Fluido de Perforacin
1. Las diversas funciones de los fluidos de perforacin2. Desafos
medioambientales3. Estudio de un caso medioambiental Hibernia4.
Ciclo del lodo en el emplazamiento del pozoLas diversas funciones
de los fluidos de perforacinEl difcil medio en el que se realizan
las operaciones de perforacin subterrnea incentiv la investigacin y
el desarrollo de fluidos de perforacin que pueden desempear
diversas funciones cruciales en el proceso de perforacin:
suspensin, control de presin, estabilizacin de las formaciones,
flotabilidad, lubricacin y enfriamiento.SuspensinEl paso de los
fluidos de perforacin a travs de la tubera y luego hacia la
superficie algunas veces se interrumpe, ya sea por un problema o a
fin de extraer la tubera del pozo para cambiar el trpano. Cuando la
perforacin se detiene, los detritos suspendidos en el fluido pueden
descender al fondo del pozo y obstruir la perforacin. Es por eso
que los fluidos de perforacin estn diseados con una propiedad muy
interesante que permite resolver este problema. El espesor o la
viscosidad del fluido se incrementa a medida que el movimiento del
fluido se hace ms lento. Cuando el fluido se detiene, se forma un
gel espeso que mantiene los detritos de la roca en suspensin y
evita que desciendan al fondo del pozo. Cuando el fluido comienza a
moverse nuevamente, se torna cada vez menos espeso y vuelve a su
estado anterior, es decir, se transforma en un fluido liviano y
lquido.Visplex* presenta una propiedad interesante y peculiar.
Puede cambiar su estado de espeso a lquido. Esto permite que el
fluido de perforacin mantenga los detritos en suspensin cuando se
detiene la perforacin.
Como se muestra aqu, cuando est en reposo, el Visplex* es un gel
que soporta el peso de esta pequea roca.Cuando se agita, se vuelve
ms lquido y la roca se hunde.
Fragmentos de rocas que se desprenden al girar el trpano. El
fluido de perforacin se bombea a travs de la tubera de perforacin,
recoge estos detritos y los arrastra hasta la superficie.
Control de la presinHay una imagen muy difundida que muestra
petrleo brotando de una torre de perforacin muy alta que parece
tocar el cielo, mientras los trabajadores desbordan de alegra por
haber encontrado este preciado oro negro. En realidad, esas
erupciones son poco comunes y no son motivo de celebracin, dado que
el objetivo es extraer petrleo en forma controlada. El lodo est
diseado para prevenir esos accidentes, ya que contrarresta la
presin natural de los fluidos en las formaciones rocosas. Se debe
alcanzar un equilibrio justo, en el que la presin que ejerce el
fluido de perforacin contra las paredes del pozo sea suficiente
para contrarrestar la presin que ejercen las formaciones rocosas y
el petrleo o gas, pero que no sea tan fuerte como para daar el
pozo. Si el peso del fluido de perforacin fuese muy grande, podra
provocar la fractura de la roca y el fluido de perforacin se
perdera en la tierra.La presin de un lquido depende de su densidad.
Se pueden agregar ciertos qumicos al fluido de perforacin para
aumentar su densidad y, por lo tanto, la presin que ejerce sobre
las paredes del pozo. Es decir que la densidad del lquido puede
regularse para satisfacer las condiciones del pozo.Estabilizacin de
la formacin rocosa expuestaEl proceso de perforacin consta de dos
fases. Primero, la perforacin se realiza a travs de las rocas que
no contienen petrleo. El objetivo es moverse lo ms rpido posible y
llegar a las rocas que contienen petrleo, es decir, al yacimiento.
La prioridad es mantener estable la formacin rocosa expuesta en el
pozo, mientras se evita la prdida de fluido de perforacin. Al
mantener la presin del fluido de perforacin por encima de la presin
del fluido de los poros de la formacin rocosa, existe una tendencia
natural a que el fluido de perforacin penetre en la roca permeable
de la formacin. El uso de aditivos especiales en el fluido de
perforacin evita que esto suceda.El fluido de perforacin puede
interactuar con la roca circundante de otras maneras. Por ejemplo,
si la roca est cargada de sal, el agua disolver la sal y provocar
inestabilidad en las paredes del pozo. En este caso, sera ms
conveniente utilizar un fluido a base de petrleo. Tambin es posible
que las formaciones rocosas con un alto contenido de arcilla
tiendan a ser arrastradas por el agua. Estas formaciones necesitan
un fluido inhibidor para mantener el pozo estable y evitar
ensanchamientos o hundimientos. A medida que la perforacin avanza,
el pozo se reviste con un entubado de acero para darle estabilidad
y crear una ruta para que el petrleo pueda salir a la superficie.
