La plataforma de perforación

Una plataforma de perforación es un sistema integrado que perfora pozos , como pozos de petróleo o de agua, en el subsuelo de la tierra. Las plataformas de perforación pueden ser estructuras masivas 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 se denominan barrenas . Los equipos de perforación pueden muestrear depósitos minerales subterráneos, probar propiedades físicas de rocas, suelos y aguas subterráneas, 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, vías o remolques, o estructuras terrestres o marinas más permanentes (como plataformas petrolíferas)., comúnmente llamadas 'plataformas petrolíferas en alta mar' incluso si no contienen una plataforma de perforación). Por lo tanto, el término "plataforma" se refiere generalmente al equipo complejo que se utiliza para penetrar la superficie de la corteza terrestre .

Perforación de la formación Bakken en la cuenca Williston

Equipo de perforación de grandes orificios para perforación de pozos de voladura

Las plataformas de perforación pequeñas y medianas son móviles, como las que se utilizan en la perforación de exploración minera, barrenos, pozos de agua e investigaciones ambientales. Plataformas más grandes son capaces de perforación a través de miles de metros de la Tierra corteza 's, utilizando gran ' lodo bombas ' para hacer circular el lodo de perforación (lodo) a través de la broca y hasta la carcasa de anillo , para el enfriamiento y la eliminación de los 'esquejes', mientras que una bien está perforado. Los polipastos de la plataforma pueden levantar cientos de toneladas de tubería . Otros equipos pueden forzar el ingreso de ácido o arena en los reservorios para facilitar la extracción del petróleo o gas natural; y en lugares remotos puede haber alojamiento permanente y servicio de comidas para las tripulaciones (que pueden ser más de un centenar). 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.

Historia

Plataforma de perforación antigua ahora en exhibición en el Museo de Historia Occidental en Lingle, Wyoming. Se utilizó para perforar muchos pozos de agua en esa área; muchos de esos pozos todavía están en uso.

Plataformas de perforación antiguas en Zigong, China

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 extracción de petróleo a través de la perforación por percusión o rotatoria tiene sus orígenes que se remontan a la antigua dinastía china Han en el año 100 a. C., donde se utilizaba 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 involucraban la disponibilidad de pesados pedazos de hierro y largas varas de bambú, la fabricación de cables largos y resistentes tejidos con fibra de bambú y palancas. Se sujetaron pesados pedazos de hierro a largos cables de bambú suspendidos de torres de perforación de bambú y luego se elevaron y dejaron caer repetidamente en un hoyo excavado manualmente haciendo que dos a seis hombres saltaran sobre una palanca. ^[1] Los pozos de petróleo de la dinastía Han hechos mediante perforación de percusión fueron efectivos, pero solo alcanzaron los 10 metros de profundidad y los 100 metros en el siglo X. ^[1] En el siglo XVI, los chinos estaban explorando y perforando pozos de petróleo a más de 2,000 pies (610 m) de profundidad. ^[2] El empresario estadounidense Edwin Drake utilizó una variante modernizada de la antigua técnica de perforación china para perforar el primer pozo de petróleo de Pensilvania en 1859 utilizando pequeñas máquinas de vapor para impulsar el proceso de perforación en lugar de hacerlo mediante el músculo humano. ^[1]

En la década de 1970, fuera de la industria del petróleo y el gas, las brocas de rodillo que usaban circulación de lodo fueron reemplazadas por las primeras perforadoras neumáticas de pistón alternativo de circulación inversa (RC), y se volvieron esencialmente obsoletas para la mayoría de las perforaciones poco profundas, y ahora solo se usan en ciertas situaciones donde las rocas excluyen otros métodos. La perforación RC demostró ser mucho más rápida y eficiente, y continúa mejorando con una mejor metalurgia, obteniendo brocas y compresores más duros y duraderos que brindan 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.

Industria de perforación de petróleo

Las plataformas de perforación de petróleo y gas natural se utilizan no solo para identificar reservorios geológicos sino también para crear agujeros que permitan la extracción de petróleo o gas natural de esos reservorios. Principalmente en los campos de petróleo y gas en tierra, una vez que se ha perforado un pozo, la plataforma de perforación se moverá fuera del pozo y una plataforma de servicio (una plataforma más pequeña) que está especialmente diseñada para completaciones se trasladará al pozo para obtener el bien en línea. ^[3] 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 versus perforación.

Industria de perforación minera

Las plataformas de perforación minera se utilizan para dos propósitos principales, la perforación de exploración, que tiene como objetivo identificar la ubicación y la calidad de un mineral, y la perforación de producción, utilizada en el ciclo de producción para la minería. Los equipos de perforación utilizados para la voladura de rocas para minas a cielo abierto varían en tamaño dependiendo del tamaño del pozo deseado, y típicamente se clasifican en pozos de producción más grandes y precortados más pequeños. La minería subterránea (roca dura) utiliza una variedad de equipos de perforación que dependen del propósito deseado, como producción, atornillado, cableado y construcción de túneles.

