Metodos de explotacion de gas

Escuela profesional Ingeniería Geológica
Métodos de explotación de Gas - 1 -
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALURGIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
GEOLÓGICA
Métodos de explotación de
Gas
Presentado por: Cristian Miguel Machaca Sardón
Revisado por: Ing. Flavio Rosado Linares

Índice
CAPÍTULO I .......................................................................................................................................... 4
ASPECTOS GENERALES ....................................................................................................................... 4
1. Introducción:........................................................................................................................... 5
2. Objetivos ................................................................................................................................. 5
2.1. Objetivo General: ............................................................................................................ 5
2.2. Objetivos Específicos:...................................................................................................... 5
CAPÍTULO II ......................................................................................................................................... 6
LA NATURALEZA DEL GAS Y SU ORIGEN.............................................................................................. 6
1. Definición ................................................................................................................................ 7
2. Naturaleza ............................................................................................................................... 7
3. Orígenes .................................................................................................................................. 7
3.1. El gas natural convencional:................................................................................................ 7
3.2. Gas no convencional ........................................................................................................... 8
3.3. GAS DE LUTITAS (Shale Gas)................................................................................................ 9
3.3.1. ¿Qué es el shale gas? .................................................................................................. 9
3.3.2. Hidratos de Gas......................................................................................................... 10
3.3.3. Propiedades de los hidratos de gas........................................................................... 11
3.3.4. Yacimientos de Hidratos de Gas................................................................................ 11
3.3.5. Gas metano de Carbón.............................................................................................. 13
CAPÍTULO III EXPLOTACIÓN............................................................................................................... 14
1. Método de Fracturamiento Hidraulico para HGN................................................................. 15
1.1. Fracturamiento Hidráulico para despresurización........................................................ 15
1.2. Fracturamiento Hidraulico Salino.................................................................................. 15
1.3. Desventajas de los esquemas de despresunzacion....................................................... 16
1.4. Inyección de fluidos Calientes para la explotación de HGN.............................................. 16
1.5. Inyección de agua caliente............................................................................................ 16
2. Método de calentamiento electromagnético....................................................................... 18
3. Inyección de salmueras para la explotación de YNHG.......................................................... 19
3. Métodos de extracción para Shale Gas.................................................................................... 19
3.1. Fracturaiento Hidráulico ................................................................................................... 19
CAPÍTULO IV Riesgos ......................................................................................................................... 21

1. ¿Cuáles son los principales problemas de la fractura hidráulica? ........................................ 22
1.1. Agua: ................................................................................................................................. 22
1.2. Residuos ............................................................................................................................ 22
1.3. Contaminación Atmosférica.............................................................................................. 23
CAPÍTULO V ....................................................................................................................................... 24
Conclusiones y Bibliografía................................................................................................................ 24
1. Conclusiones: ........................................................................................................................ 25
2. Bibliografía: ........................................................................................................................... 25
Trabajos citados ................................................................................................................................ 25

