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![C a p í t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 43
Antoine Baumé (†1804), usadas para comparar Los líquidos condensados son pro-
la densidad de líquidos más livianos o más pe- ducto de condensación de un vapor o del gas
sados que el agua. Las dos fórmulas Baumé son: natural. En el yacimiento la substancia puede
existir en estado gaseoso y su gravedad puede
140 ser bastante alta. Al respecto, la definición con-
Gravedad específica = _________ junta de los ministerios de Hacienda y de Ener-
130 + n gía y Minas, sobre petróleos crudos conden-
sados naturales, indica lo siguiente: “Se con-
145 sideran petróleos crudos condensados natura-
Gravedad específica = _________ les aquellos hidrocarburos líquidos bajo condi-
145 - n ciones atmosféricas, que se caracterizan por
estar en estado gaseoso bajo las condiciones
En las que n representa la lectura en originales del yacimiento y no ser obtenidos
grados indicada por el hidrómetro Baumé in- por procesos de absorción, adsorción, compre-
merso en el líquido, cuya temperatura debe ser sión, refrigeración o combinación de tales pro-
15,5 °C. Por ejemplo, si se sustituye n=10 en cesos y que tienen una gravedad mayor de
la primera ecuación se obtendrá que la grave- 40,9 °API a 15,56 °C (60 °F)”. (Fuente: Gaceta
dad específica =1 corresponde a la del agua; Oficial de la República de Venezuela, Año
en la segunda ecuación se obtiene gravedad XCIX - Mes III. Caracas: martes 28 de diciem-
específica = 1,07 mayor que la del agua. bre de 1971, Número 29.695, p. 222.117).
La ecuación general del API es En las negociaciones de compra-
como sigue: venta, intercambio, reconstitución y mezcla de
crudos, el precio del metro cúbico o del barril
141,5 de crudo está atado a la escala de gravedad
Gravedad específica = _____________ °API correspondiente. La décima de gravedad
[a 60°F, (15,5°C)] 131,5 + °API (°API) se paga aplicando la fracción de precio
que corresponda, según la calidad del crudo.
141,5
°API = __________________ _ 131,5
Gravedad específica
El hidrómetro API se basa en la den-
sidad o gravedad específica de los crudos con
respecto al agua. Un crudo de 10 °API tiene la
misma gravedad específica que el agua.
La clasificación de crudos por rango
de gravedad °API utilizada en la industria ve-
nezolana de los hidrocarburos, a 15,5 ° (60 °F)
es como sigue:
Fig. 1-8. En el laboratorio, profesionales en diferentes especia-
Extrapesados, menos de 16 ° lidades científicas y tecnológicas se dedican a la evaluación
Pesados, menos de 21,9 ° cualitativa y cuantitativa de las diferentes características de los
crudos para determinar su rendimiento de productos mediante
Medianos 22,0 - 29,9 ° procesos de comercialización en las diferentes plantas de pro-
Livianos 30 ° - y más cesos químicos, petroquímicos, refinación y manufactura.](https://image.slidesharecdn.com/elpozoilustradoingenieraenpetrleo-120912143523-phpapp01/75/El-pozo-ilustrado-ingenieria-en-petroleo-43-2048.jpg)
![C a p í t u l o 5 - G a s N a t u r a l 219
V1 = 30 m3 Para los gases, debido a que son
T1 = 15 °C + 273 = 288 °K afectados por la temperatura y por la presión,
T2 = 36 °C + 273 = 309 °K se usa como referencia la relación de igual,
P1 = 1 + 0,5 = 1,5 atmósferas mayor o menor peso que un gas pueda tener
P2 = 1 + 0,1 = 1,1 atmósferas con respecto al peso molecular del aire, cuyo
valor se ha determinado en 28,96.
1,5 309 La relación molecular tiene la ventaja
V2 = 30 x ______ x ______
1,1 288 de que el peso molecular de los elementos no
es afectado por la presión o por la temperatura.
V2 = 30 x 1,36 x 1,07 = 43,66 m3 Por ejemplo, si se desea conocer la
gravedad específica de un gas se divide su pe-
so molecular entre el peso molecular del aire.
En el caso del gas butano C4H10, su peso mo-
3
volumen, m
lecular (C=12,01; H=1,008) se obtiene así:
V1 V2
Peso molecular del gas butano =
(4 x 12,01) + (10 x 1.008) = 58,12
58,12
T1 T2 Gravedad específica = ______ = 2,007
temperatura, ° K 28,96
Fig. 5-9. Gráfico representativo del cambio de volumen-tempe- Para determinar directamente la gra-
ratura de un gas por modificaciones de las condiciones inicia- vedad específica en el laboratorio o en opera-
les P1V1T1.
ciones de campo, se recurre al método rápido
utilizando uno de los varios aparatos o balan-
Densidad zas, como la botella de Schillling, la balanza de
Cuando se habla de la densidad (re- Edward o la de AC-ME, o similares. Sin embar-
lación masa/volumen) de los líquidos o de los go, utilizando el porcentaje molecular de la
sólidos, el punto de referencia es el agua, y se composición general de un gas (Tabla 5-3), ob-
dice que la densidad del agua es 1, o sea que tenida por análisis, se puede calcular la grave-
un gramo de agua ocupa un centímetro cúbi- dad específica. Ejemplo:
co, o 1.000 gramos de agua ocupan un litro, o
1.000 kilos de agua ocupan un metro cúbico. 27,259
Gravedad específica = _________ = 0,941
Así que cualquier sólido o líquido 28,96
en su relación masa/agua, con referencia al
agua, pueden ser igual o más denso o menos [a 60 °F (15,5 °C)]
denso que el agua si su valor de relación es
igual, mayor o menor que uno. El peso del aire se ha estimado en
Para los crudos se introdujo la fór- 1,308 gramos por litro, a presión de una at-
mula °API o gravedad específica, para determi- mósfera, o sea 1.308 gramos (1,308 kilos) por
nar si los crudos son más, igual o menos pe- metro cúbico. Su equivalente en el sistema
sados que el agua. angloamericano es de 1,3 onzas o 0,0812 libras](https://image.slidesharecdn.com/elpozoilustradoingenieraenpetrleo-120912143523-phpapp01/75/El-pozo-ilustrado-ingenieria-en-petroleo-219-2048.jpg)
![C a p í t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 269
Naftenos Ejemplos de algunos naftenos o ci-
Los naftenos son derivados de cloparafínicos:
ciclopentano y ciclohexano, llamados también
cicloparafinas, cuyas fórmulas estructurales se Nombre Fórmula Punto
de ebullición
representan de las maneras siguientes: °C
Ciclopropano [CH2]3 -34
CICLOPENTANO C5H10 Ciclobutano [CH2]4 -15
Ciclopentano [CH2]5 -49
Ciclohexano [CH2]6 81
HH
Cicloheptano [CH2]7 119
C
H H
Aromáticos CnH2n-6
C C Los aromáticos se encuentran en
H H
pequeñas cantidades en casi todos los crudos.
El benceno, el tolueno y el xileno (BTX) se
pueden extraer en las refinerías para utilizarlos
H C C H
como insumos de procesos petroquímicos o
como solventes.
