Estimulación de pozos

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El barco de estimulación del pozo Bigorange XVIII ser reparado en Francisco Morazán, Dinamarca

Estimulación de pozos es un término amplio que describe las diversas técnicas e intervenciones que pueden emplearse para restaurar o mejorar la producción de hidrocarburos de un pozo petrolero o la energía de un pozo geotérmico.

La estimulación de pozos puede realizarse en pozos de petróleo o gas, ubicados en tierra o en alta mar, a menudo con buques especializados. El glosario de términos técnicos de Schlumberger (la mayor empresa de servicios petroleros del mundo) define la estimulación como:

Un tratamiento realizado para restaurar o mejorar la productividad de un pozo. Los tratamientos de estimulación entran en dos grupos principales, tratamientos hidráulicos de fractura y tratamientos de matriz. Los tratamientos de fractura se realizan por encima de la presión de fractura de la formación del embalse y crean una vía de flujo altamente conductiva entre el embalse y el pozo. Los tratamientos de la matriz se realizan debajo de la presión de la fractura del embalse y generalmente están diseñados para restaurar la permeabilidad natural del embalse después de los daños en el área de casi morada.

La estimulación suele formar parte de la etapa de terminación del ciclo de vida de un pozo. La acidificación matricial opera en el entorno cercano al pozo y su objetivo es restaurar la permeabilidad natural de la roca yacimiento. Sin embargo, la fracturación hidráulica busca aumentar la permeabilidad de un volumen mucho mayor de roca yacimiento. Además de la acidificación matricial, existe la acidificación por fracturación, una variante de la fracturación hidráulica.La Sociedad de Ingenieros del Petróleo (SPE) señala que estos dos tipos de tratamiento ácido suelen generar confusión.
El diagrama de flujo aquí ayuda a aclarar las definiciones. Bajo la estimulación, los métodos no hidráulicos incluyen: el uso de explosivos subterráneos - una técnica que data de mediados del siglo XIX, y los métodos eléctricos.
Comparison of well stimulation methods
Comparación de diversos métodos de estimulación bien, que forman parte de la etapa de terminación en el ciclo de vida de un pozo.
La fracturación hidráulica, ya sea mediante presión hidráulica o ácido, es el método más común para la estimulación de pozos. Las técnicas de estimulación de pozos ayudan a crear vías para que el petróleo, el gas o el agua fluyan con mayor facilidad, lo que en última instancia aumenta la producción general del pozo. Ambos métodos de fracturación hidráulica se clasifican como no convencionales, ya que buscan mejorar (aumentar) permanentemente la permeabilidad de la formación. Por lo tanto, la división tradicional de las rocas con hidrocarburos en roca fuente y yacimiento ya no se aplica; la roca fuente se convierte en el yacimiento después del tratamiento.El fracking hidráulico es más conocido por el público general y es el método predominante en la explotación de hidrocarburos, pero el fracking ácido tiene una historia mucho más larga. Si bien la industria de los hidrocarburos tiende a usar «fracturación» en lugar del término «fracking», que ahora predomina en los medios de comunicación, una solicitud de patente de la industria, de 2014, utiliza explícitamente el término «fracking ácido» en su título.

Hacia una definición precisa

La fracturación hidráulica, la estimulación de pozos y los recursos de hidrocarburos no convencionales suelen definirse de forma imprecisa o transmitir significados diferentes según el interlocutor. Por ejemplo, Daniel Soeder afirma que:

El término “fracking” es comúnmente utilizado por los opositores del desarrollo del petróleo y el gas en un sentido negativo para describir todo el proceso de perforación, terminación y producción. La industria prefiere el “frac” deletreado sin la “k”, y utiliza el término sólo para el paso de estimulación.

El Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) evita usar el término "no convencional", escribiendo en su lugar "acumulaciones continuas de petróleo". Los legisladores (por ejemplo, en California) deben poder definir términos como "tratamiento de estimulación de pozos" de forma clara y precisa para poder aprobar o rechazar una solicitud de perforación en busca de recursos no convencionales.Harris Cander propuso una definición de dos parámetros para distinguir entre recursos convencionales y no convencionales. El parámetro principal es la permeabilidad de la roca madre, y el segundo es la viscosidad del recurso fluido (gas o petróleo) en la roca. Utilizó el criterio universalmente aceptado de 0,1 milidarcies (md) como punto de corte por debajo del cual la permeabilidad se considera "estrecha". Tanto la permeabilidad como la viscosidad se expresan convencionalmente mediante escalas logarítmicas, ya que sus mediciones son, en realidad, estimaciones de orden de magnitud. Afirmó que su definición diferencia todos los yacimientos no convencionales de todos los yacimientos convencionales, abarca todas las fases del petróleo y utiliza propiedades cuantitativas. Sin embargo, si se omiten dos categorías menores de recursos, el "petróleo pesado" y el "petróleo viscoso terrestre", su definición puede reducirse a un criterio unidimensional ignorando la viscosidad y aplicando simplemente el punto de corte de permeabilidad de 0,1 md. Su definición no aborda el problema de los métodos de extracción ni si, por ejemplo, las actividades cercanas a pozos se consideran o no "no convencionales", un tema importante para los legisladores.En el contexto legislativo y de permisos de hidrocarburos del Reino Unido, Adriana Zalucka et al. (en un artículo revisado por pares de 2021) revisaron las diversas definiciones, incluyendo información errónea histórica, y propusieron una nueva y sólida definición de extracción de hidrocarburos no convencionales:

Todos los tratamientos de estimulación de pozos de petróleo y gas que aumentan la permeabilidad del volumen de roca objetivo a más de 0,1 milidarcies más allá de un radio de 1 m del agujero.

La definición anterior se centra en el aumento de la permeabilidad, más que en un proceso de extracción específico. Es cuantitativa, utilizando el valor de corte generalmente aceptado de 0,1 md, mencionado anteriormente. Exime de la clasificación de no convencionales a los procesos de limpieza de pozos, como la compresión ácida (un término ambiguo) o el lavado ácido, mediante el criterio de radio de 1 m. Evita una definición basada, por ejemplo, en la cantidad de agua inyectada, que es controvertida, o en la presión de inyección aplicada (si el tratamiento se realiza por encima o por debajo del gradiente de fractura, como se muestra en el diagrama de flujo anterior). También exime de la clasificación de no convencionales a los pozos no hidrocarburíferos.
Comparación de definiciones de recursos no convencionales. Los recursos se etiquetan verde - aceite, rojo - gas.
Aunque la definición de Zalucka et al. se desarrolló en el contexto del fracking en el Reino Unido, tiene aplicación universal. Una distinción importante entre las definiciones de Cander y las de Zalucka et al. es que la primera se refiere a las propiedades de la roca y los fluidos de forma aislada, mientras que la segunda define "no convencional" según el método de explotación.


Limpieza de la formación

La variedad de fluidos de perforación bombeados al pozo durante la perforación y la terminación a menudo puede causar daños a la formación circundante al penetrar en la roca del yacimiento y bloquear las gargantas de poro (los canales en la roca por donde fluyen los fluidos del yacimiento). De igual manera, la perforación puede tener un efecto similar al expulsar escombros hacia los canales de perforación. Ambas situaciones reducen la permeabilidad en el área cercana al pozo y, por lo tanto, reducen el flujo de fluidos hacia el mismo.Una solución sencilla y segura es bombear mezclas ácidas diluidas desde la superficie al pozo para disolver el material dañino. Una vez disuelto, se restaurará la permeabilidad y los fluidos del yacimiento fluirán hacia el pozo, limpiando lo que quede del material dañino. Tras la terminación inicial, es común usar cantidades mínimas de ácido fórmico para limpiar cualquier daño causado por lodo y daño superficial. En este caso, el proceso se denomina, de forma general, "estimulación del pozo". Con frecuencia, los grupos que se oponen a la producción de petróleo y gas se refieren al proceso como "acidificación", que en realidad consiste en el uso de ácidos en grandes volúmenes y a alta presión para estimular la producción de petróleo.En casos más graves, el bombeo desde la superficie es insuficiente, ya que no se dirige a una ubicación específica en el fondo del pozo y reduce las posibilidades de que el producto químico conserve su eficacia una vez allí. En estos casos, es necesario dirigir el producto químico directamente a su objetivo mediante el uso de tubería flexible. La tubería flexible se introduce en el pozo con una herramienta de inyección en el extremo. Cuando la herramienta llega a su objetivo, el producto químico se bombea a través de la tubería y se inyecta directamente sobre la zona dañada. Esto puede ser más efectivo que el bombeo desde la superficie, aunque es mucho más costoso y la precisión depende de conocer la ubicación del daño.

