RESUMEN

El petróleo y el gas, desde tiempos inmemoriales, se han utilizado para el desarrollo del hombre en las diferentes etapas de su vida. Su importancia radica en que los hidrocarburos se han constituido en la principal matriz energética en todo el mundo, además de ser la materia prima más importante de la Industria Petroquímica.

Para su producción, es necesario realizar la perforación y terminación de pozos productores. En esta área, se han estado desarrollando nuevos equipos, materiales, herramientas y operaciones con el objetivo de reducir tiempos de ejecución y/o de terminación de pozos y, por lo tanto, de disminuir el costo operativo y de materiales.

En el presente trabajo, se mencionarán algunos de los métodos y materiales alternativos para llevar a cabo estas operaciones, especialmente en los que están involucradas la tubería y las conexiones.

La experiencia lograda hasta el presente mediante el estudio, análisis, propuestas y realización de operaciones, con productos alternativos, permite anticipar que el empleo de nuevas técnicas o productos conlleva un importante ahorro económico y ventajas operativas, económicas y medio ambientales.

En nuestro país, una de las técnicas que puede tener un gran impacto de desarrollo económico es la recuperación de pozos de baja producción con la implementación de la Perforación con terminación tubingless. Uno de los requerimientos de esta metodología es contar con un amplio conocimiento geológico y presenta excelentes ventajas operativas, económicas y medio ambientales.

INTRODUCCIÓN

Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos (YPFB), creado el 21 de diciembre de 1936, durante el Gobierno del Cnl. David Toro, es una empresa pública boliviana dedicada a la exploración, explotación, destilación y venta del petróleo y sus productos derivados. La Misión de esta empresa petrolera es ser un líder en el sector energético, pilar y motor del desarrollo económico y social del país, con capacidad de gestión corporativa y proyección internacional.

Parcialmente privatizada y relegada de la producción a partir de 1997, fue refundada el 1 de mayo de 2006, al disponer el gobierno de Evo Morales la nacionalización de los hidrocarburos y, consecuentemente, todas las etapas de su proceso productivo.

Para poder aprovechar la energía del petróleo y del gas, es necesario extraerlos de los yacimientos o reservorios, que se encuentran a grandes profundidades. Una vez extraídos, se debe tratarlos hasta obtener productos finales.

Origen y Formación del Petróleo

El petróleo se presenta de forma natural en depósitos de roca sedimentaria y sólo en lugares en los que hubo mar o donde haya podido emigrar por movimientos y fallas tectónicas. Su color es variable, entre el ámbar y el negro. De esta manera, los restos de animales y plantas, cubiertos por arcilla y tierra durante muchos millones de años, sometidos por tanto a grandes presiones y altas temperaturas, junto con la acción de bacterias anaerobias, originan la formación del petróleo.

Los Factores para su formación son:

Ausencia de aire Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino) Gran presión de las capas de tierra Altas temperaturas Acción de bacterias

El hecho de que su origen sea muy diverso, dependiendo de la combinación de los factores anteriormente citados, provoca que su presencia sea también muy variada: dentro de rocas porosas y entre los huecos de las piedras, líquido volátil, es decir, un líquido que se vuelve gas al contacto con el aire y, finalmente, semisólido, con textura de ceras. En cualquier caso, el petróleo, de por sí, es un líquido y se encuentra mezclado con gases y con agua.

Figura Nº 1. Esquema de las Trampas de Petróleo

Fuente: (1)

Tabla Nº 1. Composición del petróleo crudoGasolina (C5 –C10) 31%Kerosén (C11 – C12) 10%Gasoil (C13 – C20) 15%Lubricante oil (C20-C40) 20%Residuo (C40+) 24%TOTAL 100% Fuente: (2)

Tabla Nº 2. Composición del Gas Natural 80-90% CH4 Metano4-10% C2H6 Etano2-3% C3H8 Propano0.5-2% C4H10 Butano< 1% C5H12 Pentano<1% C6H14 Hexano< 0.5% C7H16+ Heptano Plus

Gas Natural SecoGas Licuado de Petróleo (GLP)Gasolina NaturalCondensados del gasFuente: (2)

De acuerdo a las anteriores tablas, Bolivia produce petróleo y gas natural libre de compuestos sulfurosos, conocidos como petróleo y gases dulces.

