Un pozo de petróleo es una perforación en la Tierra que está diseñada para llevar hidrocarburos de petróleo a la superficie. Por lo general, parte del gas natural se libera como gas de petróleo asociado junto con el petróleo. Un pozo diseñado para producir únicamente gas puede denominarse pozo de gas . Los pozos se crean perforando una reserva de petróleo o gas que luego se monta con un dispositivo de extracción, como un gato hidráulico , que permite la extracción de la reserva . 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 áreas de difícil acceso, por ejemplo, cuando se crean plataformas petrolíferas 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 petrolera durante el siglo XX.
Los pozos con frecuencia se venden o intercambian entre diferentes compañías de petróleo y gas como un activo, en gran parte porque durante las caídas en el precio del petróleo y el gas, un pozo puede ser improductivo, pero si los precios aumentan, 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 la política climática en torno a los combustibles fósiles han hecho viables menos de estos pozos y técnicas costosas.
Sin embargo, la gran cantidad de bocas de pozo descuidadas o mal mantenidas es un gran problema ambiental: pueden filtrar emisiones de metano u otras emisiones tóxicas a los sistemas locales de aire, agua o suelo. Esta contaminación a menudo empeora cuando los pozos quedan abandonados o quedan huérfanos , cuando los pozos ya no son económicamente viables y ya no cuentan con el mantenimiento de una empresa. Una estimación de Reuters de 2020 sugirió que había al menos 29 millones de pozos abandonados a nivel internacional, lo que creaba una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero que causaban el cambio climático. [1] [2]
Los primeros pozos de petróleo conocidos se perforaron en China en el año 347 d.C. Estos pozos tenían profundidades de hasta unos 240 metros (790 pies) y se perforaron utilizando brocas unidas a postes de bambú . [3] El aceite se quemaba para evaporar la salmuera y producir sal . En el siglo X, extensos oleoductos de bambú conectaban pozos de petróleo con manantiales de sal. Se dice que los registros antiguos de China y Japón contienen muchas alusiones al uso del gas natural para iluminación y calefacción. En el Japón del siglo VII, el petróleo era conocido como agua ardiente . [4] [5]
Según Kasem Ajram, el petróleo fue destilado por el alquimista persa Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (Rhazes) en el siglo IX, produciendo sustancias químicas como el queroseno en el alambique ( al-ambiq ), [6] [ se necesita verificación ] 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 estuvo disponible en Europa occidental en el siglo XII. [4]
Algunas fuentes afirman que a partir del siglo IX se explotaron yacimientos petrolíferos en el área alrededor 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 de petróleo como cientos de cargamentos de barcos. Cuando Marco Polo en 1264 visitó Bakú, a orillas del mar Caspio , vio cómo se extraía petróleo de las filtraciones. Escribió que "en los confines hacia Geirgine hay una fuente de la que brota petróleo en gran abundancia, de la que se podrían sacar hasta cien cargamentos a la vez". [8]
En 1846, en Bakú (asentamiento Bibi-Heybat ), se perforó el primer pozo con herramientas de percusión a una profundidad de 21 metros (69 pies) para la exploración de petróleo. En 1846-1848, el ingeniero ruso Vasily Semyonov perforó los primeros pozos de petróleo modernos en la península de Absheron , al noreste de Bakú, considerando las ideas de Nikolay Voskoboynikov. [9]
Ignacy Łukasiewicz , un farmacéutico polaco [10] [11] y pionero de la industria petrolera construyó uno de los primeros pozos petroleros 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 marino se perforó en 1896 en el campo petrolífero Summerland en la costa de California. [14]
Los primeros pozos de petróleo de los tiempos modernos se perforaron por percusión, levantando y dejando caer repetidamente una herramienta de cable en la tierra. En el siglo XX, las herramientas de cable fueron reemplazadas en gran medida por la perforación rotativa , que podía perforar pozos a profundidades mucho mayores y en menos tiempo. [15] El pozo Kola de profundidad récord utilizó un motor de lodo mientras perforaba para alcanzar una profundidad de más de 12.000 metros (12 km; 39.000 pies; 7,5 millas). [dieciséis]
Hasta la década de 1970, la mayoría de los pozos petroleros eran verticales, aunque las imperfecciones litológicas y mecánicas hacen que la mayoría de los pozos se desvíen al menos ligeramente de la verdadera vertical (ver estudio de desviación ). Sin embargo, las modernas tecnologías de perforación direccional permiten pozos muy desviados que, con suficiente profundidad y con las herramientas adecuadas, pueden llegar a ser realmente horizontales. Esto es de gran valor ya que las rocas yacimiento que contienen hidrocarburos suelen ser horizontales o casi horizontales; un pozo horizontal colocado en una zona de producción tiene más superficie en la zona de producción que un pozo vertical, lo que resulta en una mayor tasa de producción. El uso de perforación desviada y horizontal también ha permitido llegar a yacimientos a varios kilómetros o millas de distancia del lugar de perforación (perforación de alcance extendido), permitiendo la producción de hidrocarburos ubicados debajo de lugares donde es difícil colocar una plataforma de perforación, ambientalmente sensibles o pobladas.
