Energías alternativas
La revolución del Shale Gas
El gas no convencional se perfila como el combustible clave para los próximos 100 años. China, Estados Unidos y Argentina poseen las reservas comprobadas más grandes del mundo. Las ventajas y los riesgos del recurso estratégico más observado por las grandes potencias.

Neuquén, puerta de entrada a la desértica y ventosa Patagonia, conoce el poder del dinero que trae el petróleo. La riqueza en hidrocarburos ayudó a convertir esta ciudad en la más grande de una región argentina que ha estado produciendo petróleo y gas desde hace un siglo.

Con un centro lleno de edificios en torre y 4x4 relucientes, está ahora en el umbral de un moderno boom petrolero. Las empresas de exploración buscan crudo y gas atrapado en las rocas bituminosas que están muchos metros por debajo de las planicies que rodean la ciudad. Se cree que las reservas de Argentina son las terceras del mundo, después de las de Estados Unidos y China.

Del mismo modo que en la década de los 50, los científicos nucleares esperaban que el poder atómico fuera la respuesta a las necesidades energéticas, los productores de petróleo y gas creen que este nuevo recurso puede aportar gran cantidad de energía a bajo costo. Además, los recursos no convencionales podrían traerle independencia energética a muchas naciones, liberándolas de la dependencia de las importaciones.

La industria estima que, por la falta de un sector de servicios competitivo, perforar un pozo de shale gas en Polonia, por ejemplo, es tres veces más caro que en EE.UU.

Hace más de 50 años, los expertos en energía comenzaron a hablar del “pico petrolero”: la idea era que el mundo estaba pasando por un punto máximo de producción y que, a partir de ese punto, el suministro iba a declinar. Hoy, el shale oil y shale gas cuestionan esa premisa. En EE.UU., nuevas técnicas de extracción han transformado la producción de gas, abriendo reservas que algunos estiman podrían durar 100 años. Además, las rocas ricas en líquido, que son las que también contienen petróleo, han permitido que EE.UU. reduzca su dependencia de las importaciones.

Por otra parte, estos recursos energéticos no convencionales también tienen el potencial para modificar las economías nacionales. En su discurso del Estado de la Unión de este año, el presidente Barack Obama dijo que los expertos habían pronosticado que el shale creará 600.000 puestos de trabajo. John Browne, el ex CEO de BP que ahora es un socio de Riverstone está convencido de que es un premio que vale la pena tratar de ganar.

Las lutita bituminosa es la forma más abundante de roca sedimentaria, y también es la fuente de los hidrocarburos que migran a los depósitos convencionales. Nigel Smith, del British Geological Survey, una institución científica de investigación, usa la analogía de lo que uno hace cuando busca algo para comer en su casa. “Toda la comida que hay en la cocina -en las alacenas, la heladera y el freezer- equivale a la cocina de las rocas capaces de generar hidrocarburos. Los hidrocarburos convencionales que hemos usado hasta ahora son los que han migrado al comedor. Ahora estamos volviendo a la cocina a ver qué quedó de las rocas generadoras o shales".

La aparente abundancia de riqueza en la “cocina” está causando sensación en el mundo. Aparte de la Argentina, se han identificado reservas significativas en Australia, la República Sudafricana, el norte de África y el este de Europa, y también en el Reino Unido y Francia. Tras evaluar el potencial en 32 países, la Administración de Información sobre Energía, una repartición federal de EE.UU., estimó que las fuentes no convencionales podrían incrementar los recursos de gas técnicamente recuperables del mundo en más de 40%. Estos recursos modifican la geopolítica e influencian las decisiones inversoras de las compañías. Las petroleras nacionales y los grupos internacionales han gastado decenas de miles de millones de dólares en adquirir recursos no convencionales en América del Norte.

En Europa oriental, la perspectiva de una mayor independencia energética impulsó a Polonia y Ucrania a investigar sus recursos, y Washington observa con atención. “La seguridad energética en Europa es importante para EE.UU. y viceversa. Tenemos una relación mutua comercial e inversora fuerte”, dijo Richard Morningstar, enviado especial para Energía de Hillary Clinton.

