Los recortes de perforación [1] son trozos rotos de material sólido que se extraen de un pozo perforado mediante métodos rotativos , de percusión o de barrena y se llevan a la superficie en el lodo de perforación . Los pozos perforados de esta manera incluyen pozos de petróleo o gas , pozos de agua y pozos perforados para investigaciones geotécnicas o exploración minera. [2]
Los recortes de perforación se examinan comúnmente para hacer un registro (un registro de pozo ) de los materiales del subsuelo penetrados a distintas profundidades. En la industria petrolera, esto a menudo se llama tronco de lodo .
Los recortes de perforación se producen a medida que la roca se rompe cuando la broca avanza a través de la roca o el suelo; Los recortes generalmente se llevan a la superficie mediante el fluido de perforación que circula desde la broca. Los recortes de perforación se pueden separar del fluido de perforación líquido mediante agitadores de esquisto , centrífugas o separadores ciclónicos , siendo estos últimos también eficaces para la perforación con aire. En la perforación con herramienta de cable, los recortes de perforación se sacan periódicamente del fondo del agujero. En la perforación con barrena , los recortes se llevan a la superficie mediante las paletas de la barrena.
Un método de perforación que no produce recortes de perforación es la perforación con núcleo , que en cambio produce cilindros sólidos de roca o suelo.
Los recortes de perforación transportados por el lodo (fluido de perforación) generalmente se recuperan en la superficie de la plataforma donde pasan a través de agitadores o máquinas vibratorias para separar los recortes del fluido de perforación, este proceso permite que el fluido circulante vuelva a ingresar al proceso de perforación.
Luego, los registradores de lodo y el geólogo del pozo estudian las muestras de los recortes . En la industria del petróleo y el gas, el operador probablemente necesitará un conjunto de muestras para realizar análisis adicionales en sus laboratorios. Muchas regulaciones nacionales estipulan que para cualquier pozo perforado, se debe archivar un conjunto de muestras ante un organismo nacional. Por ejemplo, en el caso del Reino Unido con el Servicio Geológico Británico ( BGS ).
La mayor parte de los esquejes requieren eliminación. La metodología de eliminación depende del tipo de fluido de perforación utilizado. En el caso de fluidos de perforación a base de agua (WBM) sin aditivos particularmente peligrosos, los recortes se pueden verter por la borda (en el caso de alta mar). Sin embargo, si se utiliza un fluido de perforación a base de aceite ( OBM ), los recortes deben procesarse antes de su eliminación. Ya sea en contenedores y transportados a una instalación dedicada (también conocida como contenedor y barco), o ahora hay plantas móviles que pueden procesarlos en el sitio de la plataforma quemando la contaminación del fluido de perforación. Esto ahorra la logística y el costo de transportar tales cantidades de esquejes. Aunque posiblemente se considere un tema poco interesante, en el caso de un contenedor y un barco, la dependencia de las operaciones de grúa para mover los contenedores puede llevar a situaciones en las que el mal tiempo detenga la perforación ya que el manejo de los recortes no puede continuar.
El entierro es la colocación de residuos en excavaciones naturales o artificiales, como fosas o vertederos . El entierro es la técnica de eliminación terrestre más común utilizada para eliminar los desechos de perforación (lodo y recortes). Generalmente, los sólidos se entierran en el mismo pozo (el pozo de reserva) que se utiliza para la recolección y almacenamiento temporal de los residuos de lodo y recortes después de que se deja que el líquido se evapore. El enterramiento en pozos es un método de bajo costo y baja tecnología que no requiere que los desechos sean transportados fuera del sitio del pozo y, por lo tanto, es muy atractivo para muchos operadores.
El entierro puede ser la técnica de eliminación más incomprendida o mal aplicada. Generalmente no es aceptable simplemente empujar las paredes del pozo de reserva sobre los recortes perforados. La profundidad o ubicación de la celda funeraria es importante. Se debe establecer un límite de contenido de humedad en los recortes enterrados y se debe determinar la composición química. El entierro en pozo en el sitio puede no ser una buena opción para desechos que contienen altas concentraciones de petróleo, sal, metales biológicamente disponibles, productos químicos industriales y otros materiales con componentes dañinos que podrían migrar del pozo y contaminar los recursos hídricos utilizables.
