UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARMEN Tema 1 Introducción a la construcción de pozos Materia: Elementos de perforación de pozos Profesor: Ing. Químico, Juan Almanza Mosqueda Alumno: Gerardo Velázquez Acosta 1 Contenido Introducción ....................................................................................................................................... 3 1.1 LOS INICIOS DE LA PERFORACIÓN .............................................................................. 4 1.4 AMBIENTES DE PERFORACIÓN .......................................................................................... 5 1.6 EVOLUCION DE LA PERFORACIÓN.................................................................................... 7 Perforación manual ......................................................................................................................... 7 Perforación automática................................................................................................................... 7 Perforación rotativa ........................................................................................................................ 7 Perforaciones en alta mar ............................................................................................................... 8 Nuevas Tecnologías .................................................................................................................... 8 Pozos Horizontales ...................................................................................................................... 8 Bibliografía ....................................................................................................................................... 10 2 Introducción La humanidad ha conocido y utilizado el petróleo por más de 5,000 años, muchas civilizaciones lo han empleado a lo largo de la historia en diferentes momentos y lugares del mundo. Las civilizaciones primitivas le dieron usos rudimentarios en su estado asfaltico o bituminoso, aprovechándolo ampliamente como fuentes de iluminación, combustible, lubricante, elemento constructivo, calafateador de embarcaciones, y hasta como medicamento. Se sabe que las grandes civilizaciones antiguas como los egipcios, chinos, griegos y romanos utilizaron el petróleo que brotaba a flor de tierra en manantiales, mejor conocido en México como “CHAPOPOTERAS”. Respecto a los ambientes de perforación petrolera, nos referimos a los tipos de formaciones que podemos encontrar durante el transcurso de la perforación, refiriéndonos en si a las edades geológicas que no son más que depósitos de sedimentos acumulados por miles de años. En la actualidad existe la petrofísica y registros de pozos y otras ciencias que nos facilitan al momento de la perforación saber en qué edad geológica o ambiente de perforación nos encontramos. Por otra parte, el presente trabajo nos muestra el avance tecnológico de las técnicas de perforación, desde la perforación por percusión hasta la hoy en día conocida perforación por rotación, donde se utilizan equipos y elementos de perforación sofisticados que hacen que la perforación, ya sea en tierra o en mar abierto, sea mucho más rápida y económica. 3 1.1 LOS INICIOS DE LA PERFORACIÓN El petróleo en la antigüedad Desde la antigüedad el petróleo aparecía de forma natural en ciertas regiones terrestres como son los países de Oriente Medio. Hace 6.000 años en Asiria y en Babilonia se usaba para pegar ladrillos y piedras, en medicina y en el calafateo de embarcaciones; en Egipto, para engrasar pieles; las tribus precolombinas de México pintaron esculturas con él; y los chinos ya lo utilizaban como combustible. La primera destilación de petróleo se atribuye al árabe de origen persa Al-Razien el siglo IX, inventor del alambique, con el cual obtenía queroseno y otros destilados, para usos médicos y militares. Los árabes a través del Califato de Córdoba, actual España, difundieron estas técnicas por toda Europa. Durante la Edad Media continuó usándose únicamente con fines curativos. En el siglo XVIII y gracias a los trabajos de G. A. Hirn, empiezan a perfeccionarse los métodos de refinado, obteniéndose productos derivados que se utilizarán principalmente para el engrasado de máquinas. El petróleo en el siglo XIX La moderna historia del petróleo empieza en torno a 1855. La idea partió de George Bisell, al que hay que atribuirle el mérito de haber hecho nacer una industria con una importancia sin precedentes. Otros nombres fundamentales de este inicio son el de James Townsed, banqueroy principal inversor, y Edwin L. Drake, quien, tras el informe favorable de Silliman acerca de las propiedades del petróleo, fue enviado para perforar la tierra con la esperanza de encontrarlo en mayor cantidad bajo la superficie. ¿Qué interés tenía, por aquel entonces, ese producto novedoso? El interés procedía de su condición de inflamable. Goerge Bisell creyó que podría ser sustituto del aceite de carbón y del de ballena, que se utilizaban por aquel entonces para iluminar, y para lo que existía un gran mercado en expansión con el desarrollo de las ciudades. El estudio preliminar demostró que las propiedades del “aceite de piedra” eran excelentes para tal fin, y por ello se constituyó la Pennsylvania Rock Oil Company, destinada a la explotación del descubrimiento. Era una compañía pequeña y con pocos fondos, que a punto estuvo de cerrar. Pero quince días antes de hacerlo, en agosto de 1859, las excavaciones dieron resultado. Fueron hechas en un pueblo llamado Titusville (unos 150 Km al norte de Pittsburg),en unas colinas (Oil Creek) en las que se producían unas pequeñas filtraciones de forma natural. Como resultado, se obtuvo por primera vez “aceite de roca”, es decir, petróleo, en cantidades abundantes. La noticia se extendió con rapidez y la colina se llenó rápidamente de nuevos pozos. Quince meses después, en noviembre de 1860, había 75 pozos funcionando en Oil Creek. La fiebre del petróleo había comenzado. 