O fraturamento hidráulico ou fraturamento em geotecnia é a exploração da pressão de um fluido, tipicamente água, para criar e depois propagar uma fratura em uma camada de rocha no subsolo. O fraturamento é realizado após a perfuração de uma formação rochosa que contém hidrocarbonetos (petróleo ou gás natural).
O objetivo é aumentar a permeabilidade. Com a melhoria da permeabilidade, a produção de petróleo ou gás contido no subsolo é aprimorada e sua taxa de recuperação é aumentada.
As fraturas de rochas hidráulicas podem ser naturais e criadas pelo homem; eles são criados e aumentados pela pressão do fluido contido na fratura. As fraturas hidráulicas naturais mais comuns são diques e camadas de fios, além de rachaduras no gelo em áreas com climas frios.
As fraturas provocadas pelo homem são profundamente induzidas a níveis precisos de rocha nos campos de petróleo e gás. Eles são espalhados bombeando fluido sob pressão e, em seguida, mantidos abertos, introduzindo microesferas de areia, cascalho e cerâmica como material de enchimento permeável.
Dessa forma, as fraturas criadas não podem ser fechadas quando a pressão da água falha.
Aplicações falsificadas
A técnica de fraturamento hidráulico é usada para aumentar ou restaurar a velocidade de extração de fluidos como óleo, gás e água, incluindo depósitos não convencionais, como carvão ou rochas betuminosas.
O fracking permite a extração de hidrocarbonetos de rochas permeáveis (por exemplo, calcário compacto, bem como arenito e argila cimentados), das quais, de outra forma, fluiria em quantidades que permitam a extração a uma taxa economicamente viável. O uso de fraking torna mais barato a obtenção de energia fóssil, tornando mais barato a obtenção de combustível fóssil.
Por exemplo, a fraturamento permite a extração de gás natural de rochas betuminosas, um material extremamente impermeável.
As fraturas induzidas aumentam a permeabilidade da rocha ao redor do poço, aumentando a taxa de fluxo de extração.
Embora o principal uso industrial do fraturamento hidráulico seja o estímulo à extração de combustíveis fósseis, petróleo e gás natural, também é utilizado:
- na construção de poços de água.
- preparar rochas para perfuração de mineração
- fazer processos para reduzir perdas (geralmente vazamentos de hidrocarbonetos)
- elimine vazamentos injetando-os em formações rochosas adequadas
- como um método de medir as tensões na crosta terrestre.
Metodologia de fraturamento hidráulico
Uma fratura hidráulica é criada bombeando o fluido de fraturamento para dentro do buraco, com pressão suficiente para superar o gradiente de fratura da rocha. Isso causa uma ou mais rachaduras nas quais o fluido entra, causando maior expansão.
Para manter a fissura aberta após a interrupção do fluido de bombeamento, é adicionado um material sólido. Este material é chamado de agente de suporte. Este material é normalmente composto de grânulos selecionados de areia de quartzo ou microesferas de cerâmica.
Esse material adicionado nas fraturas causadas pelo fracking impede o fechamento completo da perda de pressão, preservando uma passagem de alta permeabilidade para o fluido de combustível fóssil a ser extraído.
A perfuração de um buraco produz lascas de rocha e detritos que podem deslizar em fendas e poros na parede do poço, selando parcialmente o poço e reduzindo a permeabilidade - o fraturamento hidráulico pode restaurar o fluxo de extração adequado do poço. Depósito.
Por esse motivo, é uma medida padrão adotada em todos os poços perfurados em rochas pouco permeáveis e aproximadamente 90% de todos os poços de gás natural nos Estados Unidos usam fraturamento hidráulico para produzir gás a um preço competitivo.
O fluido injetado nos poços de fraturamento pode ser água, gel, espuma ou gás comprimido, como nitrogênio, dióxido de carbono ou ar puro. Também são utilizados vários tipos de material de manutenção sólido: geralmente areia, mas também areia revestida com resina ou esférulas de cerâmica.
Para detectar o tamanho e a orientação das fraturas causadas, o monitoramento microssísmico é realizado durante o bombeamento da fratura, a instalação de matrizes de geofone nos poços adjacentes. Ao mapear microsismos devido a fraturas crescentes, podemos deduzir a geometria aproximada das fraturas. Outras informações importantes sobre as tensões induzidas nas rochas são obtidas colocando matrizes inclinométricas.
O equipamento de fraturamento padrão usado em campos de petróleo inclui um misturador dinâmico, uma ou mais bombas de alta pressão e alto fluxo (geralmente bombas triplas ou quintuplicadas) e uma unidade de monitoramento sísmico.
Outros materiais necessários são tanques, tubos de alta pressão, unidades aditivas e manômetros para controlar a pressão, o fluxo e a densidade do fluido durante a injeção. Os valores de pressão e fluxo do fluido variam muito nas várias fases: a injeção começa com baixa pressão e o fluxo também é de 265 litros por minuto.
Na fase de estresse, a pressão aumenta para 100 MPa e o fluxo diminui gradualmente.
