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ALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE LA FRACTURAHIDRULICA EN LA EXTRACCIN DE GAS ESQUISTO

Arthur N. Palmer Profesor Emrito

de la Universidad del Estado de Nueva York

IntroduccinHay varios argumentos convincentes a favor de la extraccin de gas desde yacimientos de

i!arra en los estados del este" con incremento de roduccin or la fractura hidr#ulica$ Es %uena ara la econom&a. 'rea emleos. (uministrar# al a&s energ&a" muy necesaria )y relativamente limia*.

Pero hay argumentos en contra de este lan$ Es malo ara la econom&a )or no ha%lar de la infraestructura y la calidad de vida*. +os emleos ser#n rincialmente ara forasteros eseciali!ados. No necesitamos la energ&a en este momento )hay un exceso de gas natural*. Pone en eligro los acu&feros.

,uerr&a resumir %revemente los asectos econmicos" y exlicar tam%in los eligrosgraves de la fractura hidr#ulica desde una ersectiva hidrolgica. -e%er&a sealar /ue soyhidrlogo rofesional eseciali!ado en el agua fre#tica )ver '0 al final* y /ue he tra%a1adotam%in como consultor en varias emresas de etrleo y gas )A2'3" Plano" 45" ahora

arte de 6P 7rou8 (tone Energy 'ororation" y otras*" y cono!co y cola%oro con

centenares de gelogos de etrleo. Por lo tanto" no tengo re1uicio inherente contra laindustria etrolera.

Unos cuntos !untos "con#icos

H$% #uc&$ !ris$ !$r$ !"r'or$r $&or$ % no #s t$rd"( -esde el unto de vista de lasemresas etroleras y cierto n9mero de terratenientes afortunados" esto tiene sentidoeconmico desde la ersectiva de ganancias monetarias. Pero d"sd" )$ !"rs!"cti*$ d" )os+o,i"rnos "st$t$)"s % )oc$)"s- )$ !ros!"rid$d $ )$r+o !)$.o- "stnd$r"s d" !"r'or$cin %contro)- % ,"n"'icios "con#icos- /st" "s ") !"or #o#"nto !$r$ !"r'or$r(

:. El recio del com%usti%le est# relativamente %a1o ahora. Piensa usted /ue el recioest# alto ahora. Ya ver#.

;. Ahora hay tal exceso de gas natural venido de extracciones en el este /ue lo est#ntransortando or gaseoductos a los estados m#s al oeste" y hay lanes de venderloen el extran1ero.

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Un !unto cu)tur$)

+a extraccin de gas est# enfrentando a los vecinos" a los ue%los contra el estado" etc. ?staes una situacin indesea%le donde unos ocos se %enefician de ella y todos los dem#s lasufren. Esta afirmacin uede arecer exagerada" ero los efectos emie!an a sentirse

incluso donde la fractura ni si/uiera se ha iniciado.

0 un #"ns$1" s"rio so,r" )$ c$)id$d d") $+u$

S" &$ d$do )u. *"rd" $ )$ "2tr$ccin d" +$s % $ )$ 'r$ctur$ &idru)ic$ "n #uc&$s r"$s-con tr"s condicion"s3 ):* /ue la agencia medioam%iental estatal suervisar# lasoeraciones ara asegurar /ue sean conformes a sus regulaciones8 );* /ue la calidad delagua en la vecindad ser# controlada8 y )

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ero /ue no soortan utili!arla. +a calidad del aire est# deteriorada or causa de un mal olorersistente. Pero todo est# %ien or/ue no se han re%asado las normas de calidad del aire.Estos ro%lemas afectan tam%in a la gente /ue tiene o%1eciones a la extraccin de gas ensu regin.

+as ermisivas normas /ue regulan a las emresas de gas son una farsa. No se ermitir&a a

ning9n individuo articular violar las normas de la EPA como las oeraciones de Irackinglo hacen legalmente. -ado /ue la fractura y sus fluidos est#n actualmente exentos de lasnormas de la EPA )gracias al lobbying*" y son roietarias de las atentes de sus roductos"@cmo se ueden esta%lecer mtodos de control efectivosB

8% ") !ro,)"#$ #s +r$*" d" todos

+os fluidos de la fractura se inyectan a rofundidades de miles de ies" muy or de%a1o delos o!os de agua. 4am%in" la mayor arte de ellos se extraen desus de la fractura. Perose /uedan unos fluidos residuales$ es casi imosi%le %om%earlos fuera. (e suone /ue se

/uedan en el sitio" a%a1o" muy le1os de la suerficie. No es verdad$ se mueven.