Equipos de perforación móviles

Plataforma de perforación móvil montada en un camión

En la exploración petrolera temprana, las plataformas de perforación eran de naturaleza semipermanente y las torres de perforación a menudo se construían en el sitio y se dejaban en su lugar después de la finalización del pozo. En tiempos más recientes, las plataformas de perforación son máquinas costosas construidas a medida que se pueden mover de un pozo a otro. Algunas plataformas de perforación de servicio liviano son como una grúa móvil y generalmente se usan para perforar pozos de agua. Las plataformas terrestres más grandes deben dividirse en secciones y cargas para trasladarlas a un nuevo lugar, un proceso que a menudo puede llevar semanas.

Las pequeñas plataformas de perforación móviles también se utilizan para perforar o perforar pilotes . Las plataformas pueden variar desde 100 toneladas cortas (91.000 kg) de barrena de vuelo continuo (CFA) hasta pequeñas plataformas neumáticas que se utilizan para perforar agujeros en canteras, etc. Estas plataformas utilizan la misma tecnología y equipo que las plataformas de perforación petrolera, solo que en un tamaño más pequeño escala.

Los mecanismos de perforación descritos a continuación difieren mecánicamente en términos de la maquinaria utilizada, pero también en términos del método por el cual los recortes de perforación se retiran de la cara de corte de la broca y se devuelven a la superficie.

Clasificación de la plataforma de perforación

Hay muchos tipos y diseños de equipos de perforación. Muchas plataformas de perforación son capaces de cambiar o combinar diferentes tecnologías de perforación según sea necesario. Las plataformas de perforación se pueden describir utilizando cualquiera de los siguientes atributos:

Por potencia utilizada

Mecánico: el equipo utiliza convertidores de par, embragues y transmisiones que funcionan con sus propios motores, a menudo diésel.
Eléctrico: los principales elementos de la maquinaria son impulsados por motores eléctricos, generalmente con energía generada en el sitio mediante motores de combustión interna.
Hidráulico: el equipo utiliza principalmente energía hidráulica.
Neumático: el equipo funciona principalmente con aire presurizado.
Vapor: la plataforma utiliza motores y bombas de vapor (obsoletos a partir de mediados del siglo XX).

Por tubería utilizada

Cable: se utiliza cáñamo trenzado o cuerda de alambre para subir y bajar la broca .
Convencional: utiliza tubos de perforación de metal o plástico de diversos tipos.
Tubería en espiral : utiliza un solo tubo flexible de longitud suficiente, almacenado en un tambor de hasta cinco metros de diámetro, y un motor de perforación de fondo de pozo.
Cadena: se utiliza una cadena para subir y bajar la broca en algunos equipos hidráulicos.

Por altura

Las plataformas se diferencian por la altura en función de cuántas uniones conectadas de la tubería de perforación pueden "colocarse" en la torre de perforación cuando está fuera del pozo. Normalmente, esto se hace al cambiar una broca o al "registrar" el pozo. Una sola unión de tubería suele tener unos 30 pies de largo.

Único: puede contener solo tubos de perforación individuales. La presencia o ausencia de "dedos" de estanterías verticales para tuberías varía de un equipo a otro.
La torre de perforación doble puede contener dos tubos de perforación conectados, denominados "soporte doble" o simplemente "doble".
Triple torre puede contener tres tubos de perforación conectados: un "soporte triple" o "thribble".
Qua - puede contener cuatro tubos de perforación conectados, llamados "quad stand" o "fourble". Las torres de perforación de este tamaño son poco comunes en las operaciones terrestres, pero se utilizan en la perforación en alta mar.

Por método de rotación o método de perforación

La no rotación incluye los equipos de empuje directo y la mayoría de los equipos de servicio.
Mesa giratoria : la rotación se logra girando un tubo cuadrado o hexagonal (el "Kelly") en una mesa giratoria al nivel del piso de perforación.
Unidad superior : la rotación y la circulación se realizan en la parte superior de la sarta de perforación, en un motor que se mueve en una pista a lo largo de la torre de perforación. Este es el diseño de las plataformas más modernas.
Sonic: utiliza principalmente energía vibratoria para hacer avanzar la sarta de perforación.
Martillo: utiliza la rotación y la fuerza de percusión (consulte Taladro de fondo ).

Por posición de la torre de perforación

Convencional: la torre de perforación es vertical.
Inclinado: la torre de perforación está inclinada en un ángulo de 45 grados para facilitar la perforación horizontal.

Perforación direccional

La perforación direccional se realiza con un motor de lodo en el conjunto del fondo del pozo. La dirección es controlada por un controlador inalámbrico para perforar el agujero de cualquier forma que requiera el perforador.

Técnicas de perforación

Existe una variedad de técnicas de perforación que se pueden utilizar para perforar un pozo en el suelo. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas, en términos de la profundidad de lo que puede perforar, el tipo de muestra devuelta, los costos involucrados y las tasas de penetración logradas. Algunos tipos incluidos son corte giratorio, abrasivo giratorio, retroceso giratorio, herramientas de cable y perforación sónica.

