Pozo petrolífero

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Un pozo de petróleo o perforaciones petrolíferas es una perforación en la Tierra que está diseñada para traer hidrocarburos de petróleo a la superficie. Por lo general, algo de gas natural se libera como gas de petróleo asociado junto con el petróleo. Un pozo que está diseñado para producir sólo gas puede denominarse pozo de gas. Los pozos se crean al perforar una reserva de petróleo o gas que luego se monta con un dispositivo de extracción, como un gato de bomba, que permite la extracción de la reserva. La creación de pozos puede ser un proceso costoso, costando al menos cientos de miles de dólares y costando mucho más cuando se encuentran en áreas de difícil acceso, por ejemplo, cuando se crean plataformas petroleras en alta mar. El proceso de perforación moderna de pozos comenzó en el siglo XIX, pero se hizo más eficiente con los avances en las plataformas de perforación petrolera durante el siglo XX.

Los pozos se venden o intercambian con frecuencia entre diferentes compañías de petróleo y gas como un activo, en gran parte porque durante las caídas en el precio del petróleo y el gas, un pozo puede ser improductivo, pero si los precios aumentan, incluso los pozos de baja producción pueden ser económicamente valiosos. Además, nuevos métodos, como la fracturación hidráulica (un proceso de inyección de gas o líquido para forzar una mayor producción de petróleo o gas natural) han hecho viables algunos pozos. Sin embargo, el pico del petróleo y la política climática hacia los combustibles fósiles han hecho que cada vez menos de estos pozos y técnicas costosas sean viables.

Sin embargo, la gran cantidad de cabezales de pozo descuidados o mal mantenidos es un gran problema ambiental: pueden filtrar emisiones de metano u otras emisiones tóxicas en los sistemas locales de aire, agua o suelo. Esta contaminación a menudo empeora cuando los pozos se abandonan o quedan huérfanos, donde los pozos ya no son económicamente viables y una empresa ya no los mantiene. Una estimación de 2020 de Reuters sugirió que había al menos 29 millones de pozos abandonados a nivel internacional, lo que crea una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero que causan el cambio climático.

Historia

Se dice que los registros antiguos de China y Japón contienen muchas alusiones al uso de gas natural para iluminación y calefacción. El petróleo era conocido como agua ardiente en Japón en el siglo VII.

Según Kasem Ajram, el petróleo fue destilado por el alquimista persa Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (Rhazes) en el siglo IX, produciendo sustancias químicas como el queroseno en el alambique (al-ambiq), y que se utilizó principalmente para lámparas de queroseno. Los químicos árabes y persas también destilaron petróleo crudo para producir productos inflamables con fines militares. A través de la España islámica, la destilación estuvo disponible en Europa occidental en el siglo XII.

Algunas fuentes afirman que desde el siglo IX, se explotaron campos petroleros en el área alrededor de la actual Bakú, Azerbaiyán, para producir nafta para la industria del petróleo. Estos lugares fueron descritos por Marco Polo en el siglo XIII, quien describió la producción de esos pozos de petróleo como cientos de barcos cargados. Cuando Marco Polo en 1264 visitó Bakú, a orillas del Mar Caspio, vio que se recolectaba aceite de las filtraciones. Escribió que "en los confines hacia Geirgine hay una fuente de la que brota aceite en gran abundancia, tanto como cien barcos cargados se pueden sacar de ella a la vez".

En 1846, en Bakú (asentamiento Bibi-Heybat) se perforó el primer pozo con herramientas de percusión a una profundidad de 21 metros (69 pies) para la exploración de petróleo. En 1846-1848, el ingeniero ruso Vasily Semyonov perforó los primeros pozos de petróleo modernos en la península de Absheron, al noreste de Bakú, considerando las ideas de Nikolay Voskoboynikov.

Ignacy Łukasiewicz, un farmacéutico polaco y pionero de la industria del petróleo, construyó uno de los primeros pozos de petróleo modernos del mundo en 1854 en el pueblo polaco de Bóbrka, condado de Krosno, quien en 1856 construyó una de las primeras refinerías de petróleo del mundo.

En América del Norte, el primer pozo de petróleo comercial entró en funcionamiento en Oil Springs, Ontario, en 1858, mientras que el primer pozo de petróleo en alta mar se perforó en 1896 en Summerland Oil Field en la costa de California.