PERFORACIÓN

Es la práctica mediante la cual se confirma la existencia de hidrocarburos en el subsuelo y se procede a la producción de los mismos. Para ello, es necesaria la perforación de pozos de hasta 7000 m de profundidad, con diámetros variables entre 32 y 7 pulgadas.

Figura Nº 2. Áreas de Interés Petrolero y Contratos de Riesgo Compartido

Fuente: (2)

Actualmente, el tipo de perforación empleado es el rotatorio, para el cual es necesario utilizar: una torre de perforación que soporta todo el peso de las herramientas; una mesa rotatoria, que transmite energía, trépanos, que sirven para triturar la roca, tuberías, y un fluido de perforación que permite sacar los recortes del pozo, dar estabilidad a las formaciones y enfriar el equipo. De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.

Figura Nº 3. Equipo perforador, de terminación o de reparación que operalas 24 horas del día durante los 365 días del año

Fuente: (3)

DESARROLLO

El equipo de perforación propiamente dicho consiste en un sistema mecánico o electromecánico, compuesto por una torre, de unos veinte o

treinta metros de altura, que soporta un aparejo diferencial. Juntos conforman un instrumento que permite el movimiento de tuberías con sus respectivas herramientas, accionados por una transmisión energizada por motores a explosión o eléctricos.

Este mismo conjunto impulsa simultánea o alternativamente una mesa de rotación que contiene al vástago, tope de la columna perforadora y transmisor del giro a la tubería. Paralelamente, el equipo de perforación, se cuenta con elementos auxiliares tales como tuberías, bombas, tanques, un sistema de seguridad que consiste en válvulas de cierre del pozo para su control y operaciones de rutina, generadores eléctricos de distinta capacidad según el tipo de equipo, etc. Es decir, se está delante de un conjunto de elementos que convierte la perforación en una actividad y comunidad casi autosuficientes.

Por otro lado, las actividades de Perforación y Terminación realizadas por las empresas, con las que actualmente Bolivia tiene Contratos de Riesgo Compartido, implican una gran inversión para llevarlas a cabo. Entre ellas, se puede enumerar:

Perforación de Pozos Nuevos Reacondicionamiento de pozos cerrados o de baja producción Construcción de nuevas plantas de Tratamiento de Gas Natural

La perforación de un pozo requiere importantes inversiones, sea éste altamente productor o no, por lo que resulta bastante lógico pensar en una reducción de costos, principalmente en los pozos de baja producción. Éstos, en su tiempo de vida, generan una producción acumulada que, en ciertas ocasiones, no justifica determinadas inversiones. El mayor porcentaje de los costos en los que se inquieren en esta actividad corresponden al material tubular (acero) y al alquiler del equipo de perforación.

Desde los inicios de la perforación con cable hasta el presente, con la utilización de una herramienta rotativa accionada desde la superficie o mediante el empleo de un motor de fondo, ha habido una permanente preocupación por intentar mejorar la calidad de los pozos perforados, reducir los costos operativos y optimizar las condiciones de seguridad de los operarios. Por este motivo, las técnicas de perforación de pozos de petróleo y gas han sido objeto de estudio, desde su nacimiento, con el afán de mejorar el proceso de obtención de un pozo útil al menor costo posible.

Los métodos, que actualmente tienen bastante importancia y están siendo utilizados ampliamente en el mundo, por las ventajas operativas y de costos reducidos que ofrecen, son:

a.- PERFORACIÓN CON CASING

La Perforación con Casing es una tecnología que está cobrando auge debido a la posibilidad que ofrece de perforar y entubar simultáneamente un pozo. En este proceso, la tubería de encamisado (Casing) se usa en reemplazo de la barra de sondeo para transmitir energía mecánica e hidráulica al trépano, convirtiéndola en una tecnología que ofrece, hasta el presente, la perforación de un pozo de calidad, proporcionando seguridad, efectividad y reducción de costos operativos.

