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Un pozo de petróleo es un aburrido de la Tierra que está diseñado para llevar petróleo de petróleo de hidrocarburos a la superficie. Por lo general , se libera algo de gas natural como gas de petróleo asociado junto con el petróleo. Un pozo que está diseñado para producir solo gas puede denominarse pozo de gas . Los pozos se crean perforando una reserva de petróleo o gas que luego se monta con un dispositivo de extracción, como un pumpjack, que permite la extracción de la reserva.. La creación de los pozos puede ser un proceso costoso, que cuesta al menos cientos de miles de dólares y cuesta mucho más cuando se encuentra en áreas de difícil acceso, es decir, 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 se venden o intercambian con frecuencia 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 suben, incluso los pozos de baja producción pueden ser económicamente valiosos. Además, nuevos métodos, como la fracturación hidráulica (un proceso de inyección de gas o líquido para forzar una mayor producción de petróleo o gas natural) han hecho viables algunos pozos. Sin embargo, el pico del petróleo y la política climática a los combustibles fósiles ha hecho que cada vez sean menos estos pozos y técnicas costosas viables.
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 al aire, el agua o el suelo locales. Esta contaminación a menudo empeora cuando los pozos se abandonan o quedan huérfanos , cuando los pozos ya no son económicamente viables y ya no son mantenidos por una empresa. Una estimación de 2020 de Reuters sugirió que había al menos 29 millones de pozos abandonados a nivel internacional, creando una fuente significativa de emisiones de gases de efecto invernadero que causan el cambio climático. [1] [2]
Los primeros pozos de petróleo conocidos se perforaron en China en 347 EC . Estos pozos tenían profundidades de hasta unos 240 metros (790 pies) y se perforaron utilizando brocas fijadas a postes de bambú . [3] El aceite se quemó para evaporar la salmuera y producir sal . En el siglo X, extensos oleoductos de bambú conectaban los pozos de petróleo con los manantiales de sal. Se dice que los registros antiguos de China y Japón contienen muchas alusiones al uso de gas natural para iluminación y calefacción. El petróleo se conocía como agua ardiente en Japón en el siglo VII. [4] [5]
Según Kasem Ajram, el petróleo fue destilado por el alquimista persa Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (Rhazes) en el siglo IX, produciendo productos químicos como queroseno en el alambique ( al-ambiq ), [6] [ verificación necesaria ] y que se utilizó 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 desde el siglo IX se explotaron yacimientos petrolíferos en los alrededores de la actual Bakú , Azerbaiyán , para producir nafta para la industria del petróleo . Estos lugares fueron descritos por Marco Polo en el siglo XIII, quien describió la salida de esos pozos de petróleo como cientos de barcos cargados. Cuando Marco Polo en 1264 visitó Bakú, a orillas del Mar Caspio, vio que se recolectaba petróleo de las filtraciones. Escribió que "en los confines hacia Geirgine hay una fuente de la que brota aceite en gran abundancia, hasta un centenar de barcos cargados de una vez". [8]
En 1846, 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, los primeros pozos de petróleo modernos fueron perforados en la península de Absheron al noreste de Bakú, por el ingeniero ruso Vasily Semyonov 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 la aldea polaca 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 de petróleo comercial entró en operación en Oil Springs, Ontario en 1858, mientras que el primer pozo de petróleo en alta mar se perforó en 1896 en el campo de petróleo Summerland en la costa de California. [14]
Los primeros pozos de petróleo en los tiempos modernos se perforaron de forma percusiva, levantando y soltando 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 de Kola de profundidad récord utilizó un motor de lodo durante la perforación para lograr una profundidad de más de 12.000 metros (39.000 pies). [dieciséis]
Hasta la década de 1970, la mayoría de los pozos de petróleo eran verticales, aunque las imperfecciones litológicas y mecánicas hacen que la mayoría de los pozos se desvíen al menos ligeramente de la vertical verdadera (ver estudio de desviación ). Sin embargo, las tecnologías modernas de perforación direccional permiten pozos muy desviados que, dada la profundidad suficiente y con las herramientas adecuadas, pueden llegar a ser horizontales. Esto es de gran valor como depósitolas rocas que contienen hidrocarburos suelen ser horizontales o casi horizontales; un pozo horizontal ubicado en una zona de producción tiene más área de superficie en la zona de producción que un pozo vertical, lo que resulta en una tasa de producción más alta. El uso de perforación horizontal y desviada también ha hecho posible llegar a reservorios a varios kilómetros o millas de la ubicación de perforación (perforación de alcance extendido), lo que permite la producción de hidrocarburos ubicados debajo de ubicaciones en las que es difícil colocar una plataforma de perforación, ambientalmente sensible, o poblado.
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 emparejará con una ubicación en la superficie (el punto de partida del pozo) y se diseñará una trayectoria entre los dos. Hay muchas consideraciones a tener en cuenta al diseñar la trayectoria, como el despeje a cualquier pozo cercano (anticolisión) o si este pozo se interpondrá en el camino de futuros pozos, tratar de evitar fallas si es posible y ciertas formaciones pueden ser más fáciles. / más difícil de perforar en determinadas inclinaciones o azimuts.