En algunas áreas de campos petroleros , se operan grandes vertederos para eliminar los desechos de múltiples pozos. El entierro generalmente resulta en condiciones anaeróbicas, lo que limita cualquier degradación adicional en comparación con los desechos cultivados o esparcidos en la tierra, donde predominan las condiciones aeróbicas. [3]
El objetivo de aplicar los desechos de perforación a la tierra es permitir que la población microbiana natural del suelo metabolice, transforme y asimile los componentes de los desechos en el lugar. La aplicación al suelo es una forma de biorremediación que se describe en una hoja informativa separada. [4]
Se utilizan varios términos para describir este enfoque de gestión de residuos , que puede considerarse tanto tratamiento como eliminación. En general, el cultivo de la tierra se refiere a la aplicación repetida de desechos a la superficie del suelo, mientras que la dispersión y el tratamiento de la tierra a menudo se usan indistintamente para describir la aplicación única de desechos a la superficie del suelo. Algunos profesionales no siguen la misma convención terminológica y pueden intercambiar los tres términos. Los lectores deberían centrarse en las tecnologías más que en los nombres específicos dados a cada proceso.
Las técnicas óptimas de aplicación al suelo equilibran las adiciones de desechos con la capacidad del suelo para asimilar los componentes de los desechos sin destruir la integridad del suelo, crear problemas de contaminación del subsuelo o causar otros impactos ambientales adversos.
La industria de exploración y producción ha utilizado la agricultura de la tierra para tratar los desechos aceitosos de la industria petrolera durante años. El cultivo de la tierra es la aplicación controlada y repetida de desechos a la superficie del suelo, utilizando microorganismos en el suelo para biodegradar naturalmente los componentes de los hidrocarburos , diluir y atenuar metales y transformar y asimilar los componentes de los desechos.
El cultivo de tierras puede ser un enfoque de gestión de residuos de perforación de costo relativamente bajo . Algunos estudios indican que el cultivo de la tierra no afecta negativamente a los suelos e incluso puede beneficiar a ciertos suelos arenosos al aumentar su capacidad de retención de agua y reducir las pérdidas de fertilizantes . Los compuestos inorgánicos y los metales se diluyen en el suelo y también pueden incorporarse a la matriz (mediante quelación , reacciones de intercambio, enlaces covalentes u otros procesos) o pueden volverse menos solubles mediante oxidación , precipitación y efectos del pH. La atenuación de los metales pesados (o la absorción de metales por las plantas ) puede depender del contenido de arcilla y de la capacidad de intercambio catiónico .
Optimización de las operaciones agrícolas terrestres: la adición de agua , nutrientes y otras enmiendas (por ejemplo, estiércol , paja ) puede aumentar la actividad biológica y la aireación del suelo, evitando así el desarrollo de condiciones que podrían promover la lixiviación y la movilización de contaminantes inorgánicos. Durante períodos de condiciones secas prolongadas, también puede ser necesario controlar la humedad para minimizar el polvo.
La labranza periódica de la mezcla (para aumentar la aireación ) y la adición de nutrientes a la mezcla de suelo residual pueden mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos. Después de aplicar los residuos, se monitorean las concentraciones de hidrocarburos para medir el progreso y determinar la necesidad de mejorar los procesos de biodegradación . Las tasas de aplicación deben controlarse para minimizar el potencial de escorrentía.
El tratamiento previo de los desechos mediante compostaje y la activación de la biodegradación aeróbica mediante volteo regular ( hileras ) o mediante ventilación forzada (biopilas) puede reducir la cantidad de superficie requerida para el cultivo de la tierra (Morillon et al. 2002).