Vantagens e desvantagens do fracking
Aspectos econômicos
Uma das grandes vantagens dessa técnica é que ela permite a exploração de reservas de gás que antes eram consideradas inacessíveis. Esses sites oferecem grandes benefícios para países, comunidades locais e indústria. Além disso, diferentes países ajudam a obter maior independência energética com benefícios geoestratégicos sucessivos.
luta contra as mudanças climáticas
Inicialmente, essa técnica recebeu apoio de diferentes setores, incluindo grupos ambientais. Isso se deve ao fato de a queima de gás emitir menos CO 2 do que a queima de carvão ou petróleo. No entanto, pesquisas subsequentes questionaram as vantagens dessa técnica na luta contra as mudanças climáticas. Por um lado, o gás natural proprietário (CH 4 ) é um poderoso gás de efeito estufa, e sua filtragem direta na atmosfera durante o processo de extração é muito perigosa.
Por outro lado, a disputa pela exploração desses locais pode, de acordo com os comentários dos especialistas, estagnar no desenvolvimento de fontes de energia renováveis verdadeiramente limpas, como energia solar fotovoltaica, energia eólica, energia geotérmica ou energia. hidráulica.
Além disso, outros especialistas argumentam que, embora a queima de gás seja mais limpa do que a queima de combustíveis fósseis tradicionais, o aumento global no consumo de energia levaria irremediavelmente à mudança climática.
Impacto nas águas subterrâneas
Um dos problemas derivados do fraturamento é a possível contaminação dos poços e aquíferos que fornecem água potável para a população. A indústria argumenta que as barreiras de cimento introduzidas nas perfurações impedem a possível passagem de substâncias nocivas para as camadas de água subterrânea, onde é possível encontrar água potável.
No entanto, várias investigações da Duke University e da EPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos) mostraram a presença de metano, solventes químicos e outras substâncias em amostras de água colhidas perto das perfurações.
Impacto nas águas superficiais
Durante o processo de fraturamento, uma parte considerável da mistura de água, produtos químicos e areia que é injetada no poço retorna à superfície. Além disso, nesse processo, a água transporta substâncias que foram capturadas na profundidade para a superfície.
Este resíduo é altamente poluente e pode causar desastres ambientais em caso de vazamento de rios e depósitos de águas superficiais.
O exemplo clássico dessa possível contaminação ocorreu no rio Dunkard Creek em setembro de 2009. Uma invasão de algas microscópicas matou grande parte da vida indígena do rio. Mais tarde, soube-se que várias empresas haviam realizado descargas ilegais de água em vários centros de perfuração.
Uma das alternativas propostas foi tratar essas águas em estações de tratamento tradicionais. No entanto, vários especialistas enfatizaram que essas plantas não estariam preparadas para purificar completamente essas águas, principalmente no que diz respeito à limpeza de substâncias radioativas (rádio).
História de fracking
A técnica de melhorar a produtividade de um poço de petróleo por meio de fraturamento remonta à década de 1860, quando na Pensilvânia, com o uso de nitroglicerina, a produção de alguns poços perfurados em rochas sólidas foi aprimorada.
A tecnologia de fraturamento, aplicando pressão à rocha usando fluido hidráulico, para estimular o suprimento de petróleo de campos menos produtivos, foi produzida nos Estados Unidos em 1947 pela Stanolind Oil and Gas Corporation no campo em Hugoton Kansas.
A primeira empresa a patentear uma técnica de fraturamento hidráulico foi o óleo de cimentação Haliburton da empresa em 1949. Essa prática, devido ao aumento da produção que causou, rapidamente se espalhou pela primeira vez em toda a indústria petrolífera dos EUA. EUA e depois no mundo inteiro.
Riscos ambientais derivados do fraturamento
O fraturamento hidráulico está sendo monitorado internacionalmente devido a preocupações com os riscos de contaminação química das águas subterrâneas e do ar. Em alguns países, o uso dessa técnica foi suspenso ou mesmo proibido.
Em março de 2014, a revista Endocrinology publicou um artigo sobre atividades de mineração no Colorado, intitulado "Atividades do receptor de estrogênio e andrógeno de produtos químicos e superfícies de fraturamento hidráulico e superfícies e águas subterrâneas em uma região de alta densidade de perfuração" ... Pesquisadores analisaram as águas do Condado de Garfield, Colorado, onde os eixos de gás de xisto estão altamente presentes.
A amostragem mostrou que mesmo a presença de "níveis moderados" de produtos químicos nos fluidos utilizados para fraturamento teve o potencial de interferir na função hormonal normal. Um dos colaboradores do estudo, Christopher Kassotis, argumenta que altos níveis de função hormonal prejudicada estão ligados à infertilidade, câncer e danos ao nascimento.
Riscos sísmicos derivados de fratura hidráulica
A microfratagem hidráulica das técnicas de sedimentos pode, em alguns casos, gerar microssismicidade induzida altamente localizada. A intensidade desses micro-terremotos é geralmente bastante limitada, mas pode haver problemas locais de estabilidade do solo quando os sedimentos são superficiais.
