En tiempos donde una verdad puede ser creada por medio de las redes sociales, Colombia Energía abre un espacio para que a la luz del conocimiento técnico pueda ser debatido el dilema del año: Manejo del agua en la industria del petróleo y gas.

La importancia de dialogar con datos

Algunos estarán cansados de este título, mis conocidos critican mi excesiva proclividad a dar datos y estadísticas, mi preparación como ingeniero y mi amor por la verdad científica no me dejan otro camino, como dijo uno de mis ídolos “sin datos, solo eres otra persona con una opinión.” (W. Edwards Deming). En estos tiempos de incertidumbre y fake news en diferentes aspectos de la sociedad, acoto mi voz a una cuestión que ha sido muy difundida basada en noticias, opiniones y/o tergiversaciones, pero sobre todo en datos erróneos: el falso dilema, agua o petróleo. En la actualidad el riesgo moral de la asimetría de la información entre quienes manejan las políticas, técnicas, consecuencias y el entorno o la comunidad hace que nos veamos obligados a alzar la voz y hablar con datos para darle un manejo más técnico a las discusiones y diálogos. La discusión Los medios de comunicación y muchos grupos ambientalistas, políticos y personajes han tomado partido en contra del fracturamiento hidráulico en no convencionales, una de las principales, sino la más usada, bandera es el uso de agua en estas actividades. A continuación, presento algunos argumentos, con bases numéricas, de por qué este enfoque está distorsionado.

No convencionales es un término que aplica como ingenieros para aquellos recursos en rocas que dadas sus características requieren artificialmente un aumento de permeabilidad (Figura 2), incluye rocas tipo shale (rocas sedimentarias con tamaño arcilla a limo Figura 1), metano asociado a mantos de carbón (CBM), arenas apretadas (Tight Sands), shales arcillosos (que sirven algunas veces de sellos naturales), granito, etc. sean generadoras de hidrocarburos o no, esto sin dejar de lado que en el PRMS- SPE, 2.4 “Unconventional resources” son definidos como las acumulaciones de petróleo que se extienden a lo largo de un gran área y no se ven significativamente afectados por las influencias hidrodinámicas y usualmente no tienen una trampa estructural - estratigráfica obvia.

También vale la pena diferenciar la arcilla que es una roca sedimentaria químicamente formada por silicatos hidratados de alúmina (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) de arcilla como una clasificación de tamaño de partícula.

Además, aunque suene trivial es menester diferenciar los hidrocarburos como un recurso natural no renovable (es decir finito) y el agua como un recurso natural renovable (que se restablece continuamente) imbuido en un ciclo natural. La cuestión mucho más técnica seria: ¿cómo las actividades O&G afectan el ciclo del agua y su disponibilidad? Este es el enfoque histórico que le han dado autoridades ambientales como la EPA en Estados Unidos, Canadá y Australia, entre otros.

La historia se repite

El negocio de petróleo y gas (O&G) ha sido una rica fuente de innovación a lo largo de su historia, desarrollo e implementación de tecnologías de punta para descubrir, producir y entregar cantidades cada vez mayores de petróleo y gas en ubicaciones complejas de la superficie de la tierra (Figura 3).

En el transcurso de esa conquista y lucha por brindar seguridad energética (Figura 4) en la sociedad han surgido convergencias de tecnologías, mediante el uso de innovaciones científicas, que han creado nuevas industrias o transformado las ya existentes. Así, el caso más representativo es la convergencia de la fracturación hidráulica, la perforación direccional de más condiciones de mercado que hicieron posible producir donde antes era totalmente descartado.

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Figura 4. La “producción” (gris) incluye petróleo crudo, petróleo no convencional, bituminoso, arenas petrolíferas y NLG, el “consumo” (naranja) también incluye etanol combustible y biodiesel, combustible usado por refinerías y pérdidas. Timo Grossenbacher (Universidad de Zurich). 2013.

Un caso de éxito: generalidades de la fracturación hidráulica en no convencionales

El fracturamiento hidráulico de no convencionales como una innovación moderna sobre todo generalizada y aplicada con éxito en los Estados Unidos trajo grandes beneficios a este país, históricamente un importador neto de energía que pasó a ser exportador de LNG (gas natural licuado Figura 5).

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Figura 5. Producción LNG exportación USA, UCube, Rystad Energy. 2018

En 2015 las exportaciones de gas natural licuado de Estados Unidos eran nulas, actualmente este país exporta a muchos lugares, como China con más de 500 millones de pies cúbicos diarios de gas.

Es importante decir que el fracturamiento hidráulico en no convencionales es una de las técnicas de obtención de energía que permite adquirir más energía por volumen de agua usada, esto no solo respecto a las energías fósiles alternativas, sino a la energía nuclear y biomasa (Figura 6).

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Figura 6. Consumo de agua como factor primario de extracción y procesamiento, ER=enriquecimiento, E S Spang et al 2014 Environ. Res. Lett. 9 105002.

