Los recortes de perforación [1] son trozos de material sólido que se extraen de un pozo perforado mediante métodos rotatorios , 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 se suele llamar registro de lodo .
Los recortes de perforación se producen a medida que la broca rompe la roca al avanzar a través de la roca o el suelo; los recortes suelen ser transportados a la superficie por el fluido de perforación que circula desde la broca. Los recortes de perforación se pueden separar del fluido de perforación líquido mediante zarandas vibratorias , centrífugas o separadores ciclónicos , estos últimos también son eficaces para la perforación con aire. En la perforación con herramientas de cable, los recortes de perforación se extraen periódicamente del fondo del pozo. En la perforación con barrena , los recortes se transportan a la superficie en las palas de la barrena.
Un método de perforación que no produce recortes de perforación es la perforación con núcleo , que en su lugar 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 por 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.
Las muestras de los recortes son luego estudiadas por registradores de lodo y geólogos del pozo . En la industria del petróleo y el gas , el operador probablemente requerirá un conjunto de muestras para su posterior análisis en sus laboratorios. Muchas regulaciones nacionales estipulan que, para cualquier pozo perforado, se debe archivar un conjunto de muestras en un organismo nacional. Por ejemplo, en el caso del Reino Unido, en el British Geological Survey ( BGS ).
La mayor parte de los recortes requieren eliminación. La metodología para la eliminación depende del tipo de fluido de perforación utilizado. Para el fluido de perforación a base de agua (WBM) sin aditivos peligrosos particulares, los recortes se pueden arrojar por la borda (en un escenario offshore). 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 conocido como "skip and ship"), 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 recortes. Aunque posiblemente se considere un tema poco interesante, si se da un escenario de "skip and ship", la dependencia de las operaciones de grúa para mover los contenedores puede llevar a situaciones en las que el mal tiempo detenga la perforación porque el manejo de los recortes no puede continuar.
El entierro es la colocación de desechos en excavaciones artificiales o naturales, como pozos o vertederos . El entierro es la técnica de eliminación terrestre más común que se utiliza para desechar 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 el almacenamiento temporal del lodo y los recortes de desecho después de que se permite que el líquido se evapore. El entierro en pozo es un método de bajo costo y baja tecnología que no requiere que los desechos se transporten fuera del sitio del pozo y, por lo tanto, es muy atractivo para muchos operadores.
El entierro puede ser la técnica de eliminación más mal entendida o mal aplicada. El simple hecho de empujar las paredes del pozo de reserva sobre los recortes perforados generalmente no es aceptable. La profundidad o la ubicación de la celda de entierro 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 el pozo en el lugar puede no ser una buena opción para los desechos que contienen altas concentraciones de petróleo, sal, metales biológicamente disponibles, productos químicos industriales y otros materiales con componentes dañinos que podrían migrar desde el pozo y contaminar los recursos hídricos utilizables.
En algunas zonas petroleras se utilizan vertederos de gran tamaño para desechar los desechos de varios pozos. El enterramiento suele producir condiciones anaeróbicas, lo que limita cualquier degradación adicional en comparación con los desechos que se cultivan o se esparcen 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 a la tierra es una forma de biorremediación que se describe en una hoja informativa aparte. [4]
Se utilizan varios términos para describir este enfoque de gestión de residuos , que puede considerarse tanto tratamiento como eliminación. En general, la agricultura terrestre se refiere a la aplicación repetida de residuos a la superficie del suelo, mientras que la dispersión de residuos y el tratamiento de la tierra se utilizan a menudo indistintamente para describir la aplicación única de residuos a la superficie del suelo. Algunos profesionales no siguen la misma convención terminológica y pueden intercambiar los tres términos. Los lectores deben centrarse en las tecnologías en lugar de en los nombres específicos que se dan a cada proceso.
Las técnicas óptimas de aplicación en el 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 técnica de labranza terrestre para tratar los desechos petroleros aceitosos durante años. La técnica de labranza terrestre consiste en la aplicación controlada y repetida de desechos a la superficie del suelo, utilizando microorganismos del suelo para biodegradar de forma natural los componentes de los hidrocarburos , diluir y atenuar los metales, y transformar y asimilar los componentes de los desechos.
