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MANEJO SUSTENTABLE DEL AGUA EN YACIMIENTOS NO CONVENCIONALES

Ecol. Jaqueline Salazar Montes de Oca Ing. Jesús Arenas Romero

Instituto Mexicano del Petróleo

Puebla de Zaragoza, octubre de 2017


• ANTECEDENTES

FONDO SECTORIAL CONACYT – SENER - HIDROCARBUROS

Asimilación y desarrollo de tecnología en

diseño, adquisición, procesado e

interpretación de datos sísmicos 3D-3C con

enfoque a plays de shale gas/oil en MéxicoLimonaria (1,200 km2) Galaxia (1,500 km2)

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• SUB-PROYECTOS

Adquisición

sísmica 3D

Perforación y

Terminación

Modelado

GeológicoImpacto Ambiental

y Social



• ACTIVIDADES

Impacto Ambiental y Social

Línea Base

• Medio físico

• Condiciones

ambientales

• Vida silvestre

• Uso de suelo

• Riesgo ambiental y

a la salud

• Medio social

Mejores Prácticas

• Análisis de

experiencias

• Integración de

mejores prácticas

ambientales

• Lineamientos

básicos

• Normatividad

complementaria

Manejo Ambiental

• Asimilación

tecnológica

• Impactos

ambientales y

sociales

• Entorno social

• Manejo y control

• Medidas preventivas

Marco Jurídico Ambiental Nacional e Internacional



• LINEA BASE AMBIENTAL

o Diagnóstico del comportamiento y la calidad ambiental de los cuerpos de agua

superficiales y subterráneos de las áreas Limonaria y Galaxia

Actividades

• Estudio de las condiciones hidrológicas locales

• Inventario de cuerpos de agua

• Censo de aprovechamientos

• Evaluación de la calidad del agua superficial y

subterránea

• Descripción de la distribución y uso del agua



• LINEA BASE AMBIENTAL

Actividades

• Identificación de las fuentes de contaminación

del agua

• Registro del nivel piezométrico

• Desarrollo del modelo hidrogeológico

conceptual

• Sondeos geofísicos (TEM’s)

• Identificación de la posible presencia de

acuíferos profundos

• Desarrollo del modelo de flujo subterráneo



• Línea Base Área Limonaria

o El Área Limonaria se encuentra en un medio rural, con

predominancia de áreas de cultivo y pastoreo y algunos

relictos de vegetación original del tipo selva baja.

o Se caracteriza por la abundancia de cuerpos de agua de

carácter perenne e intermitente, principalmente la presa Paso

de Piedras o Chicayán, construida para el control de

inundaciones, que abastece una extensa zona de riego y es la

principal fuente de suministro de la población.

o De acuerdo con el ICA para DQO, mientras que la calidad del

agua de la presa varía entre aceptable a excelente, en la

mayor parte de los arroyos evaluados el agua se encuentra

contaminada. Los principales contaminantes encontrados son

derivados de la presencia de materia orgánica (color,

turbiedad, COT) además de fenoles.

o El Área se localiza en una zona donde los acuíferos no están

identificados con déficit o disponibilidad. Sin embargo, casi no

se cuenta con aprovechamientos de agua subterránea.© 2017 Instituto Mexicano del Petróleo. Todos los derechos reservados. Este documento contiene información confidencial y propietaria del Instituto Mexicano del Petróleo. Su uso, distribución y reproducción está estrictamente prohibido excepto en el caso permitido por documento expresado


• Línea Base Área Galaxia

o El Área Galaxia se localiza en un área rural, donde predominan

los ranchos cinegéticos (UMA’s), además de zonas de pastoreo

y cultivos, con vegetación de tipo matorral bien conservada.

o Los cuerpos de agua superficial en la región son de carácter

intermitente, la principal fuente de suministro de la población

son los aprovechamientos subterráneos (pozos), embalses

artificiales y el agua del río Bravo.

o El Área se ubica entre los acuíferos Allende-Piedras Negras

(0501) e Hidalgo (0512), ambos reportados con disponibilidad

por la CONAGUA. El agua subterránea extraída se emplea en

su mayoría en el riego (78%) y en menor porcentaje al

suministro a las poblaciones (4%).

