

3. Orígenes .................................................................................................................................. 7

3.1. El gas natural convencional: ................................................................................................ 7

3.2. Gas no convencional ........................................................................................................... 8

3.3. GAS DE LUTITAS (Shale Gas) ................................................................................................ 9

3.3.1. ¿Qué es el shale gas? .................................................................................................. 9

3.3.2. Hidratos de Gas ......................................................................................................... 10

3.3.3. Propiedades de los hidratos de gas ........................................................................... 11

3.3.4. Yacimientos de Hidratos de Gas ................................................................................ 11

3.3.5. Gas metano de Carbón .............................................................................................. 13

CAPÍTULO III EXPLOTACIÓN ............................................................................................................... 14

1. Método de Fracturamiento Hidraulico para HGN ................................................................. 15

1.1. Fracturamiento Hidráulico para despresurización ........................................................ 15

1.2. Fracturamiento Hidraulico Salino.................................................................................. 15

1.3. Desventajas de los esquemas de despresunzacion....................................................... 16

1.4. Inyección de fluidos Calientes para la explotación de HGN .............................................. 16

1.5. Inyección de agua caliente ............................................................................................ 16

2. Método de calentamiento electromagnético ....................................................................... 18

3. Inyección de salmueras para la explotación de YNHG .......................................................... 19

3. Métodos de extracción para Shale Gas .................................................................................... 19

3.1. Fracturaiento Hidráulico ................................................................................................... 19

CAPÍTULO IV Riesgos ......................................................................................................................... 21



1. ¿Cuáles son los principales problemas de la fractura hidráulica? ........................................ 22

1.1. Agua: ................................................................................................................................. 22

1.2. Residuos ............................................................................................................................ 22

1.3. Contaminación Atmosférica .............................................................................................. 23

CAPÍTULO V ....................................................................................................................................... 24

Conclusiones y Bibliografía................................................................................................................ 24

1. Conclusiones: ........................................................................................................................ 25

2. Bibliografía: ........................................................................................................................... 25

Trabajos citados ................................................................................................................................ 25



CAPÍTULO I

ASPECTOS GENERALES



1. Introducción:

Dentro de los recursos energéticos derivados de combustibles fósiles, el gas natural es la fuente de

energía más limpia, se caracteriza por tener una baja emisión de gases de efecto invernadero y su

nula generación de desechos peligrosos. El avance en las tecnologías de extracción y su reducción

en costos, han dado la posibilidad de experimentar para la obtención de nuevos recursos de gas

natural: gas de baja permeabilidad (tight gas), gas de esquisto o gas Pizarra (shale gas), hidratos de

gas y gas metano de carbón.

El gas natural es obtenido de yacimientos convencionales o no convencionales, la diferencia radica

en la estructura geológica de los yacimientos y la manera en que se realiza la extracción.

Para la extracción del gas natural de yacimientos convencionales son utilizadas tecnologías

tradicionales de perforaciones verticales, debido a que el gas se encuentra en rocas de alta

permeabilidad y en alta presión, por lo que durante la perforación sale por sí mismo a la superficie

de la tierra, siendo una extracción fácil y barata.

La extracción de gas esquisto (shale gas) es mediante la técnica de fracturación hidráulica

(Fracking), la cual consiste en generar grietas en el subsuelo a grandes profundidades, en donde el

gas se encuentra atrapado, logrando la fracturación de la roca madre (pizarras y esquistos) para

liberar el gas, dichas fracturas se realizan mediante explosivos o bien mediante la inyección a alta

presión de medios líquidos hidráulicos, utilizando principalmente agua con arena y una serie de

aditivos químicos.

Lo característico de los yacimientos no convencionales de gas es que se encuentran localizados en

extensas cuencas geológicas, ocupando cientos o hasta miles de kilómetros cuadrados,

representando una importante reserva energética en el mundo, incluso superando a los

yacimientos convencionales.

2. Objetivos

2.1. Objetivo General:

Exponer los métodos de explotación de gas tanto convencional como no convencional, y en

qué tipo de yacimiento se utilizan

2.2. Objetivos Específicos:

- Diferenciar entre yacimientos convencionales y no convencionales.

- Identificar beneficios y desventajas de dichos yacimientos.

- Resaltar la importancia de los yacimientos no convencionales.



CAPÍTULO II

LA NATURALEZA DEL GAS Y SU

ORIGEN



1. Definición

Fluido sin forma ni volumen propios, cuyas moléculas tienden a separarse unas de

otras y presentan mayor movilidad que las de los líquidos. Consiste en una mezcla

de hidrocarburos, principalmente metano, y otros más pesados, y de origen natural

sometido a condiciones elevadas de presión y temperatura.

