Hidrocarburos convencionales y no convencionales

Las fuentes de energía en el mundo provienen mayoritariamente de la explotación de hidrocarburos. En los últimos años se dio a conocer un nuevo tipo de yacimiento, denominado no convencional, en comparación con los tradicionalmente explotados o convencionales.

Con frecuencia, las personas imaginan que los hidrocarburos se formaron a partir de los restos de los grandes dinosaurios, que habitaron el planeta hace millones de años. La idea es equivocada, pero encierra algunas pistas, la teoría es que los hidrocarburos se formaron a partir de restos de seres vivos, no necesariamente dinosaurios. Esta teoría, conocida como “orgánica”, considera que el petróleo y el gas se generaron en ambientes acuáticos, a partir de material orgánico proveniente de microorganismos (fundamentalmente plancton), cuya abundancia en los océanos superaba entonces y supera hoy, por mucho, a todas las otras formas de vida. A medida que los microorganismos morían, se acumulaban en el lecho de estuarios, mares y lagos, mezclados con otros materiales; una capa sobre otra, en un proceso de miles a millones de años. Los que estaban abajo se iban hundiendo por el peso de nuevos sedimentos acumulados sobre ellos. Estos restos orgánicos, entonces, quedaron sometidos a condiciones de elevada presión y temperatura, en un ambiente de ausencia de oxígeno (ambiente anóxico). Millones de años de grandes presiones y temperaturas, en ausencia de oxígeno, empezaron a producir cambios en la materia orgánica.

1- Depósitos en el fondo de una cuenca sedimentaria

2- Transformación de la materia orgánica

3- Migración de gas y petróleo

Aquellos innumerables microorganismos que alguna vez habían habitado las aguas se convirtieron primero en un material parafinoso, conocido como kerógeno, para luego transformarse en compuestos líquidos y gaseosos: petróleo y gas, a este proceso se lo conoce como “catagénesis”. La roca en la que se produjo este proceso de sedimentación y transformación se conoce como “roca generadora”.

A partir de que la roca madre alcanza una temperatura en torno a los 90°C, el kerógeno comienza a ser transformado en hidrocarburo líquido. En este caso se dice que la roca madre ingresa en ventana de petróleo. El petróleo así generado se va acumulando en los poros, incrementando paulatinamente su volumen y presión hasta que es expulsado hacia las rocas circundantes. Cuando la roca madre alcanza los 130°C comienza a producir hidrocarburo gaseoso, ingresando en ventana de gas y empobreciéndose gradualmente en kerógeno residual.

Una de las características principales de esta roca generadora es su relativa baja porosidad y escasa permeabilidad. Es decir que, en la roca generadora, el petróleo y el gas se encuentran encerrados en millones de poros microscópicos, sin contacto entre ellos. Por este motivo, los hidrocarburos no pueden desplazarse por el interior de la formación ni escapar de ella. Pero la corteza terrestre se mueve, y esos movimientos, sumados al propio proceso de generación de los hidrocarburos, fueron rompiendo la roca generadora y produciendo innumerables fisuras. A través de estas pequeñísimas fisuras, parte de los hidrocarburos pudo escapar. Las fisuras, entonces, se convirtieron en verdaderos caminos por los cuales una parte del petróleo y del gas contenidos en la roca generadora pudo liberarse de ella y comenzar a migrar hacia otras formaciones, más porosas y permeables.

Como los hidrocarburos son menos densos que el agua de formación (agua contenida en las rocas), estos tienden a moverse en un camino preferentemente ascendente a través de la columna sedimentaria; en este proceso de migración (o desplazamiento) pueden encontrar rocas reservorio, porosas y permeables, que los alojen y si, además, encuentran algún elemento o barrera que sirva de sello impermeable, se pueden acumular. Al conjunto de roca reservorio y roca sello con capacidad para alojar y retener a los hidrocarburos se lo denomina trampa.

El volumen de hidrocarburo en una trampa o acumulación depende de las características, configuración y extensión de la misma.

Estimulación por fractura hidráulica en formaciones no convencionales

Los hidrocarburos "convencionales", que se han explotado tradicionalmente desde hace más de un siglo, son exactamente los mismos que los llamados no convencionales. La principal diferencia es la forma en que se encuentran almacenados, tanto el gas como el petróleo.

Para un yacimiento convencional el hidrocarburo se encuentra alojado en una formación permeable es decir, cuyos poros están interconectados entre sí. Al igual que en una esponja, los fluidos (el gas y el petróleo) pueden moverse entre los poros. Dicho de otro modo, pueden "viajar" por el interior de esas formaciones, cuando comienza el proceso de extracción. Eso es un yacimiento de hidrocarburos convencionales: una roca reservorio permeable, cuyos hidrocarburos almacenados provenientes de una roca madre (donde se generaron), quedaron atrapados, después de la migración, en la roca reservorios que se encuentra sellada por una capa impermeable. Todo lo que difiere de este esquema es considerado un hidrocarburo "no convencional".