o De acuerdo con el ICA para DQO, la mayor parte del agua en

los embalses tiene una calidad que varía entre aceptable a

excelente. En el caso del agua subterránea, presenta alto

contenido de sólidos disueltos, principalmente cloruros y

sulfatos, además de aluminio.© 2017 Instituto Mexicano del Petróleo. Todos los derechos reservados. Este documento contiene información confidencial y propietaria del Instituto Mexicano del Petróleo. Su uso, distribución y reproducción está estrictamente prohibido excepto en el caso permitido por documento expresado


• LEGISLACIÓN


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• EXPLOTACIÓN DE YACIMIENTOS NO CONVENCIONALES

EXPLORACIÓN PERFORACIÓN Y TERMINACIÓN (FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO) DE POZOS

PERFORACIÓN FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO POST-FRACTURAMIENTOPROSPECCIÓN SÍSMICA

Etapas y actividades para la extracción de aceite y gas



• IDENTIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DE IMPACTOS



• USOS DEL AGUA

Lodos de perforación

o Calidad del agua varía desde potable hasta agua de mar (40,000 ppm de TDS)

o Los lodos bentonínicos se pueden preparar con agua de baja salinidad

o El agua no debe tener bacterias ni alto contenido de sólidos en suspensión

o Se le agregan productos químicos para diferentes funciones: inhibidores de hidratación de

arcillas, viscosificantes, etc.

Cementación

o El agua debe ser dulce (SD < 500 ppm) de preferencia, pero cualquier agua potable es buena

para el cemento

o Los carbonatos o bicarbonatos tienen un efecto impredecible sobre el tiempo de fraguado

o Se debe evitar el agua con alto contenido de estos componentes (mayor de 2,000 ppm).

o Se le agregan productos químicos que realizan diferentes funciones: aceleradores,

densificantes, retardadores, etc.

Servicios generales

o Se considera el agua para el personal que labora en las operaciones, que debe ser potable

o En otros usos que no impliquen consumo o contacto directo se puede emplear agua residual

tratada

o En comparación con otras actividades, la cantidad requerida es mucho menor© 2017 Instituto Mexicano del Petróleo. Todos los derechos reservados. Este documento contiene información confidencial y propietaria del Instituto Mexicano del Petróleo. Su uso, distribución y reproducción está estrictamente prohibido excepto en el caso permitido por documento expresado


• USOS DEL AGUA

Aditivos del fluido de fracturamiento

o Están reportados más de 100 compuestos, las formulaciones pueden llevar hasta 25 de ellos

y en algunos casos cerca de 40 aditivos.

o Son utilizados para disolver minerales, reducir la fricción, mantener las propiedades de los

fluidos, eliminar las bacterias, acarrear los apuntalantes, prevenir la corrosión, estabilizar el

fluido fracturante con los cambios de temperatura, espesar líquidos (agente gelificante) y en la

ruptura del gel (breaker)

o Algunos de ellos desempeñan más de una función durante el fracturamiento hidráulico.

Fluido de fracturamiento hidráulico

o Calidad del agua desde potable hasta agua de mar, salmuera o congénita de 30,000 ppm SDT

o Bajo contenido de bacterias, sólidos en suspensión, ácido sulfhídrico y oxígeno

o Compuesto principalmente por agua (87-94%), apuntalantes (4-9%) y el restante (0.5-3%)

está constituido por los aditivos químicos.

o Cantidad utilizada de 2.3 hasta 4.8 millones de galones (8,707 a 18,170 metros cúbicos) por

pozo, siendo el último valor el promedio para la formación Eagle Ford.