También se debe decir que el gas natural exige pocos o nulos tratamientos para su uso, mientras que en la producción de petróleo convencional se requiere de la etapa de refinación y en el caso de la energía nuclear de diversas etapas que van desde la minería hasta el reprocesamiento. Sin embargo, la energía a partir de biomasa está fuera de escala por su alto uso de agua y ni que decir de las energías más usadas de tipo renovables que además de ser diluidas, difusas, no generalizables e intermitentes, exigen para su uso materiales y minería que llegan a ser hasta 15 veces las necesarias en la energía nuclear (Figura 7).

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Figura 7. Rendimiento de los materiales por tipo de fuente de energía, U.S Department of Energy DOE Quadrennial Technology Review, table 10, Murray R.L. and Holbert, K.E. 2015. Nuclear Energy: an introduction to the concepts, systems, and applications of nuclear processes (7th ed). Elservier.

Adicionalmente en el caso de la energía solar, el ciclo exige reciclaje de materiales, así por ejemplo la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA) en 2016 proyectó que esta cantidad podría alcanzar los 78 millones de toneladas métricas para el año 2050. En ese sentido, todas estas requieren reciclaje, ya que los paneles solares a menudo contienen plomo, cadmio y otros productos químicos tóxicos que no se pueden eliminar sin romper todo el panel (Figura 8), es por ello que muchos expertos y gobiernos consideran que todo el panel solar es peligroso, incluido el estado de California.

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Figura 8. End-of-life management: Solar Photovoltaic Panels, IRENA, 2016.

En el caso del gas natural no convencional podemos considerar tecnologías y mejoras actuales como PROPEL SSP® de FairmountSantrol que reduce adiciones de químicos entre 40 y 77%, tiempos de bombeo hasta de 14%, calentamiento de agua hasta de 57%, uso de agua hasta de 67%, unidades requeridas de bombeo hasta de 50%, todo esto mientras se puede aumentar hasta en 60% la densidad de pozos en la misma área superficial, el EUR/sección 92% (Recuperación Final Estimada).

Actualmente una de las formas que da mayor uso racional al agua para obtener energía 

gía es el gas natural usado en el proceso no convencional, en otras palabras, se obtiene más energía por galón de agua utilizando este proceso que otros (MMBtu/gal).

De esta forma, la innovación en la industria petrolera resulta fundamental no solo para reducir costos, riesgos y generar una mayor competitividad, sino también para aumentar la sostenibilidad y calidad de las operaciones y procesos; lo que estadísticamente equivale a reducir los defectos y fallas en cierto número de ciclos (un proceso de seis sigma tiene máximo 3,4 defectos por millón de oportunidades Figura 9), nuestra industria cada vez está más cerca de esta meta y hace todos los esfuerzos para llegar a ella.

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Figura 9. visión general del Seis Sigma, Mike L Crawley.

Hoy en día, la fracturación hidráulica es el área más innovadora de la industria O&G, donde se han presentado más solicitudes de patentes en los últimos 10 años, casi duplicando la cantidad de patentes asignadas desde 2006. Figura 10.

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Figura 10. Patentes relacionadas con la fractura hidráulica, Creating An Innovation Index From Patent Data, Deloitte Services, LP.

Como podemos ver, irónicamente, al hacer un enfoque holístico para evaluar cómo 

transformamos, obtenemos, distribuimos y almacenamos energía; es innegable que la fractura hidráulica en no convencionales es una maravilla de la ingeniería energética moderna al permitirnos obtener más con menos.

Esto sumado a que el gas natural es por antonomasia la energía de transición dada su flexibilidad, el combustible fósil más limpio y que cuenta con las reservas más seguras. Gracias a estas ingentes cantidades de gas natural los Estados Unidos han podido reducir la cantidad de carbón que consumen para la generación de electricidad y ello ha resultado en importantes reducciones en las emisiones de dióxido de carbono (Figura 11).

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Figura 11. Emisión de dióxido de carbono relacionada con la energía de EE. UU. 2005-2015, Energy Information Administration.

La innovación como el mayor recurso renovable ©2018 Fairmount Santrol

Nuestra industria es muy dada a la especialización de actividades, lo cual resulta benéfico en cuanto a la eficacia y eficiencia de los procesos y curva de aprendizaje, no obstante, en el entorno competitivo actual es necesario adicionar un componente holístico a las operaciones. En algunos casos hemos caído en un ensimismamiento que nos ha desconectado de las comunidades y sus necesidades de información, así como también hemos visto que el ataque frontal a nuestras actividades, inclusive por miembros del gremio, ha recibido tardíamente una respuesta correcta.

Para finalizar, debo decir que la fracturación hidráulica en no convencionales es una innovación y maravilla moderna. Los ingenieros O&G no solo debemos sentirnos orgullosos, sino que también debemos estar prestos, preparados y empoderados para explicar al sector los múltiples beneficios en este ámbito.