Utica Shale – El gigante del gas natural por debajo del Marcellus
Los yacimientos apilados en la cuenca de los Apalaches producen múltiples zonas de gas natural.
Figura 1: La zona verde de este mapa marca la extensión geográfica del Utica Shale. En esta extensión se incluyen dos unidades de roca lateralmente equivalentes: el Antes Shale del centro de Pensilvania y la Point Pleasant Formation de Ohio y el oeste de Pensilvania. Estas rocas se extienden por debajo de varios estados de Estados Unidos, parte del lago Erie, parte del lago Ontario y parte de Ontario (Canadá). Si se desarrolla en toda su extensión, el juego de gas de Utica Shale será mayor que cualquier yacimiento de gas natural conocido en la actualidad. La delgada línea amarilla del mapa delimita la extensión geográfica del Marcellus Shale Gas Play. Este mapa demuestra claramente que el Utica Shale tiene una extensión geográfica mucho mayor que el Marcellus Shale. Este mapa ha sido elaborado por Geology.com a partir de los datos facilitados por la Energy Information Administration [1] y el United States Geological Survey [2].
¿Qué es la pizarra Utica?
El esquisto Utica es un esquisto negro, calcáreo y rico en materia orgánica, de edad ordovícica media, que subyace en importantes zonas de Ohio, Pensilvania, Virginia Occidental, Nueva York, Quebec y otras partes del este de Norteamérica (véase la figura 1). En el subsuelo, el Utica Shale se encuentra unos pocos miles de pies por debajo del Marcellus Shale, que se ha hecho ampliamente conocido como fuente de gas natural (véase la figura 2).
El Utica Shale está recibiendo actualmente mucha atención porque está produciendo grandes cantidades de gas natural, líquidos de gas natural y petróleo crudo en los pozos perforados en el este de Ohio y el oeste de Pensilvania. Las estimaciones medias del Servicio Geológico de Estados Unidos sobre recursos no convencionales no descubiertos y técnicamente recuperables indican que el Utica Shale contiene unos 38 billones de pies cúbicos de gas natural, unos 940 millones de barriles de petróleo y 208 millones de barriles de líquidos de gas natural [15].
Los geólogos consideran desde hace tiempo que el Utica Shale es una roca madre de petróleo y gas natural. El gas natural y el petróleo generados en el Utica Shale han migrado hacia arriba y se producen a partir de yacimientos en unidades rocosas suprayacentes. Una cantidad aún mayor de petróleo y gas natural sigue atrapada en el Utica Shale.
El Utica Shale no se ha explotado ampliamente por dos razones 1) su gran profundidad en gran parte de su extensión geográfica, y, 2) su limitada capacidad de producir gas y petróleo a un pozo debido a su baja permeabilidad. Esto está empezando a cambiar a medida que se utilizan la perforación horizontal y la fracturación hidráulica para estimular la producción. Estos métodos no se utilizaban ampliamente en la pizarra Utica antes de 2010.
Figura 1a: Este mapa muestra un ejemplo de la altísima densidad de perforación de pozos horizontales en la parte oriental de Ohio del Utica Shale. Debe haber un “punto dulce” allí abajo!
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El Marcellus fue el acto de apertura
El Marcellus Shale es otra unidad de roca rica en materia orgánica que históricamente atrajo un interés comercial limitado debido a su baja permeabilidad. Sin embargo, eso cambió en 2003, cuando Range Resources empezó a perforar pozos productivos en el Marcellus utilizando tecnologías de perforación horizontal y fracturación hidráulica. Estos métodos resolvieron el problema de la baja permeabilidad y produjeron fracturas que permitieron que los fluidos fluyeran a través de la unidad de roca y hacia el interior de un pozo.
Ahora, pocos años después, el Marcellus Shale se ha convertido en uno de los mayores yacimientos de gas natural del mundo, y el Utica Shale -situado unos pocos miles de metros por debajo del Marcellus- se ha convertido en un nuevo objetivo de perforación.
