PERFORACIÓN
La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un pozo.
La profundidad de un pozo es variable, dependiendo de la región y de la profundidad a la cual se encuentra la estructura geológica o formación seleccionada con posibilidades de contener petróleo (por ejemplo, en mendoza hay pozos de 1.500 a 1.800 metros de profundidad, y al pozo promedio en la cuenca neuquina se le asigna una profundidad de 3.200 m., Pero en salta se ha necesitado perforar a 4.000 metros).
La etapa de perforación se inicia acondicionando el terreno mediante la construcción de "planchadas" y los caminos de acceso, puesto que el equipo de perforación moviliza herramientas y vehículos voluminosos y pesados. Los primeros pozos son de carácter exploratorio, éstos se realizan con el fín de localizar las zonas donde se encuentra hidrocarburo, posteriormente vendrán los pozos de desarrollo. Ahora para reducir loscostos de transporte los primeros pozos exploratorios de zonas alejadas pueden ser perforados por equipos mucho más pequeños que hacen pozos de poco diámetro.
Los pozos exploratorios requieren contar con variada información: perforación, perfilaje del pozo abierto, obtención de muestra y cementación.
De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.
Hay diversas formas de efectuar la perforación, pero el modo más eficiente y moderno es la perforación rotatoria o trepanación con circulación de barro.
El equipo de perforación propiamente dicho consiste en un sistema mecánico o electromecánico, compuesto por una torre, de unos veinte o treinta metros de altura, que soporta un aparejo diferencial: juntos conforman un instrumento que permite el movimiento de tuberías con sus respectivas herramientas, que es accionado por una transmisión energizada por motores a explosión o eléctricos. Este mismo conjunto impulsa simultánea o alternativamente una mesa de rotación que contiene al vástago (kelly), tope de la columna perforadora y transmisor del giro a la tubería.
Paralelamente el equipo de perforación cuenta con elementos auxiliares, tales como tuberías, bombas, tanques, un sistema de seguridad que consiste en válvulas de cierre del pozo para su control u operaciones de rutina, generadores eléctricos de distinta capacidad según el tipo de equipo, etc. Si a esto se agregan las casillas de distinto diseño para alojamiento del personal técnico, depósito/s, taller, laboratorio, etc., Se está delante de un conjunto de elementos que convierten a la perforación en una actividad y comunidad casi auto suficientes.
El trépano es la herramienta de corte que permite perforar. Es y ha sido permanentemente modificado a lo largo del tiempo a fin de obtener la geometría y el material adecuados para vencer a las distintas y complejas formaciones del terreno que se interponen entre la superficie y los hidrocarburos (arenas, arcillas, yesos, calizas, basaltos), las que van aumentando en consistencia en relación directa con la profundidad en que se las encuentra.
Hay así trépanos de 1, 2 y hasta 3 conos montados sobre rodillos o bujes de compuestos especiales; estos conos, ubicados originariamente de manera con céntrica, son fabricados en aceros de alta dureza, con dientes tallados en su superficie o con insertos de carburo de tungsteno u otras aleaciones duras: su geometría responde a la naturaleza del terreno a atravesar.
La perforación, como la exploración, es una actividad que demanda tiempo y recursos financieros. Por eso, un equipo de perforación sólo se instala y comienza a perforar cuando geólogos y geofísicos han acordado la locación más apta para la búsqueda de hidrocarburos en el subsuelo.
Los petroleros no fueron los primeros en perforar pozos profundos: 2.000 años atrás lo hacían los chinos para encontrar salmuera, con la cual obtenían sal. Para lograr sus propósitos disponían de un equipo consistente en una estructura de madera, de la cual suspendían por cable una herramienta cortante y pesada. La percusión intermitente sobre el terreno iba horadando sucesivos estratos del subsuelo hasta llegar al objetivo. Este ingenioso sistema permitió perforar hasta más de 900 metros de profundidad, aunque demandaba años completar el trabajo.