El dominio ruso sobre el mercado de gas europeo queda cuestionado si países como Polonia desarrollan recursos no convencionales. Vladimir Putin, presidente ruso, pidió a los productores locales de energía que “enfrenten el desafío” del shale, diciendo que este recurso puede reestructurar "seriamente" la oferta y demanda global de hidrocarburos.

La gran incógnita es China, el mayor consumidor de energía del mundo. Se piensa que en su vasto territorio hay ricas reservas no convencionales. Si el país da por terminada su tradicional dependencia del carbón y adopta el gas, que es más limpio, eso tendría significativas repercusiones para las emanaciones de carbono y el calentamiento global.

Sin embargo, así como la energía nuclear tiene sus desventajas, también hay incertidumbre en torno al shale. Entre ellas, el potencial impacto ambiental. Se dice que las técnicas que usa la industria para extraer el gas de la roca pueden contaminar el agua y desencadenar terremotos. También se cuestiona la filtración de metano. Aunque hasta ahora hay escasa evidencia de daños, es claro que se necesita investigar más. Como dice un informe del Massachusetts Institute of Technology: "Con más de 20.000 pozos perforados en los últimos 10 años, los antecedentes ambientales del shale gas son en su mayor parte buenos, pero es importante reconocer los riesgos inherentes y el perjuicio que puede causar”.

Las lutita bituminosa es la forma más abundante de roca sedimentaria, y también es la fuente de los hidrocarburos que migran a los depósitos convencionales.

La preocupación del público aumenta, y Francia y Bulgaria han prohibido la fractura hidráulica. “La industria no reconoció con rapidez la preocupación de las comunidades”, admitió Graeme Smith, vicepresidente del área en Shell.

El auge de hoy en EE.UU. puede atribuirse, en parte, a George Mitchell. Este emprendedor, hijo de un inmigrante griego, persistió pese al escepticismo general. Fue él quien, junto con su equipo, perfeccionó la técnica de la fractura hidráulica, que es un proceso que bombea agua, arena y químicos para permitir que el gas natural atrapado bajo tierra fluya al exterior. En 2002, Mitchell vendió su compañía a Devon Energy, una firma de exploración especializada en perforación horizontal. La combinación de este tipo de perforación con la mejora en el fracking permitió la extracción del recurso en cantidades comercialmente viables.

El resto del sector empezó a prestar atención. EE.UU. se benefició con una feliz mezcla de circunstancias. Primero, tenía la materia prima: rocas llenas de petróleo y gas. Pero también había una industria de servicios bien desarrollada y de bajo costo para perforar pozos y ofrecer el equipo necesario. Además, la red de ductos permitió la conexión de los nuevos yacimientos. Esa combinación no existe en todas partes.

Uno de los grandes desafíos de los materiales bituminosos es la escasez de datos exactos. Mientras en EE.UU. desde hace décadas que se acumulan datos durante la exploración de hidrocarburos convencionales, en otros países la base de conocimientos es baja. El camino que lleva de la exploración a la producción puede ser largo. El costo es también un factor importante. La industria estima que, por la falta de un sector de servicios competitivo, perforar un pozo de shale gas en Polonia, por ejemplo, es tres veces más caro que en EE.UU. De todos modos, Menno Koch, de Lambert Energy, una firma asesora de Londres, es uno de los que cree que el shale puede llegar a competir con el gas importado. Calcula que en 2020 la producción no convencional europea será de 25.000 millones de metros cúbicos, o sea más de 5% de la demanda actual de gas de la Unión Europea.

Mapa geológico de fuentes de gas natural - Administración sobre información energética, E.E.U.U., E.I.A.

La decisión de la Argentina de renacionalizar YPF fue un recordatorio de que la energía es una industria estratégicamente sensible que conlleva riesgos políticos. La medida tuvo repercusiones en los directorios de las petroleras de todo el mundo porque, dada la naturaleza y la escala del recurso, había altas expectativas de que el país fuera el próximo en experimentar la revolución del shale. Y hay señales de que, al menos en algunas partes de la industria, se sigue pensando lo mismo. "El desarrollo del recurso atrajo mucha inversión en bienes de capital en los últimos 12 ó 18 meses", comentó Michael Bose, gerente para la Argentina de la estadounidense Apache y agregó que, "mientras el gobierno arme una sólida política energética con fundamentals que respalden un buen retorno económico, esos proyectos serán desarrollados".