2. Naturaleza

El gas natural es un compuesto no tóxico, incoloro e inodoro, constituido por una

mezcla de hidrocarburos en la que su principal componente es el metano (CH4),

una molécula sencilla formada por 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno.

Su composición química, no obstante, varía sensiblemente según su procedencia,

ya que acostumbra a ir asociada a otras moléculas o elementos como el ácido

sulfhídrico (H2S), el anhídrido carbónico (CO2), el nitrógeno (N2) o el helio (He)

que se extrae cuando el gas natural se destina a usos industriales y domésticos.

3. Orígenes

3.1. El gas natural convencional:

Tiene su origen a partir del petróleo en la

etapa de catagenesis y metagenesis, está

sujeto a determinadas condiciones de

presión y temperatura, y se encuentra

asociado al petróleo como se ve en el

modelo convencional, de la figura 1.

Esta materia orgánica provenía de

organismos planctónicos que se fueron

acumulando en el fondo marino de

plataformas costeras o en las cuencas poco

profundas de estanques, y que fueron

enterradas bajo sucesivas capas de tierra por la acción de los fenómenos

naturales. Fig. 1: Trampa Petrolífera clásica distribución. (Asamblea contra la

Fractura Hidraulica, 2011)



Así, sus compuestos fundamentales “grasas y proteínas” se descompusieron muy

lentamente en ausencia de oxígeno por la actuación bacteriana. Los gases

generados, por diferencia de presiones, ascendieron por las rocas porosas de la

corteza terrestre hasta llegar a capas de terreno impermeable, bajo las que

quedaron atrapados originando las grandes bolsas o yacimientos de los que hoy

en día sacamos provecho. (Comunidad de Madrid, 2002)

Fig 2: Reservas provadas de gas narutal

3.2. Gas no convencional

En Texas, a inicios de siglo, se descubrió la posibilidad de extraer gas de las

rocas sólidas, mediante la aplicación de arena y agua a presión. El volumen de

gas no convencional es cercano al 50% de los recursos de gas a nivel global.

Los recursos técnicamente recuperables de gas esquito o Pizarra (Shale gas),

la gran cantidad de yacimientos alrededor del mundo y el potencial de

extracción, colocan a este tipo de gas como una prospectiva de gran interés

para el mercado internacional.

Los hidratos de gas no son los más comunes pero pueden incluir etano y otros

gases, la importancia de los hidratos de gas radica en la en el volumen de

reservas a nivel mundial que incluso podría superar las reservas de gas



convencional. Volviéndolo una alternativa sustentable para la industria y

generación de energía limpia.

3.3. GAS DE LUTITAS (Shale Gas)

3.3.1. ¿Qué es el shale gas?

Conocido también como gas de lutitas es simplemente gas natural cuya

procedencia es el esquisto (en inglés, shale). Los esquistos son rocas

sedimentarias de grano fino compuestas por arcilla, lodo y limo, las cuales son

ricas en materia orgánica. Las Lutitas se caracterizan por su alta impermeabilidad

(la cantidad de poros que poseen es muy baja, lo cual evita la fuga de los fluidos

que contiene).

Fig 3: Gas de Pizarra, se observa estrato rico en gas y gas sellado en areniscas.



El shale gas se encuentra a mayores profundidades que otras fuentes de gas

natural convencional, lo cual, sumado a la impermeabilidad de las rocas en las que

se encuentra, hace su extracción inviable en cantidades masivas y comerciables

sin el respaldo de la tecnología adecuada para su extracción. En los últimos 10

años, los avances tecnológicos de extracción de shale gas realizados por Estados

Unidos, pionero en la investigación de este tipo de gas, han incrementado la

eficiencia y rentabilidad de esta actividad.

3.3.2. Hidratos de Gas

Los hidratos de gas se pueden considerar compuestos moleculares (cristalinos) de

agua y gas; pero no estequiometricos. Los cristales se forman a ciertas

condiciones de presión y temperatura y sus propiedades de estabilidad dependen

de estas condiciones iniciales. La estructura cristalina de estos hidratos de gas

esta conformada por puentes de hidrogeno fuertemente unidos y la estructura de

la celda depende de la molécula huésped y su relación agua/moléculas de gas.