Ejemplo de granja de tierras residuales de perforación: En 1995, HS Resources, una compañía de petróleo y gas que opera en Colorado, obtuvo un permiso para una granja de tierras no comerciales para tratar y reciclar los desechos no peligrosos de los campos petroleros de la compañía, incluidos los lodos de perforación . En la finca, los desechos mezclados con tierra contaminada con hidrocarburos de otras instalaciones se esparcen en una capa de un pie de espesor o menos. La acción bacteriana natural se mejora mediante la adición ocasional de fertilizantes comerciales, labranza mensual (para agregar oxígeno ) y riego (para mantener un contenido de humedad del 10 al 15%). El tratamiento se considera completo cuando los niveles de hidrocarburos alcanzan las concentraciones especificadas por las agencias reguladoras; No todas las agencias emplean los mismos estándares de aceptabilidad. El agua y el suelo se monitorean periódicamente para confirmar que no se hayan producido impactos adversos en el suelo o el agua subterránea, y se mantienen registros de la fuente y disposición del suelo remediado. Los costos estimados de tratamiento, que incluyen transporte, esparcimiento, enmiendas y monitoreo, son de aproximadamente 4 a 5 dólares por yarda cúbica. Cuando el material tratado se recicla como relleno, los costos netos son de aproximadamente $1 por yarda cúbica. Los costos de capital (no incluidos en las estimaciones de costos de tratamiento) se recuperaron dentro de los primeros ocho meses de operación (Cole y Mark 2000).
Consideraciones de implementación: Las ventajas del cultivo de la tierra incluyen su simplicidad y bajo costo de capital, la capacidad de aplicar múltiples cargas de desechos a la misma parcela de tierra y el potencial de mejorar las condiciones del suelo. Las preocupaciones asociadas con el cultivo de la tierra son sus altos costos de mantenimiento (por ejemplo, para el cultivo periódico de la tierra, fertilizantes ); necesidades de terreno potencialmente grandes; y análisis, pruebas, demostración y seguimiento necesarios. Las concentraciones elevadas de hidrocarburos en los desechos de perforación pueden limitar la tasa de aplicación de un desecho en un sitio.
Los residuos que contienen sal también deben aplicarse al suelo con cuidado. La sal, a diferencia de los hidrocarburos, no puede biodegradarse pero puede acumularse en los suelos, que tienen una capacidad limitada para aceptar sales. Si los niveles de sal aumentan demasiado, los suelos pueden dañarse y se puede inhibir el tratamiento de hidrocarburos. Las sales son solubles en agua y se pueden gestionar. El manejo de la sal es parte de la operación prudente de una explotación agrícola.
Otra preocupación con el cultivo de tierras es que, mientras que los compuestos de petróleo de menor peso molecular se biodegradan eficientemente, los compuestos de mayor peso molecular se biodegradan más lentamente. Esto significa que las aplicaciones repetidas pueden provocar la acumulación de compuestos de alto peso molecular. En altas concentraciones, estos componentes recalcitrantes pueden aumentar la repelencia del suelo al agua, afectar el crecimiento de las plantas, reducir la capacidad del suelo para sustentar una comunidad diversa de organismos y hacer que la tierra agrícola ya no sea utilizable sin tratamiento o enmienda. [5] Estudios recientes han apoyado la idea de que las adiciones a escala de campo de lombrices de tierra con enmiendas orgánicas seleccionadas pueden acelerar la recuperación a largo plazo de suelos contaminados con petróleo tratados convencionalmente. Las actividades de excavación y alimentación de las lombrices de tierra crean espacio y permiten que los recursos alimentarios estén disponibles para otros organismos del suelo que de otro modo no podrían sobrevivir. El uso de lombrices de tierra en Europa ha mejorado la calidad biológica de los suelos de algunos proyectos de recuperación de tierras a gran escala.
