Una plataforma de perforación es un sistema integrado que perfora pozos , como pozos de petróleo o agua, o agujeros para pilotes y otros fines de construcción, en el subsuelo de la tierra. Las plataformas de perforación pueden ser estructuras enormes que albergan equipos utilizados para perforar pozos de agua , pozos de petróleo o pozos de extracción de gas natural, o pueden ser lo suficientemente pequeñas como para ser movidas manualmente por una persona y tales como barrenas . Las plataformas de perforación pueden tomar muestras de depósitos minerales del subsuelo, probar las propiedades físicas de la roca, el suelo y el agua subterránea , y también pueden usarse para instalar fabricaciones subterráneas, como servicios públicos subterráneos, instrumentación, túneles o pozos. Las plataformas de perforación pueden ser equipos móviles montados en camiones, orugas o remolques, o estructuras terrestres o marinas más permanentes (como plataformas petrolíferas , comúnmente llamadas "plataformas petrolíferas marinas" incluso si no contienen una plataforma de perforación). Por lo tanto, el término "plataforma" generalmente se refiere al equipo complejo que se utiliza para penetrar la superficie de la corteza terrestre .
Las plataformas de perforación de tamaño pequeño a mediano son móviles, como las que se utilizan en la perforación de exploración minera, barrenos, pozos de agua e investigaciones ambientales. Las plataformas más grandes son capaces de perforar a través de miles de metros de la corteza terrestre , utilizando grandes " bombas de lodo " para hacer circular el fluido de perforación (lodo) a través de la broca y hasta el anillo de revestimiento , para enfriar y retirar los "cortes" mientras se perfora un pozo. Los montacargas en la plataforma, una torre de perforación , pueden levantar cientos de toneladas de tubería . Otros equipos pueden forzar el ingreso de ácido o arena en los yacimientos para facilitar la extracción del petróleo o el gas natural; y en lugares remotos puede haber alojamiento permanente y servicio de comidas para las tripulaciones (que pueden ser más de cien). Las plataformas marinas pueden operar a miles de millas de distancia de la base de suministro con una rotación o ciclo de tripulación poco frecuente.
Hasta que se desarrollaron los motores de combustión interna a fines del siglo XIX, el método principal para perforar rocas era la fuerza muscular del hombre o del animal. La técnica de perforación de petróleo mediante perforación por percusión o rotatoria tiene sus orígenes en la antigua dinastía Han china en el año 100 a. C., donde se utilizó la perforación por percusión para extraer gas natural en la provincia de Sichuan. [1] Los primeros métodos de perforación de petróleo y gas eran aparentemente primitivos, ya que requerían varias habilidades técnicas. [1] [2] Las habilidades implicaban la disponibilidad de pesadas brocas de hierro y largas varas de bambú, la fabricación de cables largos y resistentes tejidos con fibra de bambú y palancas. Las pesadas brocas de hierro se sujetaban a largos cables de bambú suspendidos de torres de perforación de bambú y luego se elevaban y dejaban caer repetidamente en un agujero cavado manualmente haciendo que dos a seis hombres saltaran sobre una palanca. [1] Los pozos de petróleo de la dinastía Han hechos mediante perforación por percusión eran efectivos, pero solo alcanzaban los 10 metros de profundidad y los 100 metros en el siglo X. [1] En el siglo XVI, los chinos ya exploraban y perforaban pozos petrolíferos de más de 610 m de profundidad. [2] La tecnología china de perforación de pozos se introdujo en Europa en 1828. [3] El empresario estadounidense Edwin Drake utilizó una variante modernizada de la antigua técnica de perforación china para perforar el primer pozo petrolífero de Pensilvania en 1859, utilizando pequeñas máquinas de vapor para impulsar el proceso de perforación en lugar de la fuerza humana. [1] La perforación con herramientas de cable se desarrolló en la antigua China y se utilizó para perforar pozos de salmuera. Los domos de sal también contenían gas natural, que algunos pozos producían y que se utilizaba para la evaporación de la salmuera. Drake se enteró de la perforación con herramientas de cable de los trabajadores chinos en los EE. UU. [4] El primer producto primario fue el queroseno para lámparas y calentadores. [5] [6] Desarrollos similares en torno a Bakú alimentaron el mercado europeo.
