Un pozo petrolero es una perforación en la Tierra diseñada para sacar hidrocarburos de petróleo a la superficie. Por lo general, se libera algo de gas natural como gas de petróleo asociado junto con el petróleo. Un pozo que está diseñado para producir solo gas puede denominarse pozo de gas . Los pozos se crean perforando en una reserva de petróleo o gas y, si es necesario, equipados con dispositivos de extracción como bombas de extracción . La creación de pozos puede ser un proceso costoso, que cuesta al menos cientos de miles de dólares y cuesta mucho más cuando se encuentran en lugares de difícil acceso, por ejemplo, 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 y la tecnología petroleras durante el siglo XX.
Los pozos se venden o intercambian con frecuencia entre distintas compañías de petróleo y gas como si fueran un activo, en gran parte porque durante las caídas de los precios del petróleo y el gas, un pozo puede ser improductivo, pero si los precios suben, 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 las políticas climáticas en torno a los combustibles fósiles han hecho viables menos pozos de este tipo y técnicas costosas.
Sin embargo, la gran cantidad de pozos abandonados o mal mantenidos es un gran problema ambiental: pueden filtrar metano u otras sustancias tóxicas a los sistemas locales de aire, agua y suelo. Esta contaminación a menudo empeora cuando los pozos están abandonados o huérfanos , es decir, cuando los pozos que ya no son económicamente viables ya no son mantenidos por sus (antiguos) propietarios. 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 empeora el cambio climático. [1] [2]
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Los primeros pozos de petróleo conocidos se perforaron en China en el año 347 d. C. Estos pozos tenían profundidades de hasta 240 metros y se perforaban con brocas unidas a postes de bambú . [3] El petróleo se quemaba para evaporar la salmuera y producir sal . En el siglo X, extensas tuberías de bambú conectaban los pozos de petróleo con los manantiales de agua salada. Se dice que los registros antiguos de China y Japón contienen muchas alusiones al uso de gas natural para iluminación y calefacción. En el siglo VII, el petróleo se conocía como agua quemada en Japón. [4] [5]
Según Kasem Ajram, el alquimista persa Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (Rhazes) destilaba petróleo en el siglo IX, produciendo sustancias químicas como el queroseno en el alambique ( al-ambiq ), [6] [ verificación necesaria ] y que se utilizaba principalmente para lámparas de queroseno . [7] Los químicos árabes y persas también destilaban petróleo crudo para producir productos inflamables con fines militares. A través de la España islámica , la destilación se hizo disponible en Europa occidental en el siglo XII. [4]
Algunas fuentes afirman que desde el siglo IX se explotaron yacimientos petrolíferos en la zona de la actual Bakú , Azerbaiyán , para producir nafta para la industria petrolera . Estos lugares fueron descritos por Marco Polo en el siglo XIII, quien describió la producción de esos pozos petrolíferos como cientos de barcos cargados. Cuando Marco Polo visitó Bakú, a orillas del mar Caspio , en 1264 , vio cómo se recogía petróleo de las filtraciones. Escribió que "en los confines hacia Geirgine hay una fuente de la que brota petróleo en gran abundancia, hasta el punto de que se podrían sacar de ella hasta cien barcos cargados a la vez". [8]
En 1846, en Bakú (en el asentamiento de Bibi-Heybat ) se perforó el primer pozo con herramientas de percusión a una profundidad de 21 metros (69 pies) para la exploración de petróleo. Entre 1846 y 1848, el ingeniero ruso Vasili Semiónov perforó los primeros pozos petrolíferos modernos en la península de Absheron , al noreste de Bakú, aplicando las ideas de Nikolai Voskoboynikov. [9]
Ignacy Łukasiewicz , un farmacéutico polaco [10] [11] y pionero de la industria petrolera, perforó uno de los primeros pozos de petróleo modernos del mundo en 1854 en el pueblo polaco de Bóbrka, condado de Krosno [12], quien en 1856 construyó una de las primeras refinerías de petróleo del mundo . [13]
En América del Norte, el primer pozo petrolero comercial entró en operación en Oil Springs, Ontario, en 1858, mientras que el primer pozo petrolero en alta mar se perforó en 1896 en el campo petrolífero Summerland en la costa de California. [14]
Los primeros pozos petrolíferos de la época moderna se perforaban mediante percusión, elevando y dejando caer repetidamente una broca en el fondo de un cable dentro del pozo. 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. [15] El pozo de Kola, de profundidad récord, utilizó un motor de lodo durante la perforación para alcanzar una profundidad de más de 12 000 metros (12 km; 39 000 pies; 7,5 mi). [16]