CAPÍTULO I
ASPECTOS GENERALES

1. Introducción:
Dentro de los recursos energéticos derivados de combustibles fósiles, el gas natural es la fuente de
energía más limpia, se caracteriza por tener una baja emisión de gases de efecto invernadero y su
nula generación de desechos peligrosos. El avance en las tecnologías de extracción y su reducción
en costos, han dado la posibilidad de experimentar para la obtención de nuevos recursos de gas
natural: gas de baja permeabilidad (tight gas), gas de esquisto o gas Pizarra (shale gas), hidratos de
gas y gas metano de carbón.
El gas natural es obtenido de yacimientos convencionales o no convencionales, la diferencia radica
en la estructura geológica de los yacimientos y la manera en que se realiza la extracción.
Para la extracción del gas natural de yacimientos convencionales son utilizadas tecnologías
tradicionales de perforaciones verticales, debido a que el gas se encuentra en rocas de alta
permeabilidad y en alta presión, por lo que durante la perforación sale por sí mismo a la superficie
de la tierra, siendo una extracción fácil y barata.
La extracción de gas esquisto (shale gas) es mediante la técnica de fracturación hidráulica
(Fracking), la cual consiste en generar grietas en el subsuelo a grandes profundidades, en donde el
gas se encuentra atrapado, logrando la fracturación de la roca madre (pizarras y esquistos) para
liberar el gas, dichas fracturas se realizan mediante explosivos o bien mediante la inyección a alta
presión de medios líquidos hidráulicos, utilizando principalmente agua con arena y una serie de
aditivos químicos.
Lo característico de los yacimientos no convencionales de gas es que se encuentran localizados en
extensas cuencas geológicas, ocupando cientos o hasta miles de kilómetros cuadrados,
representando una importante reserva energética en el mundo, incluso superando a los
yacimientos convencionales.
2. Objetivos
2.1. Objetivo General:
Exponer los métodos de explotación de gas tanto convencional como no convencional, y en
qué tipo de yacimiento se utilizan
2.2. Objetivos Específicos:
- Diferenciar entre yacimientos convencionales y no convencionales.
- Identificar beneficios y desventajas de dichos yacimientos.
- Resaltar la importancia de los yacimientos no convencionales.

CAPÍTULO II
LA NATURALEZA DEL GAS Y SU
ORIGEN

1. Definición
Fluido sin forma ni volumen propios, cuyas moléculas tienden a separarse unas de
otras y presentan mayor movilidad que las de los líquidos. Consiste en una mezcla
de hidrocarburos, principalmente metano, y otros más pesados, y de origen natural
sometido a condiciones elevadas de presión y temperatura.
2. Naturaleza
El gas natural es un compuesto no tóxico, incoloro e inodoro, constituido por una
mezcla de hidrocarburos en la que su principal componente es el metano (CH4),
una molécula sencilla formada por 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno.
Su composición química, no obstante, varía sensiblemente según su procedencia,
ya que acostumbra a ir asociada a otras moléculas o elementos como el ácido
sulfhídrico (H2S), el anhídrido carbónico (CO2), el nitrógeno (N2) o el helio (He)
que se extrae cuando el gas natural se destina a usos industriales y domésticos.
3. Orígenes
3.1. El gas natural convencional:
Tiene su origen a partir del petróleo en la
etapa de catagenesis y metagenesis, está
sujeto a determinadas condiciones de
presión y temperatura, y se encuentra
asociado al petróleo como se ve en el
modelo convencional, de la figura 1.
Esta materia orgánica provenía de
organismos planctónicos que se fueron
acumulando en el fondo marino de
plataformas costeras o en las cuencas poco
profundas de estanques, y que fueron
enterradas bajo sucesivas capas de tierra por la acción de los fenómenos
naturales. Fig. 1: Trampa Petrolífera clásica distribución. (Asamblea contra la
Fractura Hidraulica, 2011)

Así, sus compuestos fundamentales “grasas y proteínas” se descompusieron muy
lentamente en ausencia de oxígeno por la actuación bacteriana. Los gases
generados, por diferencia de presiones, ascendieron por las rocas porosas de la
corteza terrestre hasta llegar a capas de terreno impermeable, bajo las que
quedaron atrapados originando las grandes bolsas o yacimientos de los que hoy
en día sacamos provecho. (Comunidad de Madrid, 2002)
Fig 2: Reservas provadas de gas narutal
3.2. Gas no convencional
En Texas, a inicios de siglo, se descubrió la posibilidad de extraer gas de las
rocas sólidas, mediante la aplicación de arena y agua a presión. El volumen de
gas no convencional es cercano al 50% de los recursos de gas a nivel global.
Los recursos técnicamente recuperables de gas esquito o Pizarra (Shale gas),
la gran cantidad de yacimientos alrededor del mundo y el potencial de
extracción, colocan a este tipo de gas como una prospectiva de gran interés
para el mercado internacional.
Los hidratos de gas no son los más comunes pero pueden incluir etano y otros
gases, la importancia de los hidratos de gas radica en la en el volumen de
reservas a nivel mundial que incluso podría superar las reservas de gas