Los primeros pozos de petróleo en los tiempos modernos se perforaron con percusión, levantando y soltando repetidamente una herramienta de cable en la tierra. En el siglo XX, las herramientas de cable fueron reemplazadas en gran medida por la perforación rotatoria, que podía perforar pozos a profundidades mucho mayores y en menos tiempo. El pozo de perforación Kola de profundidad récord utilizó un motor de lodo durante la perforación para alcanzar una profundidad de más de 12.000 metros (39.000 pies).

Hasta la década de 1970, la mayoría de los pozos de petróleo eran verticales, aunque las imperfecciones litológicas y mecánicas hacen que la mayoría de los pozos se desvíen al menos levemente de la verdadera vertical (ver estudio de desviación). Sin embargo, las modernas tecnologías de perforación direccional permiten pozos fuertemente desviados que pueden, dada la profundidad suficiente y con las herramientas adecuadas, volverse horizontales. Esto es de gran valor ya que las rocas del yacimiento que contienen hidrocarburos suelen ser horizontales o casi horizontales; un pozo horizontal ubicado en una zona de producción tiene más área de superficie en la zona de producción que un pozo vertical, lo que da como resultado una tasa de producción más alta. El uso de perforación desviada y horizontal también ha hecho posible llegar a yacimientos a varios kilómetros o millas de distancia del lugar de perforación (perforación de alcance extendido),

Vida de un pozo

Planificación

Antes de perforar un pozo, un geólogo o geofísico identifica un objetivo geológico para cumplir con los objetivos del pozo.

El objetivo (el punto final del pozo) se combinará con una ubicación en la superficie (el punto inicial del pozo) y se diseñará una trayectoria entre los dos. Hay muchas consideraciones a tener en cuenta al diseñar la trayectoria, como el espacio libre a cualquier pozo cercano (anticolisión) o si este pozo se interpondrá en el camino de futuros pozos, tratando de evitar fallas si es posible y ciertas formaciones pueden ser más fáciles. /más difícil de perforar en ciertas inclinaciones o acimutes.

Cuando se identifica la trayectoria del pozo, un equipo de geocientíficos e ingenieros desarrollará un conjunto de supuestas propiedades del subsuelo que se perforará para llegar al objetivo. Estas propiedades incluyen la presión intersticial, el gradiente de fractura, la estabilidad del pozo, la porosidad, la permeabilidad, la litología, las fallas y el contenido de arcilla. Este conjunto de suposiciones es utilizado por un equipo de ingeniería de pozos para realizar el diseño del revestimiento y el diseño de terminación del pozo, y luego la planificación detallada, donde, por ejemplo, se seleccionan las brocas de perforación, se diseña un BHA, se selecciona el fluido de perforación, y se escriben procedimientos paso a paso para proporcionar instrucciones para ejecutar el pozo de una manera segura y rentable.

Con la interacción con muchos de los elementos en un diseño de pozo y hacer un cambio en uno tendrá un efecto en cadena en muchas otras cosas, a menudo las trayectorias y los diseños pasan por varias iteraciones antes de finalizar un plan.

Perforación

El pozo se crea perforando un agujero de 12 cm a 1 metro (5 a 40 pulgadas) de diámetro en la tierra con una plataforma de perforación que gira una sarta de perforación con una broca adjunta. Después de perforar el pozo, se colocan en el pozo secciones de tubería de acero (revestimiento), de un diámetro ligeramente menor que el pozo. Se puede colocar cemento entre el exterior de la carcasa y el pozo conocido como anillo. El revestimiento brinda integridad estructural al pozo recién perforado, además de aislar zonas de alta presión potencialmente peligrosas entre sí y de la superficie.

Con estas zonas aisladas de manera segura y la formación protegida por la tubería de revestimiento, el pozo puede perforarse más profundamente (en formaciones potencialmente más inestables y violentas) con una barrena más pequeña y también revestir con una tubería de revestimiento de menor tamaño. Los pozos modernos a menudo tienen de dos a cinco conjuntos de tamaños de orificios posteriormente más pequeños perforados uno dentro del otro, cada uno cementado con revestimiento.Para perforar el pozo

Todo este proceso es facilitado por una plataforma de perforación que contiene todo el equipo necesario para hacer circular el fluido de perforación, izar y girar la tubería, controlar el fondo del pozo, eliminar los recortes del fluido de perforación y generar energía en el sitio para estas operaciones.

