Una explosión es la liberación incontrolada de petróleo crudo y/o gas natural de un pozo de petróleo o de gas después de que los sistemas de control de presión han fallado. [1] Los pozos modernos tienen dispositivos de prevención de explosiones destinados a evitar que esto ocurra. Una chispa accidental durante una explosión puede provocar un incendio catastrófico de petróleo o gas .
Antes de la llegada de los equipos de control de presión en la década de 1920, la liberación incontrolada de petróleo y gas de un pozo durante la perforación era común y se conocía como chorro de petróleo , chorro o pozo salvaje .
Los Gushers fueron un ícono de la exploración petrolera a finales del siglo XIX y principios del XX. Durante esa época, las técnicas de perforación simples, como la perforación con herramientas de cable , y la falta de dispositivos de prevención de explosiones significaban que los perforadores no podían controlar los yacimientos de alta presión. Cuando se rompían estas zonas de alta presión, el petróleo o el gas natural subía por el pozo a gran velocidad, forzando la salida de la sarta de perforación y creando un chorro. Se decía que un pozo que comenzó como un chorro había "explotado": por ejemplo, el Lakeview Gusher explotó en 1910. Estos pozos sin tapar podían producir grandes cantidades de petróleo, a menudo disparados a 200 pies (61 m) o más en el aire. . [2] Una explosión compuesta principalmente de gas natural se conocía como chorro de gas .
A pesar de ser símbolos de riqueza recién descubierta, los chorros eran peligrosos y derrochadores. Mataron a trabajadores involucrados en la perforación, destruyeron equipos y cubrieron el paisaje con miles de barriles de petróleo; Además, la conmoción explosiva liberada por el pozo cuando perfora un yacimiento de petróleo/gas ha sido responsable de que varios petroleros hayan perdido completamente la audición; permanecer demasiado cerca de la plataforma de perforación en el momento en que perfora el depósito de petróleo es extremadamente peligroso. El impacto sobre la vida silvestre es muy difícil de cuantificar, pero sólo se puede estimar que será leve en los modelos más optimistas; siendo realistas, los científicos de todo el espectro ideológico estiman que el impacto ecológico es severo, profundo y duradero. [3]
Para complicar aún más las cosas, el petróleo que fluía libremente estaba (y está) en peligro de encenderse. [4] Un relato dramático de una explosión y un incendio dice:
Con un rugido como el de cien trenes expresos corriendo por el campo, el pozo explotó, arrojando petróleo en todas direcciones. La torre de perforación simplemente se evaporó. Las tripas se marchitaron como lechuga fuera del agua, mientras la maquinaria pesada se retorcía y retorcía en formas grotescas en el infierno ardiente. [5]
El desarrollo de técnicas de perforación rotatoria en las que la densidad del fluido de perforación es suficiente para superar la presión del fondo del pozo de una zona recién penetrada significó que los chorros se volvieron evitables. Sin embargo, si la densidad del fluido no era adecuada o se perdían fluidos en la formación, todavía existía un riesgo significativo de explosión del pozo.
En 1924 se lanzó al mercado el primer preventor de reventones exitoso. [6] La válvula BOP fijada a la boca del pozo podría cerrarse en caso de perforar en una zona de alta presión y contener los fluidos del pozo. Se podrían utilizar técnicas de control de pozos para recuperar el control del pozo. A medida que se desarrolló la tecnología, los dispositivos de prevención de reventones se convirtieron en equipo estándar y los chorros se convirtieron en una cosa del pasado.
En la industria petrolera moderna, los pozos incontrolables se conocieron como reventones y son comparativamente raros. Ha habido mejoras significativas en la tecnología, las técnicas de control de pozos y la capacitación del personal que han ayudado a prevenir que ocurran. [1] De 1976 a 1981, se encuentran disponibles 21 informes de explosiones. [1]
El petróleo o petróleo crudo es un líquido inflamable de origen natural que consiste en una mezcla compleja de hidrocarburos de diversos pesos moleculares y otros compuestos orgánicos que se encuentran en formaciones geológicas debajo de la superficie de la Tierra. Debido a que la mayoría de los hidrocarburos son más livianos que la roca o el agua, a menudo migran hacia arriba y ocasionalmente lateralmente a través de capas de roca adyacentes hasta llegar a la superficie o quedar atrapados dentro de rocas porosas (conocidas como reservorios) por rocas impermeables de arriba. Cuando los hidrocarburos se concentran en una trampa, se forma un yacimiento petrolífero, del que se puede extraer el líquido mediante perforación y bombeo. La presión de fondo del pozo en las estructuras rocosas cambia dependiendo de la profundidad y las características de la roca madre . También puede haber gas natural (principalmente metano ), generalmente encima del petróleo dentro del yacimiento, pero a veces disuelto en el petróleo a la presión y temperatura del yacimiento. El gas disuelto normalmente sale de la solución como gas libre a medida que se reduce la presión, ya sea en operaciones de producción controladas, en una patada o en una explosión no controlada. El hidrocarburo en algunos yacimientos puede ser esencialmente gas natural.