H H
Nombre Fórmula Punto
CICLOHEXANO C6H12 de ebullición
°C
HH Benceno C6H6 80
C Tolueno C7H8 111
Ortoxileno C8H10 144
Metaxileno C8H10 139
H H Paraxileno C8H10 138
H C C H BENCENO C6H6
H H
H H
C C
C C H H
H H HC CH
C C C
H H HC CH
CHCH C
2 2 C C
H
CH 2 CH2
H H
C
CH2 CH2
H
Debe notarse la ausencia de dos
átomos de hidrógeno entre la fórmula general
CnH2n+2 (serie parafínica) y la fórmula CnH2n
correspondiente a los derivados.](https://image.slidesharecdn.com/elpozoilustradoingenieraenpetrleo-120912143523-phpapp01/75/El-pozo-ilustrado-ingenieria-en-petroleo-269-2048.jpg)
El pozo ilustrado ingeniería en petróleo
- 1. I n di c e G e n e r a l 1 Indice General Página Prólogo I Introducción y Reconocimientos 19 Capítulo 1 - ¿Qué es el Petróleo? Introducción 35 I. Origen 36 • Teorías inorgánicas 36 La teoría del carburo 36 La teoría a base de carbonato de calcio, sulfato de calcio y agua caliente 36 • Teorías orgánicas 36 La teoría vegetal 37 La teoría del carbón 37 • Información de campo 38 Las huellas del pasado 38 Generación del petróleo en la naturaleza 38 II. Composición Química del Petróleo 40 • Maravillosas combinaciones de carbono e hidrógeno 41 • Características físicas y químicas del petróleo 42 Color 42 Olor 42 Densidad 42 Sabor 44 Indice de refracción 44 Coeficiente de expansión 44 Punto de ebullición 44 Punto de congelación 44 Punto de deflagración 44 Punto de quema 44 Poder calorífico 44 Calor específico 44 Calor latente de vaporización 44 Viscosidad 44 Viscosidad relativa 45
- 2. 2 E l P o z o I l u s t r a d o Viscosidad cinemática 45 Viscosidad Universal Saybolt 45 III. Rendimiento de los Crudos 45 • Los crudos venezolanos, Tabla 1-2 49 Referencias Bibliográficas 50 Capítulo 2 - Exploración I. Los Comienzos 57 • La teoría anticlinal 58 • Geología aplicada 58 II. Configuración de los Yacimientos Petrolíferos 60 • Características de las rocas petrolíferas 60 • Rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias 61 • Propiedades físicas de las rocas 63 • Capacidad de almacenamiento de las rocas 63 • Medición de la porosidad 65 III. Metodos Geofísicos de Exploración 65 • El gravímetro 65 • El magnetómetro 66 • El sismógrafo 67 • La sismología de refracción 67 • La sismología de reflexión 67 • Adelantos en procedimientos y técnicas de exploración 68 IV. Métodos Eléctricos de Exploración 70 • Distintos caminos para encontrar petróleo 72 V. Métodos Petrofísicos Modernos 72 VI. Geoquímica 73 VII. Exploración Aérea y Espacial 74 VIII. Exploración Costafuera 75 IX. Aplicación de Métodos de Exploración en Venezuela 76
- 3. I n di c e G e n e r a l 3 Referencias Bibliográficas 81 Capítulo 3 - Perforación Introducción 89 I. El Metodo Original de Perforación 89 • El sistema a percusión 89 • Ventajas y desventajas de la perforación a percusión 90 II. Perforación Rotatoria 92 • Selección del área para perforar 92 • Componentes del taladro de perforación rotatoria 92 • La planta de fuerza motriz 94 • El sistema de izaje 94 El malacate 95 El cable de perforación 95 La cabria de perforación 96 El aparejo o polipasto 96 • El sistema rotatorio 98 La mesa rotatoria o colisa 98 La junta giratoria 99 La junta kelly 100 • La sarta de perforación 101 La barrena de perforación 101 Tipos de barrenas 102 La tubería lastrabarrena 104 La tubería de perforación 106 • El sistema de circulación del fluido de perforación 107 Las bombas de circulación 107 De la bomba a la junta giratoria 109 El fluido de perforación 110 Funciones del fluido de perforación 110 Tipos de fluidos de perforación 111 Fluido de perforación a base de agua 112 Fluido de perforación a base de petróleo 112 Otros tipos de fluidos de perforación 113 Control del fluido de perforación 113
- 4. 4 E l P o z o I l u s t r a d o III. Aplicaciones de la Perforación Rotatoria 114 • El hoyo o pozo vertical 114 • El pozo direccional 114 • Aplicaciones de la perforación direccional 115 • Conceptos económicos y aplicaciones técnicas avanzadas de pozos desviados 116 • Apreciaciones y cambios resultantes de la nueva tecnología en perforación 118 • Apreciaciones sobre los parámetros del hoyo horizontal 119 • El hoyo de diámetro reducido 120 IV. Sartas de Revestimiento y Cementación 120 • Funciones de las sartas 121 • Factores técnicos y económicos 121 • Clasificación de las sartas 122 La sarta primaria 122 Las sartas intermedias 122 La sarta final y de producción 123 • Características físicas de la tubería revestidora 123 Elongación 123 Aplastamiento 124 Estallido 124 • Cementación de sartas y otras aplicaciones de la cementación 125 Funciones de la cementación primaria 125 Cementación forzada 126 • Aditamentos para la cementación de sartas 127 La zapata de cementación 127 La unión o cuello flotador 127 Unión o cuello flotador (cementación por etapas) 128 Centralizadores 128 Raspadores 128 V. Operaciones de Perforación en Aguas Costafuera 129 • El ambiente 129 • La tecnología 130 VI. Operaciones de Pesca 132 VII. Arremetida, Reventón e Incendio 132 VIII. Problemas Latentes durante la Abertura del Hoyo 133
- 5. I n di c e G e n e r a l 5 IX. Informe Diario de Perforación 134 X. Terminación del Pozo 137 XI. Clasificación de Pozos Terminados 138 XII. Tabla de Conversión 139 Referencias Bibliográficas 140 Capítulo 4 - Producción I. Terminación del Pozo 149 • Evaluaciones previas 149 • Tipos de terminación 150 Terminación vertical sencilla 151 Terminación vertical doble 152 Terminación vertical triple 153 • Otras modalidades de terminación 153 Bombeo mecánico 154 Bombeo hidráulico 155 Levantamiento artificial por gas 156 • La sarta de educción 157 Aditamentos para la sarta de educción 158 • Terminación de pozos horizontales 158 • Tubería continua o devanada de educción 159 • Terminación de pozos costafuera 163 II. Características de los Yacimientos 165 • Presión del yacimiento 166 • Temperatura del yacimiento 167 • Viscosidad de los crudos 167 • Mecanismos naturales de producción del yacimiento 169 Casquete o empuje de gas 170 Empuje por gas disuelto 172 Empuje por agua o hidráulico 173 Empuje por gravedad 174 III. Manejo de la Producción 176 • Separación de fluidos 176 El múltiple de producción 176
- 6. 6 E l P o z o I l u s t r a d o Los separadores de producción 177 Disposición del crudo 178 Disposición del gas 178 Disposición del agua 179 IV. Comportamiento de la Producción 180 • Comportamiento de los pozos 180 • Comportamiento del yacimiento 180 • Clasificación de las reservas 182 • La producción vigorizada 183 • Ejemplos numéricos 183 V. Mantenimiento, Estimulación y Reacondicionamiento de Pozos 184 • Mantenimiento 184 • Estimulación de pozos 186 Succión 186 Inyección de fluidos 186 Fracturamiento de estratos 187 Acidificación 188 • Limpieza de pozos 189 Arenamiento 189 Acumulación de parafina 191 • Reacondicionamiento de pozos 192 Tareas para reacondicionamiento de pozos 193 VI. Crudos Pesados/Extrapesados 193 • Características 195 • De los yacimientos y los crudos pesados y extrapesados 195 • La Faja del Orinoco 197 Interés por la Faja 198 Referencias Bibliográficas 202 Capítulo 5 - Gas Natural Introducción 211 I. Uso del Gas y sus Líquidos 213 • Combustible eficiente 213 • Insumo para procesos 214