convencional. Volviéndolo una alternativa sustentable para la industria y
generación de energía limpia.
3.3. GAS DE LUTITAS (Shale Gas)
3.3.1. ¿Qué es el shale gas?
Conocido también como gas de lutitas es simplemente gas natural cuya
procedencia es el esquisto (en inglés, shale). Los esquistos son rocas
sedimentarias de grano fino compuestas por arcilla, lodo y limo, las cuales son
ricas en materia orgánica. Las Lutitas se caracterizan por su alta impermeabilidad
(la cantidad de poros que poseen es muy baja, lo cual evita la fuga de los fluidos
que contiene).
Fig 3: Gas de Pizarra, se observa estrato rico en gas y gas sellado en areniscas.

El shale gas se encuentra a mayores profundidades que otras fuentes de gas
natural convencional, lo cual, sumado a la impermeabilidad de las rocas en las que
se encuentra, hace su extracción inviable en cantidades masivas y comerciables
sin el respaldo de la tecnología adecuada para su extracción. En los últimos 10
años, los avances tecnológicos de extracción de shale gas realizados por Estados
Unidos, pionero en la investigación de este tipo de gas, han incrementado la
eficiencia y rentabilidad de esta actividad.
3.3.2. Hidratos de Gas
Los hidratos de gas se pueden considerar compuestos moleculares (cristalinos) de
agua y gas; pero no estequiometricos. Los cristales se forman a ciertas
condiciones de presión y temperatura y sus propiedades de estabilidad dependen
de estas condiciones iniciales. La estructura cristalina de estos hidratos de gas
esta conformada por puentes de hidrogeno fuertemente unidos y la estructura de
la celda depende de la molécula huésped y su relación agua/moléculas de gas.
Fig 5: Estructura cristalina de Hidratos de Gas

3.3.3. Propiedades de los hidratos de gas
Los HGN se forman cuando el gas natural está en contacto con el agua a
bajas temperaturas y elevada presión, las moléculas de hidrocarburo están en
el rango de metano a pentano, los más comunes con los hidratos de metano.
Una primera condición es estar bajo una capa de suelo congelada
permanentemente (Permafrost) a una elevada presión; y la segunda a
temperaturas relativamente bajas en sedimentos marinos y presiones más
elevadas, entre 1 a 4 km de profundidad y temperaturas más elevadas.
Otra propiedad es que los hidratos de gas en condiciones normales ocupan
164 veces su volumen presurizado. Lo cual evidencia su gran abundancia en la
corteza terrestre.
3.3.4. Yacimientos de Hidratos de Gas
los hidratos de gas se pueden formar en cualquier lugar donde haya agua y
gas natural a bajas temperaturas y altas presiones, los cuales son los fondos
oceánicos y las zonas de permafrost en ambientes Polares.
Fig 6: Clasificación de hidratos en el medio Poroso

Fig 7: Ubicación Mundial de Hidratos de gas:
Tabla 1: Estimación en volumen de hidratos de gas a nivel mundial citad por diferentes
autores, tanto en contiene como en permafrost.

3.3.5. Gas metano de Carbón
Este gas, conocido también por
sus siglas inglesas, CBM
(coalbed methane), es metano
que se halla en vetas de carbón
subterráneas. El metano,
prácticamente líquido, llena el
interior de los poros de carbón,
donde lo contiene la presión del
agua. Cuando el agua se
bombea para liberar la presión,
el metano se libera y puede
extraerse del pozo separado del
agua. La extracción de CBM es
económica, pero el agua residual constituye un problema medioambiental. Por otra
parte, este metano suele liberarse en las minas de carbón y por tanto expone a los
mineros a graves peligros. En el pasado, se liberaba en la atmósfera, pero hoy
puede extraerse e inyectarse en tuberías de gas natural. La reserva de 283.000 Ha
de la tribu americana de los Ute, en la cuenca de San Juan, se halla en uno de los
depósitos de metano de carbón más ricos del mundo. En la actualidad controla la
distribución de cerca del 1% del suministro de gas natural de EE UU.
Fig 7: Estratos de CBM Geopresurizados.