En los primeros años de la industria petrolera se utilizaron los mismos principios, de perforación a percusión. Aunque todavía en ciertas circunstancias y principalmente en Estados Unidos se sigue utilizando esta técnica (muy mejorada respecto del siglo pasado) fue universalmente reemplazada por el método de perforación rotativa.
Por lo general, cuando se trata de actividades en tierra la locación a perforar está ubicada en algún sitio de difícil acceso, y hay que realizar importantes trabajos preparatorios antes de instalar el equipo. Casi siempre se deben construir los caminos de acceso, que muchas veces suponen la construcción de puentes y obras viales especiales, desmonte de selvas, o drenaje de pantanos. En algunos casos, todo el equipo de perforación se traslada en helicópteros de gran Porte hasta la locación previamente preparada.
La torre o mástil de perforación conforma la parte más prominente del equipo (por lo general de 40 metros de altura), y está integrada por cuatro grandes columnas de acero de forma rectangular, unidas lateralmente.
En lo alto de la torre o mástil, suspendida de cables, se ubica la cabeza de inyección, conectada con la barra de sondeo. La cabeza de inyección deja pasar un líquido (lodo de perforación) y a la vez permite a la barra de sondeo rotar libremente en el subsuelo. La barra de sondeo -unida en tramos de 9 metros- pasa por un buje maestro ubicado en la mesa rotativa colocada en el piso del mástil o torre. Motores diesel o eléctricos hacen rotar la mesa rotativa y toda la columna de perforación, en cuyo extremo final está el trépano que perfora.
Hay muchos tipos de trépanos, algunos de ellos provistos de diamantes industriales, pero todos operan de la misma forma que un taladro manual utilizado para perforar madera o metal.
Para la perforación de pozos petroleros se utilizan muchos tipos de trépano, que varían por su conformación y contextura según el tipo de roca que deben atravesar.
Cuando el trépano ha penetrado en el subsuelo una distancia similar a los 9 metros de cada barra de sondeo, se detiene la operación y se añade una nueva barra. A medida que se profundiza la perforación, el proceso se repite. Pero tarde o temprano, según la textura y dureza de las rocas atravesadas, el trépano se desgasta, y debe ser reemplazado. Esta operación demanda horas de trabajo, dado que toda la barra de sondeo debe ser llevada a la superficie. Para ganar tiempo la barra de sondeo se va retirando en tramos que incluyen tres tuberías unidas. Estas largas secciones de 27 metros se van apilando a un costado de la torre de perforación. Para comprender lo complicado de esta maniobra, basta imaginar un trépano que llegó a los 3.000 metros de profundidad y debe ser reemplazado. Esto significa llevar a la superficie 3 kilómetros de tuberías de acero, en tramos de 27 metros, cada uno de los cuales debe ser desenroscado y apilado cuidadosamente sobre la torre de perforación. Reemplazado el trépano, las cañerías vuelven a enroscarse y todo el conjunto de la barra de sondeo desciende al fondo del pozo. Esta operación demanda varias horas.
Cuando se utiliza una herramienta para perforar una pared aquella se calienta. Por eso, al trépano, se lo enfría con un producto químico especial, denominado "lodo de perforación" y que circula permanentemente desde la cabeza de inyección hasta el fondo del pozo. Llega hasta por debajo de los dientes del trépano en chorros intermitentes, para cumplir después otra misión importante en su retorno a la superficie y en el espacio que media entre la barra de sondeo y las paredes del pozo: en su desplazamiento arrastra todos los fragmentos de roca despedazados por el trépano. El geólogo de pozo estudia entonces cuidadosamente estos "cuttings' para determinar el tipo de roca que está atravesando la perforación. El lodo -que es un producto de altísimo costo- también contribuye evitar el derrumbe de las paredes del pozo antes de que sean entubadas con cañerías de acero y al mismo tiempo evitar las fugas de gas o petróleo que pueden producirse antes de que la perforación llegue a la profundidad final establecida.