'ual/uier hidrlogo sa%e /ue el flu1o del agua fre#tica no se limita a las !onas ocorofundas. +os atrones y la f&sica del flu1o est#n cuantificados desde rinciios del siglo55 y han sido verificados muchas miles de veces en la r#ctica. Aun cuando no hay

ro%lemas en y alrededor de las lataformas" los contaminantes se mover#n cuesta a%a1olenta ero inevita%lemente a los valles de los rinciales r&os. En las montaas Aalaches"eso es lo /ue ocurre donde se encuentra la mayor arte de los centros de o%lacin y de losacu&feros m#s imortantes. No es ro%a%le /ue la erforacin tenga lugar en los valles" eroson las #reas m#s amena!adas or los contaminantes. Esto no es dar una alarma falsa" sinoestar tan cerca de los hechos cient&ficos como se uede llegar en el camo de la geolog&asu%terr#nea.

Hay /ue oner esto en ersectiva. Extensiones densas de residuos txicos y mort&feros novan a inundar tales !onas" sino /ue ha%r# filtraciones de contaminantes en e/ueascantidades durante muchas dcadas e incluso siglos. Es osi%le /ue se diluyan tanto /ue se/ueden de%a1o de los l&mites normales del agua ota%le. @Pero or /u de%er&amos imonereste tio de contaminacin a niveles %a1os a una gran orcin de nuestra o%lacinB ?stetio de contaminacin tiene una historia infame. Hay m9ltiles e1emlos donde no se diocuenta de los efectos txicos de contaminantes hasta /ue fue demasiado tarde$ @se acuerdadel --4" los P'6" thalidomide" etc.B El '-' tiene catalogados centenares de

contaminantes a niveles %a1os en cueros humanos ad/uiridos or nada m#s ser exuestos aellos untualmente. Justo lo /ue hace falta son ms contaminantes inyectados en elsu%suelo" donde ser# literalmente imosi%le" tanto f&sicamente como econmicamente"/uit#rselos. (i el fracking llega a ser como una fie%re de oro" con los terratenientescomitiendo con sus vecinos or los %eneficios" ha%r# extensiones largas de roductos/u&micos a gran rofundidad. Estar#n de%a1o del nivel de los o!os de agua" ero eso noevita el ro%lema.

+os atrones del flu1o del agua fre#tica son conocidos desde hace m#s de un siglo" y en los9ltimos KL aos han sido cuantificados con la ayuda de las leyes f&sicas y ro%ados en todas

artes del mundo )rimeras referencias$ Hu%%ert" :M>L8 4th :M

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las flechas. No ueden disersarse en direccin corriente arri%a sino cuando no hay casiflu1o. El agua filtra or suerficies de tierras altas y fluye hacia a%a1o" lateralmente y alfinal or arri%a hacia los valles$

flow systems$ sistemas de flu1o stagnation$ estancamiento

+as l&neas discontinuas muestran la distri%ucin de carga hidr#ulica" a travs de la cual sefluye el agua )de carga alta a carga %a1a*. (iga cual/uiera de las l&neas slidas ara veradnde van el flu1o y los contaminantes. +a escala vertical no es exagerada.

@A /u velocidad se mueven el agua y los contaminantesB Esto tam%in tiene /ue ver conleyes f&sicas %ien esta%lecidas" ero resuestas detalladas son dif&ciles de conseguir or/ue

el comortamiento de las rocas su%terr#neas se conoce con recisin solamente donde haymuchos o!os y rastreos de tinte. Un e1emlo simlificado da muestra de la velocidad con/ue los contaminantes ueden mover en un sistema t&ico de agua fre#tica$

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flow lines$ l&neas de flu1o water table$ caa fre#tica yr$ ao

Esta ilustracin fue diseada con el softGare D3-I+3O )U.(. 7eological (urvey*. Nohay exageracin vertical. 2eresenta el atrn t&ico de flu1o del agua fre#tica desde tierraalta hacia un valle )i!/uierda a derecha*. +a suerficie de la tierra no se ve" or/uesolamente el atrn del agua fre#tica es de imortancia cr&tica. El agua fre#tica se cuela orfiltracin or toda la regin" y sale en un valle a la es/uina derecha suerior. +a inclinacinde la caa de aguas fre#ticas es el resultado de una filtracin de :L cmCao en rocas conconductividad hidr#ulica media de :L> cmCsegundo. Esto es t&ico de la arenisca" uno de losmateriales su%terr#neos m#s comunes en los Aalaches. En la i!arra la conductividad esnormalmente unas :LL veces m#s %a1a" ero la fracturacin hidr#ulica incrementar&a estevalor. Adem#s" la mayor arte de los contaminantes se mover&an fuera de la i!arra a rocasadyacentes m#s ermea%les" tales como la arenisca. En los Aalaches la tasa de filtracin

uede ser hasta veces mayor" deendiendo del clima" tio de suelo y toograf&a locales.Una tasa de infiltracin m#s alta roducir&a una curvatura QmoundingR m#s alta de la caafre#tica encima del valle" y un flu1o del agua fre#tica roorcionalmente m#s r#ido" erolos atrones de flu1o no cam%iar&an mucho.