Antes de perforar un pozo, un geólogo o geofísico identifica un objetivo geológico para cumplir con los objetivos del pozo.
El objetivo (el punto final del pozo) se combinará con una ubicación en la superficie (el punto inicial del pozo) y se diseñará una trayectoria entre los dos. Hay muchas consideraciones a tener en cuenta al diseñar la trayectoria, como el espacio libre hacia algún pozo cercano (anticolisión) o si este pozo se interpondrá en el camino de pozos futuros, tratando de evitar fallas si es posible y ciertas formaciones pueden ser más fáciles. /más difícil de perforar en determinadas inclinaciones o acimutes.
Cuando se identifique el camino del pozo, un equipo de geocientíficos e ingenieros desarrollará un conjunto de supuestas propiedades del subsuelo que se perforará para alcanzar el objetivo. Estas propiedades incluyen presión de poro , gradiente de fractura, estabilidad del pozo, porosidad , permeabilidad , litología , fallas y contenido de arcilla. Este conjunto de suposiciones es utilizado por un equipo de ingeniería de pozos para realizar el diseño del revestimiento y el diseño de terminación del pozo, y luego la planificación detallada, donde, por ejemplo, se seleccionan las brocas, se diseña un BHA , se selecciona el fluido de perforación , y se escriben procedimientos paso a paso para proporcionar instrucciones para ejecutar el pozo de una manera segura y rentable.
Debido a la interacción con muchos de los elementos en el diseño de un pozo, y dado que hacer un cambio en uno tendrá un efecto en cadena en muchas otras cosas, las trayectorias y los diseños a menudo pasan por varias iteraciones antes de finalizar un 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. Después de perforar el orificio, se colocan en el orificio secciones de tubería de acero ( revestimiento ), de diámetro ligeramente menor que el del orificio. Se puede colocar cemento entre el exterior de la carcasa y el pozo conocido como anillo. La carcasa proporciona integridad estructural al pozo recién perforado, además de aislar zonas de alta presión potencialmente peligrosas entre sí y de la superficie.
Con estas zonas aisladas de forma segura y la formación protegida por el revestimiento, el pozo puede perforarse más profundamente (hacia formaciones potencialmente más inestables y violentas) con una barrena más pequeña y también revestirse con un revestimiento de menor tamaño. Los pozos modernos suelen tener de dos a cinco conjuntos de orificios de menor tamaño perforados uno dentro del otro, cada uno cementado con 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 girar la tubería, controlar el fondo del pozo, eliminar recortes del fluido de perforación y generar energía en el sitio para estas operaciones.
Después de perforar y revestir el pozo, éste debe estar "completado". La terminación es el proceso en el que se permite que el pozo produzca petróleo o gas.
En una terminación de pozo entubado, se hacen pequeños agujeros llamados perforaciones en la parte del revestimiento que pasó a través de 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 instalan 'filtros de arena' o un 'paquete de grava' en la última sección perforada y sin revestimiento del yacimiento. 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 cribas también controlan la migración de arenas de formación hacia los tubulares de producción y los equipos de superficie, lo que puede causar deslaves y otros problemas, particularmente en formaciones de arena no consolidadas de campos marinos.
Después de crear 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 yacimiento para producir hidrocarburos de manera óptima en el pozo. Finalmente, el área sobre la sección del yacimiento del pozo se empaqueta dentro de la carcasa y se conecta a la superficie a través de una tubería de menor diámetro llamada tubería. Esta disposición proporciona una barrera redundante contra las fugas de hidrocarburos, además de permitir la sustitución de las secciones dañadas. Además, el área de sección transversal más pequeña de la tubería produce fluidos del yacimiento a mayor velocidad para minimizar el retroceso de líquido que crearía contrapresión adicional y protege el revestimiento de fluidos corrosivos del pozo.