Una vez que se llega al yacimiento, es posible que la composicin
del fluido de perforacin deba cambiarse para evitar que se
obstruyan los poros de la roca. Al mantener los poros abiertos el
petrleo podr fluir ms fcilmente en el pozo y subir a la superficie
con menos dificultad.FlotabilidadUn pozo puede encontrarse a miles
de pies o metros de profundidad. Una tubera de perforacin de acero
de tanta longitud pesa muchas toneladas. La inmersin de la tubera
de perforacin en el fluido produce un efecto de flotacin, que
reduce su peso y hace que se ejerza menos presin sobre el mecanismo
de perforacin.Lubricacin y enfriamientoCuando el metal se mueve
contra la roca, se produce friccin y calor. Los fluidos de
perforacin brindan lubricacin y refrigeracin para que el proceso
contine sin problemas y se pueda prolongar la vida til del trpano.
La lubricacin puede ser de especial importancia para los pozos de
alcance extendido u horizontales, en los que la friccin entre la
tubera de perforacin, el trpano y la superficie de la roca debe ser
mnima.Desafos medioambientales
En la actualidad, el mayor desafo al formular fluidos de
perforacin es poder satisfacer las condiciones cada vez ms
exigentes de las altas temperaturas y presiones que hay en algunos
pozos profundos, de alcance extendido u horizontales y, a la vez,
evitar daar el medio ambiente. Los componentes de los fluidos de
perforacin deben seleccionarse de manera que el impacto que se
produce en el medio ambiente por el desecho de lodo o detritos sea
mnimo. El objetivo principal de la actual investigacin y el
desarrollo de los fluidos de perforacin es la preservacin del medio
ambiente. El cuidado de la salud del personal que trabaja en las
plataformas petroleras es tambin un factor importante que influye
en la utilizacin de estos fluidos; por tal razn, los productos se
seleccionan para disminuir los riesgos para la salud.Si bien los
fluidos son esenciales para perforar con xito un pozo de petrleo,
tambin pueden convertirse en uno de los aspectos ms complicados de
una operacin de perforacin. Los detritos que se extraen del pozo se
desechan, al igual que todo fluido de perforacin que quede
impregnado en ellos.Y si bien el dao provocado al medio ambiente en
el lugar del pozo es relativamente pequeo y se limita a los
alrededores de la operacin de perforacin, el impacto ambiental en
las zonas prximas a la plataforma puede ser muy grande. El nivel de
dao que los fluidos de perforacin producen en el medio ambiente
depende del tipo de lodo que se use y de las condiciones
medioambientales predominantes. Mar adentro, el lodo a base de agua
es por lo general el que menos dao ocasiona si se lo compara con el
lodo a base de petrleo. (Por otro lado, los desechos de perforacin
que se arrojan en tierra producen distintos tipos de impacto y el
contenido de sal del lodo puede causar ms problemas que el
contenido de hidrocarburos).BiodegradacinLa biodegradacin es la
descomposicin de una sustancia orgnica, como el petrleo, por accin
de organismos vivos, generalmente microorganismos y en especial
bacterias. Algunas sustancias se biodegradan ms que otras y en
menos tiempo. Como resultado de la biodegradacin final, el
compuesto se convierte en agua y dixido de carbono. Algunas
sustancias pueden degradarse en molculas intermedias ms pequeas.
Este proceso recibe el nombre de degradacin primaria. Generalmente,
estas molculas son elementos intermedios en el proceso de
biodegradacin final, pero en algunos casos, pueden ser ms
persistentes o ms txicas que el contaminante original.La
biodegradacin puede ocurrir en condiciones tanto aerbicas (con
oxgeno) como anaerbicas (sin oxgeno). Si el contaminante se
encuentra bien disuelto en el agua, normalmente hay ms oxgeno
disponible para la biodegradacin aerbica. El lodo a base de agua se
disuelve ms fcilmente porque es soluble en agua. Los detritos
impregnados con petrleo no se disuelven con tanta facilidad y
tienden a depositarse en una pequea rea del fondo del mar prxima a
la plataforma petrolera. Esta alta concentracin de material orgnico
puede generar condiciones anaerbicas cuando la intensa actividad
bacteriana consume el oxgeno disponible en un rea.BioacumulacinLa
acumulacin de qumicos en las clulas de un organismo se denomina
bioacumulacin. La cantidad de bioacumulacin depende del equilibrio
entre la velocidad con la que la sustancia ingresa a las clulas del
organismo y la rapidez con la que sta se descompone o elimina. Si
un organismo ingiere una pequea cantidad de un contaminante, es
posible que pueda eliminarlo sin que haya una acumulacin
significativa; sin embargo, si el organismo no es capaz de eliminar
el contaminante de su cuerpo se producir una bioacumulacin. Por
otra parte, cuando un hbitat se encuentra altamente contaminado, es
posible que un organismo absorba ms sustancia de la que puede
eliminar en la misma cantidad de tiempo. Esto originar una
bioacumulacin, a menos que se reduzca la concentracin del
contaminante.