@A /u velocidad se mover#n los contaminantesB (uongamos una orosidad de L":):LS*. ?sta es ro%a%lemente un oco alta" ero una orosidad menor da un flu1o msrpido. (e suone una conductividad hidr#ulica )T*" o ermea%ilidad" de :L > cmCsegundo)t&ica ara la arenisca" el material de acu&fero m#s com9n en los Aalaches*. -onde A" lavelocidad local es cerca de :""mCao. -onde 6 y ' las velocidades son un oco menores" ero todas ellas aumentan

mucho yendo hacia el valle or/ue el flu1o va convergiendo a un #rea m#s e/uea.

Estas velocidades arecen algo %a1as. Har&an falta varios centenares de aos ara /ue loscontaminantes via1asen una milla. Esto suena %ien si no te imorta /ue tus nietos tengan/ue sufrir el ro%lema. Pero la estimacin se %asa so%re flu1o difuso or un materialhomogneo. El flu1o m#s r#ido ocurre or fisuras mayores )diaclasas" fallas*" y como lacarga hidr#ulica es menor en estos canales eficientes" el agua fre#tica en las #reas alrededorconverge hacia ellas" y ellas dan canales mayores ara contaminantes.

'onsideremos un sistema de fracturas con un ancho medio de : mm y un gradientehidr#ulico de L": ):LLm or km" com9n en los Aalaches*. +a velocidad de flu1o or unafisura se calcula or cuadrar la anchura )cm;*" multilicar or el eso esec&fico del agua)ML dinasCcm

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)cerca de L"L:< dinassegundaCcm;a L grados I*. +a velocidad or esta fisura ser# unos"; cmCsegunda" Ve/uivalente al flu1o de un kilmetro en menos de horasW Este gradientey esta anchura de fisura son mayores /ue la media. A un gradiente de L"L: ):LmCkm* elflu1o ser&a la decima arte y re/uerir&a L horas =no consuela mucho=. +a mayor arte delas fisuras son m#s estrechas" algo como L": mm )L.L: cm*$ en com%inacin con elgradiente m#s e/ueo dar&a una ra!n de flu1o de LLL horas or kilmetro" o unos ;LL

d&as. Esto nos da tiemo ara rela1arnos antes de /ue lleguen los contaminantes.

Pero el volumen de estos contaminantes de velocidad r#ida ser# a9n relativamentelimitado" y algunos ueden degradarse en su%roductos inofensivos. Podr#n causarr#idamente ro%lemas en algunos o!os" ero har#n falta centenares de aos ara eldrena1e de toda la carga de contaminantes. El nivel del contaminante ascender# lentamentehacia la cima y entonces desciende incluso desciende m#s lentamente. Dientras tanto todoslos acu&feros de arena y grava en el valle estar#n susceti%les a contaminacin. Y losha%itantes del valle no tendr#n ni idea de dnde han venido los contaminantes. +asconcentraciones de ellos ueden ser %a1as" ero esto deende de cu#nto ha sido inyectado alsuelo y no ha sido recuerado. En /u grado de contaminacin ocurre" y en /u consiste" se

escaa a nuestro control.

+os modelos t&icos del agua fre#tica )tales como el utili!ado ara construir el diagrama deflu1o* deenden de ermea%ilidades medias en rue%as de %om%eo. ?stas su%estimaninevita%lemente las tasas m#ximas de flu1o" /ue tienen lugar or fracturas interconectadas.Esta discreancia se uede demostrar or comarar rastreos de tinte con el resultado de losmodelos del agua fre#tica. Oorthington et al. );LL;* descri%en un e1emlo decontaminacin de un acu&fero /ue cost K vidas y caus enfermedades )algunas crnicas* enunas ;LLL ersonas" donde modelos est#ndares del agua fre#ticasubestimaron la tasa deflu1o or un factor de L o KL. +a verdadera ra!n de movimiento de contaminantes fuedemostrada con tinte rastreador.