El potencial de petróleo y gas natural del Utica Shale no se conoce del todo. Sólo se ha perforado seriamente en el este de Ohio desde 2010 (véase la figura 1a). Sin embargo, ya se está convirtiendo en un importante productor de petróleo, gas natural y líquidos de gas natural. Es más extenso geográficamente que el Marcellus (véase la figura 1), es más grueso que el Marcellus (véase la figura 6) y ya ha demostrado su capacidad para producir cantidades comerciales de gas natural, líquidos de gas natural y petróleo crudo.
En este momento es imposible decir con exactitud la magnitud de los recursos de Utica Shale porque sólo se ha perforado ligeramente en el oeste de Pensilvania y en las tierras bajas del San Lorenzo de Quebec (Canadá). En el centro de Pensilvania, donde el Utica se encuentra a gran profundidad por debajo del Marcellus, prácticamente no se ha probado con la perforación horizontal y la fracturación hidráulica. Las pruebas limitadas sugieren que el Utica Shale será un enorme recurso de combustible fósil.
Figura 2: Secuencia estratigráfica generalizada de las unidades de roca que rodean el Utica Shale y el Marcellus Shale. El Utica y el Marcellus son tan extensos geográficamente que es imposible presentar una secuencia estratigráfica que sea correcta en todas las zonas. Este diagrama presenta una secuencia generalizada de rocas que podrían estar presentes en el centro y el oeste de Pensilvania. Imagen de Geology.com.
¿A qué profundidad se encuentra el esquisto de Utica?
El Utica Shale es mucho más profundo que el Marcellus. El mapa de elevación de la pizarra Utica (que se muestra en la Figura 3 en la columna derecha de esta página) tiene líneas de contorno que muestran la elevación de la base de la pizarra Utica en pies por debajo del nivel del mar. En algunas partes de Pensilvania, el Utica Shale puede estar a más de tres kilómetros por debajo del nivel del mar. Sin embargo, la profundidad del Utica Shale disminuye hacia el oeste en Ohio y hacia el noroeste bajo los Grandes Lagos y en Canadá. En estas zonas, el Utica Shale se eleva a menos de 2000 pies por debajo del nivel del mar. Más allá de las posibles zonas de roca madre, el Utica Shale se eleva hasta la superficie de la Tierra y puede verse en afloramiento. En la figura 4 se muestra una foto del afloramiento del Utica Shale cerca de la ciudad de Donnacona, Quebec, Canadá.
La mayoría de las unidades rocosas principales de la cuenca de los Apalaches son más gruesas en el este y más delgadas hacia el oeste. Las unidades de roca que se encuentran entre el Marcellus Shale y el Utica Shale siguen esta tendencia. En el centro de Pensilvania, el Utica puede estar hasta 7000 pies por debajo del Marcellus Shale, pero esa diferencia de profundidad disminuye hacia el oeste. En el este de Ohio, el Utica puede estar a menos de 3000 pies por debajo del Marcellus.
Estas relaciones de profundidad del Utica Shale y el Marcellus Shale se muestran en las secciones transversales generalizadas que se muestran a continuación como Figura 5a y Figura 5b.
Figura 3: Elevación aproximada de la base de la pizarra Utica (parte superior de las calizas Trenton/Black River). Las elevaciones mostradas en el mapa son pies por debajo del nivel del mar. Este mapa ha sido elaborado por Geology.com a partir de los datos proporcionados por la Administración de Información Energética [1], el Servicio Geológico de Estados Unidos [2] y el Servicio Geológico de Pensilvania [3].
Figura 5a: La sección transversal de arriba muestra la posición del subsuelo de la pizarra Marcellus, la pizarra Utica y la roca base continental. La línea de la sección transversal se muestra como línea A-B en el mapa inserto. Obsérvese que el Utica Shale se encuentra a unos 2.000 pies por debajo del Marcellus bajo el este de Ohio, pero a unos 6.000 pies por debajo del Marcellus en el centro-sur de Pensilvania. Esta sección transversal ha sido elaborada por Geology.com a partir de los datos facilitados por la Administración de Información Energética [1], el Servicio Geológico de Estados Unidos [2], el Servicio Geológico de Pensilvania [3] y el Departamento de Energía de Estados Unidos [4].