En la Argentina, cuando hablamos de no convencionales, nos referimos a dos tipos de hidrocarburos: los de las formaciones shale, como Vaca Muerta, y los de las formaciones tight. En ambos casos, se trata de formaciones muy compactas. Las tight, de baja permeabilidad. Las shale, directamente impermeables.

En el caso del shale (que los geólogos identifican como lutitas y margas), son las denominadas rocas madre, porque en ellas se formó el hidrocarburo a partir del depósito de materia orgánica en el lecho de lagos y mares. En ellas, a lo largo de millones de años, la materia orgánica atrapada (restos de microorganismos, algas, animales, etc.), por efecto de la presión, temperatura y ambiente sin oxígeno, se convirtió en gas y petróleo.

Como el gas y el petróleo se encuentran distribuidos en millones de poros microscópicos que, a diferencia de los reservorios convencionales, no están interconectados entre sí y, por lo tanto, no pueden desplazarse por el interior de la formación, es necesario generar artificialmente vías para que puedan fluir hacia el pozo.  Se trata, en definitiva, de abrir las diminutas fisuras en la roca generadora, creadas por la naturaleza durante la formación de los hidrocarburos, y hoy cerradas por el peso de kilómetros de roca depositados sobre ella.

Para eso se utiliza una técnica denominada estimulación hidráulica, fractura hidráulica o fracking, en inglés, desarrollada hace casi 80 años, y utilizada regularmente en nuestro país durante el último medio siglo (para mejorar la permeabilidad de los yacimientos convencionales), y que consiste en inyectar a presión un fluido formado básicamente por agua y arena (99,5%), más el agregado de algunos aditivos químicos (0,5%), extremadamente diluidos.

Una vez que la fisura se genera por la acción de la presión del agua, es necesario garantizar que no se vuelvan a cerrar, una vez que la presión disminuya. Es por eso que al agua se le agrega un "agente de sostén" (arenas especiales), que ingresa en las fisuras y las apuntala para impedir que vuelvan a cerrarse. A partir de ese momento, por esas fisuras abiertas del orden de 2 mm de espesor, y apuntaladas por los granos de arena, pueden fluir los hidrocarburos hacia el pozo, para permitir su extracción.

La extracción de hidrocarburos convencionales y no convencionales tiene muchos puntos en común (la perforación del pozo, y la extracción por ejemplo), y sólo difieren en que los segundos requieren, sí o sí, estimulación hidráulica (fracking), más allá de que desde hace varias décadas se utiliza en pozos convencionales como una forma de incrementar la producción de los pozos.

Definiciones

Explotación no convencional de Hidrocarburos

Extracción de hidrocarburos líquidos y/o gaseosos mediante técnicas de estimulación no convencionales aplicadas en yacimientos ubicados en formaciones geológicas de rocas esquisto o pizarra (shale gas o shale oil), areniscas compactas (tight sands, tight gas, tight oil), capas de carbón (coal bed methane) y/o caracterizados, en general, por la presencia de rocas de baja permeabilidad.

Explotación Convencional de Hidrocarburos

Se denomina así a la extracción de hidrocarburos líquidos y/o gaseosos provenientes de formaciones convencionales que pueden ser areniscas, carbonatos u otras litologías donde el flujo hacia el pozo se realiza a través del sistema poroso de la formación.

Exploración no convencional

Búsqueda de petróleo o gas en formaciones no convencionales

Pozos no convencionales

Perforaciones que se realizan en los reservorios no convencionales. En estos pozos, de tipo vertical u horizontal, es necesario realizar estimulaciones o fracturas hidráulicas a fin de generar la permeabilidad y transmisibilidad necesaria para la producción de los fluidos.

Pozos convencionales

Perforaciones que se realizan en los reservorios convencionales. En estos pozos, puede o no ser necesario realizar estimulaciones o fracturas hidráulicas a fin de mejorar la permeabilidad y transmisibilidad necesaria para la producción de los fluidos

Agua de retorno (flowback)

Es el fluido que se genera producto de la estimulación hidráulica de un pozo y retorna total o parcialmente a la superficie.

Aditivos de Fractura

Toda sustancia que se adiciona al agua de fractura.

Características del proceso de Fracking

La Fracturación hidráulica es una técnica utilizada desde hace más de 60 años en millones de pozos de exploración y producción de hidrocarburos en todo el mundo. La técnica permite mejorar la extracción de los hidrocarburos almacenados en los poros de las rocas que tienen una baja permeabilidad, es decir, en aquellas rocas cuyos poros están poco o nada interconectados entre sí. Consiste en producir pequeñas fracturas en la roca, para favorecer y aumentar esta interconexión, permitiendo que el gas o petróleo fluya hacia el pozo y de ahí hasta la superficie.

Se trata, en definitiva, de generar las condiciones que, a veces y de un modo natural, se presentan en ciertos yacimientos de hidrocarburos que tienen porosidad y permeabilidad mayores.