Las presiones del fluido en el fondo del pozo se controlan en los pozos modernos mediante el equilibrio de la presión hidrostática proporcionada por la columna de lodo . Si el equilibrio de la presión del lodo de perforación es incorrecto (es decir, el gradiente de presión del lodo es menor que el gradiente de presión de poro de la formación), entonces los fluidos de la formación (petróleo, gas natural y/o agua) pueden comenzar a fluir hacia el pozo y subir. el espacio anular (el espacio entre el exterior de la sarta de perforación y la pared del pozo abierto o el interior del revestimiento ) y/o el interior de la tubería de perforación . Esto comúnmente se llama patada . Idealmente, las barreras mecánicas, como los preventores de explosiones (BOP), se pueden cerrar para aislar el pozo mientras se recupera el equilibrio hidrostático mediante la circulación de fluidos en el pozo. Pero si el pozo no está cerrado (término común para el cierre del preventor de explosión), una patada puede escalar rápidamente a una explosión cuando los fluidos de formación alcanzan la superficie, especialmente cuando el influjo contiene gas que se expande rápidamente con la reducción. presión a medida que fluye hacia arriba por el pozo, disminuyendo aún más el peso efectivo del fluido.
Las primeras señales de advertencia de una inminente patada de pozo durante la perforación son:
Otras señales de advertencia durante la operación de perforación son:
El medio principal para detectar una patada durante la perforación es un cambio relativo en la tasa de circulación de regreso a la superficie hacia los pozos de lodo. El equipo de perforación o el ingeniero de lodo realiza un seguimiento del nivel en los pozos de lodo y monitorea de cerca la tasa de retorno del lodo versus la tasa que se bombea por la tubería de perforación. Al encontrar una zona de mayor presión que la que ejerce la cabeza hidrostática del lodo de perforación (incluida la pequeña cabeza de fricción adicional mientras circula) en la barrena, se notará un aumento en la tasa de retorno del lodo a medida que el influjo del fluido de formación se mezcla con el el lodo de perforación circulante. Por el contrario, si la tasa de retorno es más lenta de lo esperado, significa que una cierta cantidad de lodo se está perdiendo en una zona de ladrones en algún lugar debajo de la última zapata de revestimiento . Esto no necesariamente resulta en una patada (y puede que nunca llegue a serlo); sin embargo, una caída en el nivel de lodo podría permitir la entrada de fluidos de formación desde otras zonas si la cabeza hidrostática se reduce a menos que la de una columna completa de lodo. [ cita necesaria ]
La primera respuesta al detectar una patada sería aislar el pozo de la superficie activando los preventores de explosión y cerrando el pozo. Luego, el equipo de perforación intentaría hacer circular un fluido destructivo más pesado para aumentar la presión hidrostática (a veces con la ayuda de una empresa de control de pozos ). En el proceso, los fluidos de entrada circularán lentamente hacia afuera de manera controlada, teniendo cuidado de no permitir que el gas acelere el pozo demasiado rápido controlando la presión del casing con estranguladores en un cronograma predeterminado.
Este efecto será menor si el fluido de entrada es principalmente agua salada. Y con un fluido de perforación a base de petróleo se puede enmascarar en las primeras etapas de control de una patada porque el influjo de gas puede disolverse en el petróleo bajo presión en profundidad, sólo para salir de la solución y expandirse con bastante rapidez a medida que el influjo se acerca a la superficie. Una vez que todo el contaminante haya circulado, la presión de cierre de la carcasa debería haber llegado a cero. [ cita necesaria ]
Las pilas de tapado se utilizan para controlar las explosiones. La tapa es una válvula abierta que se cierra después de atornillarla. [23]
Las explosiones de pozos pueden ocurrir durante la fase de perforación, durante las pruebas de pozos , durante la terminación del pozo , durante la producción o durante las actividades de reparación . [1]
Las explosiones pueden expulsar la sarta de perforación fuera del pozo y la fuerza del fluido que se escapa puede ser lo suficientemente fuerte como para dañar la plataforma de perforación . Además del petróleo, la producción de la explosión de un pozo puede incluir gas natural, agua, fluido de perforación, lodo, arena, rocas y otras sustancias.