PLATAFORMA DE PERFORACIÓN SUBMARINA
Pero la perforación de un pozo petrolero no es sólo una obra de ingeniería de alta precisión: es un trabajo de atención y tensión permanentes para los hombres que integran el equipo. Los costados del pozo pueden estar huecos y el líquido de inyección perderse por las cavidades; el trépano puede quedar aprisionado por sal. Para evitar estos riesgos periódicamente se retira la sarta de sondeo, y se instala en su lugar una cañería de entubación que sostendrá las paredes del pozo. Entre esta tubería y las paredes del pozo se introduce una lechada de cemento, que una vez fraguada sostendrá definitivamente todo el complejo. Por la cañería instalada pasa entonces la sarta de perforación, que seguirá operando con un diámetro más pequeño. A mayor profundidad, se introducirá un segundo tramo de entubación de diámetro inferior al primero y, probablemente, después también un tercero que pasará por el segundo. Así, cuando el pozo esté llegando a su profundidad final, el diámetro del trépano posiblemente no supere los 10 centímetros, aunque la perforación se haya iniciado con un diámetro de 50. Durante todo este proceso se realizan frecuentes cambios de trépano, maniobra que exige otra previa: el retiro de la barra de sondeo. El perforador debe además estar atento, para evitar que la herramienta quede aprisionada en el fondo del pozo o que la sarta se desvíe de la vertical, maniobrando permanentemente con la velocidad de rotación del trépano y el peso de la sarta de sondeo para lograr el correcto equilibrio de toda la operación.
Finalmente, todo el equipo de perforación que casi siempre opera a la intemperie sometido a las inclemencias del tiempo debe estar preparado para enfrentar, controlar y superar las consecuencias de un escape de gas, que puede resultar devastador para el equipo y para los hombres que trabajan con él. Aunque la industria petrolera ha desarrollado sofisticadas técnicas de seguridad para la prevención de este tipo de accidentes, ninguna resulta de utilidad cuando las personas a su cargo, por distracción u olvido, dejan de prestarles atención. Y en el pozo, que es una de las obras de ingeniería de más difícil ejecución en la Tierra, casi siempre sobran los motivos de distracción.
Finalmente, terminado el programa de perforación, es probable que no se encuentre petróleo ni gas natural, o que el volumen de hidrocarburos comprobado no justifique el desarrollo comercial del pozo. Todo el dinero y los esfuerzos invertidos por la empresa habrán sido inútiles y las perforadoras volverán a intentar en otra locación.
NUEVAS TECNOLOGIAS
Pozos Horizontales
Las nuevas tecnologías nos están conduciendo hacia una incrementada producción del campo con una inversión decreciente de perforación.
Los pozos horizontales se realizan con la intención de perforar los horizontes productivos, en una gran extención horizontal y no limitarse solo al espesor neto de la formaciones que es el caso de perforaciones de tipo convencional.
Los pozos de alcance extendido pueden alcanzar sus blancos a mas de 8km de la ubicación del pozo. Esta técnica les permite a los operadores explotar el petróleo y los campos en forma satélite de los infraestructuras de superficie. Los campos cercanos a la costa pueden ser desarrollados desde tierra para reducir los costos y minimizar el impacto ambiental.
Pozos Multilaterales
Los pozos multilaterales usan drenajes horizontales múltiples desde un pozo primario para reducir el número de pozos necesarios para drenar el reservorio. Los multilaterales requieren pocos cabezales, reduciendo el costo de las terminaciones submarinas y las operaciones de enlace. La tecnología de pozo delgado reduce la perforación, los costos de terminación y producción a través del uso de pozos pequeños.
Las secciones laterales múltiples perforadas desde un pozo ofrecen soluciones económicas para mejorar la recuperación. Al explotar un solo pozo, la perforación multilateral baja los costos de la construcción del pozo y el equipo de la superficie. Los multilaterales son ventajosos en las aplicaciones de reentrada y en los nuevos pozos. Pueden mejorar el drenaje de los reservorios al exponer mucho mas de la formación al pozo. También pueden interceptar numerosos sistemas de fractura y drenar los reservorios múltiples.
Perforación Coiled Tubing
En algunos ambientes, la perforación coiled tubing ofrece ventajas económicas sobre la perforación convencional a través de tubos unificados. También tiene un menor impacto en el ambiente y mejora la seguridad en el pozo.