Extender los túneles de perforación y las fracturas

En las terminaciones de pozos entubados, las perforaciones tienen como objetivo crear un agujero a través del revestimiento de acero para que se pueda producir el yacimiento. Los agujeros se forman típicamente mediante explosivos moldeados que perforan el revestimiento y crean un agujero fracturado en la roca del yacimiento a lo largo de una corta distancia. En muchos casos, los túneles creados por las pistolas de perforación no proporcionan suficiente superficie, por lo que se hace conveniente crear más área en contacto con el pozo.En algunos casos, se necesita mayor área si el yacimiento presenta baja permeabilidad. En otros, los daños causados por las operaciones de perforación y terminación pueden ser tan graves que el túnel de perforación no pueda penetrar eficazmente el volumen dañado cerca del pozo. Esto significa que la capacidad de los fluidos para fluir hacia los túneles de perforación existentes es demasiado limitada. Un método para lograr una mayor estimulación es realizar un tratamiento de fracturación hidráulica a través de las perforaciones.Si la permeabilidad es naturalmente baja, a medida que se drena el fluido del área inmediata, el fluido de reemplazo podría no fluir hacia el vacío con la suficiente rapidez para compensarlo, por lo que la presión disminuye. El pozo no puede entonces fluir a una velocidad suficiente para que la producción sea rentable. En este caso, la extensión de una fractura hidráulica a mayor profundidad en el yacimiento permitirá alcanzar mayores tasas de producción.Las estimulaciones con propelente pueden ser una forma muy económica de limpiar los daños cerca del pozo. Los propelentes son un material de baja explosividad que genera grandes cantidades de gas en el fondo del pozo con gran rapidez. La presión del gas aumenta en el pozo, incrementando la tensión en la roca hasta superar la presión de ruptura de la formación. La longitud y el patrón de fractura dependen en gran medida del tipo de herramienta de estimulación con propelente utilizada.

Acidización

La acidificación es una técnica de estimulación de pozos que inyecta una solución ácida. El proceso de acidificación elimina los residuos que obstruyen el pozo y aumenta la permeabilidad de la roca del yacimiento, permitiendo que el petróleo o el gas fluyan con mayor libertad.

Frabricación hidráulica

Fracking, utilizando presión hidráulica o ácido, es el método más común para la estimulación del pozo. Las técnicas de estimulación ayudan a crear vías para que el petróleo, el gas o el agua fluyan más fácilmente, aumentando finalmente la producción general del pozo. Ambos métodos de fracking se clasifican como no convencional, porque pretenden mejorar permanentemente (aumento) la permeabilidad de la formación. Así que la división tradicional de las rocas que transportan hidrocarburos en fuente y embalse ya no sostiene; la roca fuente se convierte en el embalse después del tratamiento.

El fracking hidráulico es más familiar para el público en general, y es el método predominante utilizado en la explotación de hidrocarburos, pero el fracking ácido tiene una historia mucho más larga. Aunque la industria hidrocarburo tiende a utilizar fractura más que la palabra fracking, que ahora domina en los medios populares, una aplicación de patente de la industria que data de 2014 utiliza explícitamente el término fracking ácido en su título.

El fracking hidráulico es la técnica de estimulación bien utilizada más comúnmente que implica la fractura de formaciones en roca por un líquido presurizado. El proceso implica la inyección de alta presión de "líquido de fracking" (principalmente agua, que contiene arena u otros propulsores suspendidos con la ayuda de agentes de engrosamiento) en un pozo para crear grietas en las profundas formaciones rocosas a través de las cuales el gas natural, el petróleo y la salmuera fluirán más libremente. Cuando se elimina la presión hidráulica del pozo, pequeños granos de propulsores hidráulicos de fractura (ya sea arena o óxido de aluminio) mantienen abiertas las fracturas.

El fracking hidráulico comenzó como un experimento en 1947, y la primera aplicación comercialmente exitosa siguió en 1949. A partir de 2012, se habían realizado 2,5 millones de "trabajadores de carbono" en todo el mundo en pozos de petróleo y gas, más de un millón de personas dentro de los Estados Unidos. Tal tratamiento es generalmente necesario para alcanzar tasas de flujo adecuadas en gas de esquisto, gas apretado, aceite ajustado y pozos de gas de carbón. Algunas fracturas hidráulicas pueden formarse naturalmente en ciertas venas o diques. La perforación y el fracking hidráulico han hecho de los Estados Unidos un importante exportador de petróleo crudo a partir de 2019, pero la fuga de metano, un potente gas de efecto invernadero, ha aumentado drásticamente. El aumento de la producción de petróleo y gas a partir del auge de fracking de una década ha llevado a precios más bajos para los consumidores, con bajos ingresos casi registrados de la parte de los ingresos del hogar que van a los gastos energéticos.