Las explosiones a menudo se encienden por chispas de las rocas que se expulsan o simplemente por el calor generado por la fricción. Luego, una empresa de control de pozos deberá extinguir el incendio del pozo o taparlo y reemplazar el cabezal de revestimiento y otros equipos de superficie. Si el gas que fluye contiene sulfuro de hidrógeno venenoso , el operador petrolero podría decidir encender la corriente para convertirlo en sustancias menos peligrosas. [ cita necesaria ]
A veces, las explosiones pueden ser tan contundentes que no pueden controlarse directamente desde la superficie, especialmente si hay tanta energía en la zona de flujo que no se agota significativamente con el tiempo. En tales casos, se pueden perforar otros pozos (llamados pozos de alivio ) para cruzar el pozo o la bolsa, a fin de permitir que los fluidos de peso letal se introduzcan en profundidad. Cuando se perforaron por primera vez en la década de 1930, se perforaron pozos de alivio para inyectar agua en el orificio del pozo de perforación principal. [24] Al contrario de lo que podría inferirse del término, estos pozos generalmente no se utilizan para ayudar a aliviar la presión utilizando múltiples salidas desde la zona de explosión.
Las dos causas principales de una explosión submarina son fallas en el equipo y desequilibrios en la presión del yacimiento subterráneo encontrado. [25] Los pozos submarinos tienen equipos de control de presión ubicados en el lecho marino o entre el tubo ascendente y la plataforma de perforación. Los preventores de explosiones (BOP) son los principales dispositivos de seguridad diseñados para mantener el control de las presiones de los pozos impulsadas geológicamente. Contienen mecanismos de corte hidráulicos para detener el flujo de hidrocarburos en caso de pérdida de control del pozo. [26]
Incluso con equipos y procesos de prevención de explosiones implementados, los operadores deben estar preparados para responder a una explosión en caso de que ocurriera. Antes de perforar un pozo, BSEE debe presentar, revisar y aprobar un plan detallado de diseño de construcción del pozo, un plan de respuesta a derrames de petróleo y un plan de contención del pozo, y está supeditado al acceso a recursos adecuados de contención del pozo de acuerdo con NTL 2010-N10. . [27]
La explosión del pozo Deepwater Horizon en el Golfo de México en abril de 2010 se produjo a una profundidad de agua de 5.000 pies (1.500 m). [28] Las capacidades actuales de respuesta a explosiones en el Golfo de México de EE. UU. cumplen con tasas de captura y procesamiento de 130.000 barriles de fluido por día y una capacidad de manejo de gas de 220 millones de pies cúbicos por día a profundidades de hasta 10.000 pies. [29]
Una explosión subterránea es una situación especial en la que los fluidos de zonas de alta presión fluyen sin control hacia zonas de menor presión dentro del pozo. Por lo general, esto va desde zonas más profundas de mayor presión hasta formaciones menos profundas de menor presión. Es posible que no haya flujo de fluido que se escape en la boca del pozo. Sin embargo, las formaciones que reciben el influjo pueden sufrir sobrepresión, una posibilidad que se deben considerar futuros planes de perforación en las cercanías. [ cita necesaria ]
Myron M. Kinley fue un pionero en la lucha contra incendios y explosiones de pozos petroleros. Desarrolló muchas patentes y diseños para herramientas y técnicas de extinción de incendios con petróleo. Su padre, Karl T. Kinley, intentó extinguir el incendio de un pozo de petróleo con la ayuda de una explosión masiva, un método que todavía se usa comúnmente para combatir incendios de petróleo. Myron y Karl Kinley utilizaron explosivos con éxito por primera vez para extinguir el incendio de un pozo de petróleo en 1913. [30] Kinley más tarde formaría MM Kinley Company en 1923. [30] Asger "Boots" Hansen y Edward Owen "Coots" Matthews también comienzan sus carreras bajo Kinley.