En muchos pozos, la presión natural del yacimiento subterráneo es lo suficientemente alta como para que el petróleo o el gas fluyan hacia la superficie. Sin embargo, este no es siempre el caso, especialmente en campos agotados donde las presiones han sido reducidas por otros pozos productores, o en yacimientos de petróleo de baja permeabilidad. Instalar un tubo de menor diámetro puede ser suficiente para ayudar a la producción, pero también pueden ser necesarios métodos de levantamiento artificial. Las soluciones comunes incluyen bombas de fondo de pozo, levantamiento de gas o gatos de bomba de superficie . En los últimos diez años se han introducido muchos sistemas nuevos para la terminación de pozos. Múltiples sistemas packer con puertos de fractura o collares de puerto en un sistema todo en uno han reducido los costos de terminación y han mejorado la producción, especialmente en el caso de pozos horizontales. Estos nuevos sistemas permiten que los revestimientos corran hacia la zona lateral con una ubicación adecuada del puerto de empaque/fractura para una recuperación óptima de hidrocarburos.
La etapa de producción es la etapa 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 han retirado del pozo y la parte superior suele estar equipada con un conjunto de válvulas llamado 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 puede conectarse a una red de distribución de ductos y tanques para abastecer 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 reparaciones a menudo son necesarias en pozos más antiguos, que pueden requerir tuberías de menor diámetro, eliminación de incrustaciones o parafina, trabajos de matriz ácida o completar nuevas zonas de interés en un yacimiento menos profundo. Dicho trabajo de remediación se puede realizar utilizando equipos de reacondicionamiento, también conocidos como unidades de extracción , equipos de terminación o "equipos de servicio", para extraer y reemplazar la tubería, o mediante el uso de técnicas de intervención de pozos que utilizan tubería flexible . Dependiendo del tipo de sistema de elevación y de la boca del pozo, se puede utilizar un equipo de varilla o un dispositivo de descarga para cambiar una bomba sin tirar de la tubería.
Se pueden utilizar métodos de recuperación mejorados, como inundación con agua, inundación con vapor o inundación con CO 2 , para aumentar la presión del yacimiento y proporcionar un efecto de "barrido" para expulsar los hidrocarburos del yacimiento. Dichos métodos requieren el uso de pozos de inyección (a menudo elegidos de pozos de producción antiguos en un patrón cuidadosamente determinado) y se usan cuando se enfrentan problemas de agotamiento de la presión del yacimiento, alta viscosidad del petróleo o incluso se pueden emplear en las primeras etapas de la vida de un campo. En ciertos casos, dependiendo de la geomecánica del yacimiento, los ingenieros del yacimiento pueden determinar que el petróleo recuperable final puede aumentarse aplicando una estrategia de inyección de agua al principio del desarrollo del campo, en lugar de hacerlo más tarde. Estas técnicas de recuperación mejorada suelen denominarse " recuperación terciaria ".
Los pozos huérfanos , huérfanos o abandonados son pozos de petróleo o gas que han sido abandonados por industrias de extracción de combustibles fósiles. Estos pozos pueden haber sido desactivados debido a su viabilidad económica, falta de transferencia de propiedad (especialmente en caso de quiebra de empresas) o negligencia y, por lo tanto, ya no tienen propietarios legales responsables de su cuidado. El desmantelamiento efectivo de pozos puede resultar costoso y costar millones de dólares [17] , y los incentivos económicos para las empresas generalmente alientan el abandono. Este proceso deja a los pozos como carga de las agencias gubernamentales o los propietarios de tierras cuando una entidad comercial ya no puede ser considerada responsable. A medida que la mitigación del cambio climático reduzca la demanda y el uso de petróleo y gas, se espera que se abandonen más pozos como activos varados . [18]
Los pozos huérfanos son un potente contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero , como las emisiones de metano , provocando el cambio climático. Gran parte de esta fuga se puede atribuir a enchufes rotos o a fallas al enchufarlos correctamente. Una estimación de 2020 solo de los pozos abandonados de EE. UU. fue que las emisiones de metano liberadas de los pozos abandonados produjeron impactos de gases de efecto invernadero equivalentes a 3 semanas de consumo de petróleo de EE. UU. cada año. [18] La magnitud de las fugas en los pozos abandonados se comprende bien en los EE. UU. y Canadá gracias a los datos públicos y a 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 también tienen el potencial de contaminar la tierra, el aire y el agua alrededor de los pozos, 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 mantienen, podrían contaminar importantes fuentes de suelo y agua subterránea con contaminantes tóxicos. [18]
El gas natural, en una forma cruda conocida como gas de petróleo asociado , es casi siempre un subproducto de la producción de petróleo. [21] Las pequeñas y ligeras cadenas de carbono del gas salen de la solución a medida que sufren una reducción de presión desde el depósito hasta la superficie, similar a destapar una botella de refresco donde el dióxido de carbono hace efervescencia . Si se escapa intencionadamente a la atmósfera se le conoce como gas ventilado , o si se escapa de forma no intencionada, como gas fugitivo .
