The Second Version

16/09/13

Un Fracking di Gas

Da qualche tempo a questa parte si sente parlare molto di fracking ma putroppo spesso a sproposito - se non addirittura ad minchiam. Con questo pezzo cerchero' almeno di illustrare i concetti di base del fracking.


Il nome fracking sta per Hydraulic Fracturing (fratturazione idraulica), ed il nome gia' spiega il principio operativo della tecnica: l'iniezione in un pozzo di fluidi a pressione tale da vincere la pressione geologica e la resistenza meccanica delle rocce in modo da aprire fratture per consentire il flusso di fluidi. Il fracking viene usato principalmente per la coltivazione dei giacimenti di gas naturale, ma puo' essere impeigato anche per l'estrazione di petrolio, vapore geotermico, acqua non potabile ed in rari casi anche acqua potabile.

Siccome le operazioni di fratturazione portano comunque un costo aggiuntivo, questa tecnica viene usata solo dove necessaria e vantaggiosa (salvo errori di valutazione). Che significa, dove le rocce serbatotio degli idrocarburi hanno bassa permeabilita' e sono sucettibili alla fratturazione. Senza fracking, la produzione di idrocarburi sarebbe scarsa e non conveniente visto il difficile flusso dalle rocce serbatoio al pozzo.
Il bersaglio tipico del fracking sono gli scisti contenenti gas; questo tipo di giacimenti si trovano negli USA, Inghilterra, Nord Germania ed Olanda. Il fracking a volte viene usato anche per estrarre gas naturale dai filoni di carbone a bassa permeabilita'.
Mentre i giacimenti italiani si trovano, secondo geologia.com, principalmente in livelli sabbiosi (Pianura Padana e nord-Adriatico) e calcari/conglomerati (resto del paese), con l'unica eccezione del giacimento Luna che invece si e' localizzato in arenarie/conglomerati. Per le sabbie di certo il fracking non serve, e pure per i calcari/conglomerati in genere non si usa la fratturazione; solo le arenarie potrebbero prestarsi al fracking nel caso abbiano bassa permeabilita'.

Il fracking si divide in genere fra operazioni su piccola scala e larga scala.
La fratturazione su piccola scala, not anche come stimolazione, e' una tecnica impiegata spesso per mettere in produzione i pozzi di idrocarburi riaprendo le fratture otturate dalle operazioni di trivellazione e cementazione nel volume adiacente al foro.
Il fracking su larga scala invece ha lo scopo di produrre fratture dove non esistevano; e' generalmente associato alle tecniche di trivellazione orizzontale che possono praticare lunghi fori all'interno degli strati di scisto, per cui diventa possibile trattare un gande volume di roccia serbatoio con una sola operazione di fratturazione.

I fluidi usati per il fracking sono costituiti per piu' del 90% da acqua, e per il resto composti diversi. Fra questi, la sabbia spaziatrice (proppant) che serve ad inserirsi nelle fratture aperte dalla pressione idraulica per evitare che si richiudano; si puo' trattare di sabbia silicea naturale oppure di materiali ad alta resistenza (allumina) per gli impieghi piu' gravosi. Ci sono poi miscele di polimeri (anche naturali, come la gomma guar o derivati della cellulosa), tensiottivi e sali per controllare la viscosita' del fluido, che durante il pompaggio deve'essere abbastanza alta da mantenere la sabbia in sospensione, ma deve prestarsi ad essere ridotta per permettere un buon riflusso del fluido al termine della fratturazione: il controllo della viscosita' viene effettuato variando il pH dei fluidi oppure aggiungendo sostanze capaci di modificare la struttura dei polimeri presenti.

Altri additivi sono: acidi (per controllo pH e/o aprire fratture), battericidi, anticorrosione, anti-incrostazioni e forse pure altri. Bisogna notare, nessuna di queste sostanze e' particolarmente tossica in se' (non come, ad esempio, idrocarburi aromatici o pesticidi); spesso si tratta degli stessi composti - sebbene in forma meno pura - usati per detergenti domestici se non cosmetici.


Non esiste una composizione standard per i fluidi di fracking: l'esatta miscela viene decisa caso per caso a seconda delle caratteristiche del pozzo da fratturare e variata durante la fratturazione stessa per adattarsi alle condizioni osservate. Se ci sono segreti riaguardo la composizione dei fluidi od i loro componenti, so tratta di normali segreti commerciali e non sinistre cospirazioni.

Per la operazioni di fracking in genere si  procede in diverse fasi:
- Misura delle proprieta' del giacimento per stabilire i parametri del processo (composizione del fluido, portata, pressione, tempi ecc)
- Pompaggio dei fluidi per la fratturazione sotto costante monitoraggio delle variabili operative: pressione, portata e, utilizzando sensori posti in pozzi ausiliari od anche in superfice, estensione delle fratture.
- Spesso si procede per sezioni, isolando una sezione di pozzo dall'altra con appositi tappi, per risparmiare sul volume di fluidi. Il numero di sezioni varia da 5-6 degli esordi ai 60 usando le tecnologie piu' avanzate.
- Riduzione della viscosita' del fluido e riflusso; le acque reflue vengono inzialmente stoccate sul posto in apposite vasche, e quindi smaltite per ri-iniezione in profondita', oppure trasportate presso centri di trattamento. Si stanno anche sviluppando sistemi mobili di trattmento acque per depurarle sul posto. Ovviamente una parte dei fluidi si disperde nella roccia.
Le attrazzature di superfice quindi comprendono: serbatoi per i componenti dei fluidi; miscelatori; pompe ad alta pressione con relative tubazioni; sistemi di misura e controllo; sensori per il monitoraggio; sala di controllo ed infine vasche per i reflui.
Un'intera operazione di fracking non prende molto tempo: il pompaggio per una sezione in se' e' un lavoro di alcune ore, mentre includendo preparazione e successiva smobilitazione si arriva forse a diversi giorni (escludendo i ritardi burocratici).