Terminación

Después de perforar y revestir el pozo, se debe 'completar'. La terminación es el proceso en el cual el pozo es habilitado para producir petróleo o gas.

En una terminación de pozo entubado, se hacen pequeños orificios llamados perforaciones en la porción de la tubería de revestimiento que pasó a través de la zona de producción, para proporcionar un camino para que el petróleo fluya desde la roca circundante hacia la tubería de producción. En la terminación de hoyo abierto, a menudo se instalan 'pantallas de arena' o un 'empaque de grava' en la última sección perforada del yacimiento sin revestimiento. Estos mantienen la integridad estructural del pozo en ausencia de revestimiento, al mismo tiempo que permiten el flujo desde el yacimiento hacia el pozo. Los cedazos también controlan la migración de arenas de formación hacia los equipos de superficie y tubulares de producción, lo que puede causar deslaves y otros problemas, particularmente de formaciones de arena no consolidadas de campos marinos.

Después de crear una ruta de flujo, se pueden bombear ácidos y fluidos de fracturamiento al pozo para fracturar, limpiar o preparar y estimular la roca del yacimiento de manera óptima para producir hidrocarburos en el pozo. Finalmente, el área por encima de la sección del yacimiento del pozo se empaqueta dentro del revestimiento y se conecta a la superficie a través de una tubería de menor diámetro llamada tubería. Esta disposición proporciona una barrera redundante contra las fugas de hidrocarburos, además de permitir que se reemplacen las secciones dañadas. Además, el área de sección transversal más pequeña de la tubería produce fluidos de yacimiento a una mayor velocidad para minimizar el retroceso de líquido que crearía una contrapresión adicional y protege la carcasa de los fluidos de pozo corrosivos.

En muchos pozos, la presión natural del yacimiento subterráneo es lo suficientemente alta como para que el petróleo o el gas fluyan hacia la superficie. Sin embargo, este no siempre es el caso, especialmente en campos agotados donde las presiones han sido reducidas por otros pozos productores, o en yacimientos de petróleo de baja permeabilidad. La instalación de una tubería de menor diámetro puede ser suficiente para ayudar a la producción, pero también se pueden necesitar métodos de extracción artificial. Las soluciones comunes incluyen bombas de fondo de pozo, elevadores de gas o gatos de bomba de superficie. En los últimos diez años se han introducido muchos sistemas nuevos para la terminación de pozos. Los sistemas de empacadores múltiples con puertos de fracturación o collares de puertos en un sistema todo en uno han reducido los costos de terminación y mejorado la producción, especialmente en el caso de pozos horizontales.

Producción

La etapa de producción es la etapa más importante de la vida de un pozo; cuando se produce el petróleo y el gas. En ese momento, las plataformas petroleras y las plataformas de reacondicionamiento utilizadas para perforar y completar el pozo se han retirado del pozo y la parte superior generalmente está equipada con una colección de válvulas denominada árbol de Navidad o árbol de producción. Estas válvulas regulan las presiones, controlan los flujos y permiten el acceso al pozo en caso de que se necesiten más trabajos de terminación. Desde la válvula de salida del árbol de producción se puede conectar el caudal a una red de distribución de ductos y tanques para suministrar el producto a refinerías, estaciones compresoras de gas natural o terminales de exportación de petróleo.

Siempre que la presión en el yacimiento permanezca lo suficientemente alta, el árbol de producción es todo lo que se requiere para producir el pozo. Si la presión se agota y se considera económicamente viable, se puede emplear un método de levantamiento artificial mencionado en la sección de terminaciones.

Los reacondicionamientos a menudo son necesarios en pozos más antiguos, que pueden necesitar tuberías de menor diámetro, eliminación de incrustaciones o parafina, trabajos de matriz ácida o completar nuevas zonas de interés en un yacimiento menos profundo. Dicho trabajo de reparación se puede realizar utilizando equipos de reacondicionamiento, también conocidos como unidades de tracción, equipos de terminación o "equipos de servicio", para extraer y reemplazar la tubería, o mediante el uso de técnicas de intervención de pozos que utilicen tubería flexible. Según el tipo de sistema de elevación y el cabezal del pozo, se puede usar un equipo de varillas o de descarga para cambiar una bomba sin tirar de la tubería.