CAPÍTULO III
EXPLOTACIÓN

1. Método de Fracturamiento Hidraulico para HGN
1.1.Fracturamiento Hidráulico para despresurización
Patric L. Mcguire desarrollo un esquema que consiste en reducir la presión del fondo
de un pozo hidráulicamente, el hidrato de gas es inestable a bajas presiones e inicia a
descompnerse. Este método tendrá éxito si es posible mantener alta permeabilidad a
bajas temperaturas, si no se cumplen estos requisitos no habrá forma de explotar
estos yacimientos debido a que los mismos hidratos recristalizaran en las fracturas y
taponearan el pozo.
1.2. Fracturamiento Hidraulico Salino
El esquema de la
descompresión será
efectivo si se logra
mantener las fracturas a
bajas temperaturas, las
irregularidades en el
terreno como no
consolidación del terreno
generaran un colapso en el
yacimiento.
El fracturamiento hidráulico
salino está diseñando para
evitar que las fracturas se
no sellen, utilizando la sal
para impedir el
congelamiento de las
fracturas y su exitsa
explotacion.

1.3.Desventajas de los esquemas de despresunzacion
Las grandes cantidades de energía requerida para la disociación de los hidratos
producen una disminución en la temperatura del yacimiento a medida que se
despresuriza, lo que formaría gas y hielo que en situación indeseable puede
taponar la formación deteniendo el proceso de disociación, teniendo en cuenta que
el hielo un material impermeable.
1.4.Inyección de fluidos Calientes para la explotación de HGN
La inyección de materiales calientes es muy ampliamente conocida en la
recuperación de crudos pesados, algunos investigadores han adaptado esta
técnica para la recuperación de HGN. La técnica consiste en suministrar fluidos
calientes generalmente agua o vapor para aumentar la temperatura de equilibrio
del hidrato y así provocar la disociación.
Fig 8: esquemas térmicos para la explotación de yacimientos de hidratos
1.5. Inyección de agua caliente
Consiste en inyectar agua previamente calentada en superficie para romper la
estabilidad del hidrato, para ello se deben dar siguientes condiciones:
A) Suficiente inestabilidad de la formación, para q la inyección del agua sea
factible de lo contrario será necesaria realizar fracturamiento.

B) La formación debe presentar una potencia considerable para q no haya
perdidas de calor hacia otras formaciones. Esta inyección puede ser cíclica o
continua.
 Inyección cíclica de agua o vapor caliente: la inyección y la producción se
dan en el mismo pozo, presenta tres periodos: periodo de inyección se
inyecta fluido; periodo de remojo, en el cual se mantiene cerrado el pozo
durante un tiempo para lograr la disociación y un periodo de producción de
gas disociado.
Fig 9: inyección cíclica de fluidos

 Inyección continua de agua o vapor: para este método se requiere un
arreglo de pozos productores e inyectores, los cuales su utilizan para la
inyección de agua y la extracción de gas disociado, la mayoría de
yacimientos presenta permeabilidad in-situ baja por lo que no es posible
inyectar agua de manera eficiente.
Fig 10: Inyección continúa de fluidos
2. Método de calentamiento electromagnético
Para Makogon la tecnología de alta frecuencia electrimagnetica es es una nueva
tecnia que desarrollar en YHGN, el método consiste en irradiar una fuerte onda
electromagnética de alta frecuencia desde un radiador localizado en el fondo del pozo,
la ondas van interactuando y generan fuentes de calor, como resultado las
condiciones termodinámicas del yacimiento cambian, el hidrato empieza a
descomponerse y el agua y el gas empiezan a formar regiones de alta presión que
promueven la filtración al pozo. (GIL SANCHEZ & ROJAS PARRA, 2008)