 

¿Qué es el Shale Gas?

El shale gas es simplemente gas natural. No obstante, su nombre lo diferencia debido a su procedencia, el esquisto (o shale, en inglés). Los esquistos son un conjunto de rocas metamórficas de bajo a medio grado de metamorfisismo, pertenecientes al grupo de silicatos. Se caracterizan por poseer estructura foliada y composición química variable, con una estructura molecular de 1 átomo de silicio y 4 de oxígeno. Dentro de los esquistos más comunes podemos encontrar: esquisto de mica, hornablenda, clorita y talco. Los esquistos provienen de arcillas o lodos, los cuales han sufrido procesos metamórficos de diversas temperaturas y presiones. Su estructura foliada permite que sean fácilmente separados en delgadas láminas, manteniendo su composición.

El shale gas es una fuente poco convencional de gas natural. También existen: CBM (coalbed methane), tight gas, sour gas e hidratos de metano (methane clathrates).

 

Gas Natural

El gas natural es un gas compuesto primordialmente por metano y cerca de un 20% de otros hidrocarburos más complejos (etano, entre otros). Fuera de la corteza terrestre lo vemos formarse en pantanos, ciénagas o vertederos, como subproducto de una arquea metanógena, microorganismo procarionte que obtiene energía mediante la producción de gas natural (biogás). Dentro de la corteza terrestre se forma gracias a residuos orgánicos sujetos condiciones de altas temperaturas y presión, encontrado disuelto o asociado al petróleo crudo.

Así como la energía nuclear tiene sus desventajas, también hay incertidumbre en torno al shale. Entre ellas, el potencial impacto ambiental. Se dice que las técnicas que usa la industria para extraer el gas de la roca pueden contaminar el agua y desencadenar terremotos.

Como fuente de energía, el gas natural ha aumentado progresivamente su popularidad. Sus virtudes comparativas, respecto a otros combustibles fósiles, son:

 

• Es por excelencia el combustible fósil más limpio ya que produce poca contaminación y emite menos CO2 que el petróleo y el carbón.

• Tiene un nivel altísimo de eficiencia eléctrica (~60%).

• Es más versátil que el carbón, ya que se utiliza tanto como combustible de transporte, como para generar electricidad y calor.

• Es más abundante que el petróleo.

 

Sus formas de transporte y distribución son dos: gasoductos y GNL (gas natural licuado). Los gasoductos son un método de transporte y distribución de gases combustibles a gran escala. Son análogos a las líneas de transmisión, respecto a su función de transportar energía de un lugar físico a otro. Son tuberías de acero por las cuales circula gas a alta presión (72 bares para transmisión y 16 bares para distribución), construidas a una profundidad habitual de 1 metro o en la superficie. Cabe destacar que se construyen gasoductos que atraviesan grandes cantidades de agua.

El GNL es gas natural convertido temporalmente en líquido para aumentar su capacidad de transportación. El GNL es aproximadamente 600 veces más denso que el gas natural, lo que significa que se puede transportar la misma cantidad de éste en compartimentos 600 veces más pequeños, otorgando una alternativa viable de transportación. A pesar que el proceso de condensación requerido lo hace más costoso que los gasoductos, el transporte a través del GNL es muy popular debido a distintas restricciones asociadas a la primera alternativa, tales como: transporte a través de océanos, países (impedimentos políticos o de interés), etc.

 

Shale Gas

Los esquistos negros contienen material orgánico los que a ciertas condiciones de temperatura y presión se fragmentan, formando gas natural. Debido a la baja densidad del gas natural, éste suele deslizarse a través del esquisto formando depósitos convencionales de gas natural. Sin embargo, la alta impermeabilidad de esta roca bloquea el paso de grandes cantidades de gas natural, las cuales son absorbidas por la arcilla del esquisto, dando lugar al shale gas.

 

El shale gas se halla a mayores profundidades que las otras fuentes de gas natural.