Figura 4: Fotografía del Utica Shale cerca de la ciudad de Donnacona, Quebec, Canadá. Los lechos oscuros son pizarra, los lechos claros son caliza. Parte del color oscuro del esquisto de Utica proviene de la materia orgánica. Se muestra un bolígrafo a escala. Imagen y pie de foto de la Junta Nacional de Energía de Canadá; de A Primer for Understanding Canadian Shale Gas. [10]
Figura 5b: La sección transversal de arriba muestra la posición en el subsuelo del Marcellus Shale, el Utica Shale y la roca base continental. La línea de la sección transversal se muestra como línea A-B en el mapa inserto. Obsérvese que el Utica Shale se encuentra a unos 1800 pies por debajo del Marcellus bajo el oeste de Nueva York, pero a unos 5000 pies por debajo del Marcellus en el centro-sur de Pensilvania. Esta sección transversal ha sido elaborada por Geology.com a partir de los datos facilitados por la Administración de Información Energética [1], el Servicio Geológico de Estados Unidos [2], el Servicio Geológico de Pensilvania [3] y el Departamento de Energía de Estados Unidos [4].
Figura 6: Mapa de espesores de las rocas presentes entre la parte superior de los Grupos Trenton/Black River y la parte superior del Utica Shale. En algunas zonas el Point Pleasant Shale y el Antes Shale están incluidos en este espesor. Este mapa ha sido elaborado por Geology.com a partir de los datos facilitados por la Administración de Información Energética [1] y el Departamento de Energía de los Estados Unidos [4].
Espesor de la pizarra Utica
El espesor de la pizarra Utica es variable. En la mayor parte de su extensión, su espesor oscila entre menos de 100 pies y más de 500 pies. Las zonas más gruesas se encuentran en el lado oriental de su extensión, y generalmente se adelgaza hacia el noroeste. En la figura 6 se muestra un mapa del espesor de la pizarra Utica. Aunque el espesor de una unidad de roca es importante para determinar su potencial de petróleo y gas, el contenido orgánico, la madurez térmica y otras características deben ser favorables.
Contenido orgánico de la pizarra Utica
La pizarra Utica es una unidad de roca rica en materia orgánica. Los orgánicos son los que le dan un color gris oscuro a negro – y el potencial de hidrocarburos. La cantidad de material orgánico en la pizarra varía en toda su extensión y también varía verticalmente dentro de la unidad de roca.
En la figura 7 se muestra un mapa de la variación regional del carbono orgánico total. El contenido de carbono orgánico es generalmente más alto en el centro de la extensión de la unidad de roca y disminuye hacia sus márgenes.
Figura 7: Contenido de carbono orgánico total del esquisto de Utica y rocas equivalentes (porcentaje en peso). Este mapa muestra que el contenido total de carbono orgánico es más alto (superior al 3%) en el centro aproximado de la extensión geográfica. Los altos valores de carbono orgánico total suelen estar correlacionados con un alto potencial de generación de petróleo y gas natural. Este mapa ha sido elaborado por Geology.com con datos del Servicio Geológico de Estados Unidos [15].
Figura 10: Mapa del Índice de Alteración Conodont de la Pizarra Utica y rocas equivalentes. El CAI se correlaciona con la madurez térmica de las rocas. Los valores de CAI entre 1 y 2 se asocian normalmente con la presencia de petróleo crudo, mientras que los CAI entre 2 y 5 se asocian normalmente con la presencia de gas natural. Este mapa ha sido elaborado por Geology.com con datos del Servicio Geológico de Estados Unidos [15].
Figura 8: Ejemplos de alteración del color en fósiles de conodontes. Imagen del USGS. [
Índice de alteración de conodontes de la pizarra Utica
Los conodontes son microfósiles de animales parecidos a las anguilas que vivieron en ambientes marinos desde el Cámbrico hasta el Triásico. Están compuestos de fosfato de calcio y su tamaño oscila entre 0,2 y 6 milímetros. (Véase la figura 8.) Son útiles para determinar la edad de una unidad de roca y correlacionar unidades de roca de un lugar a otro.
Cuando se calientan, los conodontes cambian de color a través de la secuencia mostrada en la Figura 9, de acuerdo con la temperatura de las rocas circundantes. Este cambio de color progresivo se ha relacionado con las temperaturas de las rocas mediante el “índice de alteración de los conodontes” (o “CAI”). La progresión del color no es reversible y registra la temperatura máxima a la que se han calentado las rocas.