Perforación con barrena

La perforación con barrena se realiza con un tornillo helicoidal que se clava en el suelo con rotación; la tierra se levanta por el pozo con la hoja del tornillo. La perforación con barrena de vástago hueco se utiliza para terrenos más blandos, como pantanos, donde el agujero no permanecerá abierto por sí mismo para la perforación ambiental, perforación geotécnica, ingeniería de suelos y trabajos de reconocimiento geoquímico en la exploración de depósitos minerales . Los sinfines de vuelo sólidos / sinfines de cangilones se utilizan en la perforación de construcción de terrenos más duros. En algunos casos, los pozos de las minas se excavan con taladros de barrena. Se pueden montar pequeños sinfines en la parte trasera de un camión utilitario, con grandes sinfines utilizados para hundir pilotes para cimientos de puentes.

La perforación con barrena está restringida al suelo, formaciones blandas no consolidadas o rocas erosionadas débiles . Es barato y rapido.

Perforación con chorro de aire rotativo por percusión

La perforación RAB se utiliza con mayor frecuencia en la industria de exploración minera. (Esta herramienta también se conoce como taladro de fondo ). El taladro utiliza un "martillo" neumático de pistón alternativo para clavar enérgicamente una broca pesada en la roca. La broca es de acero macizo hueco y tiene varillas de carburo de tungsteno de ~ 20 mm de espesor que sobresalen del acero como "botones". Estos botones son muy duros y forman la cara de corte de la broca.

Los esquejes se hinchan por fuera de las varillas y se recogen en la superficie. Aire o una combinación de aire y espuma levantan los esquejes.

La perforación RAB se utiliza principalmente para exploración de minerales , perforación de pozos de agua y perforación de barrenos para voladuras en minas, así como para otras aplicaciones como ingeniería, etc. RAB produce muestras de menor calidad porque los recortes se inflan por el exterior de las varillas y pueden estar contaminado por el contacto con otras rocas. La perforación RAB a una profundidad extrema, si encuentra agua, puede obstruir rápidamente el exterior del pozo con escombros, impidiendo la remoción de los recortes de perforación del pozo. Sin embargo, esto puede contrarrestarse con el uso de "estabilizadores", también conocidos como "escariadores", que son grandes piezas cilíndricas de acero unidas a la sarta de perforación y fabricadas para adaptarse perfectamente al tamaño del orificio que se perfora. Estos tienen juegos de rodillos en el lateral, generalmente con botones de tungsteno, que rompen constantemente los recortes que se empujan hacia arriba.

El uso de compresores de aire de alta potencia, que empujan 900-1150 cfm de aire a 300-350 psi por el pozo, también asegura la perforación de un pozo más profundo hasta ~ 1250 m debido a una mayor presión de aire que empuja todos los cortes de roca y cualquier agua. a la superficie. Por supuesto, todo esto depende de la densidad y el peso de la roca que se perfora y del desgaste de la broca.

Perforación con núcleo de aire

La perforación con núcleo de aire y los métodos relacionados utilizan hojas de acero endurecido o de tungsteno para perforar un agujero en el suelo no consolidado. La broca tiene tres hojas dispuestas alrededor de la cabeza de la broca, que cortan el terreno no consolidado. Las varillas son huecas y contienen un tubo interior que se asienta dentro del cuerpo hueco de la varilla exterior. Los recortes de perforación se eliminan mediante la inyección de aire comprimido en el orificio a través del área anular entre el tubo interior y la barra de perforación. Luego, los recortes se soplan de regreso a la superficie del tubo interior donde pasan a través del sistema de separación de muestras y se recolectan si es necesario. La perforación continúa con la adición de varillas a la parte superior de la sarta de perforación. La perforación con núcleo de aire puede ocasionalmente producir pequeños trozos de roca con núcleo.

Este método de perforación se utiliza para perforar el regolito erosionado , ya que el equipo de perforación y las cuchillas de acero o tungsteno no pueden penetrar la roca fresca. Siempre que sea posible, se prefiere la perforación con núcleo de aire a la perforación RAB, ya que proporciona una muestra más representativa. La perforación con núcleo de aire puede alcanzar profundidades cercanas a los 300 metros en buenas condiciones. Como los recortes se eliminan dentro de las varillas y son menos propensos a la contaminación en comparación con la perforación convencional, donde los recortes pasan a la superficie a través del retorno exterior entre el exterior de la varilla de perforación y las paredes del agujero. Este método es más costoso y más lento que el RAB. Este método de perforación fue inventado por Wallis Drilling, una empresa de perforación con sede en Perth, Australia Occidental.

Perforación con herramienta de cable

Equipo de perforación de pozos de agua para herramientas de cable en Virginia Occidental. Estas plataformas lentas han sido reemplazadas en su mayoría por plataformas de perforación rotativas en los EE. UU.

Las plataformas de herramientas con cable son una forma tradicional de perforar pozos de agua . La mayoría de los pozos de suministro de agua de gran diámetro, especialmente los pozos profundos terminados en acuíferos de lecho rocoso , se completaron utilizando este método de perforación. Aunque este método de perforación ha sido reemplazado en gran medida en los últimos años por otras técnicas de perforación más rápidas, sigue siendo el método de perforación más factible para pozos de lecho rocoso profundo de gran diámetro y de uso generalizado para pozos pequeños de suministro de agua rural. El impacto de la broca fractura la roca y, en muchas situaciones de roca de esquisto, aumenta el flujo de agua hacia un pozo rotativo.