Paul N. "Red" Adair se unió a MM Kinley Company en 1946 y trabajó 14 años con Myron Kinley antes de fundar su propia empresa, Red Adair Co., Inc., en 1959.
Red Adair Co. ha ayudado a controlar las explosiones en alta mar, entre ellas:
La película estadounidense de 1968, Hellfighters , protagonizada por John Wayne, trata sobre un grupo de bomberos de un pozo petrolero, basada libremente en la vida de Adair; Adair, Hansen y Matthews actuaron como asesores técnicos de la película.
En 1994, Adair se jubiló y vendió su empresa a Global Industries. La dirección de la empresa de Adair abandonó la empresa y creó International Well Control (IWC). En 1997 comprarían la empresa Boots & Coots International Well Control, Inc. , que fue fundada por Hansen y Matthews en 1978.
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Después de la explosión del Macondo-1 en Deepwater Horizon , la industria costa afuera colaboró con los reguladores gubernamentales para desarrollar un marco para responder a futuros incidentes submarinos. Como resultado, todas las compañías de energía que operan en las aguas profundas del Golfo de México de EE. UU. deben presentar un Plan de respuesta a derrames de petróleo requerido por la OPA 90 con la adición de un Plan de demostración de contención regional antes de cualquier actividad de perforación. [32] En caso de una explosión submarina, estos planes se activan inmediatamente, aprovechando algunos de los equipos y procesos utilizados efectivamente para contener el Deepwater Horizon, así como otros que se han desarrollado después de su explosión.
Para recuperar el control de un pozo submarino, la parte responsable primero garantizaría la seguridad de todo el personal a bordo de la plataforma y luego comenzaría una evaluación detallada del sitio del incidente. Se enviarían vehículos submarinos operados remotamente (ROV) para inspeccionar el estado de la boca del pozo, el preventor de explosiones (BOP) y otros equipos del pozo submarino. El proceso de remoción de escombros comenzaría de inmediato para proporcionar un acceso claro a una pila de tapado.
Una vez bajado y asegurado en la boca del pozo, una pila de tapado utiliza presión hidráulica almacenada para cerrar un ariete hidráulico y detener el flujo de hidrocarburos. [33] Si el cierre del pozo pudiera introducir condiciones geológicas inestables en el pozo, se utilizaría un procedimiento de tapa y flujo para contener los hidrocarburos y transportarlos de manera segura a un buque de superficie. [34]
La parte responsable trabaja en colaboración con BSEE y la Guardia Costera de los Estados Unidos para supervisar los esfuerzos de respuesta, incluido el control de fuentes, la recuperación de petróleo vertido y la mitigación del impacto ambiental. [35]
Varias organizaciones sin fines de lucro ofrecen una solución para contener eficazmente una explosión submarina. HWCG LLC y Marine Well Containment Company operan dentro de las aguas del Golfo de México [36] de EE. UU ., mientras que cooperativas como Oil Spill Response Limited ofrecen apoyo para operaciones internacionales.
El 30 de septiembre de 1966, la Unión Soviética experimentó explosiones en cinco pozos de gas natural en Urta-Bulak, un área a unos 80 kilómetros de Bukhara , Uzbekistán . En Komsomoloskaya Pravda se afirmó que después de años de quemar incontrolablemente pudieron detenerlos por completo. [37] Los soviéticos bajaron un paquete de física nuclear de 30 kilotones especialmente fabricado en un pozo de 6 kilómetros (20.000 pies) perforado de 25 a 50 metros (82 a 164 pies) de distancia del pozo original (que goteaba rápidamente). Se consideró necesario un explosivo nuclear porque los explosivos convencionales carecían de la potencia necesaria y además requerirían mucho más espacio bajo tierra. Cuando el dispositivo fue detonado, aplastó la tubería original que transportaba el gas desde el depósito profundo a la superficie y vitrificó la roca circundante. Esto provocó que la fuga y el fuego en la superficie cesaran aproximadamente un minuto después de la explosión y resultó ser una solución permanente. Un intento de realizar un pozo similar no tuvo tanto éxito. Otras pruebas fueron para experimentos como la mejora de la extracción de petróleo (Stavropol, 1969) y la creación de depósitos de almacenamiento de gas (Orenburg, 1970). [38]
Datos de información de la industria. [1] [39]
Uno de los mayores obstáculos que encontraron al perforar fue el de encontrar una fuerte veta de petróleo, un estallido espontáneo, que se elevó hasta las copas de los árboles más altos.