El concepto de Casing Drilling se basa en perforar el pozo ensanchándolo para mejorar la cementación y la limpieza del mismo y con la posibilidad de poder llevar a cabo las maniobras de cambio de trépano o toma de testigos corona sin la necesidad de sacar la tubería del pozo, manteniendo la circulación del fluido de perforación en todo momento.

La manera de perforar se hace básicamente de dos formas diferentes:

1. Utilizando un conjunto de fondo que es recuperable mediante maniobras con cable que permiten acceder rápidamente al trépano, motor de fondo y demás componentes.

2. Sin conjunto de fondo, con el trépano y accesorios de flotación directamente solidarios al Casing, los cuales quedarán cementados en el fondo con la tubería (Trépano de sacrificio). Dado que la maniobra implica dos acciones simultáneas (perforación y entubación), las ventajas de esta metodología radican en la reducción de costos relacionados con el transporte, el manipuleo, el alojamiento, la inspección, etc. de las barras de sondeo. Pero la importancia fundamental o más significativa es la posibilidad de reducir los problemas de la perforación relacionados con pérdidas de circulación, inestabilidad de paredes, tiempos muertos sin circular el pozo, etc.

Los conceptos vertidos anteriormente se aplican para las tres modalidades de perforación con tuberías, las cuales son:

Perforación con Casing (Drilling Casing) Perforación con Casing Liner (Drilling Liner) Perforación con Tubing (Drilling Tubing)

Si bien varios intentos se han llevado a cabo, hasta la fecha, con el propósito de perforar utilizando este método en pozos someros, todos han sido realizados de forma rudimentaria mediante el sólo empleo del casing y un trépano enroscado en el lugar del zapato.

En la actualidad, existe una tecnología desarrollada para aplicar la perforación con Casing constituida por todas las herramientas del conjunto de fondo hasta el equipo de perforación; de tal modo, que se perfore el pozo completo, en todas sus etapas; todo ello hace el proceso mucho más eficiente y controlado. Sin embargo, al mismo tiempo, esto se constituye en una limitante para utilizarla en países como Bolivia, los cuales no cuentan con los fondos económicos necesarios para cubrir tal inversión.

Ventajas del Casing Drilling

Elimina una importante fracción del costo total del pozo mediante la utilización de un sistema que permite entubar el mismo a medida que está siendo perforado.

Elimina tiempo de bajada de cañería.

Elimina costos relacionados con la compra, manipuleo, inspección, transporte y maniobras con el sondeo y de los tiempos perdidos por problemas adjudicables a estos ítems, disminuyendo las inversiones de capital en equipos y los costos operativos.

Desde el punto de vista de las herramientas de fondo a utilizar, tales como trépanos, motores de fondo, MWD, etc., no hay mayores cambios o requerimientos especiales respecto a los mismos.

La cementación se realiza en forma no muy distinta a la convencional.

Se utiliza en tramos cortos. Principalmente utilizado en tramos problemáticos. Mejora la limpieza de recortes. Requiere equipo especial.

Figura Nº 4. Perforación con Casing

Fuente: (4)

b.- PERFORACIÓN CON COILED TUBING

El Coiled-Tubing, como su nombre lo indica, consiste en un tubo metálico continuo construido en una aleación especial que permite que se lo trate como a un tubo de PVC (cloruro de vinilo polimerizado), pero posee las mismas características físicas de una tubería convencional de similar diámetro, con la siguiente ventaja: No es necesario manipularlo, ni estibarlo tramo por tramo para bajarlo o retirarlo del pozo, ya que se lo desenrolla o enrolla en un carretel accionado mecánicamente como si fuera una manguera.