El cultivo de la tierra puede ser un método de gestión de residuos de perforación con un coste 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 (a través de quelación , reacciones de intercambio, enlaces covalentes u otros procesos) o pueden volverse menos solubles a través de la oxidación , la precipitación y los 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: la adición de agua , nutrientes y otros aditivos (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 desechos y tierra pueden mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos. Después de aplicar los desechos, 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 pretratamiento de los desechos mediante compostaje y activación de la biodegradación aeróbica mediante volteo regular ( montañas ) o ventilación forzada (biopilas) puede reducir la cantidad de superficie necesaria para la agricultura terrestre (Morillon et al. 2002).
Ejemplo de granja de desechos de perforación: En 1995, HS Resources, una empresa de petróleo y gas que opera en Colorado, obtuvo un permiso para una granja de tierra no comercial para tratar y reciclar los desechos de yacimientos petrolíferos no peligrosos de la empresa, incluidos los lodos de perforación . En la granja de tierra, 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, la labranza mensual (para agregar oxígeno ) y el 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 han producido impactos adversos en el suelo o las aguas subterráneas, y se mantienen registros de la fuente y la disposición del suelo remediado. Los costos estimados del tratamiento, que incluyen transporte, esparcimiento, enmiendas y monitoreo, son de aproximadamente $ 4 a 5 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 de la agricultura terrestre 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 la agricultura terrestre son sus altos costos de mantenimiento (por ejemplo, para la labranza periódica de la tierra, fertilizantes ); los requisitos de tierra potencialmente grandes; y el análisis, prueba, demostración y monitoreo requeridos. Las concentraciones elevadas de hidrocarburos en los desechos de perforación pueden limitar la tasa de aplicación de un desecho en un sitio.
Los desechos 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 son demasiado altos, los suelos pueden resultar dañados y el tratamiento de los hidrocarburos puede verse inhibido. Las sales son solubles en agua y pueden controlarse. El manejo de la sal es parte de la operación prudente de una explotación agrícola.
Otro problema que plantea la agricultura terrestre es que, mientras que los compuestos de petróleo de menor peso molecular se biodegradan de manera eficiente, los compuestos de mayor peso molecular se biodegradan más lentamente. Esto significa que las aplicaciones repetidas pueden conducir a la acumulación de compuestos de alto peso molecular. En altas concentraciones, estos componentes recalcitrantes pueden aumentar la repelencia del agua del suelo, afectar el crecimiento de las plantas, reducir la capacidad del suelo para sustentar una comunidad diversa de organismos y hacer que la agricultura terrestre ya no sea utilizable sin tratamiento o enmiendas. [5] Estudios recientes han apoyado la idea de que la adición de lombrices de tierra a escala de campo con enmiendas orgánicas seleccionadas puede acelerar la recuperación a largo plazo del suelo contaminado con petróleo tratado de manera convencional. Las actividades de excavación y alimentación de las lombrices de tierra crean espacio y permiten que los recursos alimenticios estén disponibles para otros organismos del suelo que no podrían sobrevivir de otra manera. 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 la agricultura terrestre como una opción de gestión de residuos, se deben tener en cuenta 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 residuos y la mezcla de residuos y suelo resultante. Los residuos que contienen grandes cantidades de aceite y varios aditivos pueden tener diversos efectos en partes de la cadena alimentaria. Los componentes de particular preocupación incluyen pH, nitrógeno (masa total), iones solubles principales ( Ca , Mg , Na , Cl ), conductividad eléctrica, metales totales, halógenos orgánicos extraíbles, contenido de aceite e hidrocarburos. Los lodos a base de aceite generalmente utilizan una fase emulsionada de 20 a 35 por ciento en peso de salmuera de CaCl2 . 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 lodos alternativos que utilizan una sal beneficiosa preferida por el medio ambiente, como nitrato de calcio o sulfato de potasio , como la fase acuosa interna emulsionada.
Los desechos que contienen niveles significativos de metales pesados biológicamente disponibles y compuestos tóxicos persistentes no son buenos candidatos para la agricultura terrestre, 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 agencias regulatorias y, dependiendo de las condiciones del suelo, algunas granjas terrestres pueden requerir revestimientos y/o pozos de monitoreo de aguas subterráneas.
En el tratamiento de la tierra (también conocido como esparcimiento de la tierra), los procesos son similares a los de la agricultura terrestre, donde se utilizan procesos naturales del suelo para biodegradar los componentes orgánicos de los desechos. Sin embargo, en el tratamiento de la tierra, se realiza una aplicación única de los desechos en una parcela de tierra. El objetivo es disponer de los desechos de una manera que preserve 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 esparcimiento de la tierra 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 mezclarlos con el suelo. Los desechos de perforación se esparcen en la tierra y se incorporan a la zona superior del suelo (normalmente las 6 a 8 pulgadas superiores del suelo) para mejorar la volatilización y biodegradación de los hidrocarburos . La tierra se maneja de modo que el sistema del suelo pueda degradar, transportar y asimilar los componentes de los desechos. Cada sitio de tratamiento de la tierra generalmente se utiliza solo una vez.