Fracking es muy controvertido. Sus proponentes destacan los beneficios económicos de los hidrocarburos más ampliamente accesibles (como el petróleo y el gas natural), los beneficios de sustituir el carbón por gas natural, que quema más limpio y emite menos dióxido de carbono (CO)2), y los beneficios de la independencia energética. Los oponentes del fracking argumentan que estos son superados por los impactos ambientales, que incluyen contaminación de aguas subterráneas y de aguas superficiales, ruido y contaminación del aire, el desencadenamiento de terremotos y los consiguientes peligros para la salud pública y el medio ambiente. La investigación ha encontrado efectos adversos para la salud en poblaciones que viven cerca de fracturas hidráulicas, incluyendo la confirmación de los peligros químicos, físicos y psicosociales como embarazo y resultados de nacimiento, dolores de cabeza migraña, rinosinusitis crónica, fatiga severa, exacerbaciones del asma y estrés psicológico. Se requiere la adhesión a los procedimientos de reglamentación y seguridad para evitar nuevos efectos negativos.

La escala de fugas de metano asociada con fracking hidráulico es incierta, y hay alguna evidencia de que la fuga puede cancelar cualquier beneficio de emisiones de gases de efecto invernadero de gas natural en relación con otros combustibles fósiles.

Diagrama de máquinas y procesos de fractura hidráulica
Los incrementos en la actividad sísmica después de la fractura hidráulica a lo largo de los defectos adormecidos o desconocidos anteriormente son ocasionados a veces por la eliminación de inyección profunda del fluido de fracking flowback (un subproducto de pozos arraigados hidráulicamente), y la brisa de formación producida (un subproducto de pozos de petróleo y gas fracturados). Por estas razones, la fractura hidráulica está sometida a escrutinio internacional, restringida en algunos países y prohibida en conjunto en otros. La Unión Europea está redactando reglamentos que permitan la aplicación controlada de la fractura hidráulica.

Levantar el pozo

Algunas técnicas de estimulación no implican necesariamente alterar la permeabilidad externa del pozo. En ocasiones, implican facilitar el flujo ascendente de fluidos que ya han entrado. El levantamiento artificial por gas se considera a veces una forma de estimulación, especialmente cuando solo se utiliza para arrancar el pozo y cerrarlo durante la operación en estado estacionario. Sin embargo, más comúnmente, el levantamiento artificial como estimulación se refiere a intentar extraer líquidos pesados que se han acumulado en el fondo, ya sea mediante la entrada de agua desde la formación o mediante productos químicos inyectados desde la superficie, como inhibidores de incrustaciones y metanol (inhibidor de hidratos). Estos líquidos se depositan en el fondo del pozo y pueden actuar como un peso que retiene el flujo de fluidos del yacimiento, lo que básicamente actúa como un bloqueo del pozo. Se pueden eliminar mediante la circulación de nitrógeno mediante tubería flexible.

Barcos de estimulación.

En épocas más recientes, debido a la naturaleza temporal de la estimulación de pozos, se han utilizado buques de perforación especializados, conocidos como "buques de estimulación de pozos", para la estimulación de pozos en aguas profundas. Empresas offshore como Norshore y Schlumberger operan una flota de estos buques especializados. También conocidos como "buques de perforación multipropósito", estos buques reemplazan las plataformas petrolíferas convencionales, lo que se traduce en ahorros considerables en costos. Algunos buques de perforación multipropósito, como el "Norshore Atlantic", pueden realizar múltiples tareas, incluyendo la operación sin riser en los segmentos de aguas someras y medias, la perforación de pozos petrolíferos completos y el desmantelamiento submarino completo (P&A). También pueden realizar la preperforación de las secciones superiores de los pozos en aguas profundas y operaciones de intervención de pozos con risers de reacondicionamiento.

Véase también

  • Buena intervención
  • Bueno matar
  • Depósito de petróleo

Notas

  1. ^ También conocido como fractura hidráulica, fracing, fracificación, hidrofracking, o simplemente fracking.

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  16. ^ Citar error: La referencia mencionada Fracking Van Dyke fue invocado pero nunca definido (ver la página de ayuda).
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