Hasta la década de 1970, la mayoría de los pozos petrolíferos eran esencialmente verticales, aunque las variaciones litológicas hacen que la mayoría de los pozos se desvíen al menos ligeramente de la vertical verdadera (ver estudio de desviación ). Sin embargo, las tecnologías modernas de perforación direccional permiten pozos muy desviados que pueden, dada la profundidad suficiente y con las herramientas adecuadas, en realidad convertirse en horizontales. Esto es de gran valor ya que las rocas del yacimiento que contienen hidrocarburos suelen ser horizontales o casi horizontales; un pozo horizontal colocado en una zona de producción tiene más área de superficie en la zona de producción que un pozo vertical, lo que resulta en una mayor tasa de producción. El uso de la perforación desviada y horizontal también ha hecho posible llegar a yacimientos a varios kilómetros o millas de distancia de la ubicación de perforación (perforación de alcance extendido), lo que permite la producción de hidrocarburos ubicados debajo de lugares en los que es difícil colocar una plataforma de perforación, ambientalmente sensibles o poblados.
El objetivo (el punto final del pozo) se emparejará con una ubicación de superficie (el punto de inicio del pozo) y se diseñará una trayectoria entre los dos. Hay muchas consideraciones que se deben tener en cuenta al diseñar la trayectoria, como la distancia de seguridad con respecto a los pozos cercanos (anticolisión) o las futuras trayectorias de los pozos.
Antes de perforar un pozo, un geólogo o geofísico identifica un objetivo geológico para cumplir con los objetivos del pozo. Cuando se identifica la ruta del pozo, un equipo de geocientíficos e ingenieros desarrollará un conjunto de características presuntas de la ruta del subsuelo que se perforará para alcanzar el objetivo. Estas propiedades pueden incluir la litología , la presión de poro , el gradiente de fractura, la estabilidad del pozo, la porosidad y la permeabilidad . Un equipo de ingeniería de pozos utiliza estas suposiciones para diseñar los programas de revestimiento y terminación del pozo. También se consideran en la planificación detallada la selección de las brocas de perforación, el ensamblaje del fondo del pozo y el fluido de perforación. Se escriben procedimientos paso a paso para proporcionar pautas para ejecutar el pozo de manera segura y rentable.
Debido a la interacción de muchos de los elementos en el diseño de un pozo, las trayectorias y los diseños a menudo pasan por varias iteraciones antes de que se finalice el plan.
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 hace girar una sarta de perforación con una broca adjunta. En las profundidades durante el proceso, se colocan en el agujero secciones de tubería de acero ( entubado ), ligeramente más pequeñas en diámetro que el pozo en ese punto. Se bombea lechada de cemento hacia el interior para que suba en el espacio anular entre el pozo y el exterior del entubado. El entubado proporciona integridad estructural a esa parte del pozo recién perforado, además de aislar las zonas de alta presión potencialmente peligrosas de las de menor presión y de la superficie.
Con estas zonas aisladas de forma segura y la formación protegida por la tubería de revestimiento, el pozo se puede perforar a mayor profundidad (en formaciones potencialmente de mayor presión o más inestables) con una broca más pequeña y luego revestirlo con una tubería de menor tamaño. Los pozos modernos generalmente tienen de dos a cinco conjuntos de orificios de tamaños posteriores más pequeños, cada uno cementado con tubería de revestimiento.
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 rotar la tubería, retirar los recortes del fluido de perforación y generar energía en el lugar para estas operaciones.
Después de perforar y entubar el pozo, es necesario "completarlo". La terminación es el proceso mediante el cual se prepara el pozo para producir petróleo o gas.
En la terminación de pozos entubados, se realizan pequeñas perforaciones en la porción de la tubería de revestimiento que atraviesa 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 pozos abiertos, a menudo se instala una "pantalla de arena" o un "empaque de grava" en la última sección del yacimiento perforada pero 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. Las pantallas también controlan la migración de arenas de formación hacia los tubulares de producción, lo que puede provocar deslaves y otros problemas, en particular en formaciones de arena no consolidadas.