I problemi legati, o sospettati, riaguardo al fracking sono diversi. Il primo e' il gande consumo d'acqua, che nelle regioni o stagioni aride puo' mettere le operazioni di fratturazione in contrasto con altri usi delle risorse d'acqua. Bisogna pero' notare che l'uso di acqua per fracking non e' smodato se paragonato ai comuni usi industriali; gli avanzamenti tecnologici e procedurali nel fracking poi vanno verso la riduzione del volume di fluidi e nel trattamento acque in situ, cosi' che possano essere riciclate per altre operazioni.
Un altro problema spesso sollevato e' la contaminazione degli acquiferi da parte dei fluidi di fracking oppure da parte di gas/olio liberato colla fratturazione. Mentre una tale contaminazione e' possibile, a me pare difficile che accada: gli acquiferi in genere si trovano a livelli molto piu' superficiali degli scisti (con una separazione che supera i 2000 m, mentre le fratture da fracking sono lunghe intorno a 200 metri), ed i pozzi vengono rivestiti e cementati (anche per requisito di legge) specialmente per proteggere gli acquiferi. Anche i casi di supposta contaminazione delle falde con gas metano mi sembrano dubbi, vista la presenza naturale di questo gas nelle acqua sotterranee in diverse parti del mondo.
Un recente rapporto arriva alla conclusione che il fracking causa principalmente inquinamento atmosferico Incuriosito, ho letto l'estratto: a quanto pare questo inquinamento e' indiretto in quanto deriva dalle emissioni dei mezzi e veicoli a motore usati per il pompaggio ed il trasporto dei materiali, ed in secondo luogo dal gas naturale disciolto nei fludie liberato in superfice. Probabilmente vero, ma io suggerirei cautela nel considerare effetti di secondo e piu' alto ordine, perche' se non ci si mette un limite si puo' attribuire di tutto al fracking (od altra attivita' a scelta). Putroppo il fracking e' diventato un'altro argomento molto politicizzato, per cui e' difficile trovare fonti affidabili per quanto riguarda l'impatto ambientale della tecnica.
Personalmente, visto che - cosa poco nota - il fracking e' stato usato estesamente nel Nord Europa fra gli anni '70 ed '80 senza provocare disastri, sono propenso a pensare che gran parte dell'allarme fracking sia ingiustificato.
Un rischio viene dal versamento accidentale di materie prime o fluidi pronti sul terreno: per ridurre il rischio e l'impatto in caso di incidente bisogna adottare le opportune misure - che pero' non sono certo una novita' nel campo industriale.

Si parla anche molto - e talvolta in termini deliranti - del legame fra fracking e terremoti. Da quanto ho visto finora, la fratturazione idraulica in se' puo' causare terremoti, ma molto deboli - intorno al magnitudo 2. Ora, e' legittimo che gli abitanti di una zona soggetta a fracking non vogliano vivere con tremori continui, ma magnitudo intorno a 2 non e' generalmente pericoloso. Terremoti pu' forti (fino ad M4.5 se non erro) pare siano causati dalla reiniezione delle acque reflue, se queste acque vanno a lubrificare una falda sotto sforzo. Se pure c'e' un legittima preoccupazione per la sismicita' causata dal fracking, l'idea che questa tecnica possa provocare terremoti distruttivi o sciami sismici prolungati e' molto fantasiosa - per usare un termine delicato.

I benefici del fracking sono di natura economica (minori prezzi del gas naturale) ed ambientale (il gas e' un combustibile piu' pulito), ed anche geostrategica: al contrario dei giacimenti convenzionali di gas e petrolio, che sono in gran parte concentrati in aree disgraziate tipo Golfo Persico, Nigeria, Venezuela (od ancora arretrate come l'Indonesia), i giacimenti di gas non convenzionale - scisti, arenarie, sabbie bituminose, filoni di carbone - contengono quantita' enormi di gas e sono meglio distribuiti nel mondo; si trovano anche negli stati avanzati e civili - o quantomeno utilizzatori di gas: il loro sfruttamento puo' ridurre il peso strategico dei produttori petroliferi del medioriente.

Aggiornamento 17 Sept: Il riflusso dei fluidi di fracking avviene grazie alla pressione del gas o quant'altro nel pozzo che respinge il fluido verso l'alto. Una volta terminata la fratturazione, si procede alle prove di produzione: se tutto e' andato bene, il pozzo sara' produttivo, ma rimane una possibilita' non nulla che si tratti di un fallimento ed il pozzo debba essere abbandonato.

Una tecnica simile al fracking e' quella dell'acidificazione. Anche in questo caso fluidi a base acquosa vengono pompati nel pozzo per aprire fratture, ma per creare canali permanenti si aggiunge un acido (comunemente l'economico e non tossico HCl 15%) che possa asportare una certa quantita' di roccia e quindi formare canali che rimangono aperti anche quando la pressione viene rilasciata. L'acidificazione e' raccomandata per fromazioni di rocce calcaree relativamente superficiali e fredde (l'alta temperatura accelera la reazione dell'acido, con conseguenti corrosione della camicia del pozzo e scarsa lunghezza di penetrazione nella roccia). Se un pozzo sia un migliore candidato per fratturazione con agenti spaziatori oppure acidificazione, e' questione da stabilire caso per caso.

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