- 7. I n di c e G e n e r a l 7 II. Características y Propiedades del Gas Natural 215 • Composición 215 • Relaciones P-V-T 217 Presión-volumen 217 Temperatura-volumen 218 Condiciones combinadas 218 • Densidad 219 La ecuación PV = nRT 220 La compresibilidad de los gases 221 Poder calorífico del gas natural 222 Viscosidad del gas natural 223 Gradiente de presión del gas 224 Presión de burbujeo y presión de rocío 225 Presión o tensión de vapor 226 III. Generación de Hidrocarburos 227 IV. Exploración para el Gas 228 • Adelantos técnicos en sismografía 228 • El color: adelanto significativo 230 V. Operaciones de Perforación para Gas 231 • Ubicación del yacimiento 231 • Espaciado de pozos 231 • Terminación de pozos 232 VI. Comportamiento y Manejo del Yacimiento y Pozos 233 • El gas en el yacimiento 233 • El flujo del gas: del fondo del pozo a la superficie 233 VII. Transporte y Entrega del Gas a los Mercados 234 • Transporte 235 • Distribución 236 • Exportaciones de derivados del gas 236 VIII. El Precio del Gas 237 Referencias Bibliográficas 240
- 8. 8 E l P o z o I l u s t r a d o Capítulo 6 - Refinación Introducción 249 I. Una Idea, un Informe: una Industria 252 • El trabajo de Silliman 253 • La destilación a altas temperaturas 254 • Utilización del vapor de agua 254 • El petróleo como fuente de iluminantes 255 II. Crudos para las Refinerías 256 • Tipificación de crudos 257 • Selección de hidrocarburos 258 • Evaluación de crudos 260 • Complejidad de la evaluación 261 • Terminología 262 • El laboratorio 263 • El aspecto económico 264 III. La Química del Petróleo 265 • Ejemplos de la estructura molecular 267 Serie parafínica CnH2n+2 267 Serie olefínica CnH2n 268 Naftenos (CnH2n) x 269 Aromáticos CnH2n-6 269 • La comercialización del petróleo 270 IV. Los Procesos de Refinación (A) 270 • La utilización de energía 271 • De los equipos de refinación 274 • Tecnología 274 • Metalurgia 275 V. Los Procesos de Refinación (B) 275 • Procesos de destilación 276 • Desasfaltación 277 • Refinación con disolvente 277 • Desceración o desparafinación con disolvente 278 • Exudación de parafina 278 • Proceso térmico continuo (“Thermofor”) con utilización de arcilla 278 • Tratamiento con ácido-arcilla 278
- 9. I n di c e G e n e r a l 9 • Oxidación de asfalto 279 • Descomposición térmica 280 • Descomposición térmica catalítica fluida 281 • Reformación catalítica 282 • Extracción de azufre 283 VI. La Refinación y la Demanda de Productos 286 • El nuevo patrón de refinación de la Refinería de Amuay 287 • Disposición de las plantas 288 • Los procesos seleccionados 288 Proceso “Flexicoking” (Exxon) 288 Proceso “Flexicracking” (Exxon) (Desintegración Catalítica) 290 Proceso de Isomerización “Butamer” (Universal Oil Products) 290 Proceso de Alquilación “HF” (Acido Fluorhídrico, Universal Oil Products) 291 • Inversiones 291 VII. Factores Complementarios 292 • Suministro de crudos y otros hidrocarburos 292 • Almacenamiento 292 • Instrumentación 293 • Seguridad industrial 294 VIII. Evolución de la Refinación en Venezuela 294 • Cronología de la refinación en Venezuela 295 Referencias Bibliográficas 308 Capítulo 7 - Petroquímica Introducción 315 I. El Crecimiento de la Industria Petroquímica 315 • Insumos para producir gasolinas y caucho sintético (Buna) 318 II. Derivados del Gas Natural 318 • Construcción de plantas 320
- 10. 10 E l P o z o I l u s t r a d o III. Procesos Petroquímicos 322 • Producción de etileno 323 • Los derivados del etileno 323 • Plantas y procesos para el etileno 324 • Versatilidad del propileno 326 IV. El Desarrollo de la Petroquímica Venezolana 329 • El complejo petroquímico Morón 329 • El complejo petroquímico Zulia-El Tablazo 330 • El complejo petroquímico Anzoátegui-Jose 330 • Las empresas mixtas asociadas a Pequiven 331 • Cronología de la industria petroquímica en Venezuela 334 • Cobertura de los mercados 338 V. El Futuro de la Petroquímica 339 Referencias Bibliográficas 341 Capítulo 8 - Transporte Introducción 349 I. Oleoductos 352 • El tendido de oleoductos 353 • Características de las tuberías 354 • El flujo de fluidos por tuberías 354 • Tecnología fundamental de diseño 356 • Otros aspectos del diseño 358 • Inversiones y costos 359 • Mantenimiento 361 • Los oleoductos del país 362 II. Gasductos 363 • Apreciaciones básicas 363 • Recolección del gas 363 • Características de las tuberías 364 • El flujo de gas por gasductos 365 • La compresión del gas 366 • La medición del gas 368
- 11. I n di c e G e n e r a l 11 III. Tanqueros 372 • El tanquero petrolero original 372 • Identificación visual de los buques 373 • Evolución del tanquero 374 • Los supertanqueros 376 • El canal de Suez y los tanqueros 378 • Fletamento y fletes 381 • Puertos/terminales 382 • Abanderamiento de buques 383 IV. La Flota Petrolera Venezolana 384 • La flota del lago 384 • La flota remozada 385 • Creada PDV Marina 387 • Consolidación de la flota 387 • Alcance de las actividades 388 Referencias Bibliográficas 392 Capítulo 9 - Carbón Fósil Introducción 399 • Utilización mundial del carbón 399 • El carbón venezolano 400 I. Carbones del Zulia S.A. (Carbozulia) 400 • Asociaciones con otras empresas 401 • El futuro, 1997-2006 401 • El ferrocarril 402 • La terminal de aguas profundas 402 II. Características del Carbón del Guasare 403 III. Conservación del Ambiente e Impacto Regional 403 Referencias Bibliográficas 405
- 12. 12 E l P o z o I l u s t r a d o Capítulo 10 - Comercialización Introducción 411 I. El Consumo Mundial de Petróleo y Desarrollo de la Comercialización 412 • 1901-1949 414 • 1950-1996 416 • La industria venezolana de los hidrocarburos 422 II. La Oferta y la Demanda de Hidrocarburos 423 • Compradores y vendedores 423 Productores e importadores netos 423 Productores e importadores 424 Productores y exportadores netos 424 • El precio de los hidrocarburos 424 Factores que influyen en el precio 426 III. Mercadeo Nacional 427 • Mercadeo de productos (Venezuela) 429 IV. Reorganización de la Función de Mercadeo Interno (Venezuela) 430 • Actividades de Deltaven 431 • Procesos y servicios de mercadeo 431 • Asistencia técnica para los clientes 431 • La distribución de productos 432 • La estación de servicio 432 • Manufactura y utilización de productos: especificaciones y normas 434 V. Mercadeo Internacional 434 Referencias Bibliográficas 441 Capítulo 11 - Ciencia y Tecnología Introducción 449 • Cambios y ajustes 449 • Nuevos rumbos y horizontes 450
- 13. I n di c e G e n e r a l 13 I. Intevep 451 • Antecedentes y comienzos 451 • Veintidós años prestando servicios 452 Transferencia de tecnologías 452 • Infraestructura 453 • El acervo tecnológico corporativo 453 • El negocio petrolero depende de otro negocio: ciencia y tecnología 456 Referencias Bibliográficas 458 Capítulo 12 - La Gente del Petróleo Introducción 463 I. Los Pinitos de la Industria 463 • Los pioneros y la incipiente tecnología 464 Exploración 464 Perforación 465 Producción 467 Transporte 468 Refinación/manufactura 470 Mercadeo 471 • Los pioneros venezolanos 472 II. Avances y Desarrollo de la Industria 474 • El siglo XX, comienzo del auge petrolero 475 • La ciencia y la tecnología petrolera 477 • Las asociaciones profesionales 478 Lista de asociaciones petroleras 478 Las escuelas de Ingeniería de Petróleos 480 • Petróleo alrededor del mundo 481 América Latina 481 Europa 483 Africa 484 El Lejano Oriente 485 El Medio Oriente 486 III. Venezuela y su Petróleo 487 • Los asfalteros 487 • Llegan las petroleras 489 • Experiencias y resultados 493 • Disposiciones gubernamentales 494