Una vez que se ha creado una ruta de flujo, se pueden bombear ácidos y fluidos de fracturación al pozo para fracturar , limpiar o preparar y estimular de otro modo la roca del yacimiento para permitir una producción óptima de hidrocarburos en el pozo. Por lo general, el área por encima de la sección de producción del pozo se obtura dentro de la carcasa y se conecta a la superficie a través de una tubería de diámetro más pequeño llamada tubería de revestimiento. Esta disposición proporciona una barrera redundante para las fugas de hidrocarburos y permite reemplazar las secciones dañadas. Además, el área de sección transversal más pequeña de la tubería proporciona a los fluidos del yacimiento una mayor velocidad para minimizar el retroceso de líquido que crearía una contrapresión adicional y protege la carcasa de los fluidos corrosivos del pozo.
En muchos pozos, la presión natural del yacimiento subterráneo es lo suficientemente alta para que el petróleo o el gas fluyan a 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 diámetro más pequeño puede ser suficiente para ayudar a la producción, pero también pueden ser necesarios métodos de levantamiento artificial. Las soluciones comunes incluyen gatos de bomba de superficie , bombas hidráulicas de fondo de pozo o asistencia de levantamiento por gas. En los últimos años se han introducido muchos sistemas nuevos para la terminación de pozos. Los sistemas de múltiples empaquetadoras con puertos de fractura o collares de puerto en un sistema todo en uno han reducido los costos de terminación y mejorado la producción, especialmente en el caso de pozos horizontales. Estos nuevos sistemas permiten que la tubería de revestimiento se deslice hacia la zona lateral equipada con la ubicación adecuada de empaquetadora/puerto de fractura para una recuperación óptima de hidrocarburos.
La etapa de producción es la más importante de la vida de un pozo: cuando se produce el petróleo y el gas. En ese momento, las plataformas petrolíferas y las plataformas de reacondicionamiento utilizadas para perforar y completar el pozo se habrán retirado del pozo, y la parte superior suele estar equipada con una serie de válvulas llamadas 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, el flujo se puede conectar a una red de distribución de tuberías y tanques para suministrar el producto a refinerías, estaciones compresoras de gas natural o terminales de exportación de petróleo.
Mientras la presión en el yacimiento se mantenga lo suficientemente alta, el árbol de producción es todo lo que se necesita para producir el pozo. Si la presión disminuye y se considera económicamente viable, se puede emplear un método de levantamiento artificial mencionado en la sección de terminaciones.
Las operaciones de reacondicionamiento suelen ser necesarias en pozos antiguos, que pueden necesitar tuberías de diámetro más pequeño, eliminación de incrustaciones o parafina, trabajos de matriz ácida o terminación en 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 extracción , equipos de terminación o "equipos de servicio") para extraer y reemplazar las tuberías, o mediante el uso de técnicas de intervención de pozos que utilizan tuberías flexibles . Según el tipo de sistema de elevación y cabezal de pozo, se puede utilizar un equipo de perforación con varillas o un equipo de lavado para cambiar una bomba sin extraer la tubería.
Los métodos de recuperación mejorada, como la inyección de agua, la inyección de vapor o la inyección de CO2 , pueden utilizarse para aumentar la presión del yacimiento y proporcionar un efecto de "barrido" para expulsar los hidrocarburos del yacimiento. Estos métodos requieren el uso de pozos de inyección (que suelen elegirse a partir de pozos de producción antiguos siguiendo un patrón cuidadosamente determinado) y se utilizan cuando se enfrentan problemas de agotamiento de la presión del yacimiento o de alta viscosidad del petróleo; a veces se emplean al principio de la vida de un yacimiento. En ciertos casos, según la geomecánica del yacimiento, los ingenieros de yacimientos pueden determinar que el petróleo recuperable final puede aumentarse aplicando una estrategia de inyección de agua al principio del desarrollo del yacimiento en lugar de más tarde. Estas técnicas de recuperación mejorada suelen denominarse recuperación secundaria o "terciaria ".