Fig 5: Estructura cristalina de Hidratos de Gas



3.3.3. Propiedades de los hidratos de gas

Los HGN se forman cuando el gas natural está en contacto con el agua a

bajas temperaturas y elevada presión, las moléculas de hidrocarburo están en

el rango de metano a pentano, los más comunes con los hidratos de metano.

Una primera condición es estar bajo una capa de suelo congelada

permanentemente (Permafrost) a una elevada presión; y la segunda a

temperaturas relativamente bajas en sedimentos marinos y presiones más

elevadas, entre 1 a 4 km de profundidad y temperaturas más elevadas.

Otra propiedad es que los hidratos de gas en condiciones normales ocupan

164 veces su volumen presurizado. Lo cual evidencia su gran abundancia en la

corteza terrestre.

3.3.4. Yacimientos de Hidratos de Gas

los hidratos de gas se pueden formar en cualquier lugar donde haya agua y

gas natural a bajas temperaturas y altas presiones, los cuales son los fondos

oceánicos y las zonas de permafrost en ambientes Polares.

Fig 6: Clasificación de hidratos en el medio Poroso



Fig 7: Ubicación Mundial de Hidratos de gas:

Tabla 1: Estimación en volumen de hidratos de gas a nivel mundial citad por diferentes

autores, tanto en contiene como en permafrost.



3.3.5. Gas metano de Carbón

Este gas, conocido también por

sus siglas inglesas, CBM

(coalbed methane), es metano

que se halla en vetas de carbón

subterráneas. El metano,

prácticamente líquido, llena el

interior de los poros de carbón,

donde lo contiene la presión del

agua. Cuando el agua se

bombea para liberar la presión,

el metano se libera y puede

extraerse del pozo separado del

agua. La extracción de CBM es

económica, pero el agua residual constituye un problema medioambiental. Por otra

parte, este metano suele liberarse en las minas de carbón y por tanto expone a los

mineros a graves peligros. En el pasado, se liberaba en la atmósfera, pero hoy

puede extraerse e inyectarse en tuberías de gas natural. La reserva de 283.000 Ha

de la tribu americana de los Ute, en la cuenca de San Juan, se halla en uno de los

depósitos de metano de carbón más ricos del mundo. En la actualidad controla la

distribución de cerca del 1% del suministro de gas natural de EE UU.

Fig 7: Estratos de CBM Geopresurizados.



CAPÍTULO III EXPLOTACIÓN



1. Método de Fracturamiento Hidraulico para HGN

1.1. Fracturamiento Hidráulico para despresurización

Patric L. Mcguire desarrollo un esquema que consiste en reducir la presión del fondo

de un pozo hidráulicamente, el hidrato de gas es inestable a bajas presiones e inicia a

descompnerse. Este método tendrá éxito si es posible mantener alta permeabilidad a

bajas temperaturas, si no se cumplen estos requisitos no habrá forma de explotar

estos yacimientos debido a que los mismos hidratos recristalizaran en las fracturas y

taponearan el pozo.

1.2. Fracturamiento Hidraulico Salino

El esquema de la

descompresión será

efectivo si se logra

mantener las fracturas a

bajas temperaturas, las

irregularidades en el

terreno como no

consolidación del terreno

generaran un colapso en el

yacimiento.

El fracturamiento hidráulico

salino está diseñando para

evitar que las fracturas se

no sellen, utilizando la sal

para impedir el

congelamiento de las

fracturas y su exitsa

explotacion.



1.3. Desventajas de los esquemas de despresunzacion

Las grandes cantidades de energía requerida para la disociación de los hidratos

producen una disminución en la temperatura del yacimiento a medida que se

despresuriza, lo que formaría gas y hielo que en situación indeseable puede

taponar la formación deteniendo el proceso de disociación, teniendo en cuenta que

el hielo un material impermeable.

1.4. Inyección de fluidos Calientes para la explotación de HGN

La inyección de materiales calientes es muy ampliamente conocida en la

recuperación de crudos pesados, algunos investigadores han adaptado esta

técnica para la recuperación de HGN. La técnica consiste en suministrar fluidos

calientes generalmente agua o vapor para aumentar la temperatura de equilibrio

del hidrato y así provocar la disociación.

Fig 8: esquemas térmicos para la explotación de yacimientos de hidratos

1.5. Inyección de agua caliente

Consiste en inyectar agua previamente calentada en superficie para romper la

estabilidad del hidrato, para ello se deben dar siguientes condiciones:

A) Suficiente inestabilidad de la formación, para q la inyección del agua sea

factible de lo contrario será necesaria realizar fracturamiento.



