Estrategias sustentables de diseño de agentes de sostén cerámicos para la extracción de hidrocarburos no convencionales a partir de materias primas no tradicionales

Abstract

Argentina ocupa el segundo y cuarto puesto en el mundo en recursos de petróleo y gas no convencionales, respectivamente. La formación Vaca Muerta (VM) posee una superficie de 30.000 km2 y los hidrocarburos se encuentran a profundidades mayores a los 3000 m. Las formaciones no convencionales de tipo shale, como VM, se caracterizan por tener permeabilidades muy bajas y por contener a los hidrocarburos en microporos aislados, de modo que su extracción no se puede realizar por los métodos convencionales. Para generar permeabilidades que faciliten la extracción del petróleo y gas es necesario efectuar operaciones de estimulación hidráulica. Este proceso consiste en inyectar al pozo fluidos de fractura, a elevada presión, con el fin de generar fisuras en la roca que actúen como canales para la extracción de los hidrocarburos. Los agentes de sostén (AS) son materiales granulares, de 0.2 a 1.5 mm de diámetro, cuya función principal es mantener abiertas las fracturas generadas por la estimulación hidráulica.En Argentina hay actualmente más de 200 pozos no convencionales operativos y la preparación de cada uno consume, en promedio, 2000 toneladas de AS. Los AS deben cumplir con rigurosas especificaciones técnicas, como distribución granulométrica, resistencia mecánica y conductividad hidráulica del lecho, entre otras. Los AS pueden clasificarse en dos grandes grupos según su composición: arenas naturales y agente de sostén cerámico (ASC). El objetivo general del plan de trabajo es generar conocimiento básico y aplicado para establecer la tecnología y la ingeniería conceptual de la fabricación de ASC, mediante la incorporación de materias primas no tradicionales en su composición. Se hará foco en la reutilización de subproductos (residuos) de la industria local como una parte de las materias primas, generando ciclos sustentables dentro del marco de la economía circular.El estudio consiste en el desarrollo escala laboratorio y banco, identificando, explorando y optimizando las variables y propiedades tecnológicas críticas de procesamiento, con el objeto de generar la información necesaria para el desarrollo de estas tecnologías. Con el fin de favorecer una producción nacional y competitiva, se eligieron materias primas nacionales, abundantes y de bajo costo, permitiendo también facilitar el escalado del material. Los residuos evaluados hasta el momento son el vidrio reciclado, la ceniza de cáscara de arroz y la escoria de alto horno, los cuales fueron pre-caracterizados mediante difracción de rayos x, análisis térmico diferencial y termogravimétrico, entre otras, para determinar posibles formulaciones y temperaturas de sinterización. Los resultados obtenidos al hasta el momento mostraron que se obtienen AS competitivos, debido a su baja densidad (2.5 g/cm3) y buena relación de rotura (7.8 % en peso de rotura a 5000 psi, o 34.5 MPa), considerando la ruta de procesamiento de bajo costo involucrada.