• FLUIDO DE RETORNO (FLOWBACK)

Condiciones

o Calidad del agua empleada para el

fracturamiento

o Aditivos químicos empleados

o Naturaleza de la formación geológica

o Presencia de agua en la formación

o Tiempo de contacto en el subsuelo

Composición

o Sales disueltas

o Minerales

o Químicos residuales

o Químicos degradados

o Sólidos suspendidos

o Materiales radioactivos

(NORM)

o Hidrocarburos

o COV’s

o Sulfhídrico y amoniaco




Componente Barnett Eagle

Ford

Fayetteville Haynesville Marcellus Bakken

Sodio Na (mg/L) 10,741 10,900 13,804 34,879 24,445 45,100

Potasio K (mg/L) 484 192 256 735 190 3,550

Magnesio Mg (mg/L) 316 111 293 828 263 720

Calcio Ca (mg/L) 2,916 1,270 1,046 7,052 2,921 9,020

Estroncio Sr (mg/L) 505 203 267 1,354 347

Bario Ba (mg/L) 15 10 18 1,121 679 13

Fierro Fe (mg/L) 28 112 0 147 26 77

Cloro Cl (mg/L) 23,797 19,318 23,856 71,143 43,578 91,300

Sulfatos SO4 (mg/L) 309 163 13 - 4 440

Bicarbonatos HCO3 (mg/L) 405 736 6,161 382 261 126

Solidos

disueltos

totales

TDS (mg/L) 39,516 33,015 45,715 117,641 72,714 150,346

Sólidos

suspendidos

totales

TSS (mg/L) 1,272 840 700 868 - -

TDS (mg/L)

Bakken 15,000 a 300,000

Eagle Ford 15,000 a 55,000

Permian Basin 20,000 a 30,000

Marcellus 20,000 a 100,000

Denver-Julesburg 20,000 a 65,000

Fuente: Key Shale Gas Water Management Strategies: An Economic Assessment Tool, James Slutz, Society of Petroleum Engineers, 2012, SPE 157532.

Composición promedio del agua de retorno y producida en los principales plays de EUA




Volumen del agua de retorno y producida en los principales plays de EUA

Barnett Fayetteville Haynesville Marcellus Bakken PermianEagle

Ford

Tipo de

producción Gas Gas Gas Gas Aceite Aceite

Gas/Aceite

/condensa

dos

Galones usados

en la perforación250,000 65,000 600,000 85,000 N.D N.D 125,000

Galones usados

para el

fracturamiento

3’800,000 4’900,000 5’000,000 5’500,000 N.D N. D 6’000,000

Total de agua

usada (millones

galones/pozo)

~4.0 ~4.9 ~5.6 ~5.6 ~2.2 ~1.1 ~6.1

% Flowback 20 a 40 10 5 10 a 40 15 a 40 20 a 40 <15

Volumen de

flowback 760,000 a

1’520,000490,000 250,000

550,000 a

2’200,000

330,000 a

880,000*

220,000

a

440,000*

900,000

Agua producida

(galones/MMCF) 1,000 <200 <200 200 >1,000 >1,000 <200

Volumen de agua

producidaModerado Bajo Bajo Moderado Alto Alto Bajo

Fuentes: Hydraulic Fracturing & Water Stress: Water Demand by the Numbers-Shareholder, Lender & Operator Guide to Water

Produced Water Reuse and Recycling Challenges and Opportunities Across Major Shale Plays, Matthew E. Mantell, P.E.,

Chesapeake Energy Corporation, March 2011.

* Calculado en base al % del agua total

usada en el pozo



• MANEJO DEL FLUIDO DE RETORNO (FLOWBACK)

o Almacenamiento

o Transporte

o Tratamiento

o Re-uso en fracturamiento

o Recuperación secundaria.

o Disposición en pozos de desecho.




Agua fresca/

Agua salobre

Acondicionamiento

Remoción de sólidos

suspendidos

Agua de retorno/

Agua producida

Remoción sólidos

suspendidosSeparación agua/aceite

Fracturamiento hidráulico

Re-uso

Disposición

Disposición

Remoción sólidos

disueltos




Térmicos

• Evaporación

• Destilación

• Cristalización

Físicos

• Sedimentación

• Filtración

• Separación con membranas

Químicos

• Aditivos químicos

• Electroquímicos

• Oxidación avanzada© 2017 Instituto Mexicano del Petróleo. Todos los derechos reservados. Este documento contiene información confidencial y propietaria del Instituto Mexicano del Petróleo. Su uso, distribución y reproducción está estrictamente prohibido excepto en el caso permitido por documento expresado7



Parámetros de interés

o Eliminación de aceite libre y disperso (API,CPI, DAF, EC, etc.)