En la década de 1970, fuera de la industria del petróleo y el gas, las brocas de rodillos que utilizaban circulación de lodo fueron reemplazadas por las primeras perforadoras neumáticas de circulación inversa (RC) con pistón alternativo, y se volvieron esencialmente obsoletas para la mayoría de las perforaciones superficiales; ahora solo se utilizan en ciertas situaciones en las que las rocas impiden otros métodos. La perforación RC demostró ser mucho más rápida y eficiente, y continúa mejorando con una mejor metalurgia, obteniendo brocas más duras y duraderas, y compresores que entregan presiones de aire más altas en volúmenes más altos, lo que permite una penetración más profunda y rápida. La perforación con diamante se ha mantenido esencialmente sin cambios desde sus inicios.
Las plataformas de perforación de petróleo y gas natural no solo se utilizan para identificar yacimientos geológicos, sino también para crear agujeros que permitan la extracción de petróleo o gas natural de esos yacimientos. Principalmente en los yacimientos de petróleo y gas en tierra, una vez que se ha perforado un pozo, la plataforma de perforación se retira del pozo y se traslada una plataforma de servicio (una plataforma más pequeña) que está construida específicamente para terminaciones al pozo para ponerlo en funcionamiento. [7] Esto libera la plataforma de perforación para perforar otro pozo y agiliza la operación, además de permitir la especialización de ciertos servicios, es decir, terminaciones frente a perforación.
Las plataformas de perforación minera se utilizan para dos propósitos principales: la perforación de exploración, cuyo objetivo es identificar la ubicación y la calidad de un mineral, y la perforación de producción, que se utiliza en el ciclo de producción de la minería. Las plataformas de perforación utilizadas para la voladura de rocas en minas a cielo abierto varían en tamaño según el tamaño del pozo deseado, y generalmente se clasifican en pozos de producción más grandes y pozos de precorte más pequeños. La minería subterránea (roca dura) utiliza una variedad de plataformas de perforación según el propósito deseado, como producción, empernado, cableado y tunelaje.
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En las primeras exploraciones petroleras, las plataformas de perforación eran de naturaleza semipermanente y las torres de perforación se construían a menudo en el lugar y se dejaban en su lugar después de la finalización del pozo. En tiempos más recientes, las plataformas de perforación son máquinas costosas hechas a medida que se pueden mover de un pozo a otro. Algunas plataformas de perforación de servicio ligero son como una grúa móvil y se utilizan más comúnmente para perforar pozos de agua. Las plataformas terrestres más grandes deben desmontarse en secciones y cargas para trasladarlas a un nuevo lugar, un proceso que a menudo puede llevar semanas.
También se utilizan pequeñas plataformas de perforación móviles para perforar o perforar pilotes . Las plataformas pueden variar desde plataformas de barrena continua (CFA) de 100 toneladas cortas (91.000 kg) hasta pequeñas plataformas neumáticas que se utilizan para perforar pozos en canteras, etc. Estas plataformas utilizan la misma tecnología y equipo que las plataformas de perforación petrolera, solo que en una escala más pequeña.
Los mecanismos de perforación que se describen a continuación difieren mecánicamente en términos de la maquinaria utilizada, pero también en términos del método mediante el cual los recortes de perforación se eliminan de la cara de corte de la broca y se devuelven a la superficie.