También conocidos como perforación de pozos balísticos y a veces llamados "spudders", estos equipos levantan y dejan caer una sarta de perforación con una broca de perforación pesada con punta de carburo que cincela a través de la roca pulverizando finamente los materiales del subsuelo. La sarta de perforación está compuesta por las barras de perforación superiores, un conjunto de "jarras" ("deslizadores" entrelazados que ayudan a transmitir energía adicional a la broca y ayudan a quitar la broca si está atascada) y la broca . Durante el proceso de perforación, la sarta de perforación se retira periódicamente del pozo y se baja un achicador para recolectar los recortes de perforación (fragmentos de roca, suelo, etc.). El achicador es una herramienta en forma de cubo con una trampilla en la base. Si el pozo está seco, se agrega agua para que los recortes de perforación fluyan hacia el achicador. Cuando se levanta, la trampilla se cierra y los recortes se levantan y retiran. Dado que la sarta de perforación debe elevarse y bajarse para hacer avanzar la perforación, la tubería de revestimiento (tubería exterior de mayor diámetro) se usa típicamente para retener los materiales del suelo superior y estabilizar el pozo.

Los equipos de herramientas con cable son más simples y más baratos que los equipos rotativos de tamaño similar, aunque son ruidosos y muy lentos de operar. El pozo de herramientas para cables, récord mundial, se perforó en Nueva York a una profundidad de casi 12.000 pies (3.700 m). El Bucyrus-Erie 22 común puede perforar hasta unos 1.100 pies (340 m). Dado que la perforación con herramienta de cable no utiliza aire para expulsar las virutas de perforación como un rotativo, sino que utiliza un achicador de cables, técnicamente no hay limitación de profundidad.

Los equipos de herramientas de cable ahora son casi obsoletos en los Estados Unidos. Se utilizan principalmente en África o países del Tercer Mundo. Al ser lento, la perforación de plataformas con herramientas de cable significa un aumento de los salarios para los perforadores. En los Estados Unidos, los salarios de perforación promediarían alrededor de US $ 200 por día por hombre, mientras que en África es de solo US $ 6 por día por hombre, por lo que una máquina de perforación lenta todavía se puede usar en países subdesarrollados con salarios bajos. Un equipo de herramientas con cable puede perforar de 7,6 m (25 pies) a 18 m (60 pies) de roca dura al día. Un equipo de cabeza superior de gato de perforación rotatorio más nuevo equipado con un martillo de fondo de pozo (DTH) puede perforar 500 pies (150 m) o más por día, según el tamaño y la dureza de la formación. ^{[ cita requerida ]}

Perforación de circulación inversa

Plataforma de circulación inversa montada sobre orugas (vista lateral).

Configuración de perforación de circulación inversa en cables de desplazamiento vertical en el puerto de La Rochelle, Francia

La perforación de circulación inversa (RC) es similar a la perforación con núcleo de aire, en el sentido de que los recortes de perforación se devuelven a la superficie dentro de las varillas. El mecanismo de perforación es un pistón neumático alternativo conocido como "martillo" que acciona una broca de acero de tungsteno. La perforación RC utiliza equipos y maquinaria mucho más grandes y se alcanzan habitualmente profundidades de hasta 500 metros (1.600 pies). La perforación RC idealmente produce virutas de roca seca, ya que los grandes compresores de aire secan la roca delante de la broca que avanza. La perforación RC es más lenta y costosa, pero logra una mejor penetración que la perforación RAB o con núcleo de aire; es más barato que la extracción de testigos con diamantes y, por lo tanto, se prefiere para la mayoría de los trabajos de exploración mineral .

La circulación inversa se logra soplando aire por las varillas, la presión diferencial crea una elevación de aire del agua y corta el "tubo interior", que está dentro de cada varilla. Llega al "desviador" en la parte superior del agujero, luego se mueve a través de una manguera de muestra que está unida a la parte superior del "ciclón". Los recortes de perforación viajan por el interior del ciclón hasta que caen a través de una abertura en la parte inferior y se recogen en una bolsa de muestra.

Las brocas RC más utilizadas tienen un diámetro de 5 a 8 pulgadas (13 a 20 cm) y tienen "botones" redondos de tungsteno que sobresalen de la broca, los cuales son necesarios para perforar lutitas y rocas abrasivas. A medida que los botones se desgastan, la perforación se vuelve más lenta y la sarta de varillas puede atascarse en el agujero. Este es un problema, ya que intentar recuperar las varillas puede llevar horas y, en algunos casos, semanas. Las varillas y las brocas en sí son muy caras, lo que a menudo resulta en un gran costo para las empresas de perforación cuando el equipo se pierde en el pozo. La mayoría de las empresas volverán a pulir regularmente los botones de sus brocas para evitar esto y acelerar el progreso. Por lo general, cuando algo se pierde (se rompe) en el pozo, no es la sarta de perforación, sino más bien desde la broca, el martillo o el estabilizador hasta el fondo de la sarta de perforación (broca). Esto generalmente es causado por un error del operador, metal sobrecargado o condiciones de perforación adversas que causan que el equipo de fondo de pozo se atasque en una parte del pozo.