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 porque se habían vuelto antieconómicos, por falta de transferencia de propiedad (especialmente en caso de quiebra de empresas ) o por negligencia, y por lo tanto ya no tienen propietarios legales responsables de su cuidado. Desmantelar pozos de manera efectiva puede ser costoso, costando varios miles de dólares para un pozo terrestre poco profundo hasta millones de dólares para uno en alta mar. [17] Por lo tanto, la carga puede recaer sobre las agencias gubernamentales o los propietarios de tierras superficiales cuando una entidad comercial ya no puede ser considerada responsable. [18]
Los pozos huérfanos son un potente contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero , como las emisiones de metano , que contribuyen al cambio climático . Gran parte de esta fuga se puede atribuir a la falta de taponamiento adecuado o a tapones con fugas. Una estimación de 2020 de los pozos abandonados en los Estados Unidos fue que las emisiones de metano liberadas de los pozos abandonados produjeron impactos de gases de efecto invernadero equivalentes a tres semanas de consumo de petróleo estadounidense cada año. [18] La escala de las fugas en los pozos abandonados se entiende 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. [18] Sin embargo, estiman que hay 29 millones de pozos abandonados a nivel internacional. [18] [19]
Los pozos abandonados tienen el potencial de contaminar la tierra, el aire y el agua, dañando potencialmente los ecosistemas, la vida silvestre, el ganado y los seres humanos. [18] [20] Por ejemplo, muchos pozos en los Estados Unidos están situados en tierras de cultivo y, si no se les da mantenimiento, podrían contaminar el suelo y las aguas subterráneas con contaminantes tóxicos. [18].jpg/1280px-2005_Baldrige_Award_Winner,_DynMcDermott_Petroleum_Operations_(5940301415).jpg)
El gas natural, en su forma cruda conocida como gas asociado de petróleo , es casi siempre un subproducto de la producción de petróleo. [21] Las cadenas cortas y ligeras de carbono del gas salen de la solución cuando se somete a una reducción de presión desde el yacimiento hasta la superficie, de forma similar a destapar una botella de refresco donde el dióxido de carbono entra en efervescencia . Si se escapa a la atmósfera de forma intencionada se conoce como gas ventilado , o si es de forma no intencionada como gas fugitivo .
El gas natural no deseado puede ser un problema de eliminación en los pozos que se explotan para producir petróleo. Si no hay tuberías para el gas natural cerca de la boca del pozo, puede que no tenga ningún valor para el propietario del pozo petrolero, ya que no puede llegar a los mercados de consumo. Ese gas no deseado puede entonces 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. [22]
A menudo, el gas no deseado (o "varado" sin un mercado) se devuelve al yacimiento con un pozo de "inyección" para su almacenamiento o para volver a presurizar la formación productora. Otra solución es convertir el gas natural en un combustible líquido . El gas a líquido (GTL) es una tecnología en desarrollo que convierte el gas natural varado en gasolina sintética, diésel o combustible para aviones a través del proceso Fischer-Tropsch desarrollado en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial. Al igual que el petróleo, estos combustibles líquidos densos se pueden transportar utilizando camiones cisterna convencionales para su transporte a las refinerías o 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, la planta Pearl GTL de 140.000 bbl/d (22.000 m 3 /d) en Qatar, programada para entrar en funcionamiento en 2011. En lugares como Estados Unidos con una alta demanda de gas natural, normalmente se prefieren los gasoductos para llevar el gas desde el sitio del pozo hasta el consumidor final .
Los pozos pueden estar ubicados:
Los pozos offshore pueden subdividirse 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 fondo del pozo en sí. Un pozo en alta mar apunta a un yacimiento que se encuentra debajo del océano. Debido a la logística y al equipo especializado necesario, perforar un pozo en alta mar es mucho más costoso que un pozo comparable en tierra firme. [23] Estos pozos se encuentran en las Grandes Llanuras del Sur y Central, el suroeste de los Estados Unidos y son los pozos más comunes en Oriente Medio.