B) La formación debe presentar una potencia considerable para q no haya

perdidas de calor hacia otras formaciones. Esta inyección puede ser cíclica o

continua.

Inyección cíclica de agua o vapor caliente: la inyección y la producción se

dan en el mismo pozo, presenta tres periodos: periodo de inyección se

inyecta fluido; periodo de remojo, en el cual se mantiene cerrado el pozo

durante un tiempo para lograr la disociación y un periodo de producción de

gas disociado.

Fig 9: inyección cíclica de fluidos



Inyección continua de agua o vapor: para este método se requiere un

arreglo de pozos productores e inyectores, los cuales su utilizan para la

inyección de agua y la extracción de gas disociado, la mayoría de

yacimientos presenta permeabilidad in-situ baja por lo que no es posible

inyectar agua de manera eficiente.

Fig 10: Inyección continúa de fluidos

2. Método de calentamiento electromagnético

Para Makogon la tecnología de alta frecuencia electrimagnetica es es una nueva

tecnia que desarrollar en YHGN, el método consiste en irradiar una fuerte onda

electromagnética de alta frecuencia desde un radiador localizado en el fondo del pozo,

la ondas van interactuando y generan fuentes de calor, como resultado las

condiciones termodinámicas del yacimiento cambian, el hidrato empieza a

descomponerse y el agua y el gas empiezan a formar regiones de alta presión que

promueven la filtración al pozo. (GIL SANCHEZ & ROJAS PARRA, 2008)



3. Inyección de salmueras para la explotación de YNHG

Kamath y Gdbole, siguieren el uso de salmueras calientes como alternativa

térmicamente más eficiente que la inyección de vapor o agua caliente debido a que la

salmuera actúa como inhibidor(reduce la temperatura de equilibrio) de hidratos. La

salmuera disminuye la temperatura de disociación del hidrato haciendo posible la

disociación con menores requerimientos y para mejorar la inyectabilidad se puede

usar fracturamiento.

3. Métodos de extracción para Shale Gas

Las tecnologías actuales de extracción son dos: la perforación horizontal (horizontal

drilling) y la fractura hidráulica (hydraulic fracturing), las cuales funcionan de manera

complementaria:

- Perforación horizontal: permite llegar a la zona donde se ubica el shale gas. Se

realiza, inicialmente, una perforación vertical hasta llegar al yacimiento, tras lo que

el perforador gira horizontalmente para introducirse y taladrar los pozos de shale.

- Fractura hidráulica: Este procedimiento - conocido también como fracking o

hydrofracking - consiste en bombardear fluidos que contienen agua, arena, gases

comprimidos, sustancias químicas, entre otros a presiones suficientemente altas

como para incrementar la porosidad y permeabilidad de las rocas creando

fracturas artificiales para que el gas escurra hacia la superficie.

3.1. Fracturamiento Hidráulico

Se emplea para extender las pequeñas fracturas varios cientos de metros,

inyectando un fluido a una elevada presion. Por tanto, cada pozo es sometido a un

gran número de fuertes compresiones y descompresiones que ponen a prueba la

resistencia de los materiales y la correcta realización de la cementación, de las

uniones, del sellado, etc.

Aproximadamente un 98% del fluido inyectado es agua y un agente de

apuntalamiento, (normalmente arena) que sirve para mantener abiertas las

fracturas formadas, permitiendo así la extracción posterior del gas a través del



tubo de producción. El 2% restante son productos químicos que sirven para lograr

una distribución homogénea del agente de apuntalamiento, facilitar el retroceso del

fluido, inhibir la corrosión, limpiar los orificios y tubos y como antioxidante,

biocida/bactericida.

Fig 10: Fracturamiento hidráulico en shale



CAPÍTULO IV Riesgos



1. ¿Cuáles son los principales problemas de la fractura hidráulica?

Este proceso conlleva una serie de impactos ambientales, algunos de los cuales

aún no están plenamente caracterizados o comprendidos, entre ellos

contaminación de las aguas subterráneas, contaminación atmosférica, emisión de

gases de efecto invernadero (metano), terremotos (sismicidad inducida),

contaminación acústica e impactos paisajísticos. Además de estos impactos,

también se debe tener en cuenta los relacionados con el tráfico de camiones para

transportar el gas extraído, el consumo de agua y la ocupación del territorio.

1.1. Agua:

El proceso de fractura hidráulica consume enormes cantidades de agua. Se ha

calculado que se requieren entre 9.000 y 29.000 metros cúbicos de agua para las

operaciones de un solo pozo. Esto podría causar problemas con la sostenibilidad

de los recursos hídricos incluso en países de clima templado, y aumentar la

presión del consumo de suministros en las zonas más áridas.