Al considerar el cultivo de la tierra como una opción de gestión de residuos, se deben considerar varios elementos. Estos incluyen la topografía del sitio, la hidrología del sitio, el uso de la tierra vecina y la composición física (textura y densidad aparente) y química de los desechos y la mezcla resultante de desechos y suelo. Los desechos que contienen grandes cantidades de aceite y diversos aditivos pueden tener diversos efectos en partes de la cadena alimentaria. Los componentes de particular preocupación incluyen el pH, el nitrógeno (masa total), los principales iones solubles ( Ca , Mg , Na , Cl ), la conductividad eléctrica, los metales totales, los halógenos orgánicos extraíbles, el contenido de aceite y los hidrocarburos. Los lodos a base de aceite normalmente utilizan una fase emulsionada de 20 a 35 por ciento en peso de salmuera de CaCl 2 . Esta sal puede ser un problema en algunas áreas, como algunas partes de Canadá, el centro del continente y las Montañas Rocosas. Por esta razón, han surgido sistemas de lodo alternativos que utilizan una sal beneficiosa para el medio ambiente, como el nitrato de calcio o el sulfato de potasio , como fase de agua interna emulsionada.
Los desechos que contienen niveles significativos de metales pesados biológicamente disponibles y compuestos tóxicos persistentes no son buenos candidatos para el cultivo de la tierra, ya que estas sustancias pueden acumularse en el suelo hasta un nivel que hace que la tierra no sea apta para su uso posterior (E&P Forum 1993). (El monitoreo del sitio puede ayudar a garantizar que dicha acumulación no ocurra). Las granjas terrestres pueden requerir permisos u otras aprobaciones de las agencias reguladoras y, dependiendo de las condiciones del suelo, algunas granjas terrestres pueden requerir revestimientos y/o pozos de monitoreo de agua subterránea.
En el tratamiento de la tierra (también conocido como esparcimiento de la tierra), los procesos son similares a los del cultivo de la tierra, donde se utilizan procesos naturales del suelo para biodegradar los componentes orgánicos de los desechos. Sin embargo, en el tratamiento de terrenos, los residuos se aplican una sola vez a una parcela de terreno. El objetivo es disponer de los residuos de manera que se preserven las propiedades químicas , biológicas y físicas del subsuelo , limitando la acumulación de contaminantes y protegiendo la calidad de las aguas superficiales y subterráneas. El área de extensión del terreno se determina sobre la base de una tasa de carga calculada que considera la concentración absoluta de sal , la concentración de hidrocarburos , la concentración de metales y el nivel de pH después de mezclar con el suelo. Los desechos de la perforación se esparcen sobre el terreno y se incorporan a la zona superior del suelo (generalmente entre 6 y 8 pulgadas superiores del suelo) para mejorar la volatilización y biodegradación de los hidrocarburos . La tierra se gestiona de manera que el sistema del suelo pueda degradar, transportar y asimilar los componentes de los desechos. Cada sitio de tratamiento de suelo generalmente se utiliza una sola vez.
Optimización de las operaciones de tratamiento del suelo: la adición de agua, nutrientes y otras enmiendas (p. ej., estiércol, paja) puede aumentar la actividad biológica/aireación del suelo y prevenir el desarrollo de condiciones que podrían promover la lixiviación y movilización de contaminantes inorgánicos. Durante períodos de condiciones secas prolongadas, también puede ser necesario controlar la humedad para minimizar el polvo. La labranza periódica de la mezcla (para aumentar la aireación) y la adición de nutrientes a la mezcla de suelo residual pueden mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos, aunque en la práctica no todos los proyectos de tratamiento de tierras incluyen labranza repetida. Después de aplicar los residuos, se podrán monitorear las concentraciones de hidrocarburos para medir el progreso y determinar la necesidad de mejorar los procesos de biodegradación.
Consideraciones de implementación: Debido a que los sitios de dispersión terrestre reciben solo una única aplicación de desechos, se reduce el potencial de acumulación de componentes de desechos en el suelo (en comparación con la agricultura en tierra, donde los desechos se aplican repetidamente). Aunque generalmente no se requieren revestimientos ni monitoreo de lixiviados en los sitios de tratamiento de tierras, se debe evaluar la topografía del sitio , la hidrología y la composición física y química de los desechos y la mezcla resultante de desechos y suelo, controlando las tasas de aplicación de desechos para minimizar la posibilidad de escorrentía. .