Se pueden usar métodos de recuperación mejorados, como inundación con agua, inundación con vapor o inundación con CO2, para aumentar la presión del yacimiento y proporcionar un efecto de "barrido" para empujar los hidrocarburos fuera del yacimiento. Dichos métodos requieren el uso de pozos de inyección (a menudo elegidos entre pozos de producción antiguos en un patrón cuidadosamente determinado) y se usan cuando se enfrentan problemas con el agotamiento de la presión del yacimiento, la alta viscosidad del petróleo o incluso se pueden emplear en las primeras etapas de la vida de un campo. En ciertos casos, dependiendo de la geomecánica del yacimiento, los ingenieros de yacimientos pueden determinar que el petróleo recuperable final puede incrementarse aplicando una estrategia de inyección de agua al principio del desarrollo del campo en lugar de hacerlo más tarde. Tales técnicas de recuperación mejorada a menudo se denominan "recuperación terciaria".

Abandono

Los pozos huérfanos, huérfanos o abandonados son pozos de petróleo o gas que han sido abandonados por las industrias de extracción de combustibles fósiles. Estos pozos pueden haber sido desactivados debido a la viabilidad económica, la falta de transferencia de propiedad (especialmente en la quiebra de las empresas) o la negligencia y, por lo tanto, ya no tienen propietarios legales responsables de su cuidado. El desmantelamiento efectivo de los pozos puede ser costoso, con un costo de millones de dólares, y los incentivos económicos para las empresas generalmente fomentan el abandono. Este proceso deja los pozos a cargo de las agencias gubernamentales o los terratenientes cuando ya no se puede hacer responsable a una entidad comercial. A medida que la mitigación del cambio climático reduce la demanda y el uso de petróleo y gas, se espera que se abandonen más pozos como activos varados.

Los pozos huérfanos contribuyen de manera importante a las emisiones de gases de efecto invernadero que provocan el cambio climático. Los pozos son una fuente importante de emisiones de metano a través de fugas a través de tapones o por fallas en el taponamiento adecuado. Una estimación de 2020 solo de los pozos abandonados en los EE. UU. fue que las emisiones de metano liberadas de los pozos abandonados produjeron impactos de gases de efecto invernadero equivalentes a 3 semanas de consumo de petróleo en los EE. UU. cada año. La escala de los pozos abandonados con fugas se comprende bien en los EE. UU. y Canadá debido a los datos públicos y la regulación; sin embargo, una investigación de Reuters en 2020 no pudo encontrar buenas estimaciones para Rusia, Arabia Saudita y China, los siguientes mayores productores de petróleo y gas. Sin embargo, estiman que hay 29 millones de pozos abandonados a nivel internacional.Los pozos abandonados también tienen el potencial de contaminar la tierra, el aire y el agua alrededor de los pozos, dañando potencialmente los ecosistemas, la vida silvestre, el ganado y los humanos. Por ejemplo, muchos pozos en los Estados Unidos están situados en tierras de cultivo y, si no se les da mantenimiento, podrían contaminar fuentes importantes de suelo y agua subterránea con contaminantes tóxicos.

Tipos de pozos

Por fluido producido

El gas natural, en una forma cruda conocida como gas de petróleo asociado, es casi siempre un subproducto de la producción de petróleo. Las pequeñas y ligeras cadenas de carbono del gas salen de la solución a medida que experimentan una reducción de presión desde el depósito hasta la superficie, similar a destapar una botella de refresco donde el dióxido de carbono efervescente. Si se escapa a la atmósfera intencionalmente, se le conoce como gas ventilado, o si no intencionalmente, como gas fugitivo.

El gas natural no deseado puede ser un problema de eliminación en los pozos que se desarrollan para producir petróleo. Si no hay tuberías para gas natural cerca de la boca del pozo, es posible que no tenga ningún valor para el propietario del pozo de petróleo, ya que no puede llegar a los mercados de consumo. Dicho gas no deseado puede luego quemarse en el sitio del pozo en una práctica conocida como quema de producción, pero debido a las preocupaciones por el desperdicio de recursos energéticos y el daño ambiental, esta práctica se está volviendo menos común.