4 1.4 AMBIENTES DE PERFORACIÓN Los ambientes sedimentarios son la parte de la superficie terrestre donde se acumulan sedimentos y se diferencia física, química y biológicamente de las zonas adyacentes. Los procesos sedimentarios son los causantes del transporte y depósito de los sedimentos. En un medio sedimentario se puede producirse erosión, no depósito o sedimentación, normalmente alternando en diferentes etapas. El número de medios sedimentarios actuales es finito y pueden ser clasificados. Los ambientes sedimentarios son clasificados en 3, que son: Continentales De transición Marinos 5 De estos ambientes de depósito sedimentario los que más les conviene a las empresas petroleras por el costo-beneficio son los siguientes: - LACUSTRE O LAGUNAR: son los cuerpos de agua, así como dice su nombre son los lagos, y se encuentran separados del mar. El aporte de agua a todos los lagos viene de los ríos, de aguas freáticas y precipitación sobre el espejo del agua. Los lagos se forman en depresiones topográficas creadas por una variedad de procesos geológicos como movimientos tectónicos, movimientos de masa, vulcanismo, formación de barras, acción de glaciares e incluso impactos de meteoritos. También existen lagos creados artificialmente por la construcción de una presa. - PLATAFORMA: es la superficie de un fondo submarino próximo a la costa y con profundidades inferiores a 200 metros. Su amplitud desde la costa es variable, desde escasos metros hasta cientos de kilómetros. Es la continuación submarina de los continentes, es decir, su basamento geológico está constituido por corteza continental. En ella abunda la vida animal y vegetal por lo que es de gran importancia económica. La mayoría de los pozos petroleros están en la zona costera y en la zona marina en tanto se esté hablando de México. Ya que alrededor del mundo existen pozos en zonas desérticas, glaciales y sobre todo en aguas profundas que aunque son pocos, tienen grandes reservas. 6 1.6 EVOLUCION DE LA PERFORACIÓN La perforación de petróleo ha cambiado significativamente desde que Edwin Drake cavó el primer pozo de petróleo en Pensilvania en 1859. Una vez que el petróleo se convirtió en una industria rentable, la tecnología utilizada para perforar pozos mejoró rápidamente. Aunque todas las primeras técnicas de perforación alcanzaban esencialmente el mismo objetivo de romper la roca para acceder a los depósitos de petróleo líquido, la tecnología permitió perforar más rápido y de forma más segura en tierra y aguas poco profundas. Perforación manual Según Dan Yeargin en su libro sobre la historia del petróleo "El precio" (The Prize) y ganador del premio Pulitzer, los primeros taladros petroleros fueron en realidad barrenadores de sal, que se utilizaban para perforar a través de domos de sal en el suelo. Usando esta técnica, una barra grande y pesada se levantaba manualmente sobre un eje por trabajadores, quienes luego la liberaban. La vara caería en el pozo, golpeaba las rocas de abajo y finalmente las destrozaba. Los trabajadores retiraban entonces la roca manualmente. Con el tiempo, esta barra rompía a través de la roca que cubría el depósito de petróleo y los trabajadores del petróleo podían extraer el aceite líquido a través de cubos o bombas manuales de agua. Perforación automática A medida que más gente comenzó a perforar por petróleo y su extracción se convirtió en un negocio más grande, los perforadores de petróleo realizaron varias mejoras al perforador manual de sal. Las primeras torres petroleras elevaban varios pesos sobre el eje, lo que proporciona más fuerza y acelera el proceso. Las grandes empresas de extracción de petróleo también agregaron máquinas de vapor para el proceso de perforación, lo cual eliminó la necesidad de mano de obra para elevar continuamente el peso hasta la parte superior del eje. Aunque pequeños equipos para búsqueda de petróleo continuaron utilizando perforaciones manuales hasta bien entrado el siglo 20, las grandes compañías de petróleo posibilitaron el desplazamiento hacia la perforación automática con el fin de acelerar el proceso. Perforación rotativa La perforación rotativa, desarrollada alrededor del siglo 20 en Europa, representó un cambio importante en la tecnología de perforación de petróleo. Los taladros rotatorios operan como un destornillador masivo, girado desde el nivel del terreno 7 por una máquina de vapor. La broca del taladro rotativo se impulsa en la roca en la parte inferior del eje, rompiéndola en trozos pequeños. Estos trozos se pueden transportar a través del tubo hueco del taladro. Esta perforación constante permitió un trabajo mucho más rápido y mucho más barata en mano de obra. Si bien la tecnología ha mejorado mucho desde comienzos del siglo 20, la perforación rotatoria sigue siendo la manera preferida de extracción de petróleo en los pozos de petróleo continentales. Perforaciones en alta mar Mientras que los procesos técnicos que permiten a las empresas petroleras perforar en busca de petróleo debajo del profundo suelo oceánico son relativamente nuevas, las técnicas y la tecnología para la perforación en aguas poco profundas o en lagos se han utilizado desde finales de siglo 19. Los primeros perforadores de petróleo utilizaron con éxito técnicas de perforación de mar adentro en la costa de California. Las plataformas mar adentro son relativamente similares a las configuraciones de perforación en tierra, con un taladro giratorio unido a una torre de perforación. En los primeros años, la torre estaba simplemente anclada al fondo del lago. Nuevas Tecnologías 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 extensión horizontal y no limitarse solo al espesor neto de la formación que es el caso de perforaciones de tipo convencional. Los pozos de alcance extendido pueden alcanzar sus blancos a más de 8km de la ubicación del pozo. Esta técnica les permite a los operadores explotar el petróleo y los campos en forma satélite de las infraestructuras de superficie. Los campos cercanos a la costa pueden ser desarrollados desde tierra para reducir los costos y minimizar el impacto ambiental. 8 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. 9 Bibliografía Manual de principios básicos de la ingeniería petrolera 2014, CIPM https://es.scribd.com/document/88957419/El-petroleo-en-la-antiguedad-2 http://www.ehowenespanol.com/primeras-tecnicas-perforacion-petrolera-info_229295/ http://gustato.com/petroleo/Petroleo2.html 10