Experimentos realizados en Francia demostraron que después de esparcir lodo a base de aceite en tierras de cultivo, seguido de arar , labrar y fertilizar , aproximadamente el 10% de la cantidad inicial de aceite permanecía en el suelo. No se observaron efectos fitotóxicos sobre la germinación y los brotes de las semillas, pero los rendimientos de los cultivos de maíz y trigo disminuyeron en un 10%. [6] Los rendimientos de otros cultivos no se vieron afectados. El porcentaje de reducción de hidrocarburos y el rendimiento del cultivo variarán de un sitio a otro dependiendo de muchos factores (por ejemplo, tiempo después de la aplicación, tipo de hidrocarburo, química del suelo, temperatura).
Los costos de dispersión en el terreno son típicamente de $2,50 a $3,00 por barril de fluidos de perforación a base de agua no contaminados con petróleo, y podrían ser más altos para desechos aceitosos que contienen sales (Bansal y Sugiarto 1999). Los costos también dependen de los requisitos analíticos y de muestreo.
Las ventajas de la dispersión terrestre son el bajo costo del tratamiento y la posibilidad de que el enfoque pueda mejorar las características del suelo. La dispersión terrestre se utiliza más eficazmente para perforar desechos que tienen bajos niveles de hidrocarburos y sales. Las posibles preocupaciones incluyen la necesidad de grandes superficies de tierra; el proceso de degradación relativamente lento (la tasa de biodegradación está controlada por las propiedades de biodegradación inherentes de los componentes de los desechos, la temperatura del suelo, el contenido de agua del suelo y el contacto entre los microorganismos y los desechos); y la necesidad de análisis, pruebas y demostraciones. Además, las altas concentraciones de sales o metales solubles pueden limitar el uso de la tierra para esparcir.
Al evaluar la dispersión del terreno como una opción de manejo de desechos de perforación, se deben considerar varios elementos. Estos incluyen características topográficas y geológicas de toda el área; actividades actuales y probables futuras alrededor del sitio de disposición; datos hidrogeológicos (ubicación, tamaño y dirección del flujo de cuerpos de agua superficiales existentes y acuíferos dulces o utilizables); patrones de drenaje naturales o existentes; características ambientales cercanas sensibles, como humedales, áreas urbanas, sitios históricos o arqueológicos y hábitats protegidos; la presencia de especies en peligro de extinción; y posibles impactos en la calidad del aire. Además, se deben revisar los datos históricos de distribución de las precipitaciones para establecer los requisitos de humedad para la distribución del suelo y predecir las tasas netas de evaporación. Se deben identificar los dispositivos necesarios para controlar el flujo de agua hacia, hacia o desde los sistemas de las instalaciones. Los desechos deberían caracterizarse durante la evaluación; Los desechos de perforación con altos niveles de hidrocarburos y sales pueden no ser apropiados para la dispersión terrestre.
Algunos esquejes se pueden reutilizar de forma beneficiosa. Antes de que los recortes puedan reutilizarse o reciclarse, puede ser necesario seguir pasos para garantizar que el contenido de hidrocarburos y cloruros se reduzca dentro de los estándares para la reutilización de los órganos rectores apropiados.
En algunas zonas se permite la reutilización de recortes mediante esparcimiento en carreteras. Para hacer esto, es posible que se requiera permiso tanto de las agencias gubernamentales apropiadas como de los propietarios de tierras.
Los recortes de perforación también se pueden reciclar para su uso como materiales de construcción sólidos en forma de partículas a granel, como base para caminos y plataformas de construcción. Los esquejes primero deben cribarse y secarse antes de procesarlos en un molino de barro o en un método de mezcla similar. [3] [7] Los residuos de perforación también se pueden reciclar en mezclas para otras estructuras de hormigón especializadas grandes, sustancialmente monolíticas.
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del Departamento de Energía de Estados Unidos .
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