Casi todas las operaciones de fracturación hidráulica requieren productos químicos para mejorar la eficacia y reducir los costes de la operación.
Por lo general, los productos químicos representan menos del 1% del fluido de fracturación y el apuntalamiento otro 5-10%, pero para toda la operación el volumen de productos químicos necesarios puede sumarse muy rápidamente.
El objetivo es bombear la menor cantidad posible de productos químicos sin sacrificar la eficacia, ya que el exceso de bombeo puede aumentar considerablemente el coste de la operación.
El departamento de laboratorio interno suele participar en las operaciones de fracturación hidráulica para realizar pruebas y asegurarse de que se utilizan los productos químicos adecuados para el trabajo.
¿Qué productos químicos se utilizan en la fracturación hidráulica?
1. Reductores de fricción (FR)
Los reductores de fricción se utilizan para reducir la presión de bombeo, lo que ayuda a disminuir el consumo de combustible de las bombas y permite que duren más.
Dependiendo de la operación, algunos reductores de fricción también pueden aumentar la viscosidad del fluido, lo que puede ser beneficioso cuando se trata de transportar el apuntalamiento al fondo del pozo.
Los reductores de fricción actúan disminuyendo la turbulencia del flujo de fluido y haciéndolo más laminar.
El flujo laminar significa que las partículas del fluido están más organizadas y se mueven en capas, mientras que en el flujo turbulento no hay un patrón claro y las partículas se mueven en todas las direcciones.
Hay diferentes tipos de productos químicos que pueden utilizarse como reductores de la fricción, pero la poliacrilamida es el más común.
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2. Agentes gelificantes
A menudo se utiliza un gel para aumentar la viscosidad del fluido de fracturación y mejorar su capacidad de transporte de arena.
Dependiendo del tipo de fractura, el gel también puede ser reticulado para aumentar aún más su viscosidad y reducir la pérdida de fluido en la formación.
La reticulación consiste en unir varias cadenas de polímeros.
Hay muchas formas de crear geles reticulados, pero en la fracturación hidráulica se suelen utilizar iones metálicos como el borato y el circonio.
Los productos químicos de gel más comunes utilizados en el frac son el guar, los derivados del guar y la celulosa.
3. Interruptores
A menudo, cuando se utilizan geles para la fracturación, se añaden también rompedores para romper el gel en la formación y evitar cualquier disminución no deseada de la permeabilidad alrededor del pozo.
La mayoría de los rompedores son oxidantes o enzimas.
Las temperaturas del fondo del pozo y el pH suelen dictar el tipo de disyuntor que se utiliza.
Por ejemplo, en los casos de temperaturas más elevadas se pueden utilizar enzimas para garantizar que el gel no se rompa hasta que llegue al pozo.
Los rompedores más comunes son el persulfato de amonio y el peróxido de magnesio.
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4. Biocidas
Los biocidas se utilizan en casi todas las operaciones de fracturación para eliminar las bacterias presentes en el fluido que pueden crear subproductos no deseados, como el H2S, y dañar la formación y el equipo.
El fluido de fracturación se suele pretratar antes de la operación o se bombea biocida sobre la marcha durante la fracturación.
Algunos ejemplos de biocidas utilizados son el glutaraldehído y el bronopol.
5. Búferes
El objetivo principal de los tampones es ajustar el pH del fluido utilizado para la fracturación.
Esto es necesario porque algunos productos químicos necesitan un determinado pH para un rendimiento óptimo.
6. Control de la arcilla
En las formaciones arcillosas se utilizan productos químicos especiales para evitar que las arcillas se hinchen y se muevan al entrar en contacto con el agua.
El cloruro de potasio y el cloruro de colina se utilizan a menudo para el control de la arcilla.
7. Ácidos
A menudo se bombean ácidos antes de la fracturación para preparar las perforaciones y la formación para la fracturación.
Por lo general, se utiliza ácido clorhídrico.
Sin embargo, también hay una tendencia a utilizar ácidos sintéticos que no son tan corrosivos y son más respetuosos con el medio ambiente.
A menudo se añaden inhibidores de la corrosión y no emulsionantes a la mezcla de ácidos para disminuir la corrosión de la tubería y evitar las emulsiones en el pozo.
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8. Tensioactivos/no emulsionantes
Como su nombre indica, los no emulsionantes ayudan a evitar la emulsión entre los fluidos de fracturación y de formación.
Los tensioactivos también contribuyen a reducir la tensión interfacial en la formación y ayudan a que los fluidos fluyan más fácilmente.
Un ejemplo de tensioactivos es el lauril sulfato de sodio, que a veces se utiliza en jabones y detergentes.
9. Inhibidores de la corrosión
Se utiliza para disminuir la velocidad de corrosión en el metal cuando se bombea ácido.
A menudo se bombean inhibidores de la corrosión cuando se realizan operaciones de fracturación anular con tubería flexible para proteger la bobina y el revestimiento.
10. Proppant (arena)
El tipo de apuntalante más común es la arena.
Hay diferentes tipos de arena que se utilizan en función de las condiciones del fondo del pozo.
Los distintos tipos de arena tienen diferente geometría de grano, tamaño, pureza y peso.
Los pozos más profundos suelen requerir arenas de alta resistencia que puedan soportar altas presiones de formación sin aplastarse.
El objetivo principal del apuntalante es mantener las fracturas abiertas una vez finalizada la operación de fracturación.
Los pequeños espacios entre las partículas de arena permiten que los hidrocarburos fluyan hacia el interior del pozo.
También hay tipos sintéticos de apuntalamiento, como las perlas de cerámica y la arena recubierta de resina, que se utilizan para operaciones más especializadas.
Por lo general, el apuntalamiento artificial es más caro que la arena natural.
La arena está compuesta principalmente por dióxido de silicio.
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Otros productos químicos utilizados en las operaciones de fracturación hidráulica
También hay otros productos químicos más especializados que a veces se bombean durante las operaciones de fracturación.
Algunos ejemplos son el control del hierro, el control de la cal, los activadores de arena, los estabilizadores de gel y los disolventes.
¿Cómo encontrar los productos químicos exactos utilizados en las operaciones de fracturación?
Las distintas empresas utilizan diferentes productos químicos de fracturación.
El objetivo de este post es ofrecer una visión general de los tipos de productos químicos más comunes y no de los nombres químicos específicos.
Si está interesado en conocer los nombres químicos exactos, suele encontrarlos en línea en diferentes registros de divulgación.
Por ejemplo, si quiere saber qué se utiliza para el fraccionamiento en Canadá, puede verlo aquí.
Allí puede ver el desglose de los productos químicos utilizados para cualquier pozo específico.
Lea lo siguiente: ¿Qué es la fracturación hidráulica?
Referencias:
http://www.fracfocus.ca/en/chemical-use/what-chemicals-are-used