A medida que las rocas se calientan, los materiales orgánicos de las rocas se modifican por el aumento de la temperatura. A un CAI de 1, los materiales orgánicos de las rocas producen petróleo crudo. A un CAI de 2, el petróleo empieza a convertirse en gas natural.
La importancia del CAI de Utica Shale se muestra en el mapa de la figura 10. La zona comprendida entre el CAI 1 y el CAI 2 es donde es probable que se encuentre petróleo en el Utica Shale. Cuando el CAI es superior a 2, es probable que el gas natural sea el hidrocarburo dominante.
Figura 11: Ubicación de las unidades de evaluación de petróleo y gas para el Utica Shale determinadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos. La zona en verde es donde es probable que los pozos encuentren petróleo crudo. La zona en rosa es donde es probable que el gas natural sea el hidrocarburo dominante. Este mapa ha sido elaborado por Geology.com con datos del Servicio Geológico de Estados Unidos [15].
Evaluación de los recursos de petróleo y gas del USGS
En septiembre de 2012, el Servicio Geológico de los Estados Unidos publicó una “Evaluación de los recursos de petróleo y gas no descubiertos del Ordovician Utica Shale de la provincia de la cuenca de los Apalaches, 2012” . [15]
Identificaron dos unidades de evaluación en el Utica Shale. Las áreas geográficas cubiertas por estas unidades se muestran en el mapa de la figura 11. Su unidad de evaluación del gas de Utica Shale (Gas AU) se define cuando la madurez térmica de la materia orgánica es superior a un CAI de 2, y cuando el carbono orgánico total es superior al 1 por ciento en peso.
La unidad de evaluación de petróleo de Utica Shale (UA de petróleo) se define cuando la madurez térmica de la materia orgánica es superior a un CAI de 1 pero inferior a un CAI de 2, y cuando el carbono orgánico total es superior al 1 por ciento en peso.
Figura 12: Los “puntos dulces” de Utica Shale USGS. Este mapa muestra las zonas óptimas previstas para desarrollar el Utica Shale según la evaluación del USGS de 2012. En general, estas zonas se encuentran donde el contenido de carbono orgánico total (COT) del Utica Shale es alto. (Véase el mapa del COT en la figura 7.) Este mapa fue elaborado por Geology.com con datos del Servicio Geológico de Estados Unidos [15].
Figura 7: Permisos de perforación de Utica Shale emitidos en Ohio entre septiembre de 2010 y octubre de 2013. Gráfico elaborado por Geology.com con datos del Departamento de Recursos Naturales de Ohio.
Utica Shale en el este de Ohio
La mayor parte de la actividad de perforación en el Utica Shale se ha producido en el este de Ohio. Esta zona geográfica atrajo el interés por una serie de razones que incluyen 1) el Utica Shale está a sólo unos pocos miles o varios miles de pies por debajo de la superficie; y, 2) los pozos perforados en el Utica Shale estaban produciendo cantidades significativas de líquidos de gas natural y petróleo crudo. Desde 2010, las empresas de petróleo y gas natural han gastado miles de millones de dólares en la adquisición de terrenos de Utica Shale en el este de Ohio y en la perforación de pozos.
Las secciones transversales generalizadas para el Utica y el Marcellus Shale mostradas anteriormente como Figuras 5a y 5b ilustran por qué el Utica se está desarrollando en algunas partes de Ohio y Canadá en lugar del Marcellus.
En la sección transversal 5a, que atraviesa la frontera entre los estados de Pensilvania y Ohio, el Marcellus Shale está por encima del Utica y se perfora preferentemente porque es un objetivo menos profundo. Sin embargo, la parte productiva de la pizarra Marcellus no se extiende hasta el centro de Ohio, pero la pizarra Utica sí. En esas zonas, el Utica Shale está a menos de una milla por debajo de la superficie.
El Utica Shale está demostrando ser rico en petróleo y líquidos de gas natural. En términos de energía equivalente, estos pozos valen mucho más que los pozos que sólo producen gas natural. El Departamento de Recursos Naturales de Ohio estima un potencial recuperable de Utica Shale de entre 1.300 y 5.500 millones de barriles de petróleo y entre 3,8 y 15,7 billones de pies cúbicos de gas natural. Las empresas interesadas en perforar el Utica Shale han inundado el ODNR con solicitudes de permisos (véase el gráfico).