Aunque la perforación RC funciona con aire, el agua también se usa para reducir el polvo, mantener fría la broca y ayudar a empujar el corte hacia arriba, pero también al "colocar un collar" en un nuevo orificio. Un lodo llamado "Liqui-Pol" se mezcla con agua y se bombea a la sarta de varillas, por el agujero. Esto ayuda a llevar la muestra a la superficie haciendo que la arena se pegue. Ocasionalmente, también se usa "Super-Foam" (también conocido como "Quik-Foam"), para traer todos los cortes muy finos a la superficie y para limpiar el agujero. Cuando el taladro llega a una roca dura, se coloca un "collar" en el orificio alrededor de las varillas, que normalmente es una tubería de PVC. Ocasionalmente, el collar puede estar hecho de una carcasa de metal. Es necesario colocar un collar en un agujero para evitar que las paredes se derrumben y atasquen la sarta de varillas en la parte superior del agujero. Los collares pueden tener hasta 60 metros de profundidad, dependiendo del terreno, aunque si se perfora en roca dura puede que no sea necesario un collar.

Las configuraciones de la plataforma de circulación inversa generalmente consisten en un vehículo de apoyo, un vehículo auxiliar y la plataforma en sí. El vehículo de apoyo, normalmente un camión, contiene tanques de agua y diesel para reabastecer la plataforma. También contiene otros suministros necesarios para el mantenimiento de la plataforma. El auxiliar es un vehículo que lleva un motor auxiliar y un motor de refuerzo. Estos motores están conectados a la plataforma mediante mangueras de aire de alta presión. Aunque las plataformas RC tienen su propio amplificador y compresor para generar presión de aire, se necesita energía adicional que generalmente no es suministrada por la plataforma debido a la falta de espacio para estos motores grandes. En cambio, los motores están montados en el vehículo auxiliar. Los compresores en un equipo RC tienen una salida de alrededor de 1000 cfm a 500 psi (500 L · s ⁻¹ a 3.4 MPa). Alternativamente, los compresores de aire independientes que tienen una salida de 900-1150cfm a 300-350 psi cada uno se utilizan en conjuntos de 2, 3 o 4, que se encaminan al equipo a través de un colector de válvulas múltiples.

Perforación con núcleo de diamante

Equipo de perforación de combinación múltiple (capaz de perforar tanto con diamante como con circulación inversa). Actualmente, la plataforma está configurada para la perforación diamantina.

La perforación con núcleo de diamante ( perforación con diamante de exploración ) utiliza una broca anular impregnada de diamante unida al extremo de las barras de perforación huecas para cortar un núcleo cilíndrico de roca sólida. Los diamantes que se utilizan para fabricar brocas de diamante son de una variedad de tamaños, diamantes finos a microfinos de grado industrial , y la proporción de diamantes a metal utilizada en la matriz afecta el rendimiento de la capacidad de corte de las brocas en diferentes tipos de formaciones rocosas. Los diamantes están engastados dentro de una matriz de dureza variable, desde latón hasta acero de alta calidad. La dureza de la matriz, el tamaño del diamante y la dosificación se pueden variar según la roca que se deba cortar. Las brocas fabricadas con acero duro con un recuento bajo de diamantes son ideales para rocas más blandas y altamente fracturadas, mientras que otras fabricadas con aceros más blandos y una relación de diamante alta son buenas para perforar rocas sólidas duras. Los orificios dentro de la broca permiten que el agua llegue a la cara de corte. Esto proporciona tres funciones esenciales: lubricación, enfriamiento y extracción de los recortes de perforación del pozo.

La perforación con diamante es mucho más lenta que la perforación con circulación inversa (RC) debido a la dureza del terreno que se está perforando. La perforación de 1200 a 1800 metros es común y a estas profundidades, el suelo es principalmente roca dura. Las técnicas varían entre los operadores de perforación y lo que es capaz de hacer el equipo que están usando, algunos equipos de diamante necesitan perforar lentamente para alargar la vida útil de las brocas y barras, que son muy costosas y requieren mucho tiempo para reemplazarlas a profundidades extremadamente profundas. A medida que un equipo de perforación de diamante extrae núcleos cada vez más profundos, la parte del proceso que requiere mucho tiempo no es cortar de 5 a 10 pies más de núcleo de roca, sino recuperar el núcleo con la línea de alambre y la herramienta de rebasamiento. Las muestras de núcleo se recuperan mediante el uso de un tubo de núcleo, un tubo hueco que se coloca dentro de la sarta de varillas y se bombea con agua hasta que se bloquea en el barril de núcleo. A medida que se perfora el núcleo, el barril de núcleo se desliza sobre el núcleo a medida que se corta. Un "rebasado" unido al extremo del cable del cabrestante se baja dentro de la sarta de varillas y se bloquea en el extremo trasero (también conocido como ensamblaje de la cabeza), ubicado en el extremo superior del barril del núcleo. El cabrestante se retrae, tirando del tubo central hacia la superficie. El núcleo no se cae del interior del tubo de núcleo cuando se levanta porque un elevador de núcleo de anillo dividido o un retenedor de canasta permiten que el núcleo se mueva hacia adentro, pero no salga del tubo.