 

En el esquemático se aprecia que el shale gas se halla a mayores profundidades que las otras fuentes de gas natural. También se observa que el recurso se encuentra ampliamente dispersado de forma horizontal. Sumado a lo anterior, la impermeabilidad del esquisto imposibilita la fácil extracción del gas natural. Por ende, a pesar de ser una fuente de energía conocida desde el siglo XIV (en Suiza y Austria), sólo los avances tecnológicos de la era moderna (década de los 90’), traducidos en mejoras en los métodos de extracción, han permitido la extracción masiva, comercial y lucrativa del shale gas.

 

Tecnologías Actuales de Extracción del Shale Gas

Las tecnologías actuales de extracción son dos y funcionan de manera complementaria: horizontal drilling (“perforación horizontal dirigida”) e hydraulic fracturing (“fractura hidráulica”). La primera tiene el propósito de atravesar y llegar a los yacimientos, mientras la segunda, a través de reacciones químicas y presión de fluidos, aumenta la permeabilidad de la roca permitiendo la salida del gas natural. A continuación se presentarán detalles acerca de los dos métodos utilizados en la extracción.

 

Horizontal Drilling

Tal como se muestra en la imagen anterior, para realizar una perforación horizontal primero realizas una perforación vertical para llegar unos pocos cientos de metros arriba de la altura del yacimiento. Luego, el perforador “se gira” en un ángulo cercano a los 45° para así taladrar a través del depósito de shale gas, permitiendo una mayor extracción de éste. Se necesitaron años de experiencia y avances tecnológicos en distintas ciencias para hacer del horizontal drilling una técnica física y económicamente factible:

 

• Primero, entender que muchos pozos no son físicamente verticales, sino más bien horizontales.

• Técnicas de sondeo y monitoreo, compuestas por tres mediciones: profundidad, inclinación y acimut magnético.

• Diseños de BHA (ensamblaje de fondo de pozo) para una avanzada perforación.

• Otros avances tecnológicos en: tuberías de perforación, caja y pin, collares de perforación, rimadores y estabilizadores, etc.

• Aplicación de mud motors (“motores de barro”), los cuales utilizan el barro para producir potencia adicional de perforación.

 

Sin embargo, sin hydraulic fracturing esta técnica es inefectiva en pozos de esquisto.

Las tecnologías actuales de extracción son dos y funcionan de manera complementaria: horizontal drilling (“perforación horizontal dirigida”) e hydraulic fracturing (“fractura hidráulica”).

 

Hydraulic Fracturing

También llamado fracking o hydrofracking. El procedimiento consiste en bombear fluidos (por ejemplo: agua, gel, espuma, gases comprimidos, etc.) a presiones lo suficientemente altas para fracturar la roca, aumentado la porosidad y permeabilidad del canal para que el gas natural escurra hacia la superficie. Esto es de vital importancia para la extracción del shale gas, ya que éste se encuentra en pequeños poros independientes de esquisto, los cuales necesitan un canal común (o “puente”) para una extracción exitosa en masa. Utilizado desde los años 40’, ha aumentado la productividad de miles de pozos de combustible fósil a lo largo y ancho del mundo. No obstante, se observó que muchas de las fracturas se cerraban al apagar las bombas, debido a las altas presiones dentro del pozo. Lo anterior se solucionó agregando un 1% de proppant (“soluto de soporte”) a la solución líquida, la que mantiene condiciones de permeabilidad obtenidas en el esquisto hasta después de apagada la bomba. Los proppants más comunes son: arena, cerámica y polvo de aluminio.

Sumado a lo anterior, la solución suele contener químicos multipropósito: convertir el agua en gel, reducir la fricción del fluido, prevenir corrosión, controlar el pH, etc. Todo lo anterior hace que la perforación horizontal cueste hasta tres veces más que la perforación vertical. Pero, este costo extra es usualmente recuperado gracias a la producción adicional proveniente del método. De hecho, muchos pozos rentables hoy en día serían un fracaso sin estas dos tecnologías complementarias.

 

 Uno de los grandes desafíos de los materiales bituminosos es la escasez de datos exactos.

 

 

 

Fuentes

El Cronista - “Shale gas, la base del futuro energético”

Pontífica Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería - “La Revolución del Shale Gas”

 

 

 

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