Una plataforma de perforación automatizada (ADR) es una plataforma de perforación terrestre automatizada de tamaño completo que perfora secciones laterales largas en pozos horizontales para la industria del petróleo y el gas. [8] Las ADR son plataformas ágiles que pueden moverse de plataforma en plataforma a nuevos sitios de pozos más rápido que otras plataformas de perforación de tamaño completo. Cada plataforma cuesta alrededor de $ 25 millones. ADR se utiliza ampliamente en las arenas petrolíferas de Athabasca . Según "Oil Patch Daily News", "Cada plataforma generará 50.000 horas-hombre de trabajo durante la fase de construcción y, una vez completada, cada plataforma operativa empleará directa e indirectamente a más de 100 trabajadores". En comparación con las plataformas de perforación convencionales, Ensign, un contratista internacional de servicios petrolíferos con sede en Calgary, Alberta, que fabrica ADR, afirma que son "más seguras de operar, tienen "inteligencia de controles mejorada", "huella ambiental reducida, movilidad rápida y comunicaciones avanzadas entre el campo y la oficina". [8] En junio de 2005, Deer Creek Energy Limited, una empresa de arenas petrolíferas con sede en Calgary, movilizó la primera plataforma de perforación automatizada inclinada (ADR) específicamente diseñada, la Ensign Rig No. 118, para aplicaciones de drenaje gravitacional asistido por vapor (SAGD). [9] [10]
Un taladro de barrena es una herramienta en forma de espiral. Su función principal es la perforación de agujeros en el suelo y otros materiales, o superficies como hielo, madera, etc. El diseño de un taladro de barrena depende del tipo de material que está destinado a perforar, por lo tanto, existen diferentes tipos de taladros de barrena. [11] Los taladros de barrena vienen en diferentes tamaños y pueden perforar agujeros hasta una profundidad de 95 pies debajo del suelo. Se sabe que son bastante versátiles, ahorrando tiempo y energía durante el trabajo de construcción o incluso proyectos personales. El taladro es un tornillo helicoidal hecho de carcasa de acero con vuelos curvos que gira a medida que es empujado hacia el suelo por un cabezal de perforación. A medida que el taladro gira, lleva el material excavado a la superficie, lo que ayuda a mantener abierto el pozo y evita que colapse. Los taladros de barrena se pueden montar en camiones u otras máquinas y vienen en diferentes longitudes y diámetros. La perforación con barrena se utiliza en muchos campos, incluida la construcción, los estudios ambientales y las investigaciones geotécnicas. También se puede utilizar para una variedad de otros propósitos, tales como:
Existen diferentes métodos de perforación con barrena, incluida la perforación con barrena manual y la perforación con barrena de vástago hueco. La perforación con barrena manual es un método rentable que se utiliza a menudo en áreas con suelo poco profundo, pero puede requerir mucho tiempo y mano de obra. La perforación con barrena de vástago hueco utiliza una barrena hueca grande que elimina la tierra a medida que perfora.
La perforación con barrena suele ser más silenciosa y menos propensa a las vibraciones que otros métodos de perforación, como la perforación con atornillador, por lo que también se puede utilizar en zonas urbanas. Al utilizar una barrena, es importante tomar precauciones de seguridad, como usar equipo de protección como guantes, protectores para los ojos y los oídos y botas cerradas. También debe asegurarse de que la barrena y los accesorios estén seguros, activar el engranaje de alto par del taladro y comenzar a perforar lentamente.
Un cucharón de perforación, o cucharón barrena, es un cabezal de perforación que acumula desechos en su interior y puede levantarse del agujero periódicamente para vaciarse. [12]
Este método es particularmente eficaz para perforar suelos duros y compactados, así como rocas, debido al diseño cilíndrico del cucharón con dientes de corte en la base, que excava y retiene el suelo o la roca a medida que gira. Los cucharones de perforación se utilizan comúnmente en la perforación de cimientos para construir pilotes y pozos profundos. [13]
Vienen en varios tamaños y configuraciones, adaptados a las condiciones específicas del terreno y a los requisitos del proyecto, y pueden estar equipados con componentes resistentes al desgaste para mejorar la durabilidad en entornos abrasivos. Además, los cucharones de perforación modernos pueden incluir un fondo ventilado para liberar el aire atrapado y facilitar una remoción más rápida de los desechos. [13]
Una vez finalizada la cementación de la tubería de revestimiento, la plataforma de perforación, el equipo y los materiales se retiran del sitio de perforación. Una plataforma más pequeña, conocida como plataforma de reacondicionamiento o plataforma de terminación, se mueve sobre el pozo. La plataforma más pequeña se utiliza para las operaciones de terminación restantes.