- 14. 14 E l P o z o I l u s t r a d o • Recursos humanos, tecnología y operaciones 506 • La creación del CIED 511 Actividades 512 • La industria de los hidrocarburos y el personal profesional para operaciones 513 • El empleo y las actividades 517 Referencias Bibliográficas 519 Capítulo 13 - Petróleos de Venezuela Introducción 529 I. Las Primeras Acciones 529 • El primer año de gestión, 1976 529 • Transición y consolidación 530 • Grandes retos 531 La petroquímica 531 El adiestramiento de personal 531 II. Organización y Capacidad Operativa 532 • Operaciones de avanzada tecnología 532 • Materiales 532 • Intevep 533 Estudios y proyectos más importantes de Intevep 533 III. Los Proyectos del Quinquenio 1980-1984 534 • La Faja del Orinoco 534 • Otros proyectos relevantes 536 Tecnología e investigación 536 • Materiales y servicios técnicos 537 • Estrategia de internacionalización 538 III. El Quinquenio 1985-1989 538 • Expansión de la internacionalización 538 • PDVSA, empresa mundial de energía 542 • Catorce años sirviendo al país, 1976-1989 543 V. Los Años 1990-1996 543 • Penetración de mercados 544 • Más asociaciones, más oportunidades 546 • Dinámica petrolera venezolana 547 • La industria petrolera y las comunidades 547
- 15. I n di c e G e n e r a l 15 • Cada año más futuro 548 • Un trienio pujante, 1994-1995-1996 550 • Crecimiento de la corporación 553 Nuevos horizontes 553 VI. La Apertura Petrolera 555 • Resultados positivos 555 • Transformación de la corporación 556 Referencias Bibliográficas 560 Apéndices Indice de Tablas 567 Indice de Figuras 571 Indice Consolidado (Onomástico, Geográfico y Analítico) 587
- 16. P r ól o g o Prólogo Durante los últimos tres lustros, los adelantos científicos y tecnológicos asociados al petróleo, así como los avances estratégicos y productivos de la corporación petrolera venezolana han sido amplios, diversos y profundos. Esta referencia tan escueta adquiere un sentido especial cuando apreciamos que la tercera versión de “El Pozo Ilustrado” fue editada en diciembre de 1985. Desde esa fecha hasta nuestros días, se han descifrado importantes incógnitas sobre las propiedades y características de los hidrocarburos, especialmente de los crudos extrapesados, y se han desarrollado avances notables en las técnicas de exploración y producción. También durante este lapso, nuestra corporación ha logrado mayores índices de productividad, óptima calidad en sus productos y una significativa ampliación de sus mercados. Igualmente, se han concretado innovadoras condiciones para preservar el ambiente y se han dado pasos decisivos en materia de internacionalización y globali- zación de nuestra principal industria nacional. Estas circunstancias, unidas al interés estratégico de PDVSA por estrechar las relaciones entre la sociedad venezolana y el petróleo, permiten fundamentar y justificar la idea de una “cultura del pe- tróleo” que, necesariamente, debe afianzarse con un mejor conocimiento del negocio de los hidrocar- buros. Estas expectativas han proporcionado terreno fértil para sembrar esta edición corregida y amplia- da del “El Pozo Ilustrado”. Recordando una frase de Jorge Luis Borges, “todo reinicio es una especie de resurrección”. Con esta nueva edición, actualizamos “El Pozo Ilustrado”, a la luz de los avances tecno- lógicos. Varias consideraciones palpitan en el fondo de esta edición. La primera es que no puede amarse lo que no se conoce y ésta es, precisamente, la razón que explica la distancia que tradicional- mente se ha notado entre el petróleo y nuestra cultura. El camino a seguir transitando se inició con la necesidad de conocer todo lo relacionado con nuestros recursos petrolíferos a fin de lograr una trayec- toria que permita comprenderlos, apreciarlos, valorarlos y quererlos. El petróleo ha sido la esencia misma de nuestra realidad contemporánea; no puede, por tanto, pretenderse el desarrollo del país al margen del conocimiento del petróleo, ni puede pretenderse saber de petróleo sin la cabal comprensión de su significación para el país. Podría igualmente aseverarse que mientras mejor nos identifiquemos con el petróleo, mayores serán las posibilidades de percibir las opor- tunidades que nos ofrece. Nuestro objetivo es lograr que Venezuela y su petróleo se identifiquen plena- mente y formen parte de una misma vocación. Con “El Pozo Ilustrado” buscamos, en definitiva, conti- nuar un empeño de información masiva que ayude a conformar una sensibilidad y una apreciación ade- cuada de nuestro petróleo. “El Pozo Ilustrado” no es una iniciativa aislada; por el contrario, su reedición se enmarca en todo un conjunto de acciones que estamos concibiendo bajo la denominación de “Programa de Educación Petrolera”. Esta visión se constituirá en un esfuerzo sistemático e integrador, en favor de un mejor conocimiento del petróleo, así como en una opción para reducir la brecha entre el mundo petrolero y la sociedad venezolana. Dentro de ese programa, se contemplan actividades motivacionales y de reconocimiento a maestros y estudiantes emprendedores, programas de radio, prensa y televisión, informaciones petroleras en la página Web PDVSA y producción de recursos educativos de distinta natu- raleza y alcance.
- 17. E l P o z o I l u s t r a d o Piedra angular de este proceso es el recientemente creado Centro Internacional de Educación y Desarrollo (CIED), brazo estratégico de la corporación dedicado a la educación, al adiestramiento y al desarrollo de los recursos humanos de PDVSA, sus filiales, el sector complementario y eventualmente terceros, para potenciar la ejecución del Plan de Negocios y la competitividad de la Industria. Pero, ade- más de las actividades intrínsecas de la corporación, se desarrollan programas de cooperación con insti- tuciones de educación superior, y se brinda apoyo específico a las escuelas de la industria y a las insti- tuciones educativas que se encuentran en las zonas adyacentes. Igualmente pueden destacarse algunas iniciativas inscritas en los proyectos de CENAMEC, y el fomento de otras entidades dedicadas al desarro- llo educativo. Asimismo, estamos adelantando iniciativas encaminadas a brindar orientación a las empre- sas acerca de las posibilidades de convertirse en socias de la educación. Entendemos la educación como un asunto estratégico que abarca a todas las instituciones que conforman el tejido social. En el marco de estas consideraciones, aspiramos que “El Pozo Ilustrado” continúe siendo un recurso de amplio alcance y de potente impacto para generar una expansiva divulgación que, progresi- vamente, fomente la vocación de una cultura petrolera en el venezolano. Mención especial en este contexto merece el profesor Efraín E. Barberii, autor de este extra- ordinario trabajo. Ilustre maestro de docenas de promociones de petroleros venezolanos, ejemplo de amor por Venezuela y modelo de vocación por el desarrollo de la tecnología y la educación dentro del quehacer petrolero en nuestro país, el profesor Barberii nos presenta una nueva versión de su útil obra. Hasta él llegue un mensaje de reiterado afecto y reconocimiento, para quien ocupa un especial lugar en nuestros pensamientos. Celebramos esta cuarta edición de “El Pozo Ilustrado” con grandes expectativas e intensos sen- timientos. Esperamos que alrededor de cada uno de los ejemplares de este libro se genere una onda expansiva que conmueva el espíritu y el pensamiento de quienes se dediquen a su lectura, divulgación y aprovechamiento. Luis E. Giusti Presidente PDVSA
- 18.
