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Manejo del agua en un Fracturamiento Hidrulico en Yacimientos No Convencionales

Como resultado, de la creciente demanda mundial de gas y petrleo, la industria ha tenido que buscar nuevas fronteras para poder suplir esa demanda. Este es el caso de los yacimientos No convencionales, los cuales para ser desarrollados necesitan de la reciente innovacin tecnolgica, como lo son la perforacin horizontal y el fracturamiento hidrulico. Los yacimientos no convencionales consisten en una acumulacin de capas sedimentarias de baja permeabilidad que atrapa el gas entre ellas. Las caractersticas geolgicas de los yacimientos no convencionales hacen difcil la extraccin, por lo que su produccin no es econmicamente rentable a menos que se utilicen tratamientos de estimulacin y tecnologas especiales para su recuperacin. (Navarro y Villegas, 2015) La explotacin de estos yacimientos no convencionales por medio de fracturamiento hidrulico requieren una gran cantidad de agua, por ejemplo, un pozo de shale gas, requiere entre 8000m3 y 16000m3 de agua como fluido fracturador(Evans, 2014). Por lo tanto, un adecuado manejo del agua ayudar a un exitoso desarrollo de la operacin. As como expresan Olson, Weitner, Olsen, Perino y Wolmack (2013) un manejo inteligente del agua, puede optimizar la disponibilidad de esta, minimizar el uso de agua potable, reducir la mayora de los costos y el impacto del transporte. As mismo afirman Monroe, Mccracken y Kalbouss (2014) que un manejo adecuado del agua ahorra dinero y produce beneficios ambientales. El agua que ser usada para la operacin de fracturamiento puede provenir de diferentes fuentes: agua superficial, agua subterrnea, suministro de agua municipal y agua tratada, el cual puede venir del agua de retorno de la misma operacin de fracturamiento. Las opciones de captacin de agua generalmente incluyen aguas superficiales y subterrneas; sin embargo, avances recientes han liderado el uso de fuentes alternativas de agua para la estimulacin de pozos, incluyendo el agua de retorno (flowback) y el agua producida, as como otro tipo de aguas residuales (Bryant & Haggstrom, 2012). Algunas otras opciones incluyen suministro municipal, aguas subterrneas, drenajes de minas de cido, suministros privados y reciclaje. (Gaudlip, Paugh y Hayes, 2008)La adquisidor del agua puede verse como el punto inicial de un fracturamiento hidrulico. Una vez identificado el pozo que se va a desarrollar y explotar, es imperativo identificar los recursos hdricos y evaluarlos en un esfuerzo para reducir el uso de agua potable (Beecroft, 2014). A pesar de que la industria requiere grandes volmenes de agua, existen sectores industriales que demandan mucha ms agua para su funcionamiento. Whereas shale-gas development requires ample amounts of water, the water demands of other sectors can be much higher. The estimated annual usage of fresh water in shale-gas development is typically less than 5% of the available supply () (Monroe et al., 2014). As mismo EPA (2011) lo reafirma: In truth, however, the percentage of fresh water used is typically less than 2% of the total water demand for an area. Sin embargo, existen varios factores que pueden afectar la viabilidad de usar aguas superficiales como las precipitaciones regionales, el flujo estacional y la distancia hasta el lago o corriente (Coughlin y Arthur, 2011). El transporte del agua es el 60-80% de la logstica asociada al ciclo de vida del agua en la explotacin de un yacimiento de gas shale (Taylor, 2014). El transporte tanto desde la fuente de agua, as como de las aguas residuales debe ser considerado cuando se evala la viabilidad econmica de las estrategias del manejo del agua. Tanto los camiones cisterna, como las lneas de tuberas son opciones para el transporte del fluido. Los camiones involucran el uso de trailers de agua, normalmente llevando desde 100 a 160 barriles de agua por cada carga. Por otro lado, existen tres tipos de tuberas para la transferencia de agua: el uso de lneas rpidas, polietileno de alta densidad y tuberas de aluminio con aire (Slutz, Anderson, Broderick y Horner, 2012). Para pequeos volmenes de agua tuberas de polister son usadas, mientras grandes volmenes de agua son movidas a travs de una lnea de irrigacin de aluminio de 10, pero tambin pueden ser transportadas por lneas de polietileno de alta densidad, especialmente para agua producida o reciclada (Tipton, 2014). Segn Beecroft (2014), la fuente donde se adquirir el agua, debe ser lo ms cercano a los pozos, para as minimizar la distancia de los camiones o las tuberas necesarias. Adicionalmente, recomienda el uso de tuberas directas desde la fuente del recurso hdrico hasta el pozo, reduciendo as la posibilidad de incidentes y el mantenimiento de vas. De la misma manera Paugh (2008) dice que el transporte sobre carreteras pblicas no es el mtodo preferido para suministrar el agua para el fracturamiento ya que este mtodo puede causar danos a las carreteras, congestin en el trfico, polucin de aire y ruido, e incrementar el riesgo de seguridad. En seguida de transportar el agua, esta debe ser almacenada para su posterior uso, en este caso servir como fluido fracturador, para poder producir el hidrocarburo atrapado. El agua debe ser almacenada cerca de las operaciones del pozo en suficientes cantidades, con el objetivo de completar el trabajo de una manera que sea operacionalmente, econmicamente y ambientalmente bueno (Tipton, 2014). Los fluidos generalmente se almacenan en tanques o lagunas artificiales debidamente aisladas o recubiertas con film protector (). Almacenamiento en lagunas artificiales: deben cumplir con las disposiciones locales, buenas prcticas industriales y especificacin del film protector. Almacenamiento en tanques: En los Estados Unidos, muchos operadores utilizan tanques metlicos para almacenar los fluidos por inyectar y los fluidos por operaciones de fractura en lugar de lagunas artificiales. Estos tanques deben cumplir con los estndares establecidos por los Estados. (Trombetta, 2012)El tratamiento del agua es uno de los procesos del agua ms complejo e importante de la gestin. Despus de que el fracturamiento este completo, una gran porcin del fluido fracturante regresa a la superficie como agua flowback (agua de retorno), el cual contiene altas concentraciones de sales disueltas, qumicos de fractura, y minerales de la formacin (Horner, Halldorson y Slutz, 2011). Esta fraccin de agua que retorna a superficie, puede variar ampliamente entre pozos, compaas y formaciones, con un promedio estimado de 10%-40% de flowback (Best y Lowry, 2014). As mismo, Vasiliu, Pierce y Bertrand (2012) afirman que a menudo una combinacin de fluido fracturador retornado y agua de formacin natural, estn generalmente caracterizadas por una alta salinidad como el total de solidos disueltos (TDS), solidos suspendidos. Muchas veces estas pueden tener componentes orgnicos y contener bacterias y volmenes de dixido de carbono y sulfito de hidrogeno, por lo tanto requieren un adecuado tratamiento para ser reusadas o vertidas. Esta agua tiende a ser altamente salina, a menudo con contenidos de TDS mayores a 200kppm (Engelder, Cathles y Bryndzia, 2014). En la tabla 1 se puede observar un ejemplo de un agua producida y un agua de retorno de un campo operado por Shell en los Estados Unidos, con sus respectivos componentes.