o Sólidos suspendidos totales (Precipitación porgravedad, Filtración, Hidrociclones,Coagulación, Floculación, Sedimentación,DAF, EC, etc.).

o Compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos(Intercambio iónico, precipitación química, RO,MF, UF, NF, MVR).

o Sólidos disueltos totales (TDS) (tratamientosavanzados)

o Desinfección (EC, Ozono, SolucionesOxidantes Mixtas, Dióxido de Cloro, UV,Tratamientos Biológicos, etc.)

o Radiactivos (Precipitación)© 2017 Instituto Mexicano del Petróleo. Todos los derechos reservados. Este documento contiene información confidencial y propietaria del Instituto Mexicano del Petróleo. Su uso, distribución y reproducción está estrictamente prohibido excepto en el caso permitido por documento expresado



Criterios de selección

o % de remoción de contaminantes.

o Capacidad de tratamiento.

o Movilidad (instalación fija o móvil).

o Unidades requeridas para el tratamiento

o Espacio requerido.

o Consumibles (químicos, medios filtrantes).

o Consumo de energía.

o Subproductos (lodos, sólidos).

o Complejidad en su operación.

o Mantenimiento requerido.

o Costos de capital.

o Costos de operación.

o Proveedores.



• PROGRAMA DE MANEJO DEL AGUA

o Preparación del sitio

o Apertura de brechas y caminos

o Suministro de agua para servicios

o Transporte y almacenamiento de materiales

o Control de descargas

o Tratamiento de aguas residuales sanitarias

o Manejo de residuos

Exploración



• PROGRAMA DE MANEJO DEL AGUA

o Preparación del sitio

o Apertura de caminos

o Suministro de agua potable y para servicios

o Transporte y almacenamiento

o Tratamiento de aguas residuales sanitarias

o Preparación de lodos de perforación ycementos

o Tratamiento de lodos de perforación

o Preparación y manejo del fluido defracturamiento

o Recuperación y tratamiento del agua de

retorno y del agua congénita

Perforación y terminación



Exploración sísmica Perforación Terminación (FH)

Línea Base

•Hidrología

•Geohidrología

•Calidad del agua

•Modelo geológico

•Disponibilidad

Legislación

• Federal

•Estatal y Local

•Tratados

•Decretos

•Normas

•Guías

Agua de Retorno y Agua Producida

•Almacenamiento

•Tratamiento*

•Re-uso

• Inyección para recuperación secundaria

•Disposición en pozo letrina

Consumo del agua

• Lodos de perforación

•Cementación

•Aditivos

• Fracturamiento hidráulico

• Servicios generales

Protección ambiental

•Posibles impactos al medio acuático

•Medidas de prevención

•Medidas de control

• Indicadores de desempeño

* Tratamiento del Agua

•Monitoreo tecnológico

•Calidad esperada

•Procesos disponibles

•Criterios de Selección



• MEJORES PRÁCTICAS





Guía API HF3

o Selección del fluido de fracturamiento

o Manejo de aditivos y materiales

o Transporte de aditivos y otros materiales

o Planeación del sitio

o Manejo del agua

• Preparación en sitio

• Fosas superficiales y tanques de almacenamiento

• Prevención y control de derrames

• Manejo y control de precipitaciones pluviales

o Mantenimiento de equipo e instalaciones

o Reducción de la superficie afectada

o Protección de la calidad del aire

Fuente: Practices for Mitigating Surface Impacts Associated with Hydraulic Fracturing. API Guidance Document HF3




Objetivo fundamental

Mejorar el proceso de la toma de decisiones para reducir los impactos ambientales y sociales que podrían suceder en el desarrollo de shale gas/oil en México, considerando:

o Reforzar y promover acciones de prevención, mitigación y monitoreo para el manejo de riesgos ambientales y sociales

o Reforzar imagen corporativa en el apego a los principios de desarrollo sustentable: incluye el reconocimiento público, transparencia y la participación ciudadana, entre otros

o Potenciar los resultados de las lecciones aprendidas en países que han desarrollado este recurso


Mejores prácticas

Ambiente

Sociedad

Economía



Mejores prácticas


¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

ING. JESÚS ARENAS ROMERO

[email protected]

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