- 19. I n tr o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 19 Introducción Las primeras dos ediciones de El Po- zo Ilustrado (una en 1982-1983 y la otra en Esta cuarta edición de El Pozo Ilus- 1983) se hicieron en serie de 10 fascículos y la trado, revisada y corregida, encomendada al tercera, 1985, en forma de libro. Esta cuarta edi- CIED, Centro Internacional de Educación y ción incluye algunos de los más relevantes ade- Desarrollo, nace del interés corporativo de Pe- lantos científicos y tecnológicos que hoy mar- tróleos de Venezuela S.A. para que este libro can pautas en las actividades petroleras; tam- sea parte del Programa de Educación Petrolera bién, cifras actuales de los volúmenes de hidro- (PEP) de la casa matriz. carburos producidos/utilizados mundialmente. Una vez más, la obra está dirigida En estos últimos años, 1983-1996, la especialmente a docentes y estudiantes de industria ha logrado mayor productividad, ha educación media y, en general, a toda persona utilizado con mayor eficiencia los recursos físi- que desee conocer los principios fundamen- cos y financieros, ha reducido costos y aumen- tales y la estructura operacional de la industria tado los ingresos netos, produce mayor volu- de los hidrocarburos. El contenido de la obra men de productos de excelente calidad, ha ex- recoge también el papel tan importante que ha tendido su cobertura de protección del medio desempeñado y todavía desempeñará por ambiente y ofrece a sus clientes más atención muchos años la industria petrolera, petroquí- y mejores servicios. La industria petrolera ve- mica y carbonífera nacional (IPPCN) en el de- nezolana ha acentuado la globalización e inter- sarrollo del país. nacionalización de sus actividades. Veamos el A lo largo de la explicación acerca contenido de los capítulos: de la tecnología de las operaciones, aflora tam- En el Capítulo 1, ¿Qué es el Petró- bién, en estos capítulos, lo que llamamos la leo?, el lector admirará el hecho de que sólo cultura petrolera, producto de casi ciento cua- dos elementos, hidrógeno y carbono, son com- renta años de experiencias relacionadas con la binados por la naturaleza en relaciones senci- búsqueda, ubicación, cuantificación, produc- llas para producir las extensas series de hidro- ción, transporte, transformación, mercadeo, carburos, de características y propiedades defi- ventas y comercialización de los hidrocarburos nidas en estado gaseoso, líquido, semisólido o alrededor del mundo. En Venezuela tenemos sólido. una experiencia petrolera que arranca en 1878 El hombre, mediante sus esfuerzos con la Petrolia del Táchira. Luego vinieron las por tener más conocimientos científicos y téc- contribuciones de las empresas asfalteras esta- nicos, posee la capacidad para extraer, refinar dounidenses y británicas, 1885-1911, y las pe- y manufacturar cientos de derivados del gas troleras concesionarias que se establecieron y natural, del petróleo y del carbón mineral, me- operaron a lo largo del período 1911-1975. A diante el diseño de nuevos procesos y la cons- partir de 1976, Petróleos de Venezuela y sus fi- trucción y el funcionamiento de plantas muy liales han sido responsables de la conducción eficientes. de la industria nacional. El Capítulo 2, Exploración describe Muchos años de experiencia han la rapidez y constancia con que profesionales conformado una escuela de trabajo que se re- y científicos de varias disciplinas ayudaron a nueva y ajusta a las exigencias de los tiempos descifrar las incógnitas sobre las propiedades para garantizar el éxito de los negocios. del petróleo, su origen, características e ilimi- tadas perspectivas de explotación. Las Ciencias
- 20. 20 E l P o z o I l u s t r a d o de la Tierra (la geología, la geofísica y la geo- camente el hoyo horizontal. Además, se cubre química) sirvieron para clasificar las rocas, sus la utilización de la tubería continua o devana- propiedades y características para generar hi- da de educción. El lector encontrará explica- drocarburos, su capacidad volumétrica para al- ciones sobre el mantenimiento, la estimulación macenar gas y/o petróleo, tipos de yacimien- y el reacondicionamiento de pozos, operacio- tos y maneras de buscarlos, ubicarlos y cuan- nes que son el diario quehacer de la gente pa- tificar su contenido. Las técnicas modernas de ra mantener el potencial requerido y el dispo- exploración facilitan el estudio de prospectos nible de los yacimientos. petrolíferos de manera inimaginable, en tierra Este capítulo contiene aspectos de lo y costafuera, utilizando sísmica bidimensional que significa para el país la Faja del Orinoco y y tridimensional, computadoras que resuelven lo que se ha logrado en las operaciones y co- la adquisición, el procesamiento y la interpre- mercialización de los crudos pesados y extrape- tación de datos en cuestión de horas y pro- sados. Los adelantos más resaltantes son la ela- ducen gráficos o mapas en colores. boración y utilización del combustible Orimul- El Capítulo 3, Perforación, ofrece sión® y la conversión de este tipo de crudos en nuevos conceptos y aplicaciones de tecnolo- más livianos y de mejor rendimiento. gías para abrir un hoyo, en tierra o costafuera. El Capítulo 5, Gas Natural, es parte Presenta esquemas de perforación direccional, imprescindible del estudio de los hidrocarbu- inclinada, de largo alcance, de hoyo de diáme- ros; se encuentra asociado al petróleo o por sí tro reducido y el más reciente de todos, el ho- solo en el yacimiento, y ambas condiciones yo horizontal sencillo o múltiple. Los cambios requieren tratamientos y formas específicas de abarcan todas las características y especifica- producción. ciones de la sarta de perforación, control de El gas natural es una materia prima los parámetros de guía, orientación, desplaza- tan importante que también representa una in- miento, revoluciones de la sarta por minuto, dustria íntimamente ligada a la de los crudos y peso, penetración y comportamiento de la ba- a la petroquímica. Las características, propieda- rrena. También presenta la selección del tipo des y las relaciones físico-químicas (P-V-T, pre- de fluido de perforación, y sus características sión/volumen/temperatura) del gas natural fa- tixotrópicas y peso (presión) contra las forma- cilitan comprimirlo, expandirlo, extraer sus lí- ciones horadadas. quidos y tratarlo de diferentes formas como Otros adelantos conciernen a equi- combustible, como elemento restaurador de la pos, materiales y herramientas para la perfora- presión de yacimientos petrolíferos, o como ción profunda y superprofunda, 5.000 a 6.500 complemento importante en las operaciones metros, en aguas también muy profundas, más de las refinerías o la petroquímica. de 1.000 metros, y a distancias que sobrepasan Las tablas y figuras hacen más pa- 200 kilómetros de la costa. Las innovaciones tentes el significado y la importancia del gas en perforación han permitido reducir costos y natural en el mercado mundial de los hidrocar- tiempo, además de llegar a la profundidad pro- buros. Venezuela posee grandes volúmenes de gramada. gas natural asociado al petróleo o en estado li- El Capítulo 4, Producción, recoge bre. Su utilización y consumo en las industrias las nuevas técnicas que se emplean en la ter- y los quehaceres domésticos representan su im- minación del pozo, derivadas de los diferentes portancia en el desarrollo y progreso del país. esquemas modernos de perforación, específi-