3. Inyección de salmueras para la explotación de YNHG
Kamath y Gdbole, siguieren el uso de salmueras calientes como alternativa
térmicamente más eficiente que la inyección de vapor o agua caliente debido a que la
salmuera actúa como inhibidor(reduce la temperatura de equilibrio) de hidratos. La
salmuera disminuye la temperatura de disociación del hidrato haciendo posible la
disociación con menores requerimientos y para mejorar la inyectabilidad se puede
usar fracturamiento.
3. Métodos de extracción para Shale Gas
Las tecnologías actuales de extracción son dos: la perforación horizontal (horizontal
drilling) y la fractura hidráulica (hydraulic fracturing), las cuales funcionan de manera
complementaria:
- Perforación horizontal: permite llegar a la zona donde se ubica el shale gas. Se
realiza, inicialmente, una perforación vertical hasta llegar al yacimiento, tras lo que
el perforador gira horizontalmente para introducirse y taladrar los pozos de shale.
- Fractura hidráulica: Este procedimiento - conocido también como fracking o
hydrofracking - consiste en bombardear fluidos que contienen agua, arena, gases
comprimidos, sustancias químicas, entre otros a presiones suficientemente altas
como para incrementar la porosidad y permeabilidad de las rocas creando
fracturas artificiales para que el gas escurra hacia la superficie.
3.1.Fracturamiento Hidráulico
Se emplea para extender las pequeñas fracturas varios cientos de metros,
inyectando un fluido a una elevada presion. Por tanto, cada pozo es sometido a un
gran número de fuertes compresiones y descompresiones que ponen a prueba la
resistencia de los materiales y la correcta realización de la cementación, de las
uniones, del sellado, etc.
Aproximadamente un 98% del fluido inyectado es agua y un agente de
apuntalamiento, (normalmente arena) que sirve para mantener abiertas las
fracturas formadas, permitiendo así la extracción posterior del gas a través del

tubo de producción. El 2% restante son productos químicos que sirven para lograr
una distribución homogénea del agente de apuntalamiento, facilitar el retroceso del
fluido, inhibir la corrosión, limpiar los orificios y tubos y como antioxidante,
biocida/bactericida.
Fig 10: Fracturamiento hidráulico en shale

CAPÍTULO IV
Riesgos

1. ¿Cuáles son los principales problemas de la fractura hidráulica?
Este proceso conlleva una serie de impactos ambientales, algunos de los cuales
aún no están plenamente caracterizados o comprendidos, entre ellos
contaminación de las aguas subterráneas, contaminación atmosférica, emisión de
gases de efecto invernadero (metano), terremotos (sismicidad inducida),
contaminación acústica e impactos paisajísticos. Además de estos impactos,
también se debe tener en cuenta los relacionados con el tráfico de camiones para
transportar el gas extraído, el consumo de agua y la ocupación del territorio.
1.1. Agua:
El proceso de fractura hidráulica consume enormes cantidades de agua. Se ha
calculado que se requieren entre 9.000 y 29.000 metros cúbicos de agua para las
operaciones de un solo pozo. Esto podría causar problemas con la sostenibilidad
de los recursos hídricos incluso en países de clima templado, y aumentar la
presión del consumo de suministros en las zonas más áridas.
1.2. Residuos
Conseguir información sobre los productos químicos utilizados es difícil ya que la
industria se niega a revelarla, amparándose en las leyes de patentes. A pesar de
ello, estudios apoyados en diferentes fuentes de información, incluyendo el análisis
de muestras obtenidas de fugas en tanques de almacenamiento de químicos, han
permitido identificar 649 sustancias químicas diferentes. De éstas, 286 (44%) no
están catalogadas y se desconocen sus efectos sobre la salud y el ambiente. De
las 362 restantes, el 55% tiene efectos sobre el cerebro y el sistema nervioso, el
78% tiene efectos sobre el sistema respiratorio, la piel y los ojos, el hígado o el
sistema gastrointestinal, y el 47% afecta al sistema endocrino, con graves efectos
para la reproducción y el desarrollo. Si se analizan las vías de exposición, el 58%
de los compuestos químicos son solubles en agua y el 36% son volátiles, es decir,
pueden ser transportados por el viento.
Además de los químicos utilizados, el fluido residual generado por la fractura
hidráulica contiene varias substancias tóxicas provenientes del subsuelo. Esto