Brocas de diamante

Una vez que el tubo central se retira del orificio, la muestra central se retira del tubo central y se cataloga. El asistente del perforador desenrosca la parte posterior del tubo de núcleo con llaves para tubos, luego se toma cada parte del tubo y el núcleo se sacude en bandejas de núcleo. El núcleo se lava, se mide y se rompe en pedazos más pequeños con un martillo o se corta para que encaje en las bandejas de muestras. Una vez catalogadas, las bandejas de testigos son recuperadas por geólogos que luego analizan el testigo y determinan si el sitio de perforación es una buena ubicación para expandir las operaciones mineras futuras.

Las plataformas de diamante también pueden ser parte de una plataforma de combinación múltiple. Las plataformas de combinación múltiple son una plataforma de configuración dual capaz de operar tanto en circulación inversa (RC) como en función de perforación diamantina (aunque no al mismo tiempo). Este es un escenario común en el que se realizan perforaciones de exploración en un lugar muy aislado. La plataforma se configura primero para perforar como una plataforma RC y una vez que se perforan los metros deseados, la plataforma se configura para la perforación diamantina. De esta manera, los metros más profundos del pozo se pueden perforar sin mover el equipo y esperar a que se instale un equipo de diamante en la plataforma .

Plataformas de empuje directo

La tecnología de empuje directo incluye varios tipos de equipos de perforación y equipos de perforación que hacen avanzar una sarta de perforación empujando o martillando sin rotar la sarta de perforación. Si bien esto no cumple con la definición adecuada de perforación, sí logra el mismo resultado: un pozo . Los equipos de empuje directo incluyen equipos de prueba de penetración de cono (CPT) y equipos de muestreo de empuje directo como PowerProbe o Geoprobe . Las plataformas de empuje directo generalmente se limitan a perforar en materiales de suelo no consolidados y roca muy blanda.

Los equipos CPT avanzan en equipos de prueba especializados (como conos electrónicos) y muestreadores de suelo que utilizan grandes cilindros hidráulicos. La mayoría de los equipos CPT están fuertemente lastrados (20 toneladas métricas son típicas) como una fuerza contraria a la fuerza de empuje de los cilindros hidráulicos que a menudo tienen una capacidad nominal de hasta 20 kN. Alternativamente, las plataformas CPT pequeñas y livianas y las plataformas CPT en alta mar utilizarán anclajes como anclajes de tierra atornillados para crear la fuerza reactiva. En condiciones ideales, los equipos CPT pueden alcanzar tasas de producción de hasta 250 a 300 metros por día.

Las plataformas de perforación de empuje directo utilizan cilindros hidráulicos y un martillo hidráulico para hacer avanzar un muestreador de núcleo hueco para recolectar muestras de suelo y agua subterránea. La velocidad y la profundidad de penetración dependen en gran medida del tipo de suelo, el tamaño del muestreador y el peso y la potencia del equipo. Las técnicas de empuje directo generalmente se limitan a la recuperación de muestras de suelo poco profundo en materiales de suelo no consolidados. La ventaja de la tecnología de empuje directo es que en el tipo de suelo adecuado puede producir una gran cantidad de muestras de alta calidad de forma rápida y económica, generalmente de 50 a 75 metros por día. En lugar de martillar, el empuje directo también se puede combinar con métodos sónicos (vibratorios) para aumentar la eficiencia de la perforación.

Perforación rotativa hidráulica

La perforación de pozos de petróleo utiliza brocas de rodillo de tres conos, carburo incrustado, de corte fijo de diamante o impregnadas de diamante para desgastar en la cara de corte. Esto se prefiere porque no hay necesidad de devolver las muestras intactas a la superficie para su análisis, ya que el objetivo es alcanzar una formación que contenga petróleo o gas natural. Se utiliza maquinaria de gran tamaño, lo que permite penetrar en profundidades de varios kilómetros. Las tuberías de perforación huecas giratorias transportan lodos de perforación infundidos con bentonita y barita para lubricar, enfriar y limpiar la broca , controlar las presiones de fondo de pozo, estabilizar la pared del pozo y eliminar los recortes de perforación . El lodo vuelve a la superficie alrededor del exterior de la tubería de perforación, llamado anillo . El examen de fragmentos de roca extraídos del lodo se conoce como registro de lodo . Otra forma de registro de pozos es electrónica y se emplea comúnmente para evaluar la existencia de posibles depósitos de petróleo y gas en el pozo . Esto puede tener lugar mientras se perfora el pozo, usando herramientas de medición durante la perforación , o después de perforar, bajando las herramientas de medición en el pozo recién perforado.

