Extracción de petróleo

El petróleo es un combustible fósil que se puede extraer de debajo de la superficie de la Tierra. Los yacimientos de petróleo se forman a través de la mezcla de plantas, algas y sedimentos en mares poco profundos sometidos a alta presión. El petróleo se recupera principalmente de las perforaciones petroleras. Se utilizan estudios sísmicos y otros métodos para localizar yacimientos de petróleo. Las plataformas petrolíferas se utilizan para perforar agujeros largos en la tierra para crear un pozo petrolífero y extraer petróleo. Después de la extracción, el petróleo se refina para fabricar gasolina y otros productos, como neumáticos y refrigeradores. La extracción de petróleo puede ser peligrosa y ha provocado derrames de petróleo.

Los geólogos y geofísicos utilizan estudios sísmicos para buscar estructuras geológicas que puedan formar depósitos de petróleo. El método "clásico" incluye realizar una explosión subterránea cercana y observar la respuesta sísmica, que proporciona información sobre las estructuras geológicas subterráneas. Sin embargo, también se utilizan métodos "pasivos" que extraen información de las ondas sísmicas que se producen de forma natural.

En la búsqueda de petróleo también se utilizan otros instrumentos, como gravímetros y magnetómetros. La extracción de petróleo crudo normalmente comienza con la perforación de pozos en un yacimiento subterráneo. Cuando se ha perforado un pozo petrolífero, un geólogo (conocido en la plataforma como el "registrador de lodos") detectará su presencia.

Históricamente, en los Estados Unidos, en algunos yacimientos petrolíferos el petróleo subía de forma natural a la superficie, pero la mayoría de estos yacimientos se agotaron hace mucho tiempo, excepto en algunas partes de Alaska. A menudo, se perforan muchos pozos (llamados pozos multilaterales) en el mismo yacimiento, hasta alcanzar una tasa de extracción económicamente viable. Algunos pozos (pozos secundarios) pueden bombear agua, vapor, ácidos o diversas mezclas de gases al yacimiento para aumentar o mantener la presión del yacimiento y una extracción económica.

El pozo petrolero se crea perforando un agujero largo en la tierra con una plataforma petrolífera. Se coloca un tubo de acero (entubado) en el agujero, para proporcionar integridad estructural al pozo recién perforado. Luego se hacen agujeros en la base del pozo para permitir que el petróleo pase al pozo. Finalmente, se coloca una serie de válvulas llamadas "árbol de Navidad" en la parte superior; las válvulas regulan las presiones y controlan el flujo. El proceso de perforación se enmarca en el "upstream", uno de los tres servicios principales de la industria petrolera, junto con el mid-stream y el downstream.

Durante la etapa de recuperación primaria, el impulso del yacimiento proviene de una serie de mecanismos naturales:

• agua natural desplazando el aceite hacia abajo en el pozo
• expansión del gas de petróleo asociado en la parte superior del embalse
• expansión del gas asociado inicialmente disuelto en el petróleo crudo
• drenaje de gravedad resultante del movimiento del aceite dentro del embalse de la parte superior a las partes inferiores donde se encuentra la extracción bien.

El factor de recuperación durante la etapa de recuperación primaria suele ser del 5 al 15 %.

Cuando la presión subterránea en el yacimiento de petróleo es suficiente para forzar el petróleo (junto con algo de gas asociado) a subir a la superficie, todo lo que se necesita para capturar el petróleo es colocar un complejo sistema de válvulas (el árbol de Navidad) en la boca del pozo y, además, conectar el pozo a una red de tuberías para su almacenamiento y procesamiento. A veces, durante la recuperación primaria, para aumentar las tasas de extracción, se utilizan bombas, como bombas de viga y bombas sumergibles eléctricas (ESP), para llevar el petróleo a la superficie; estas se conocen como mecanismos de elevación artificial.

Durante la vida útil de un pozo, la presión disminuye. Cuando el empuje natural del yacimiento disminuye y no hay suficiente presión subterránea para forzar el petróleo a salir a la superficie, se aplican métodos de recuperación secundaria. Estos métodos se basan en el suministro de energía externa al yacimiento mediante la inyección de fluidos para aumentar la presión del yacimiento, aumentando o reemplazando así el empuje natural del yacimiento por uno artificial. Las técnicas de recuperación secundaria aumentan la presión del yacimiento mediante la inyección de agua, la reinyección de gas y la elevación por gas. La reinyección de gas y la elevación utilizan gas asociado, dióxido de carbono o algún otro gas inerte para reducir la densidad de la mezcla de petróleo y gas, mejorando su movilidad. El factor de recuperación típico de las operaciones de inyección de agua es de alrededor del 30%, dependiendo de las propiedades del petróleo y las características de la roca del yacimiento. En promedio, el factor de recuperación después de las operaciones de recuperación primaria y secundaria de petróleo es de entre el 35 y el 45%.

Los métodos de recuperación de petróleo mejorados o terciarios aumentan aún más la movilidad del petróleo para aumentar la extracción.