incluye metales pesados (arsénico, plomo, cromo, mercurio), substancias
radiactivas de origen natural (uranio, radio, radón), bencenos.
Según la Agencia de Protección de Medio Ambiente de EEUU, “la estimación de
los fluidos recuperados varía entre un 15-80% del volumen inyectado dependiendo
del lugar”.
Fig 11: Balsas de evaporación
1.3. Contaminación Atmosférica
Además de los riesgos de contaminación de tierra y agua, en cada paso de la
explotación del gas se liberan grandes cantidades de componentes orgánicos
volátiles. Estos pueden producir ozono al mezclarse con los óxidos de nitrógeno
producidos por los motores diesel que se utilizan en la inyección, presurización,
bombeo, transporte, etc. Si bien el ozono estratosférico nos protege de la radiación
solar, el ozono en las capas superficiales de la atmósfera es dañino para la salud
humana, formando nubes de contaminación conocidas como esmog. La
exposición continuada al ozono puede generar asma y otras enfermedades
pulmonares, como enfisema y bronquitis crónica. También es dañino para
coníferas, álamos, y cultivos de forraje.
Otra fuente de contaminación del aire son las propias balsas de fluidos residuales.
Los compuestos orgánicos tienden a ser más ligeros que el agua por lo que flotan
en la superficie de las balsas y de ahí pasan al aire. (Corporación Mexicana de
Investigación en Materiales, 2000)

CAPÍTULO V
Conclusiones y Bibliografía

1. Conclusiones:
- Los yacimientos no convencionales hoy en día son una de las mejores
alternativas para el desarrollo de la humanidad, debido a su amplia abundancia y
distribución en el globo, y cabe resaltar que los métodos a usas dependen
únicamente de las condiciones propias del yacimiento.
- La búsqueda de medios que no involucren sustancias químicas es necesaria para
evitar contaminaciones ambientales y afectaciones a largo plazo, así mismo las
legislaciones de los países protegen fuertemente al ecosistema buscando la
prohibición de procedimientos de extracción no seguros que pongan en riesgo al
ecosistema.
- La selección del método más apropiado para la producción de metano asociado a
hidratos depende de muchas variables tales como el ambiente donde se
encuentren, la temperatura del yacimiento, en pocas palaras permite seleccionar el
método del yacimiento.
- En los últimos años se ha observado una tendencia en la ampliación de la brecha
entre el precio del gas y del petróleo en el mercado estadounidense. Esto se
explica por la presencia de reservas de gas no convencional (shale gas), lo cual
efectivamente ha incrementado la oferta y competitividad del gas natural
reduciendo significativamente su precio a nivel mundial.
2. Bibliografía:
Trabajos citados
Asamblea contra la Fractura Hidraulica. (2011). La extracción de Gas No Convencional y la Fractura
Hidraulica. 24.
Comunidad de Madrid. (2002). El gas natural. Gas Natural, 19.
Corporación Mexicana de Investigación en Materiales. (2000). Fracturacion de Pozos para la
Extraccin de Gas. Expediente 387, 43.
GIL SANCHEZ, J. C., & ROJAS PARRA, F. (2008). Metodos utilizados en la recuperacion de gas
natural en formacines de hidratos de gas de lechs marinos. universidad Industrial de
Santander, 132.

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