Cuando se identifica la trayectoria del pozo, un equipo de geocientíficos e ingenieros desarrollará un conjunto de propiedades supuestas del subsuelo que se perforarán 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 supuestos es utilizado por un equipo de ingeniería de pozos para realizar el diseño del revestimiento y el diseño de la terminación del pozo, y luego la planificación detallada, donde, por ejemplo, se seleccionan las brocas, se diseña un BHA , el fluido de perforación se selecciona y se escriben procedimientos paso a paso para proporcionar instrucciones para ejecutar el pozo de una manera segura y rentable.
Con la interacción con muchos de los elementos en un diseño de pozo y hacer un cambio en uno tendrá un efecto en cadena en muchas otras cosas, a menudo las trayectorias y los diseños pasan por varias iteraciones antes de que se finalice 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 más pequeño que el pozo. Se puede colocar cemento entre el exterior de la tubería de revestimiento y el pozo conocido como anillo. El revestimiento proporciona integridad estructural al pozo recién perforado, además de aislar las zonas de alta presión potencialmente peligrosas entre sí y de la superficie.
Con estas zonas aisladas de forma segura y la formación protegida por la tubería de revestimiento, el pozo puede perforarse más profundamente (en formaciones potencialmente más inestables y violentas) con una barrena más pequeña, y también revestirse con una tubería de revestimiento de menor tamaño. Los pozos modernos a menudo tienen de dos a cinco conjuntos de orificios posteriores más pequeños 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 los recortes del fluido de perforación y generar energía en el sitio para estas operaciones.
Después de perforar y revestir el pozo, debe 'completarse'. La terminación es el proceso en el que el pozo está habilitado para producir petróleo o gas.
En una terminación de pozo entubado, se hacen pequeños orificios 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 pozo abierto, a menudo se instalan 'pantallas de arena' o un 'paquete de grava' en la última sección del depósito perforado y sin revestimiento. Estos mantienen la integridad estructural del pozo en ausencia de revestimiento, al mismo tiempo que permiten el flujo desde el yacimiento hacia el pozo. Las cribas también controlan la migración de las arenas de formación hacia los tubulares de producción y el equipo de superficie, lo que puede causar deslaves y otros problemas, particularmente de las formaciones de arena no consolidadas de los campos costa afuera.
Después de que se realiza una ruta de flujo, los ácidos y los fluidos de fracturación se pueden bombear al pozo para fracturar , limpiar o preparar y estimular de otro modo la roca del yacimiento para producir hidrocarburos de manera óptima en el pozo. Finalmente, el área sobre la sección del yacimiento del pozo se empaqueta dentro del revestimiento y se conecta a la superficie a través de una tubería de menor diámetro llamada tubería. Esta disposición proporciona una barrera redundante a las fugas de hidrocarburos y permite reemplazar las secciones dañadas. Además, el área de sección transversal más pequeña de la tubería produce fluidos de depósito a una velocidad aumentada para minimizar el retroceso de líquido que crearía una contrapresión adicional y protege la tubería de revestimiento de los fluidos de pozo corrosivos.
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. La instalación de 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 para bombas de superficie . En los últimos diez años se han introducido muchos sistemas nuevos para la terminación de pozos. Empaquetador múltipleLos sistemas con puertos de fracturamiento o collares de puerto en un sistema todo en uno han reducido los costos de terminación y mejorado la producción, especialmente en el caso de los pozos horizontales. Estos nuevos sistemas permiten que las carcasas corran hacia la zona lateral con la ubicación adecuada del puerto de empaque / fracturamiento 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. Para este momento, las plataformas petrolíferas y las plataformas de reacondicionamiento utilizadas para perforar y completar el pozo se han movido fuera del pozo, y la parte superior generalmente está equipada con una colección de válvulas llamadas árbol de Navidad o árbol de producción. Estas válvulas regulan las presiones, controlan los flujos y permiten el acceso al pozo en caso de que sea necesario realizar más trabajos de terminación. Desde la válvula de salida del árbol de producción, el flujo se puede conectar a una red de distribución de tuberías y tanques para suministrar el producto a refinerías, estaciones compresoras de gas natural o terminales de exportación de petróleo.
Siempre que la presión en el yacimiento permanezca lo suficientemente alta, el árbol de producción es todo lo que se requiere para producir el pozo. Si la presión se agota y se considera económicamente viable, se puede emplear un método de levantamiento artificial mencionado en la sección de terminaciones.
Los reacondicionamientos suelen ser necesarios en pozos más antiguos, que pueden necesitar tubería 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 reparación se puede realizar utilizando equipos de reacondicionamiento, también conocidos como unidades de tracción , equipos de terminación o "equipos de servicio", para tirar 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 del cabezal del pozo, se puede usar un equipo de varilla o un flushby para cambiar una bomba sin tirar de la tubería.