1.2. Residuos

Conseguir información sobre los productos químicos utilizados es difícil ya que la

industria se niega a revelarla, amparándose en las leyes de patentes. A pesar de

ello, estudios apoyados en diferentes fuentes de información, incluyendo el análisis

de muestras obtenidas de fugas en tanques de almacenamiento de químicos, han

permitido identificar 649 sustancias químicas diferentes. De éstas, 286 (44%) no

están catalogadas y se desconocen sus efectos sobre la salud y el ambiente. De

las 362 restantes, el 55% tiene efectos sobre el cerebro y el sistema nervioso, el

78% tiene efectos sobre el sistema respiratorio, la piel y los ojos, el hígado o el

sistema gastrointestinal, y el 47% afecta al sistema endocrino, con graves efectos

para la reproducción y el desarrollo. Si se analizan las vías de exposición, el 58%

de los compuestos químicos son solubles en agua y el 36% son volátiles, es decir,

pueden ser transportados por el viento.

Además de los químicos utilizados, el fluido residual generado por la fractura

hidráulica contiene varias substancias tóxicas provenientes del subsuelo. Esto



incluye metales pesados (arsénico, plomo, cromo, mercurio), substancias

radiactivas de origen natural (uranio, radio, radón), bencenos.

Según la Agencia de Protección de Medio Ambiente de EEUU, “la estimación de

los fluidos recuperados varía entre un 15-80% del volumen inyectado dependiendo

del lugar”.

Fig 11: Balsas de evaporación

1.3. Contaminación Atmosférica

Además de los riesgos de contaminación de tierra y agua, en cada paso de la

explotación del gas se liberan grandes cantidades de componentes orgánicos

volátiles. Estos pueden producir ozono al mezclarse con los óxidos de nitrógeno

producidos por los motores diesel que se utilizan en la inyección, presurización,

bombeo, transporte, etc. Si bien el ozono estratosférico nos protege de la radiación

solar, el ozono en las capas superficiales de la atmósfera es dañino para la salud

humana, formando nubes de contaminación conocidas como esmog. La

exposición continuada al ozono puede generar asma y otras enfermedades

pulmonares, como enfisema y bronquitis crónica. También es dañino para

coníferas, álamos, y cultivos de forraje.

Otra fuente de contaminación del aire son las propias balsas de fluidos residuales.

Los compuestos orgánicos tienden a ser más ligeros que el agua por lo que flotan

en la superficie de las balsas y de ahí pasan al aire. (Corporación Mexicana de

Investigación en Materiales, 2000)



CAPÍTULO V

Conclusiones y Bibliografía



1. Conclusiones:

- Los yacimientos no convencionales hoy en día son una de las mejores

alternativas para el desarrollo de la humanidad, debido a su amplia abundancia y

distribución en el globo, y cabe resaltar que los métodos a usas dependen

únicamente de las condiciones propias del yacimiento.

- La búsqueda de medios que no involucren sustancias químicas es necesaria para

evitar contaminaciones ambientales y afectaciones a largo plazo, así mismo las

legislaciones de los países protegen fuertemente al ecosistema buscando la

prohibición de procedimientos de extracción no seguros que pongan en riesgo al

ecosistema.

- La selección del método más apropiado para la producción de metano asociado a

hidratos depende de muchas variables tales como el ambiente donde se

encuentren, la temperatura del yacimiento, en pocas palaras permite seleccionar el

método del yacimiento.

- En los últimos años se ha observado una tendencia en la ampliación de la brecha

entre el precio del gas y del petróleo en el mercado estadounidense. Esto se

explica por la presencia de reservas de gas no convencional (shale gas), lo cual

efectivamente ha incrementado la oferta y competitividad del gas natural

reduciendo significativamente su precio a nivel mundial.

2. Bibliografía:

Trabajos citados Asamblea contra la Fractura Hidraulica. (2011). La extracción de Gas No Convencional y la Fractura

Hidraulica. 24.

Comunidad de Madrid. (2002). El gas natural. Gas Natural, 19.

Corporación Mexicana de Investigación en Materiales. (2000). Fracturacion de Pozos para la

Extraccin de Gas. Expediente 387, 43.

GIL SANCHEZ, J. C., & ROJAS PARRA, F. (2008). Metodos utilizados en la recuperacion de gas

natural en formacines de hidratos de gas de lechs marinos. universidad Industrial de

Santander, 132.

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