- 21. I n tr o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 21 La refinación tiene el privilegio de sos químicos para obtener combustibles de haber motivado la creación de la industria de este mineral durante la Primera Guerra Mun- los hidrocarburos. Fue la idea de buscar reem- dial (1914-1918). plazo a las fuentes de iluminantes de entonces, Durante la Segunda Guerra Mundial 1853, como el aceite de ballena y los aceites (1939-1945), la necesidad de combustibles de vegetales, lo que dirigió la atención hacia el alto octanaje para los nuevos aviones estado- petróleo. La primera fase de verificación del unidenses y británicos favoreció el desarrollo uso del petróleo fue la refinación de muestras de avanzados procesos petroquímicos que tam- recogidas en Pennsylvania. bién convergieron hacia la producción de cau- En el Capítulo 6, Refinación, se ex- cho sintético. plican los fundamentos que científica y tecno- El diseño y la construcción de nue- lógicamente resultaron positivos para producir vas plantas petroquímicas han transformado el iluminantes y otros productos derivados del tratamiento del gas natural y los petróleos cru- petróleo. En este capítulo, el estudiante se de- dos en un emporio de increíble diversificación leitará apreciando la elegancia científica y téc- de productos para todos los usos de las activi- nica de la conjunción sencilla de la física, la dades modernas: olefinas y plásticos, fertilizan- química y las matemáticas aplicadas para pro- tes y productos industriales. ducir transformaciones tan útiles de materia Las abundantes reservas de crudo y prima tan valiosa como los hidrocarburos. de gas natural del país sirvieron para que en Las técnicas iniciales de la refinación 1953 se dieran los primeros pasos para crear la progresaron rápidamente. Nuevos enfoques de petroquímica venezolana. Desde entonces has- tratamiento mediante las relaciones P-V-T de las ta ahora, el desarrollo y el progreso de los substancias, aplicaciones de destilación al va- complejos petroquímicos de Morón, estado Ca- cío, el uso de catalizadores, nuevos diseños de rabobo; Zulia-El Tablazo, estado Zulia; Jose, plantas y procesos, el empleo de combinacio- estado Anzoátegui, y las empresas mixtas aso- nes y recombinaciones de productos para mo- ciadas a Pequiven (ver Tabla 7-5) conforman dificar sus arreglos moleculares y cambiar ven- un extenso negocio nacional e internacional tajosamente sus propiedades y características, de grandes proporciones con halagadoras pers- desembocaron, finalmente, en el aprovechamien- pectivas de crecimiento. to de los últimos residuos o desechos. Tales son El Capítulo 8, Transporte, cubre una los adelantos logrados hasta hoy en la refina- de las más dinámicas actividades de la industria ción de hidrocarburos, pero las perspectivas de de los hidrocarburos. Funciona veinticuatro ho- logros más avanzados son promisorias. ras al día, todos los días. Representa el despa- Al enterarse bien del contenido de cho y recibo diario de millones de barriles de este capítulo, el lector apreciará más la secuen- crudos hacia las refinerías del mundo. Luego de cia de las operaciones que sustentan el nego- las refinerías salen hacia los mercados de los cio de los hidrocarburos y la importancia de la cinco continentes, aproximadamente, igual vo- capacidad de refinación de PDVSA y sus em- lumen de productos. Es una actividad gigantes- presas en Venezuela y en otros países. ca, que utiliza camiones cisterna, vagones cister- El Capítulo 7, Petroquímica, es na de ferrocarriles, barcazas, gabarras, lancho- muy interesante. Trata del nacimiento de una nes, tanqueros, oleoductos, gasductos y poli- industria cuyos fundamentos proceden de la ductos. El lector apreciará los detalles que con- industria del carbón y la aplicación de proce- ciernen y explican esta actividad.
- 22. 22 E l P o z o I l u s t r a d o El desarrollo y el progreso de los desarrollo de las minas de Lobatera, estado Tá- medios de transporte de crudos, gas natural y chira, y las de Naricual, estado Anzoátegui. El productos han marchado acordes con las nece- carbón de Naricual fue muy utilizado como sidades de los tiempos. Las fábricas de aceros, combustible por los vapores de cabotaje de la los astilleros y las empresas afines a la trans- Compañía Venezolana de Navegación, el cual portación han respondido a los requerimientos cargaron en Guanta durante las primeras cinco de tecnologías y diseño a lo largo de todos es- décadas de este siglo. tos años. En 1996, la flota petrolera mundial te- Es muy interesante el desarrollo y la nía 3.241 buques, con un tonelaje total de peso expansión que le ha imprimido Carbones del muerto de 281,4 millones de toneladas. Du- Zulia S.A. a la riqueza carbonífera de la cuen- rante ese mismo año, la producción mundial ca del Guasare, cuya extensión minera de 50 ki- de crudos fue de 61,6 millones de barriles dia- lómetros de largo por 3 kilómetros de ancho rios y la producción diaria de productos refina- está ubicada a 110 kilómetros al noroeste de dos llegó a 67,3 millones de barriles. Compa- Maracaibo. rando y relacionando cifras, el lector apreciará En 1987, la producción de carbón la extensión mundial del negocio de los hidro- sumó 117.000 toneladas métricas y, sobre la carburos. marcha, fue entregado a varios clientes en el En Venezuela, los medios de trans- Caribe, Norteamérica y Europa. También se es- porte han crecido y se han renovado al ritmo tablecieron asociaciones con empresas carbo- del aumento de la producción de hidrocarburos níferas extranjeras para desarrollar el potencial del país. En 1996 había 10 terminales petroleras; de las minas mediante la construcción de todas 24 tanqueros, que suman 1.499.900 TPM, trans- las instalaciones de infraestructura requeridas portaron 56,1 millones de barriles por cabotaje para incrementar la producción como se pro- y 188,6 millones de barriles en cargamentos ex- yecta en la Tabla 9-3. portados/importados; 3.410 kilómetros de oleo- La idea de extraer iluminantes del ductos que transportaron 218.510.594 m3 de petróleo (ver Capítulo 6, Refinación, tablas crudos, y 4.673 kilómetros de gasductos que 6-2 y 6-3) resultó ser un negocio mucho más transportaron 53.022.648 m3 diarios de gas na- extenso y profundo que el anticipado. Las ca- tural. El desenvolvimiento de la tecnología y de racterísticas y propiedades físicas y químicas la utilización del transporte para manejar crudos de la materia prima sobrepasaron las expecta- pesados y extrapesados ha derivado en la ma- tivas científicas y técnicas de los primeros ex- nufactura del combustible venezolano Orimul- perimentos. Al progresar las investigaciones, se sión® y el oleoducto que lo transporta, conoci- comenzaron a catalogar varias series de com- do como oriducto. binaciones de los elementos hidrógeno y car- El Capítulo 9, Carbón Fósil, descri- bono de singulares relaciones y valores mole- be la incursión de Petróleos de Venezuela en culares. La utilidad industrial de todos los pro- la minería, a través de su filial Carbones del ductos obtenibles promovió la extensa comer- Zulia S.A. (Carbozulia) en 1986. cialización de los hidrocarburos. Las intenciones de aprovechar las El Capítulo 10, Comercialización, minas de carbón del país se remontan al se- trata precisamente del desarrollo del consumo gundo gobierno del general José Antonio Páez, mundial de petróleo y de los avances de su co- 1839-1843. Los esfuerzos de entonces no lo- mercialización. Este capítulo recoge el signifi- graron todo lo deseado, excepto el incipiente cado de la oferta y la demanda de hidrocarbu-