Otra forma de clasificar los pozos petroleros es según su finalidad de contribuir al desarrollo de un recurso. Se pueden caracterizar como:
En un sitio de pozo productor, los pozos activos pueden clasificarse además como:
Clasificación de Lahee [1]
El costo de perforar un pozo depende principalmente de la tarifa diaria de la plataforma de perforación, los servicios adicionales requeridos para perforar el pozo, la duración del programa del pozo (incluido el tiempo de inactividad y el tiempo climático) y la lejanía de la ubicación (costos de suministro logístico). [24]
Las tarifas diarias de las plataformas de perforación offshore varían según su capacidad de profundidad y la disponibilidad en el mercado. Las tarifas de las plataformas informadas por el servicio web de la industria [25] muestran que las plataformas de perforación flotantes en aguas profundas tienen un costo diario de más del doble que las de las flotas en aguas poco profundas, y las tarifas de las flotas autoelevables pueden variar en un factor de 3 según la capacidad.
Con tarifas de perforación en aguas profundas en 2015 de alrededor de 520.000 dólares por día, [25] y costos adicionales similares, un pozo en aguas profundas con una duración de 100 días puede costar alrededor de 100 millones de dólares. [26]
Con tarifas de plataformas autoelevables de alto rendimiento en 2015 de alrededor de US$177.000, [25] y costos de servicio similares, un pozo de alta presión y alta temperatura con una duración de 100 días puede costar alrededor de US$30 millones.
Los pozos terrestres pueden ser considerablemente más baratos, en particular si el yacimiento se encuentra a poca profundidad, donde los costos varían de menos de $4,9 millones a $8,3 millones, y el costo promedio de finalización es de $2,9 millones a $5,6 millones por pozo. [27] La finalización representa una porción mayor de los costos de los pozos terrestres que los pozos marinos, que generalmente tienen la carga de costos adicional de una plataforma de superficie. [28]
Los costos totales mencionados no incluyen los asociados al riesgo de explosión y fuga de petróleo, que incluyen el costo de protección contra tales desastres, el costo de las tareas de limpieza y el costo, difícil de calcular, del daño a la imagen de la empresa. [29]
Los impactos de la exploración y perforación petrolera son a menudo irreversibles, en particular para la vida silvestre. [30] Las investigaciones indican que los caribúes de Alaska muestran una marcada evitación de las zonas cercanas a los pozos petroleros y las líneas sísmicas debido a las perturbaciones. [30] La perforación a menudo destruye el hábitat de la vida silvestre, lo que provoca estrés en la fauna silvestre y divide grandes áreas en otras más pequeñas y aisladas, lo que cambia el medio ambiente y obliga a los animales a migrar a otros lugares. [31] [30] También puede traer nuevas especies que compiten con los animales existentes o se aprovechan de ellos. [31] Aunque el área real ocupada por los equipos de petróleo y gas puede ser pequeña, los efectos negativos pueden extenderse. Animales como los ciervos mulos y los alces tratan de mantenerse alejados del ruido y la actividad de los sitios de perforación, a veces alejándose kilómetros para encontrar la paz. Este movimiento y evasión puede dar lugar a menos espacio para estos animales, lo que afecta a su número y salud. [32]
El urogallo de las artemisas es otro ejemplo de un animal que intenta evitar las áreas con perforaciones, lo que puede provocar que menos de ellos sobrevivan y se reproduzcan. [31] Diferentes estudios muestran que la perforación en sus hábitats impacta negativamente en las poblaciones de urogallo de las artemisas. En Wyoming , el urogallo de las artemisas estudiado entre 1984 y 2008 muestra una disminución anual de la población de aproximadamente el 2,5 por ciento en machos, en correlación con la densidad de pozos de petróleo y gas. [33] Factores como la cobertura de artemisa y la precipitación parecieron tener poco efecto en los cambios de recuento. Estos resultados se alinean con otros estudios que destacan el impacto perjudicial del desarrollo de petróleo y gas en las poblaciones de urogallo de las artemisas.
Este artículo proporciona un análisis en profundidad de los posibles impactos de la perforación petrolera en el Refugio Nacional de Vida Silvestre del Ártico.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Este recurso proporciona información completa sobre los impactos del desarrollo de petróleo y gas en los hábitats de vida silvestre en Wyoming.
Este artículo analiza un estudio que cuantifica los impactos de las perforaciones de petróleo y gas en las poblaciones de ciervos mulos.
Este estudio examina la disminución de las poblaciones de urogallo de las artemisas en Wyoming .