Con muchos contaminantes, el impacto en el medio ambiente se ve
influenciado por la forma en la que el contaminante se desecha y
luego se disuelve en el medio ambiente. Cuando los detritos
impregnados con petrleo se desechan bajo el agua no se disuelven
tanto como en el caso de los lodos a base de agua, y pueden
formarse acumulaciones de detritos que cubren zonas del fondo del
mar. Las altas concentraciones de material orgnico, como el
petrleo, pueden afectar de manera significativa las plantas y los
animales que habitan en el fondo del mar. A medida que la materia
orgnica se descompone, el oxgeno se consume y esto puede originar
sulfuros txicos. Estas condiciones pueden ocasionar la eliminacin
casi total de los organismos que habitan el fondo del mar en las
cercanas de la plataforma.Alrededor del rea inmediata a la
plataforma, existe una zona de recuperacin donde habitan plantas y
animales que son capaces de tolerar cierto grado de contaminacin.
Los organismos ms sensibles, que viven ms lejos de la fuente de
contaminacin, regresan paulatinamente a la zona cercana a la
plataforma, a medida que el sitio se recupera. Gran parte de los
problemas ecolgicos ocurren dentro de los 500 metros
(aproximadamente 1.600 pies) de la plataforma, pero tambin se han
denunciado algunos efectos biolgicos a 10 km (ms de 6 millas) de
distancia. Cuando se perfora mar adentro en zonas con fuertes
corrientes marinas, los detritos que se desechan tienden a
desparramarse y a dejar una capa ms delgada en el fondo del mar
cerca de la zona de desecho. Esto hace que sean aun ms susceptibles
a la accin de los microorganismos que actan para degradar los
fluidos de perforacin que han sido arrastrados y, de esta manera,
se acelera la recuperacin del fondo del mar.Por qu utilizar fluidos
de perforacin a base de sintticos?Como consecuencia del impacto
ambiental de los detritos contaminados con lodo a base de petrleo,
en muchos pases se han impuesto severas restricciones con respecto
al uso de este tipo de lodo. Por esa razn, se ha impulsado el
desarrollo de fluidos de perforacin a base de sintticos que sean
menos nocivos para el medio ambiente. Este tipo de fluidos no slo
producen buenos resultados, sino que adems son menos txicos y, en
la mayora de los casos, ms biodegradables.Cmo se prueban y regulan
los fluidos de perforacin?La regulacin de los fluidos de perforacin
vara segn la ubicacin geogrfica y las leyes locales. Se llevan a
cabo pruebas para determinar la toxicidad de los distintos qumicos.
Tambin se realizan pruebas adicionales para recoger datos sobre la
biodegradacin y bioacumulacin.Pruebas de toxicidadLas pruebas de
toxicidad tambin se utilizan para pronosticar el impacto de un
contaminante en el medio ambiente. Los resultados de estos
experimentos se utilizan para estimar la cantidad mxima de material
que se puede desechar sin que produzca un efecto directo y txico en
el medio ambiente. El tipo exacto de prueba depende de las leyes
locales y del destino probable del contaminante. Por ejemplo, en
algunas zonas, se prueba el lodo a base de petrleo en criaturas que
habitan el fondo del mar, conocidas como recicladores de
sedimentos. Estos animales se nutren de sedimentos y probablemente
se vean afectados por los detritos impregnados con petrleo que se
acumulan en el fondo del mar. Por otra parte, se realizan pruebas
de lodo a base de agua en peces que tienen mayor probabilidad de
estar expuestos a sustancias solubles en agua.Cmo reducir el
impacto en el medio ambienteLa biodegradacin es un factor clave
para reducir el impacto a largo plazo que producen los fluidos de
perforacin en el medio ambiente. Otro aspecto que debe considerarse
en la fabricacin de estos fluidos es cmo reducir su toxicidad para
los peces, los recicladores de sedimentos, las algas y el
zooplancton. Pero tan importante como eso es poder reducir la
cantidad de desechos que se generan. Esto se logra reciclando la
mayor cantidad posible de fluidos de perforacin y disendolos de
forma que esto sea ms fcil de lograr. Por ejemplo, en las zarandas
vibratorias, los fluidos de baja viscosidad se separan ms fcilmente
de los detritos. Esto mejora la recuperacin de los fluidos y reduce
la cantidad de materia orgnica que se desecha en el mar.Los fluidos
de perforacin al comienzo eran lodo, es decir, slo arcilla y agua.