El gas natural no deseado puede ser un problema de eliminación en los pozos desarrollados para producir petróleo. Si no hay tuberías para el gas natural cerca de la boca del pozo , es posible que no tenga valor para el propietario del pozo de petróleo, ya que no puede llegar a los mercados de consumo. Este gas no deseado puede luego quemarse en el sitio del pozo en una práctica conocida como quema de producción , pero debido al desperdicio de recursos energéticos y a las preocupaciones por el daño ambiental, esta práctica se está volviendo menos común. [22]
A menudo, el gas no deseado (o gas "varado" sin mercado) se bombea de regreso al yacimiento con un pozo de "inyección" para su almacenamiento o para represurizar la formación productora. Otra solución es convertir el gas natural en combustible líquido . Gas a líquido (GTL) es una tecnología en desarrollo que convierte el gas natural varado en gasolina sintética, diésel o combustible para aviones mediante el proceso Fischer-Tropsch desarrollado en la Alemania de la Segunda Guerra Mundial. Al igual que el petróleo, estos combustibles líquidos densos pueden transportarse mediante camiones cisterna o camiones convencionales hasta los usuarios. Los defensores afirman que los combustibles GTL se queman de manera más limpia que los combustibles derivados del 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, cuya entrada en funcionamiento está prevista para 2011. En lugares como Estados Unidos con una alta Debido a la demanda de gas natural, generalmente se prefieren los gasoductos para llevar el gas desde el sitio del pozo hasta el consumidor final .
Los pozos se pueden ubicar:
Los pozos marinos se pueden subdividir 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 pozo en sí. Un pozo marino apunta a un depósito que se encuentra debajo de un océano. Debido a la logística, perforar un pozo marino es mucho más costoso que uno terrestre. Con diferencia, el tipo más común es el pozo terrestre. [23] Estos pozos se encuentran en las Grandes Llanuras del Sur y Central, en el suroeste de los Estados Unidos, y son los pozos más comunes en el Medio Oriente.
Otra forma de clasificar los pozos petroleros es por su propósito 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 un pozo depende principalmente de la tarifa diaria de la plataforma de perforación, los servicios adicionales necesarios 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 marinas varían según su capacidad y la disponibilidad del 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 son más del doble que las flotas de aguas poco profundas, y las tarifas para las flotas autoelevables pueden variar en un factor de 3 dependiendo de la capacidad.
Con tarifas de plataformas de perforación en aguas profundas en 2015 de alrededor de 520 000 dólares por día [25] y costos adicionales similares, un pozo de 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 $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 $30 millones de dólares.
Los pozos terrestres pueden ser considerablemente más baratos, especialmente si el campo está a poca profundidad, donde los costos oscilan entre menos de 4,9 millones de dólares y 8,3 millones de dólares, y la finalización promedio cuesta entre 2,9 millones de dólares y 5,6 millones de dólares por pozo. [27] La terminación representa una porción mayor de los costos de los pozos terrestres que los pozos marinos, que tienen la carga de costos adicional de una plataforma petrolera. [28]
El costo total de un pozo petrolero mencionado no incluye los costos asociados con el riesgo de explosión y fuga de petróleo. Esos costos incluyen el costo de la protección contra tales desastres, el costo del esfuerzo de limpieza y el costo difícil de calcular del daño a la imagen de la empresa. [29]