El sistema rotativo de perforación fue de uso general en Texas a principios del siglo XX. Es una modificación de uno inventado por Fauvelle en 1845 y utilizado en los primeros años de la industria petrolera en algunos de los países productores de petróleo de Europa. ^[4] Originalmente se usaba agua presurizada en lugar de lodo, y era casi inútil en roca dura antes de la broca de corte de diamante. El principal avance de la perforación rotativa se produjo en 1901, cuando Anthony Francis Lucas combinó el uso de una plataforma impulsada por vapor y de lodo en lugar de agua en el pozo de descubrimiento Spindletop . ^[5]

La perforación y producción de petróleo y gas puede representar un riesgo para la seguridad y un peligro para el medio ambiente por la ignición del gas arrastrado que causa incendios peligrosos y también por el riesgo de fugas de petróleo que contaminan el agua, la tierra y las aguas subterráneas. Por estas razones, la ley exige sistemas de seguridad redundantes y personal altamente capacitado en todos los países con producción significativa.

Equipo de perforación automatizado

Una plataforma de perforación automatizada (ADR) es una plataforma de perforación terrestre ambulante de tamaño completo automatizada que perfora secciones laterales largas en pozos horizontales para la industria del petróleo y el gas. ^{[6] Los} ADR son plataformas ágiles que pueden moverse de plataforma en plataforma a nuevos 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 el "Oil Patch Daily News", "Cada plataforma generará 50.000 horas-hombre de trabajo durante la fase de construcción y, una vez finalizada, 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 de yacimientos petrolíferos con sede en Calgary, Alberta, que afirma que los ADR son" más seguros de operar, tienen "inteligencia de controles mejorada", "huella ambiental reducida, movilidad rápida y comunicaciones avanzadas entre campo y oficina ". ^[6] En junio de 2005, Deer Creek Energy Limited, una empresa de arenas petrolíferas con sede en Calgary, movilizó la primera plataforma de perforación automática inclinada (ADR) diseñada específicamente, Ensign Rig No. 118, para aplicaciones de drenaje por gravedad asistido por vapor (SAGD). ^[7]

Límites de la tecnología

La tecnología de perforación ha avanzado constantemente desde el siglo XIX. Sin embargo, existen varios factores limitantes básicos que determinarán la profundidad a la que se puede perforar un pozo.

Todos los orificios deben mantener el diámetro exterior; el diámetro del agujero debe permanecer más ancho que el diámetro de las varillas o las varillas no pueden girar en el agujero y el progreso no puede continuar. La fricción causada por la operación de perforación tenderá a reducir el diámetro exterior de la broca. Esto se aplica a todos los métodos de perforación, excepto que en la perforación con núcleo de diamante, el uso de varillas y revestimientos más delgados puede permitir que el agujero continúe. La carcasa es simplemente una vaina hueca que protege el orificio contra el colapso durante la perforación y está hecha de metal o PVC . A menudo, los orificios de diamante comienzan con un diámetro grande y, cuando se pierde el diámetro exterior, se colocan varillas más delgadas dentro de la carcasa para continuar, hasta que finalmente el orificio se vuelve demasiado estrecho. Alternativamente, el agujero se puede escariar; esta es la práctica habitual en la perforación de pozos de petróleo, donde el tamaño del pozo se mantiene hasta el siguiente punto de revestimiento.

Para las técnicas de percusión, la principal limitación es la presión del aire. Se debe suministrar aire al pistón a una presión suficiente para activar la acción recíproca y, a su vez, empujar la cabeza hacia la roca con suficiente fuerza para fracturarla y pulverizarla. Con la profundidad, se agrega volumen a la sarta de varillas, lo que requiere compresores más grandes para lograr presiones operativas. En segundo lugar, el agua subterránea es ubicua y su presión aumenta con la profundidad del suelo. El aire dentro de la sarta de varillas debe estar lo suficientemente presurizado para superar esta presión de agua en la cara de la barrena. Entonces, el aire debe poder llevar los fragmentos de roca a la superficie. Esta es la razón por la que rara vez se alcanzan profundidades superiores a 500 m para la perforación con circulación inversa, porque el costo es prohibitivo y se acerca al umbral en el que la perforación con testigos de diamante es más económica.

La perforación con diamante puede alcanzar habitualmente profundidades superiores a 1200 m. En los casos en que el dinero no es un problema, se han logrado profundidades extremas, porque no es necesario superar la presión del agua. Sin embargo, se debe mantener la circulación del agua para devolver los recortes de perforación a la superficie y, lo que es más importante, para mantener el enfriamiento y la lubricación de la superficie de corte de la broca; mientras que al mismo tiempo reduce la fricción en las paredes de acero de las varillas que giran contra las paredes de roca del pozo. Cuando se pierde el retorno de agua, las varillas vibrarán, esto se denomina "vibración de las varillas" y eso dañará las varillas de perforación y agrietará las juntas.

Sin suficiente lubricación y enfriamiento, la matriz de la broca se ablandará. Si bien el diamante es la sustancia más dura conocida, con 10 en la escala de dureza de Mohs , debe permanecer firmemente en la matriz para lograr el corte. También se debe controlar el peso sobre la broca, la fuerza ejercida sobre la cara de corte de la broca por las barras de perforación en el orificio sobre la broca.

Una operación de perforación única en aguas profundas del océano se denominó Proyecto Mohole .

Nuevas tecnologías de yacimientos petrolíferos

La investigación incluye tecnologías basadas en la utilización de chorro de agua , plasma químico , espalación hidrotermal o láser .