- 23. I n tr o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 23 ros en los mercados del mundo, desde el pun- ciones. Se empezó una sostenida y fructífera to de vista interno de cada nación y las rela- labor ministerial que profundizó más y más ciones entre países productores/exportadores sobre la riqueza petrolera del país. Se creó el y los países productores/importadores y los Ministerio de Minas e Hidrocarburos en 1950 y importadores netos de energía y productos. en 1997 cambió de nombre a Ministerio de Además, se explican los factores que Energía y Minas. Durante sesenta y siete años influyen sobre los precios, como también los se han registrados hechos muy importantes en que afectan la manufactura y distribución de la vida petrolera del país. Año culminante: productos. Se mencionan las gestiones y ope- 1976, al asumir la Nación la dirección y admin- raciones que han guiado el desarrollo y el cre- istración del negocio. cimiento del mercado nacional y del mercado Ciencia y Tecnología refleja un internacional de los hidrocarburos venezola- nombre: Intevep, cuyos empleados son autores nos. El capítulo destaca lo que significa el ne- de excelentes investigaciones y aplicaciones gocio del petróleo para el país. tecnológicas petroleras venezolanas. Cientos de El Capítulo 11, Ciencia y Tecno- patentes otorgadas por varios países atestiguan logía, relata brevemente las primeras contribu- los reconocimientos cosechados. ciones que recibió la incipiente industria pe- En cada país, la creación de la in- trolera de los profesionales de la época (1859- dustria petrolera representa la dedicación de 1914) en los Estados Unidos y otras partes del un grupo de pioneros que con afán se dedi- mundo. Aquí en Venezuela, Pedro Rafael Rin- caron a cumplir una misión empresarial. Mu- cones, de la Petrolia del Táchira, 1879, se des- chos de esos hombres lo hicieron en más de tacó como el primer venezolano que se ocupó un país. Fueron fundadores de emporios. El de la transferencia de tecnología petrolera. Capítulo 12, La Gente del Petróleo, rinde El impacto científico y tecnológico homenaje a los pioneros. en la industria petrolera mundial comenzó a El contenido de este capítulo resume dar frutos en 1930. Los profesionales ocupados la cadena de actividades que a lo largo de los en los talleres y laboratorios de las empresas años permitieron consolidar esfuerzos y hacer petroleras, de las universidades, de las empre- frente a los obstáculos que se interponían al sas de servicios y firmas consultoras afines a la desarrollo de la industria. La secuencia y la mo- industria, de las sociedades y gremios, de dalidad de las operaciones no admitieron cam- agencias o entes gubernamentales y el propio bios, pero sí hubo, con los años, modifica- personal de campo de la industria, contribuye- ciones significativas en el diseño y en la calidad ron en miles de maneras a que las actividades de los equipos, herramientas y materiales. petroleras se hicieran aplicando las ciencias y Las tecnologías de exploración, per- tecnologías conocidas. Se afianzó, así, la inves- foración, producción, transporte, refinación/ tigación. manufactura, mercadeo, comercialización y En Venezuela, como se verá, el año ventas fueron cambiando y progresando apo- 1930 marcó pautas. El Ministerio de Fomento yadas en la investigación. Emergieron también comenzó por establecer el Servicio Técnico de nuevos conceptos de dirección, administra- Hidrocarburos y la preparación de profesio- ción, supervisión y control del negocio. Comen- nales en universidades estadounidenses. Se zaron a tomar importancia las relaciones em- inició la implantación de normas y procedi- presa/empleado/empresa y a calificar el recur- mientos de fiscalización y control de las opera- so humano como el factor fundamental en la
- 24. 24 E l P o z o I l u s t r a d o continuidad y el progreso del negocio alrede- logrados durante seis décadas de actividades, dor del mundo. pero venida a menos en varios renglones muy En Venezuela, José María Vargas importantes: exploración, refinación, transpor- felicitó al gobierno nacional, 1839, por la pro- te marítimo, mantenimiento, investigación y mesa de que el asfalto, como riqueza natural, capacitación de personal en varios aspectos podría ofrecer al país. Manifestó que esa ri- del negocio. queza era más que la del oro o la plata. El El personal de la casa matriz y las tiempo le ha dado la razón. filiales hicieron tareas con una agilidad sor- Los pioneros de la Petrolia del Tá- prendente. En tres años, 1976-1978, se ocupa- chira, 1879-1934; los pioneros asfalteros en ron de la transición y consolidación de 14 fi- Guanoco, Capure, Pedernales e Inciarte 1889- liales para reagrupar mejor las operaciones y 1913; los pioneros petroleros del Zulia, Falcón, obtener mayor provecho de todos los recursos. Monagas, Delta Amacuro, Anzoátegui, Guárico Comenzaron las gestiones para garantizar la y Barinas, 1912-1975, echaron los cimientos de colocación diaria de los volúmenes de crudos la inmensa industria venezolana de los hidro- y productos en los mercados tradicionales y se carburos. promovió con éxito la contratación de volú- Precisamente, el Capítulo 13, Petró- menes adicionales de exportación con nuevos leos de Venezuela, recoge lo que ha hecho, clientes y la expansión del negocio en térmi- 1976-1996, la empresa nacional de hidrocarbu- nos generales. Se empezaron a dar respuestas ros durante veinte años. Al principio, 1973- a los programas de exploración y a los futuros 1975, cuando se discutía la proposición, de si aumentos de producción. Se programaron los la Nación debía o no asumir la administración nuevos patrones o dietas de refinación de directa del negocio petrolero hubo pros y con- crudos y la manufactura de productos y tam- tras. Existió en algunos sectores de la vida na- bién la construcción de nuevas instalaciones cional el temor de la falta de capacidad, expe- y/o modificaciones/ampliaciones de las exis- riencia y preparación del petrolero venezolano tentes. Todo lo cual requirió extensos planes para asumir semejante responsabilidad. La pro- de adiestramiento de personal. pia comunidad petrolera evaluó la situación, El traspaso del Instituto Venezolano hizo un balance de haberes y necesidades, in- de Petroquímica (IVP) a PDVSA, en 1978, sig- formó y colaboró con el gobierno y apareció nificó que sobre la marcha había que darle con en la televisión el petrolero venezolano en urgencia asistencia técnica para comenzar a bo- persona diciéndole al país: “Venezuela, cuen- rrar deudas acumuladas desde 1956. En 1978, las ta conmigo”. Los resultados dan fe de la pro- deudas sumaban Bs. 605 millones pero en 1983 mesa cumplida. Pequiven saldó sus compromisos y por primera No todo fue fácil. La larga lista de vez acusó ganancias netas de Bs. 27,4 millones. necesidades y acciones por emprender recibió Hoy, la industria petroquímica venezolana es atención inmediata. Muchas funciones y activi- un emporio de riquezas con enormes perspecti- dades requirieron prioridad, empezando por la vas. (Ver Capítulo 7, Petroquímica). estructura, organización y funcionamiento em- Cuando se observan detenidamente presarial de la casa matriz, creada el 30 de las compras de materiales, Tabla 13-3, 1976- agosto de 1975 para iniciar su liderazgo el 1° 1979; Tabla 13-5, 1980-1984, se intuye el des- de enero de 1976. PDVSA recibió una industria pliegue de actividades realizado por PDVSA y madura, de alcance y prestigio internacional sus filiales para fortalecer la capacidad com-