Esta última característica permite un mejor y más rápido manejo y almacenaje; por lo cual, este tubo tiene múltiples aplicaciones tanto en la perforación de pozos dirigidos como en la terminación y reparación de los mismos; además, permite la continua inyección de fluidos mientras la tubería flexible continúa moviéndose.

La unidad de Coiled Tubing es una unidad autónoma de reparación workover, fácilmente transportable e hidráulica, que inyecta y recupera una tubería flexible y continúa dentro de una línea más grande de Tubing o Casing.

Con este sistema, es posible penetrar con tubería continua o barras de sondeo; ello permite perforar el primer tramo del pozo de manera convencional para luego cambiar rápidamente a tubería continua.

Ventajas del Coiled Tubing

Operativas

Este sistema logra alcanzar grandes profundidades y tiempos mayores de operación, ya que permite perforar en continuo.

Elimina tiempos de armado y desarmado de sondeo. Trabajos sin necesidad de ahogo del pozo, con permanente control

de surgencia. Reduce los tiempos de subida y bajada de herramienta. Reduce el ROP al no poder rotar. Versatilidad para una amplia gama de trabajos. Permanente desarrollo de nuevas tecnologías (Servicio en plena

expansión). Posibilidad de realización de soluciones globales (Servicios

integrados). Principalmente utilizado para pozos con gas superficial.

Económicas

Rapidez operativa y de movilización Bajo costo de locación

Medio Ambiente y Seguridad

Disminución del impacto audio-visual Bajo impacto sobre el terreno Posibilidad de comando a distancia (Seguridad personal)

Requerimientos

Personal capacitado Equipo especial Presenta limitaciones en diámetro máximo de agujero y profundidad

Figura Nº 5

Fuente: (3)

Figura Nº 6

Fuente: (4)

Figura Nº 7. Unidades de Coiled Tubing

Fuente: (4)

c.- PERFORACIÓN CON TERMINACIÓN TUBINGLESS

Un pozo con terminación Tubingless es similar a un pozo tradicional en la forma de perforación de cada uno de los tramos, aunque se ve reducido en un diámetro desde el inicio del pozo; llega así a la zona de interés con tubería de producción, la cual hace a su vez de cañería de producción, evitando así el uso de accesorios en la terminación (packer, camisa, válvula subsuperficial, etc.) como también el fluido de empaque.

Los pozos con terminación Tubingless se pueden aplicar en campos en los cuales se cuenta con bastante información sobre los topes de formaciones y el contacto agua-hidrocarburo, donde no existan riesgos geológicos, campos de bajo riesgo. Algunas compañías también usan este tipo de terminación en pozos exploratorios o delimitadores, cuando los problemas de corrosión no son críticos y cuando se tiene un alto índice de éxito en las cimentaciones primarias.

Normalmente, se aplica este tipo de terminación en campos con producción baja o media, debido a la dificultad existente en la recompletación y aplicación de métodos de extracción secundaria.

Las principales diferencias en los aspectos técnicos más importantes entre un pozo tradicional y un pozo con terminación Tubingless son:

Trépanos: Se puede utilizar el mismo tipo de trépanos en ambos casos para los distintos tramos planteados, con la diferencia que en un pozo con terminación Tubingless se deben utilizar diámetros más pequeños.

Tubería de perforación: La planificación sobre el diámetro de tubería de perforación a ser utilizado debe considerar el diámetro menor en el tramo productor en el caso del pozo Tubingless; se puede utilizar diámetros diferentes de tubería o un solo diámetro promedio que pueda pasar libremente.

Cañería: Al igual que con los trépanos, se deben utilizar cañerías de menor diámetro en el pozo con Terminación Tubingless, teniendo siempre el cuidado de realizar los análisis de reventón o colapso y tensión para las mismas y asegurando su integridad, una vez cementado cada tramo.

Cañones: Al momento de balear la zona de interés, en ambos casos, se utilizan herramientas similares, aunque como en todos los casos anteriores para el pozo con Terminación Tubingless, se utilizan cañones con menor diámetro, y por consiguiente, con menos

densidad de cargas, por la que pueda pasar la tubería de producción.