Causas de la desviación

La mayoría de los pozos de perforación se desvían ligeramente de su trayectoria planificada. Esto se debe al par de torsión de la broca giratoria que trabaja contra la cara de corte, a la flexibilidad de las varillas de acero y especialmente a las uniones roscadas, a la reacción a la foliación y estructura dentro de la roca, y a la refracción cuando la broca se mueve hacia adentro. diferentes capas de roca de diferente resistencia. Además, los orificios inclinados tenderán a desviarse hacia arriba porque las barras de perforación se apoyarán contra la parte inferior del orificio, lo que provocará que la broca se incline ligeramente de la verdadera. Es debido a la desviación que se deben inspeccionar los pozos de perforación si la desviación afectará la utilidad de la información devuelta. A veces, la ubicación de la superficie se puede desplazar lateralmente para aprovechar la tendencia de desviación esperada, por lo que el fondo del pozo terminará cerca de la ubicación deseada. La perforación de pozos de petróleo comúnmente utiliza un proceso de desviación controlada llamado perforación direccional (por ejemplo, cuando se perforan varios pozos desde una ubicación en la superficie).

Equipo de aparejo

Diagrama simple de una plataforma de perforación y su funcionamiento básico.

Las plataformas de perforación generalmente incluyen al menos algunos de los siguientes elementos: Consulte Plataforma de perforación (petróleo) para obtener una descripción más detallada.

Preventores de reventones : (BOP)

El equipo asociado con una plataforma depende en cierta medida del tipo de plataforma, pero (# 23 y # 24) son dispositivos instalados en la cabeza del pozo para evitar que los fluidos y gases se escapen involuntariamente del pozo . El n. ° 23 es el anular (a menudo denominado "Hydril", que es un fabricante) y el n. ° 24 son los arietes de tubería y los arietes ciegos . En lugar del nº 24, se pueden utilizar cilindros de diámetro variable o VBR. Estos ofrecen la misma presión y capacidad de sellado que se encuentran en los arietes de tubería estándar, al tiempo que ofrecen la versatilidad de sellar en varios tamaños de tubería de perforación, tubería de producción y revestimiento sin cambiar los arietes de tubería estándar. Normalmente, los VBR se utilizan cuando se utiliza una sarta de perforación cónica (cuando se utiliza una tubería de perforación de diferentes tamaños en la sarta de perforación completa).

Centrífuga : una versión industrial del dispositivo que separa el limo fino y la arena del fluido de perforación.
Control de sólidos: el equipo de control de sólidos sirve para preparar el lodo de perforación para la plataforma de perforación.
Tenazas de cadena : llave con un tramo de cadena, que envuelve todo lo que se aprieta o afloja. Similar a una llave de tubo.
Desgasificador : dispositivo que separa aire y / o gas del fluido de perforación .
Desarenador / desarenador : contiene un conjunto de hidrociclones que separan la arena y el limo del fluido de perforación.
Drawworks : (# 7) es la sección mecánica que contiene el carrete, cuya función principal es enrollar hacia adentro / afuera la línea de perforación para subir / bajar el bloque de desplazamiento (# 11).
Broca : (# 26) es un dispositivo adjunto al extremo de la sarta de perforación que rompe la roca que se está perforando. Contiene chorros por los que sale el fluido de perforación.
Tubería de perforación : (# 16) juntas de tubería hueca que se utilizan para conectar el equipo de superficie al conjunto del fondo del pozo (BHA) y actúa como conducto para el fluido de perforación . En el diagrama, estos son "soportes" de tubería de perforación que son 2 o 3 juntas de tubería de perforación conectadas entre sí y "colocadas" en la torre de perforación verticalmente, generalmente para ahorrar tiempo mientras se dispara la tubería .
Ascensores : un dispositivo de agarre que se utiliza para engancharse a la tubería de perforación o la carcasa para facilitar el descenso o la elevación (de la tubería o la carcasa) dentro o fuera del pozo .
Motor de lodo : un dispositivo accionado hidráulicamente ubicado justo encima de la broca que se utiliza para hacer girar la broca independientemente del resto de la sarta de perforación.
Bomba de lodo : (# 4) tipo de bomba recíproca que se utiliza para hacer circular el fluido de perforación a través del sistema.
Tanques de lodo : (# 1) a menudo llamados pozos de lodo, proporcionan una reserva de fluido de perforación hasta que se requiere en el pozo.
Mesa giratoria : (# 20) gira la sarta de perforación junto con las herramientas y la broca adjuntas.
Agitador de lutitas : (# 2) separa los recortes de perforación del fluido de perforación antes de que se bombee de regreso al pozo .

Seguridad Ocupacional

Las plataformas de perforación crean algunos desafíos de seguridad para quienes trabajan en ellas. Una preocupación de seguridad es el uso de cinturones de seguridad para los trabajadores que conducen entre dos ubicaciones. Las muertes de estos trabajadores en el trabajo por vehículos motorizados son 8.5 veces la tasa del resto de la población trabajadora de los EE. UU., Lo que puede atribuirse a la baja tasa de uso del cinturón de seguridad. ^[8]