@?stas fracturas son muy comunesB @4ienen un verdadero efecto en la contaminacin delagua fre#ticaB Yo vivo en 3neonta" Nueva York" entre el r&o (us/uehanna y el arroyo3tego. +os dos valles fluviales son sosechosamente rectos or largas distancias" or lo /ueser&a necesario hacer un control de las fallas. Pero hasta :

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O,r$s cit$d$s

Hu%%ert" D.T." :M>L" 4heory of groundGater motion$ Journal of 7eology" v. >" no. " . K=M>>.

4th" J." :M

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A6:NDICE3 6RODUCCIN DE GAS DE 6I;ARRA EN TERRENOS

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oca rofundidad. (in em%argo" cuevas rofundas ueden formarse tam%in donde la rocatiene fallas o liegues. (istemas de cuevas /ue serentean m#s de

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normales del agua fre#tica" or lo tanto su resencia no se detecta f#cilmente. Puedemoverse de%a1o de las l&neas de articin toogr#ficas" e incluso a travs de l&neasde articin del agua fre#tica" de las /ue maas han sido creados a %ase de datos de

o!os" y alcan!ar la caa fre#tica desde donde ocurriese la contaminacinsuerficial$

Iuente$ A. Palmer" ;LLK" 'ave 7eology$ -ayton" 3H" 'ave 6ooks" .

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d( -esde los untos de contaminacin 5" el agua fre#tica se mueve lentamente or elgradiente hidr#ulico or v&as m#s o menos redeci%les a valles a am%os lados de lameseta. Pero los contaminantes ya no tienen osi%ilidad de correccin" menos a9ndonde ha ocurrido el vertido.

Iuente$ A. Palmer" ;LLK" 'ave 7eology$ -ayton" 3H" 'ave 6ooks" . . Duchos contaminantes son flotantes" l&/uidos menos densos /ue el agua. En losconductos k#rsticos" ellos tienden a acumularse donde el agua de la cueva se colectaen un sumidero )donde el techo est# de%a1o del nivel del agua*. 'on el tiemo estematerial uede /uedarse y acumular" con la osi%ilidad de /ue vol#tiles escaen dela solucin y salgan a la suerficie a travs de la fracturas. Este ro%lema emeoradurante las inundaciones" cuando el agua llena las cuevas y fuer!a a loscontaminantes a fluir hacia arri%a a travs de m9ltiles fracturas" disers#ndoloslateralmente tam%in. 'omo resultado el escae de dichas sustancias uede sermucho mayor.

Esto uede ser un serio ro%lema. Han sido documentados e1emlos donde laacumulacin de sustancias vol#tiles ).e1." vaores de gasolina* ha alcan!ado nivelesotencialmente exlosivos en edificios situados encima.

Detano )'H>* es el hidrocar%uro m#s ligero y el menos solu%le de los gasescomunes. Por s& mismo es el menos ro%a%le /ue contri%uya a este tio decontaminacin" ya /ue el ro%lema es con los vertidos cerca de la suerficie. (inem%argo" la filtracin de metano desde a%a1o uede contri%uir al ro%lemaanteriormente ilustrado.

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Conc)usin

L$ cont$#in$cin d" )$s $+u$s su,t"rrn"$s !or )$ 'r$ctur$cin &idru)ic$ d")"s4uisto r"!r"s"nt$ un$ s"ri$ $#"n$.$ $ )os su#inistros d") $+u$ 'r"tic$( Est$cont$#in$cin no !u"d" s"r r"#"di$d$- !or4u" su #$+nitud % +r$n dis!"rsin &$c"n4u" s"$- '>sic$ % "con#ic$#"nt"- i#!osi,)" ))"*$r)$ $ c$,o( E) !ro,)"#$ s" co#!)ic$

!or ") =$rst-"n ") 4u" )$ dis!"rsin d" )os cont$#in$nt"s !u"d" ocurrir con r$!id". %d" #$n"r$ i#!r"d"ci,)"- $s> co#o "n $cu>'"ros $d%$c"nt"s no =$rsti'ic$dos(

R"'"r"nci$s Su!)"#"nt$ri$s

'raGford" N." ;LL:" Pro%lemas medioam%ientales asociados con el desarrollo ur%ano so%reel karst. 6oGling 7reen" Tentucky" en 6.I. 6eck y J.7 Herring )eds.*" Alicaciones7eotcnicas y Dedioam%ientales de la 7eolog&a T#rstica e Hidrolog&a$ +isse" Netherlands"A.A. 6alkema" . ;>.

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