Herramientas de registro: Al igual que en el caso de los cañones, las herramientas para registro de cementación para la zona de producción deberán ser especiales en el caso del pozo con terminación Tubingless, ya que las mismas deberán ser capaces de pasar a través de la tubería de producción.

Accesorios de Terminación: Para realizar la Terminación Tubingless, no son necesarios accesorios de terminación como en el caso de una terminación tradicional, aunque pueden utilizarse nicles en la tubería para anclar tapones (si es necesario a medida que el pozo comience a producir agua), asegurándose siempre que el tapón de cementación y las herramientas de registro lleguen hasta el fondo del pozo sin problemas.

En el resto, los aspectos técnicos del pozo con Terminación Tubingless son iguales a los de un pozo tradicional, pudiendo utilizar los mismos equipos que en el segundo caso.

Ventajas de la Perforación con Terminación Tubingless

OPERATIVAS

Reduce volumen de acero utilizado. Reduce volumen de lodo necesario. La limpieza del pozo es más rápida y eficiente; se elimina el uso de

empacadores, equipo de terminación de líneas de acero y fallas mecánicas asociadas.

Elimina la necesidad de utilizar accesorios de terminación. Requiere amplio conocimiento geológico del campo. No exige equipo especial.

ECONÓMICAS

Reducción de costos por menores volúmenes de lodo, cemento, acero, barrenas de menor diámetro y del volumen de arena a utilizar en tapones para aislar intervalos.

Reducción del tiempo necesario para empezar la producción.

MEDIO ABIENTALES

Reduce volumen de recortes generados. Reduce el volumen de lodos a tratar.

Requiere de un estricto control de calidad en la cementación primaria y las reparaciones mayores resultan más complicadas.

CONCLUSIONES

Algunos de los factores que influyen en la toma de decisiones del día a día de la industria del petróleo y gas son, entre otros: la eficiencia, la flexibilidad y la operación o funcionamiento de un pozo, pero se considera que el factor más crítico es el económico.

La necesidad de bajar costos en zonas de pozos de baja productividad llevó a utilizar en forma creciente técnicas y/o materiales, que redujeron tiempos de manejo y costos de equipamiento en el mundo entero.

De acuerdo a la información obtenida en el presente trabajo, sobre las diferentes tecnologías que se han estado desarrollando en el mundo entero para la perforación de pozos, se ve que muchos de ellos presentan ventajas que no se pueden pasar de largo, sino que deben ser analizadas para aplicarlas en nuestro país. En Bolivia, es también de suma importancia la búsqueda de minimizar los costos de equipamiento y perforación de pozos, para el desarrollo de nuestra industria del Gas y Petróleo. Esto lleva a pensar seriamente en la importancia de realizar estudios de acondicionamiento de la geometría de los pozos a la producción esperada, perforar pozos de poco diámetro y analizar la factibilidad técnico económico de aplicar otros métodos de perforación. Una de esas opciones que permitiría la recuperación de pozos de baja producción, es la implementación de la Perforación con Terminación Tubingless, ya que estos pozos cumplen con un amplio conocimiento geológico y brindan excelentes ventajas operativas, económicas y medio ambientales.

Actualmente, muchas de las empresas operadoras en nuestro país están realizando estudios y análisis varios para determinar las ventajas y aplicabilidad de estos nuevos sistemas de perforación. El objetivo último a alcanzar será la utilización de estas nuevas tecnologías para reducir los costos de perforación de los pozos en un rango variable entre un 30% y un 70%, que actualmente se da en muchos países, reduciendo a su vez, costos y preocupaciones ambientales.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. http://bo.kalipedia.com/tecnologia2. www.superhid.gov.bo3. http://www.monografias.com/trabajos11/pope/pope.shtml4. http://biblioteca.iapg.org.ar/iapg/Archivos

Adjuntos/7jornaper/Gingins.pdf

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

RECURSOS IMPRESOS

González J.C., Tivelli M., Quintanilla H. y G. Cumino. "DST Experience in High Performance Line Pipe and Flowlines for Sour Services" 40th MWSP Conference, ISS 1998.