Optimización de las operaciones de tratamiento de la tierra: La adición de agua, nutrientes y otros aditivos (por ejemplo, estiércol, paja) puede aumentar la actividad biológica/aireación del suelo y evitar 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 desechos del suelo pueden mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos, aunque en la práctica no todos los proyectos de tratamiento de la tierra incluyen la labranza repetida. Después de aplicar los desechos, se pueden 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 aplicación de desechos en la tierra reciben solo una aplicación única 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). Si bien en los sitios de tratamiento de desechos en la tierra normalmente no se requieren revestimientos ni monitoreo del lixiviado, 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, y controlar las tasas de aplicación de desechos para minimizar la posibilidad de escorrentía.
Experimentos realizados en Francia mostraron que después de esparcir recortes de barro a base de aceite en tierras de cultivo, seguido de arado , labranza y fertilización , aproximadamente el 10% de la cantidad inicial de aceite permaneció en el suelo. No se observaron efectos fitotóxicos en la germinación y brotación 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, el tiempo después de la aplicación, el tipo de hidrocarburo, la química del suelo, la temperatura).
Los costos de esparcimiento en tierra suelen ser de 2,50 a 3 dólares por barril de fluidos de perforación a base de agua no contaminados con petróleo, y podrían ser más altos en el caso de desechos oleosos que contengan sales (Bansal y Sugiarto 1999). Los costos también dependen de los requisitos de muestreo y análisis.
Las ventajas de la aplicación de fertilizantes en tierra son el bajo costo del tratamiento y la posibilidad de que este método mejore las características del suelo. La aplicación de fertilizantes en tierra se utiliza con mayor eficacia en el caso de residuos de perforación que tienen bajos niveles de hidrocarburos y sales. Entre las posibles preocupaciones se incluyen la necesidad de grandes extensiones 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 residuos, la temperatura del suelo, el contenido de agua en el suelo y el contacto entre los microorganismos y los residuos); y la necesidad de realizar análisis, pruebas y demostraciones. Además, las altas concentraciones de sales solubles o metales pueden limitar el uso de la aplicación de fertilizantes en tierra.
Al evaluar la distribución en tierra como una opción de gestión de los desechos de perforación, se deben tener en cuenta varios elementos, entre ellos, las características topográficas y geológicas de toda la zona; las actividades actuales y futuras probables alrededor del sitio de disposición; los datos hidrogeológicos (ubicación, tamaño y dirección del flujo de los cuerpos de agua superficial existentes y los acuíferos dulces o utilizables); los patrones de drenaje naturales o existentes; las características ambientalmente sensibles cercanas, como humedales, áreas urbanas, sitios históricos o arqueológicos y hábitats protegidos; la presencia de especies en peligro de extinción; y los 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 en tierra y predecir las tasas netas de evaporación. Se deben identificar los dispositivos necesarios para controlar el flujo de agua hacia, sobre o desde los sistemas de las instalaciones. Los desechos se deben caracterizar durante la evaluación; los desechos de perforación con altos niveles de hidrocarburos y sales pueden no ser apropiados para la distribución en tierra.
Algunos recortes pueden reutilizarse de forma beneficiosa. Antes de poder reutilizarlos o reciclarlos, puede ser necesario seguir pasos para garantizar que el contenido de hidrocarburos y cloruros se reduzca a los estándares de reutilización establecidos por los organismos reguladores correspondientes.
En algunas zonas se permite la reutilización de los recortes obtenidos al esparcirlos en las carreteras. Para ello, es posible que se requiera el permiso de los organismos gubernamentales correspondientes y de los propietarios de los terrenos.
Los recortes de perforación también se pueden reciclar para su uso como materiales de construcción sólidos particulados a granel, como base para caminos y plataformas de obra. Los recortes primero se deben tamizar y secar, antes de procesarlos en una mezcladora o un método de mezcla similar. [3] [7] Los desechos de perforación también se pueden reciclar en mezclas para otras estructuras de hormigón especializadas, grandes y sustancialmente monolíticas.
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del Departamento de Energía de los Estados Unidos .
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