Los comunicados de prensa de Chesapeake Energy informaron de varios pozos con índices máximos de más de cinco millones de pies cúbicos de gas natural al día junto con cientos o miles de barriles de líquidos de gas natural. El optimismo basado en estos resultados de perforación llevó a Chesapeake a afirmar que sus activos de Utica Shale añadían más de 15.000 millones de dólares de valor a la empresa.
¡Esto supone una valoración de al menos 12.000 dólares por acre!
3 Tras haber obtenido resultados satisfactorios en sus recientes actividades de perforación en el este de Ohio, Chesapeake anuncia el descubrimiento de un nuevo e importante yacimiento rico en líquidos en el Utica Shale. Basándose en su propia investigación geocientífica, petrofísica y de ingeniería durante los dos últimos años y en los resultados de seis pozos horizontales y nueve verticales que ha perforado, Chesapeake cree que sus 1.La mayor parte de la actividad de perforación de esquisto en Pensilvania se ha centrado en el esquisto Marcellus, que está por encima del esquisto Utica. En algunas partes de Pensilvania, el Marcellus Shale está inmediatamente por encima de la caliza Onondaga. El Utica Shale se encuentra por debajo del Onondaga. ¿Por qué es esto significativo? Aquí hay una cita del sitio web del Departamento de Protección Ambiental de Pensilvania que lo explica:
3 “Su petróleo o gas podría ser producido o capturado de un pozo fuera de los límites de su propiedad. De hecho, su única protección es si su propiedad de petróleo o gas está sujeta a la Ley de Conservación de Petróleo y Gas, 58 P.S. § 401.1 et seq. Si es así, el gas de su propiedad podría incluirse en una orden de unitización o agrupación emitida por la Commonwealth a instancias de un productor de una parcela vecina. El operador del pozo tendría que pagarle un canon de producción basado en su parte prorrateada de la producción del pozo, en función de la parte de su terreno que se considere que contribuye a la agrupación del pozo. Esta ley se aplica a los pozos de petróleo o gas que penetran en el horizonte Onondaga y tienen más de 3.800 pies de profundidad.”
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Entrevista en vídeo: Potencial de otras formaciones de gas de esquisto en el noreste de Estados Unidos. El Dr. Terry Engelder, geólogo de la Universidad Estatal de Pensilvania, describe los resultados históricos y recientes de las perforaciones en el Utica Shale.
Desarrollo futuro del Utica Shale
Dos retos importantes para el desarrollo del Utica Shale en Pensilvania son su gran profundidad y la falta de información. En las zonas en las que está presente el Marcellus Shale, el Utica Shale será probablemente un recurso de un futuro lejano. La explotación del Marcellus Shale es menos costosa y las empresas se centrarán en ella antes de poner sus miras en un objetivo más profundo con una rentabilidad incierta.
Sin embargo, en las zonas en las que se ha desarrollado el Marcellus Shale, el Utica tendrá una ventaja en cuanto a infraestructuras. Las plataformas de perforación, las carreteras, los oleoductos, los sistemas de recolección, los trabajos de topografía, los datos de preparación de permisos y las relaciones con los propietarios de tierras podrían seguir siendo útiles para desarrollar el Utica Shale.
El esquisto de Utica subyace en partes del lago Erie y del lago Ontario. Es probable que estas zonas contengan gas natural. Es posible que se realicen perforaciones en los lagos en un futuro muy lejano.
Entrevista en vídeo: Potencial de otras formaciones de gas de esquisto en el noreste de Estados Unidos. El Dr. Terry Engelder, geólogo de la Universidad Estatal de Pensilvania, describe los resultados históricos y recientes de las perforaciones en el Utica Shale.
Fracturación hidráulica: Vídeo de Questerre Energy que explica cómo se utilizará la fracturación hidráulica y la perforación horizontal para desarrollar el Utica Shale en Quebec, Canadá.
Fracturación hidráulica: Vídeo de Questerre Energy que explica cómo se utilizará la fracturación hidráulica y la perforación horizontal para desarrollar el Utica Shale en Quebec, Canadá.