Debido a los altos niveles de TDS el agua producida no puede ser enviada directamente a la planta de tratamiento de aguas residuales municipales. Por lo tanto, el agua producida tiene que ser tratada o reciclada (Carter, Hammack y Hakala, 2013). El tratamiento de estas aguas producidas puede hacerse de diferentes maneras, por ejemplo:Algunas compaas mezclan las aguas producidas con suficiente agua dulce para minimizar los efectos de los TDS, los cuales pueden tener aditivos qumicos que se usaron en los trabajos de fracturamiento. Otras compaas tratan el agua removiendo los suficientes slidos y orgnicos, usando floculacin con filtracin, as que este fluido puede ser reusado para posteriores fracturamientos. Algunas otras compaas, almacenan los residuos en piscinas para permitir que el agua se evapore y luego disponer de los residuos slidos en rellenos municipales. Otra gran parte de las compaas, envan las aguas residuales fuera para disponer de estas e inyectarlas bajo la superficie. En otros casos, el agua se evapora para minimizar la cantidad de residuo y luego inyectarla. Sin embargo, este mtodo est limitado a la geologa de la regin. (Carter, Hammack y Hakala, 2013)Alternativamente, la alta salinidad del agua puede ser tratada usando tecnologas de desalinizacin, como osmosis reversa, destilacin multiefecto, cristalizacin, congelacin-descongelacin para as reducir la concentracin de sales a un nivel deseado. A menudo la combinacin de estas tecnologas se requiere para manejar completamente la salinidad (Mehta y Sullivan, 2015).El agua de retorno (flowback) y el agua de produccin son normalmente dispuestas en tres maneras: en pozos de inyeccin, en facilidades de tratamiento, o a travs del reciclaje o reso. La inyeccin de pozos es el mtodo de disposicin ms usado, mientras las facilidades de tratamiento estn limitadas a la geografa de donde se est ubicado (Watts, 2013). A pesar de que el mtodo ms usado es la inyeccin de agua, pero se ha visto minimizado debido a que se ha vuelto menos viable por el acceso limitado a los pozos de disposicin en muchos lugares de perforacin. Adicionalmente, las autoridades regulatorias y el pblico han incrementado la presin por una solucin ms sostenible. Esas presiones han obligado a la industria a buscar alternativas soluciones de tratamiento, muchas en las que se habilitara el beneficioso reso del agua (Ester, Ferrer, Thurman, Sitterley, Korak, Aiken y Linden, 2015). Al mismo tiempo, reciclar el agua tiene grandes oportunidades por delante para las compaas prestadoras de servicios. As lo afirman Lord, Weston, Fontenelle y Haggstrom (2013): la habilidad de reciclar el flowback y las aguas de produccin provee grandes oportunidades para los proveedores de servicios y los productores, para ayudar a minimizar la cantidad de agua dulce que es usada en las operaciones. Reduciendo los volmenes de agua dulce usados en una operacin de fracturamiento, y al mismo tiempo reduciendo el agua de retorno (flowback) que tiene que ser dispuesta y transportada, las operadoras muestran su compromiso con la comunidad, el ambiente, y a la vez pueden minimizar potencialmente la logstica.Un manejo adecuado del agua incorpora los procesos y mtodos usados para un inteligente manejo, programando y administrando la logstica en el suministro, transporte, almacenamiento, uso, flowback, tratamiento, reso y disposicin de slidos. De esta manera se optimizara la disponibilidad del agua y minimizaran los costos de transporte (Olson et al., 2013).

Tabla 1. Rangos tpicos de componentes presentes en un agua de retorno y un agua de produccin.Fuente: Fedotov, V., Gallo, D., Hagemeijer, P. M., & Kuijvenhoven, C. (2013, November 11). Water Management Approach for Shale Operations in North America. Society of Petroleum Engineers. doi:10.2118/167057-MS

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