Las operaciones a través de tubos han probado ser económicas al ahorrar en costos a la hora de retirar los tubos.
Dentro de los mayores beneficios del CTD (Coiled Tubing Drill), se encuentra la habilidad de perforar bajo balance. La perforación bajo balance, puede prevenir durante la perforación la presencia de capas de interés y evitar el daño del reservorio. También puede incrementar el ritmo de de penetración del trépano durante la perforación.
OPERACIONES DE ENTUBACIÓN Y TERMINACIÓN
Una vez terminada la perforación del pozo y después de realizar una evaluación del potencial productivo del mismo, se procederá a realizar las operaciones de Entubación y Terminación. Una vez terminada la perforación del pozo y después de realizar una evaluación del potencial productivo del mismo, se procederá a realizar las operaciones de Entubación y Terminación.
La entubación consiste en bajar una cañería (casing), hasta el fondo del pozo (normalmente de 51/2 o 7 pulgadas de diámetro), la que posteriormente se cementa para generar una aislación de las diferentes zonas permeables a lo largo del pozo. Este proceso de cementación es realizado por Compañías de Servicios especializadas y consiste en colocar una lechada de cemento en el espacio anular que hay entre la pared del pozo y la cara externa del casing. Como dijimos esta cementación tiene por objeto aislar las diferentes zonas permeables impidiendo que fluidos de zonas de alta presión puedan circular a zonas de menor presión o evitar la posibilidad de poner en producción capas acuíferas.
Para asegurarnos de la buena calidad de la cementación, es necesario realizar, una vez fraguado el cemento (entre 18 y 24 horas después), un perfil de Control de Cemento (CBL-VDL), que nos permitirá evaluar las características de aislación entre las diferentes capas productoras del pozo.
Finalmente habrá que poner en producción el pozo, para lo cual se deberá punzar (agujerear el casing) con cargas explosivas. Se punzarán solamente las capas que de acuerdo con datos Geológicos y mediante la Interpretación de Perfiles a pozo abierto, son de interés productivo.
En la figura adjunta se ha esquematizado una operación de punzamiento mediante el disparo de un cañón de cargas huecas. Estas cargas perforan el casing, el cemento y la pared del pozo, llegando hasta 15 a 18 pulgadas desde la pared interna del casing.
A través de estos huecos (de 12 a 36 por metro), fluye el petróleo (o gas en el caso de capas gasíferas), hacia el pozo para ser extraído a superficie.
La entubación consiste en bajar una cañería (casing), hasta el fondo del pozo (normalmente de 51/2 o 7 pulgadas de diámetro), la que posteriormente se cementa para generar una aislación de las diferentes zonas permeables a lo largo del pozo. Este proceso de cementación es realizado por Compañías de Servicios especializadas y consiste en colocar una lechada de cemento en el espacio anular que hay entre la pared del pozo y la cara externa del casing. Como dijimos esta cementación tiene por objeto aislar las diferentes zonas permeables impidiendo que fluidos de zonas de alta presión puedan circular a zonas de menor presión o evitar la posibilidad de poner en producción capas acuíferas.
Para asegurarnos de la buena calidad de la cementación, es necesario realizar, una vez fraguado el cemento (entre 18 y 24 horas después), un perfil de Control de Cemento (CBL-VDL), que nos permitirá evaluar las características de aislación entre las diferentes capas productoras del pozo.
Finalmente habrá que poner en producción el pozo, para lo cual se deberá punzar (agujerear el casing) con cargas explosivas. Se punzarán solamente las capas que de acuerdo con datos Geológicos y mediante la Interpretación de Perfiles a pozo abierto, son de interés productivo.
En la figura adjunta se ha esquematizado una operación de punzamiento mediante el disparo de un cañón de cargas huecas. Estas cargas perforan el casing, el cemento y la pared del pozo, llegando hasta 15 a 18 pulgadas desde la pared interna del casing.
A través de estos huecos (de 12 a 36 por metro), fluye el petróleo (o gas en el caso de capas gasíferas), hacia el pozo para ser extraído a superficie.