Los métodos de recuperación de petróleo mejorados térmicamente (TEOR) son técnicas de recuperación terciaria que calientan el petróleo, reduciendo su viscosidad y facilitando su extracción. La inyección de vapor es la forma más común de TEOR y, a menudo, se realiza con una planta de cogeneración. Este tipo de planta de cogeneración utiliza una turbina de gas para generar electricidad y el calor residual se utiliza para producir vapor, que luego se inyecta en el yacimiento. Esta forma de recuperación se utiliza ampliamente para aumentar la extracción de petróleo en el Valle de San Joaquín, que produce un petróleo muy pesado, pero representa el diez por ciento de la extracción de petróleo de los Estados Unidos. La inundación con fuego (quema in situ) es otra forma de TEOR, pero en lugar de vapor, se quema parte del petróleo para calentar el petróleo circundante.

En ocasiones, se inyectan surfactantes (detergentes) para alterar la tensión superficial entre el agua y el petróleo en el yacimiento, movilizando el petróleo que de otro modo permanecería en el yacimiento como petróleo residual.

Otro método para reducir la viscosidad es la inyección de dióxido de carbono.

La recuperación terciaria permite recuperar entre un 5% y un 15% adicional del petróleo del yacimiento. En algunos yacimientos de petróleo pesado de California, la inyección de vapor ha duplicado o incluso triplicado las reservas de petróleo y la recuperación final de petróleo. Por ejemplo, véase Midway-Sunset Oil Field, el yacimiento petrolífero más grande de California.

La recuperación terciaria comienza cuando la recuperación secundaria de petróleo no es suficiente para continuar con la extracción adecuada, pero sólo cuando el petróleo todavía puede extraerse de manera rentable. Esto depende del costo del método de extracción y del precio actual del petróleo crudo. Cuando los precios son altos, se vuelven a poner en funcionamiento los pozos que antes no eran rentables, y cuando son bajos, se reduce la extracción.

El uso de tratamientos microbianos es otro método de recuperación terciaria. Se utilizan mezclas especiales de microbios para tratar y descomponer la cadena de hidrocarburos del petróleo, lo que facilita su recuperación. También es más económico que otros métodos convencionales. En algunos estados, como Texas, existen incentivos fiscales para el uso de estos microbios en lo que se denomina recuperación terciaria secundaria. Muy pocas empresas suministran estos microbios.

La cantidad de petróleo recuperable está determinada por una serie de factores:

• permeabilidad de la roca
• fuerza de las unidades naturales (el gas asociado presente, presión del agua adyacente o gravedad)
• porosidad de la roca del embalse, es decir, la capacidad de almacenamiento de roca
• viscosidad del aceite

Cuando las rocas del yacimiento son "firmes", como en el caso de la pizarra, el petróleo generalmente no puede fluir a través de ellas, pero cuando son permeables, como en el caso de la arenisca, el petróleo fluye libremente.

Aunque no se puede saber con certeza la recuperación de un pozo hasta que el pozo deja de producir, los ingenieros petroleros suelen determinar una recuperación final estimada (EUR) basándose en proyecciones de la tasa de declive a varios años en el futuro. Se utilizan diversos modelos, técnicas matemáticas y aproximaciones.

Es difícil predecir el EUR del gas de esquisto y es posible elegir métodos de recuperación que tiendan a subestimar el deterioro del pozo más allá de lo razonable.

La fuerza laboral de extracción de petróleo y gas enfrenta desafíos únicos en materia de salud y seguridad y es reconocida por el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) como un sector industrial prioritario en la Agenda Nacional de Investigación Ocupacional (NORA) para identificar y proporcionar estrategias de intervención en relación con cuestiones de salud y seguridad ocupacional. Durante el período 2003-2013, la tasa anual de muertes laborales disminuyó significativamente en un 36,3 %; sin embargo, la cantidad de muertes relacionadas con el trabajo en la industria de extracción de petróleo y gas de los EE. UU. aumentó en un 27,6 %, con un total de 1189 muertes debido a que el tamaño de la fuerza laboral aumentó durante este período. Dos tercios de todas las muertes de trabajadores se atribuyeron a incidentes de transporte y contacto con objetos o equipos. Más del 50 % de las personas que resultaron heridas fatalmente trabajaban para empresas que prestan servicios a pozos. Los controles de riesgos incluyen políticas de seguridad del transporte terrestre y controles de ingeniería como tecnologías automatizadas.

En 2023, los CDC publicaron que 470 trabajadores habían muerto entre 2014 y 2019.

Cuando se queman petróleo y gas, se libera dióxido de carbono al aire. Los combustibles fósiles, como el petróleo, son responsables del 89% de las emisiones de CO2. Las emisiones de carbono provocan el cambio climático, que afecta negativamente a la seguridad de las personas al elevar el nivel del mar y empeorar el clima.

El petróleo también puede provocar derrames de petróleo, que contaminan el océano.