La modelización de la fracturación hidráulica logra mejores prácticas medioambientales
En los últimos años, los avances en la tecnología de fracturación hidráulica (FH) han permitido extraer petróleo y gas de formaciones de esquisto subterráneas profundas. Antes se consideraba que su explotación no era rentable. En la FH convencional, se bombea un fluido de fracturación a presión, como agua o ácido gelificados, a un pozo de perforación. A continuación, se mezclan aditivos sólidos, como arena, con el fluido para mantener abiertas las fracturas, lo cual proporciona vías directas para la entrada de petróleo o gas en el pozo. Innovaciones recientes, como la perforación direccional, el uso de grandes volúmenes de fluido de fracturación y las mejoras en la lubricación del fluido, han hecho de la FH una propuesta aún más interesante. «En Europa, se han identificado varias cuencas de esquisto aptas para el desarrollo», señala el coordinador del proyecto BESTOFRAC, Timon Rabczuk, de la Universidad Bauhaus de Weimar (Alemania). «Hasta ahora, los mayores yacimientos se han localizado en Polonia y Francia».
Modelización precisa de los procesos de fracturación hidráulica
No obstante, el uso de la FH ha generado una gran controversia. Los detractores afirman que plantea graves riesgos medioambientales, como la contaminación de recursos hídricos subterráneos, el agotamiento de las reservas de agua dulce y el aumento del riesgo de actividad sísmica. «La situación se complica por el hecho de que los productos químicos utilizados en la FH no se han divulgado completamente a pesar de la fuerte demanda pública», añade Rabczuk. «Esto significa que el seguimiento de la contaminación superficial constituye un reto, porque los científicos no saben exactamente qué sustancias analizar». El objetivo del equipo del proyecto BESTOFRAC, que contó con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, era comprender mejor el impacto de la FH mediante el desarrollo de herramientas de modelización y análisis más precisas. Estas herramientas, a su vez, podrían ayudar a optimizar los procesos de FH y a evaluar con mayor precisión los riesgos medioambientales. «Los modelos precisos se fundamentan en la capacidad de comprender la física de los procesos de la FH y analizar sus variables», afirma Rabczuk. «Estas variables incluyen las presiones y velocidades de inyección de fluidos, las composiciones químicas de los fluidos, así como el número y la distancia entre las etapas de FH».
Tener en cuenta las variables de fracturación
A fin de tener en cuenta estas variables, el equipo del proyecto desarrolló nuevos modelos y métodos computacionales. «Algunos socios implicados desarrollaron distintos métodos computacionales», señala Rabczuk. «Otros se centraron en pruebas de laboratorio a escala, y una de las empresas aportó datos obtenidos sobre el terreno». Las simulaciones realistas de FH permitieron al equipo del proyecto hacerse una idea más clara de algunas cuestiones medioambientales acuciantes. Entre ellas, cómo interactúa la FH con las fracturas naturales, cómo evolucionan las redes de fracturas y cómo puede impedirse que las fracturas se extiendan a las capas de roca adyacentes. Los avances incluyen la capacidad de crear modelos de patrones de fractura complejos durante las operaciones de FH, teniendo en cuenta a la vez las interacciones entre la deformación de la roca y los flujos de fluidos. El equipo del proyecto puso a punto una plataforma de intercambio de datos que puede beneficiar a otros investigadores. Además, empezó a utilizar métodos de aprendizaje automático, con el fin de tratar grandes volúmenes de datos y reducir el tiempo de las simulaciones.
Optimización de las operaciones de fracturación hidráulica
En el proyecto BESTOFRAC, se ha obtenido una serie de resultados significativos que podrían conducir a la optimización de las operaciones de FH para proteger mejor el medio ambiente. Muchos de los modelos elaborados en el marco del proyecto ya se han hecho públicos, así como la plataforma de intercambio de conocimientos. «Algunos de nuestros modelos y métodos podrían aplicarse en programas informáticos comerciales», señala Rabczuk. «Este podría ser el tema de futuras colaboraciones, y ya contamos con algunos socios industriales en este ámbito. La aplicación de nuestros modelos en un marco comercial ayudaría a la industria a responder directamente a algunas de las preguntas clave en las prácticas de FH». El equipo también logró proporcionar a jóvenes investigadores una formación interdisciplinar en ciencias computacionales, geotecnia minera, geomecánica y técnicas de modelización y simulación.
Palabras clave
BESTOFRAC, fracturación hidráulica, gas, petróleo, medio ambiente, hidráulico, esquisto, perforación