A menudo, el gas no deseado (o gas 'varado' sin mercado) se bombea de vuelta al yacimiento con un pozo de 'inyección' para almacenamiento o para volver a presurizar la formación productora. Otra solución es convertir el gas natural en un combustible líquido. Gas to liquid (GTL) es una tecnología en desarrollo que convierte el gas natural varado en gasolina sintética, diesel o combustible para aviones a través del proceso Fischer-Tropsch desarrollado en la Segunda Guerra Mundial en Alemania. Al igual que el petróleo, estos combustibles líquidos densos se pueden transportar utilizando camiones cisterna convencionales o camiones hasta los usuarios. Los defensores afirman que los combustibles GTL se queman de forma más limpia que los combustibles de petróleo comparables. La mayoría de las principales compañías petroleras internacionales se encuentran en etapas avanzadas de desarrollo de la producción de GTL, por ejemplo, los 140 000 bbl/d (22 000 m/d) Planta Pearl GTL en Qatar, programada para entrar en funcionamiento en 2011. En lugares como Estados Unidos con una alta demanda de gas natural, los gasoductos suelen ser los preferidos para llevar el gas desde el sitio del pozo hasta el consumidor final.

Por localizacion

Los pozos se pueden ubicar:

Los pozos marinos se pueden subdividir en

Si bien la ubicación del pozo será un factor importante en el tipo de equipo utilizado para perforarlo, en realidad hay poca diferencia en el pozo mismo. Un pozo en alta mar apunta a un reservorio que se encuentra debajo de un océano. Debido a la logística, perforar un pozo en alta mar es mucho más costoso que uno en tierra. Con mucho, el tipo más común es el pozo en tierra. Estos pozos salpican las Grandes Llanuras del Sur y Central, el Sudoeste de los Estados Unidos, y son los pozos más comunes en el Medio Oriente.

A proposito

Otra forma de clasificar los pozos de petróleo es por su propósito de contribuir al desarrollo de un recurso. Se pueden caracterizar como:

En un sitio de producción de pozos, los pozos activos pueden clasificarse además como:

Clasificación de Lahee [1]

Costo

El costo de un pozo depende principalmente de la tarifa diaria de la plataforma de perforación, los servicios adicionales necesarios para perforar el pozo, la duración del programa del pozo (incluido el tiempo de inactividad y el tiempo meteorológico) y la lejanía de la ubicación (costos de suministro logístico).

Las tarifas diarias de las plataformas de perforación en alta mar varían según su capacidad y la disponibilidad del mercado. Las tarifas de las plataformas informadas por el servicio web de la industria muestran que las plataformas de perforación flotantes en aguas profundas son más del doble que las de la flota de aguas poco profundas, y las tarifas para la flota autoelevable pueden variar en un factor de 3 dependiendo de la capacidad.

Con tarifas de plataformas de perforación en aguas profundas en 2015 de alrededor de $520,000/día, y costos de distribución adicionales similares, un pozo de aguas profundas con una duración de 100 días puede costar alrededor de US$100 millones.

Con tarifas de plataformas autoelevables de alto rendimiento en 2015 de alrededor de $ 177,000 y costos de servicio similares, un pozo de alta presión y alta temperatura de 100 días de duración puede costar alrededor de $ 30 millones.

Los pozos terrestres pueden ser considerablemente más baratos, particularmente si el campo está a poca profundidad, donde los costos oscilan entre menos de $4,9 millones y $8,3 millones, y la finalización promedio cuesta entre $2,9 millones y $5,6 millones por pozo. La finalización representa una parte más grande de los costos de los pozos en tierra que los pozos en alta mar, que tienen la carga adicional de costos de una plataforma petrolera.

El costo total de un pozo de petróleo mencionado no incluye los costos asociados con el riesgo de explosión y fuga de petróleo. Esos costos incluyen el costo de la protección contra tales desastres, el costo del esfuerzo de limpieza y el costo difícil de calcular del daño a la imagen de la empresa.