SIPM EP/22/23. "Casing Design Manual", Shell Exploration and Production, 1980.

Woods H. B. "API Drilling and Production Practices", 1951

RECURSOS VIRTUALES

Coiled Tubing Drilinghttp://biblioteca.iapg.org.ar/iapg/ArchivosAdjuntos/7jornaper/Gingins.pdf

El Petróleohttp://bo.kalipedia.com/tecnologia/tema/mecanismos-motores-energia/origen-formacion-petroleo.html?x=20070822klpingtcn_78.Kes&ap=0

Perforación y terminación de pozos petroleros:http://www.monografias.com/trabajos11/pope/pope.shtml

Como propuso Demaison (1984) el éxito de la exploración depende de tres factores independientes:

La existencia de una trampa (estructura, almacén, sello) La acumulación de una determinada cantidad de petróleo  ( roca, fuente, maduración,

migración , timing) La preservación del petróleo almacenado ( historia térmica, invasión por aguas, etc..)

De modo que numerosos factores de carácter químicos quedan relacionados con la sedimentación de materia orgánica hasta la creación de acumulaciones de petróleo.

El primer paso para encontrar dichas acumulaciones es encontrar una roca que se haya formado en un medio propicio para la existencia del petróleo, es decir, suficientemente porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que puedan existir bolsas de petróleo.

Hay que buscar, luego, una cuenca sedimentaria que pueda poseer materia orgánica enterrada hace más de diez millones de años.

Para todo ello, se realizan estudios geológicos de la superficie, se recogen muestras de terreno, se inspecciona con Rayos X, se perfora para estudiar los estratos y, finalmente, con todos esos datos se realiza la carta geológica de la región que se estudia.

Tras nuevos estudios “sobre el terreno” que determinan si hay rocas petrolíferas alcanzables mediante prospección, la profundidad a la que habría que perforar, etc., se puede llegar ya a la conclusión de si merece la pena o no realizar un pozo-testigo o pozo de exploración. De hecho, únicamente en uno de cada diez pozos exploratorios se llega a descubrir petróleo y sólo dos de cada cien dan resultados que permiten su explotación de forma rentable.

Métodos geofísicos

Cuando el terreno no presenta una estructura igual en su superficie que en el subsuelo (por ejemplo, en desiertos, en selvas o en zonas pantanosas), los métodos geológicos de estudio de la superficie no resultan útiles, por lo cual hay que emplear la Geofísica, ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en cuenta las de la superficie.

Aparatos como el gravímetro permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo.

Con los datos obtenidos se elabora un “mapa” del subsuelo que permitirá determinar en qué zonas es más probable que pueda existir petróleo.

También se emplea el magnetómetro, aparato que detecta la disposición interna de los estratos y de los tipos de roca gracias al estudio de los campos magnéticos que se crean.

Igualmente se utilizan técnicas de prospección sísmica, que estudian las ondas de sonido, su reflexión y su refracción, datos éstos que permiten determinar la composición de las rocas del subsuelo. Así, mediante una explosión, se crea artificialmente una onda sísmica que atraviesa diversos terrenos, que

es refractada (desviada) por algunos tipos de roca y que es reflejada (devuelta) por otros y todo ello a diversas velocidades.

Estas ondas son medidas en la superficie por sismógrafos.

Más recientemente, las técnicas sísmicas tridimensionales de alta resolución permiten obtener imágenes del subsuelo en su posición real, incluso en situaciones estructurales complejas.

Para evaluar grandes cantidades de terreno donde puedan ser investigados como futuros pozos de petróleo ,las imágenes satelitales es el método más rentable de exploración de petróleo y de gas que los expertos del petróleo disponen hoy en día.

Pero, con todo, la presencia de petróleo no está demostrada hasta que no se procede a la perforación de un pozo.