Se pueden usar métodos de recuperación mejorados, como inundación de agua, inundación de vapor o inundación de CO 2 para aumentar la presión del yacimiento y proporcionar un efecto de "barrido" para expulsar los hidrocarburos fuera 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 utilizan cuando se enfrentan problemas con el agotamiento de la presión del yacimiento, alta viscosidad del petróleo o incluso se pueden emplear al principio de la vida útil de un campo. En ciertos casos, dependiendo de la geomecánica del yacimiento, los ingenieros del yacimiento pueden determinar que el petróleo recuperable final puede incrementarse aplicando una estrategia de inundación de agua al principio del desarrollo del campo y no más tarde. Estas técnicas de recuperación mejorada a menudo se denominan " recuperación terciaria ".
Los pozos huérfanos , huérfanos o abandonados son pozos de petróleo o gas que han sido abandonados por las industrias de extracción de combustibles fósiles. Estos pozos pueden haberse desactivado debido a la viabilidad económica, la falta de transferencia de propiedad (especialmente en la quiebra de las empresas) o la negligencia y, por lo tanto, ya no tienen propietarios legales responsables de su cuidado. Desmantelar los pozos de manera efectiva puede ser costoso, con un costo de millones de dólares, [17] y los incentivos económicos para las empresas generalmente fomentan el abandono. Este proceso deja a los pozos la 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 reduce 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 contribuyente importante de las emisiones que provocan el cambio climático. Los pozos son una fuente importante de emisiones de metano a través de fugas a través de tapones o falta de taponamiento adecuado. Una estimación de 2020 de pozos abandonados en EE. UU. Solo fue que las emisiones de metano liberadas de pozos abandonados produjeron impactos de gases de efecto invernadero equivalentes a 3 semanas de consumo de petróleo en EE. UU. Cada año. [18] La escala de los pozos abandonados con fugas es bien conocida en los EE. UU. Y Canadá debido a los datos públicos y la regulación; sin embargo, una investigación de Reuter 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, lo que podría dañar 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 fuentes importantes 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 cadenas de carbono de gas ligero 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 efervesce . Si se escapa a la atmósfera intencionalmente, se conoce como gas ventilado o, si no es intencional, como gas fugitivo .
El gas natural no deseado puede ser un problema de eliminación en los pozos que se desarrollan para producir petróleo. Si no hay gasoductos para 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. Dicho gas no deseado puede quemarse en el sitio del pozo en una práctica conocida como quema de producción , pero debido al desperdicio de recursos energéticos y las preocupaciones sobre el daño ambiental, esta práctica se está volviendo menos común. [22]
A menudo, el gas no deseado (o "varado" sin mercado) se bombea de regreso al yacimiento con un pozo de "inyección" para su almacenamiento o para volver a presurizar la formación productora. Otra solución es convertir el gas natural en combustible líquido . Gas to liquid (GTL) es una tecnología en desarrollo que convierte el gas natural varado en gasolina sintética, diesel o combustible para aviones a través del proceso Fischer-Tropsch desarrollado en la Segunda Guerra Mundial en Alemania. Al igual que el petróleo, estos combustibles líquidos densos se pueden transportar mediante camiones cisterna convencionales o camiones a 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, los 140.000 bbl / d (22.000 m3 / d) Planta Pearl GTL en Qatar, programada para entrar en funcionamiento en 2011. En lugares como los Estados Unidos con una alta demanda de gas natural, las tuberías suelen ser preferidas para llevar el gas desde el sitio del pozo hasta el consumidor final .
Los pozos se pueden ubicar:
Los pozos costa afuera 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 en alta mar apunta a un depósito que se encuentra debajo de un océano. Debido a la logística, perforar un pozo en alta mar es mucho más costoso que en tierra. Con mucho, el tipo más común es el pozo en tierra. [23] Estos pozos salpican el sur y centro de las Grandes Llanuras, 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 requeridos para perforar el pozo, la duración del programa del pozo (incluido el tiempo de inactividad y el tiempo meteorológico) y la lejanía de la ubicación (costos de suministro logístico) . [24]
Las tarifas diarias de las plataformas de perforación en alta mar 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 de aguas profundas son más del doble que las de la flota de aguas poco profundas, y las tarifas de las flotas autoelevadoras pueden variar en un factor de 3 dependiendo de la capacidad.
Con tarifas de la plataforma de perforación en aguas profundas en 2015 de alrededor de $ 520,000 / día, [25] y costos de distribución adicionales similares, un pozo de aguas profundas con una duración de 100 días puede costar alrededor de US $ 100 millones. [26]
Con tarifas de plataformas elevadoras 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 US $ 30 millones.
Los pozos en tierra pueden ser considerablemente más baratos, particularmente si el campo se encuentra a poca profundidad, donde los costos oscilan entre menos de $ 4,9 millones y $ 8,3 millones, y la terminación promedio cuesta entre $ 2,9 millones y $ 5,6 millones por pozo. [27] La terminación representa una parte mayor de los costos de los pozos en tierra que los pozos en alta mar, que tienen la carga adicional de costos 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 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]
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