Ahora, lo nico que se mantiene igual es el nombre. En la
actualidad, los lodos se disean teniendo en cuenta una amplia gama
de condiciones de perforacin. Muchos factores entran en juego y uno
de los ms importantes es la seguridad del medio ambiente.Fluido de
PerforacinEstudio de un caso medioambientalEl Proyecto HiberniaEl
equipo a cargo de fluidos de perforacin de Dowell en el proyecto
Hibernia, a poca distancia de la costa de Terranova, enfrenta
algunos desafos interesantes. Como la plataforma est ubicada en un
rea sensible desde el punto de vista medioambiental, es necesario
monitorear con mucho cuidado los desechos que se arrojan al
mar.Existen tres clases principales de fluidos de perforacin: lodo
a base de agua, lodo a base de petrleo y lodo a base de sintticos
(WBM, OBM y SBM, por sus siglas en ingls, respectivamente). Los
detritos del lodo a base de agua son menos nocivos para el medio
ambiente y generalmente se desechan en el mar. Los sistemas a base
de agua no siempre son tan efectivos como los fluidos a base de
petrleo o de sintticos, especialmente para resolver los problemas
asociados con estos pozos en particular.En los pozos ms recientes,
se ha utilizado una combinacin de lodos a base de agua y a base de
petrleo. El lodo a base de agua se utiliza en las primeras etapas
del proceso de perforacin. Luego, una vez que el pozo se hace ms
profundo y alcanza el lmite del lodo a base de agua, en trminos de
lubricacin y estabilizacin de la excavacin, se reemplaza por el
lodo a base de petrleo.Dado que el lodo a base de petrleo, si bien
es efectivo como fluido de perforacin, puede ser txico para las
plantas y los animales marinos, por lo general, se controla
estrictamente su utilizacin. En el caso del proyecto Hibernia, los
detritos arrastrados por el lodo deben lavarse (en la plataforma)
para sacarles el petrleo antes de ser desechados. Este proceso de
lavado lleva su tiempo y ha demostrado ser un factor que limita la
velocidad de perforacin.En el futuro, es posible que las leyes
gubernamentales permitan el desecho de detritos que resulten de la
utilizacin de lodo a base de sintticos, que tiene un rendimiento
similar al del lodo a base de petrleo, pero sus efectos sobre el
medio ambiente son ms favorables. Aunque el costo inicial del
fluido ser aproximadamente el doble que el del lodo a base de
petrleo, se podr ahorrar bastante tiempo y dinero, dado que no habr
necesidad de lavar los detritos.El ciclo del lodo en el pozo
La mayor parte del lodo que se utiliza en una perforacin circula
en un ciclo continuo:1. El lodo se mezcla y se guarda en elfoso de
lodo.2. Unabombaextrae el lodo del foso y lo enva a travs del
centro hueco de la tubera de perforacin directo hacia el pozo.3. El
lodo sale a travs de la tubera de perforacin, desde el fondo
delpozodonde eltrpano de perforacintritura la roca.4. Entonces el
lodo comienza el viaje de regreso a la superficie, arrastrando los
fragmentos de roca, denominados detritos, que se han desprendido de
la formacin por accin del trpano.5. El lodo sube a travs delnulo,
el espacio que existe entre la tubera de perforacin y las paredes
del pozo. El dimetro tpico de una tubera de perforacin es de
aproximadamente 4 pulgadas (10 centmetros). En el fondo de una
excavacin profunda, el pozo puede llegar a tener 8 pulgadas (20
centmetros) de dimetro.6. Haz clic aqupara ver el ciclo del
lodo.
7. En la superficie, el lodo viaja a travs de lalnea de retorno
de lodo, una tubera que conduce a lazaranda vibratoria.8. Las
zarandas vibratorias son una serie de rejillas de metal que vibran
y se utilizan para separar el lodo de los detritos. El lodo cae a
travs de las rejillas y regresa alfoso de lodo.9. Los detritos de
las rocas se deslizan por ladeslizadora de detritosque se encarga
de desecharlos. Segn los factores medioambientales y otras
consideraciones, los detritos debern lavarse antes de desecharse.
Algunos de los detritos son examinados por gelogos que buscan
indicios sobre qu es lo que est sucediendo en la profundidad del
pozo.