- 25. I n tr o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 25 petititiva total de la corporación. En este as- Propia o en participación, la producción fue de pecto, los estudios y proyectos realizados por 3.530.000 toneladas métricas. Intevep durante 1979-1980 fueron muy impor- En refinación, comenzó a producir tantes: sedimentología y geoquímica, genera- la planta BTX (benceno-tolueno-xileno) en la ción de vapor, tratamiento de crudos pesados/ Refinería de El Palito, estado Carabobo; con- extrapesados; evaluación de lubricantes, análi- cluyó la construcción de la planta de Propileno sis físico-químico de muestras de petróleo (pro- en el complejo petroquímico Zulia-El Tablazo, medio: 4.000 mensuales), extracción de meta- estado Zulia; inició operaciones la planta de les de los crudos, y otros para sustentar las ope- MTBE en el complejo petroquímico Jose, esta- raciones básicas de refinación. do Anzoátegui, y se rehabilitó la planta de Aci- El quinquenio 1980-1984 incluyó los do Fosfórico en el complejo petroquímico Mo- planes y programas de exploración/explota- rón, estado Carabobo. ción de la Faja del Orinoco, los cuales revela- Se definieron las bases y la aproba- ron el inmenso potencial de crudos pesados/ ción del Ejecutivo Nacional y del Congreso de extrapesados de esta zona. En esta área en par- la República para la utilización y comercializa- ticular, Materiales y Servicios Técnicos suplie- ción del gas natural licuado (GNL) en el orien- ron una extensa variedad de equipos, herra- te del país, costafuera de la península de Paria, mientas y materiales. También fue muy impor- estado Sucre. Se terminó el gasducto NURGAS, tante para otros planes y programas la evalua- nueva red de gas, de 545 kilómetros de longi- ción del sector manufacturero nacional; ver tud y capacidad de transporte de 18 millones Tabla 13-6. de metros cúbicos diarios de gas. Los logros de PDVSA y sus filiales PDVSA y sus filiales continuaron una en los primeros diez años de actuación fueron penetración sostenida de mercados durante muy significativos para el país en todos los 1990-1996. En Europa, en Estados Unidos y en órdenes. La corporación preparó sus planes y Curazao, en 1991, el total de la capacidad de programas para el tercer quinquenio, 1985- refinación de crudos llegó a 1.175.220 b/d y en 1989, los cuales incluyeron la expansión de la Venezuela a 1.182.000 b/d, lo cual demuestra la internacionalización de las operaciones me- capacidad de mercadeo de la corporación. diante convenios/arrendamientos/adquisiciones La dinámica petrolera venezolana ha en Alemania, Curazao, Estados Unidos y Sue- sido extraordinaria, en el país y en el extranje- cia para afianzar la posición de la corporación ro. Durante el trienio 1994-1995-1996, PDVSA y como factor mundial importante en materia de sus filiales participaron decididamente en el es- energía. cenario petrolero mundial, no obstante los alti- En los años 1990-1996 se consolida- bajos registrados en Venezuela y en el exterior. ron mucho más las realizaciones operativas de La apertura petrolera para la reactivación de vie- años anteriores y se emprendieron nuevos pla- jos campos fue un éxito; en 1995 esta reactiva- nes y proyectos en Venezuela y en el exterior ción aportó un potencial de 115.000 b/d de cru- para fortalecer más la posición de la corpora- dos al caudal de producción de PDVSA. Los ción. La capacidad de producción petroquími- acuerdos de asociación estratégica para el desa- ca mostró un fortalecimiento halagador. En rrollo y mejoramiento de crudos pesados/extra- 1990, Pequiven y las empresas mixtas asocia- pesados de la Faja del Orinoco, entre filiales de das produjeron 2.270.000 toneladas métricas y PDVSA y empresas extranjeras comenzaron a 1.018.000 toneladas métricas, respectivamente. marchar satisfactoriamente. Los programas de
- 26. 26 E l P o z o I l u s t r a d o apertura en exploración a riesgo y producción bladas en inglés o en español y a fuerza de de hidrocarburos, bajo la figura de ganancias señas. compartidas, aprobados por el Congreso Na- Surgió, entonces, como intérprete cional, fueron un éxito, que motivó a las empre- salvador el caribeño de habla inglesa, emplea- sas extranjeras a elogiar el protocolo, la organi- do de las petroleras. Por una parte, este per- zación, el desarrollo y la puntualidad durante sonaje no conocía el idioma técnico petrolero todo el proceso de la licitación. De 88 empresas en inglés y, por la otra, tampoco dominaba el participantes, 75 satisficieron las condiciones téc- vocabulario técnico en español para traducir nicas y financieras establecidas por PDVSA. Ver correctamente de una a otra lengua. Comenzó tablas 13-12 y 13-13. entonces a generarse y a difundirse el Span- Todas las gestiones de PDVSA y sus glish petrolero venezolano: guaya por wire, filiales durante 1976-1996 han sido fructíferas cable; guaya fina por wireline, alambre; para Venezuela. En 1996, la producción de cru- guachimán por watchman, vigilante; repor- dos y bitumen del país llegó a 2.975.000 b/d y te por report for work, empleo; tipear por las reservas probadas a 72.667 millones de ba- typing, mecanografiar; reporte por report, rriles, cifra que coloca a Venezuela en el sexto informe o noticia; perrol por payroll, lista de lugar entre los países del mundo con más re- pago o nómina; quesin por casing, revesti- servas de petróleo. Todo lo descrito en estas dor; completar el pozo por completing the páginas demuestra que PDVSA y sus empresas well, terminar el pozo; tulpusio por tool- están preparadas para actuar con buen pie en pusher, sobrestante de perforación; barro el siglo XXI. por mud, fluido de perforación; mecha por bit, barrena de perforación; hueco por hole, El léxico petrolero hoyo; cochino por pig, limpiador/raspador/ Por varias razones de uso y costum- calibrador; ofis boy por office boy, mensa- bre, no se puede concluir esta introducción sin jero. Y muchísimos más. hacer algunas observaciones sobre el léxico Todavía hoy padecemos del Splan- petrolero, para beneficio del personal de la in- glish mal utilizado que sigue anarquizando la dustria y para el lector fuera de ella. evolución del léxico petrolero venezolano. A Los comienzos y el auge petrolero propósito, la industria cuenta con buenos es- que se produjeron en el país en los años 1910- fuerzos de publicaciones de nomenclatura pe- 1925 intensificaron los contactos y relaciones trolera en castellano, editados por Intevep, el entre los petroleros venidos mayoritariamente antiguo CEPET y ahora CIED1. del Reino Unido, Estados Unidos y Canadá y el En esta edición, como en las ante- venezolano, en general, particularmente el crio- riores, hemos usado lo que consideramos el llo empleado por las petroleras y empresas de lenguaje técnico correcto. Estimamos que con servicios. Los exploradores petroleros recién la debida voluntad y conocimientos apropia- llegados generalmente no conocían el idioma dos no hay porqué incurrir en la tergiversación del país pero aspiraban a que se les entendie- de voces en uno u otro idioma. ra, aunque fuera por señas. Eran también muy El lector notará que consistentemen- pocos los venezolanos que conocían el inglés, te se ha escrito gasducto, Capítulo 8, Trans- específicamente el léxico petrolero, y también porte, II Gasductos, en vez de gasoducto, co- pretendían hacerse entender por señas. Uno y mo aparece en la página 1027 del Diccionario otro se entendían, mediante palabras mal ha- de la Lengua Española, Real Academia Española,
- 27. I n tr o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 27 Vigésima Primera Edición, 1994, y cuya defini- Finalmente, mis deseos son que cada ción sigue: lector diga que la obra le ha sido útil en una u otra forma para apreciar el alcance y la impor- (De gas y el lat. ductus conducción.) m. tancia de la industria venezolana de los hidro- Tubería de grueso calibre y gran longi- carburos y lo que ésta significa para nuestro país. tud para conducir a distancia gas com- bustible, procedente por lo general de Efraín E. Barberii emanaciones naturales. Caracas, febrero de 1998 La misma edición DRAE, página 36, Reconocimientos define: acueducto (Del lat. aquaeduc- tus). Conducto artificial por donde va el Al finalizar la preparación del texto agua a lugar determinado. Llámase es- para esta cuarta edición de El Pozo Ilustrado, pecialmente así el que tiene por objeto recuerdo las tres ediciones anteriores. La publi- abastecer de aguas a una población. cación fue muy bien recibida por el estudian- tado. Ha transcurrido más de una década des- Por tanto, gasducto es aceptable y de el último tiraje pero todavía el público ex- no ofende. De nuestras experiencias de cam- presa interés por la obra, lo cual me enorgu- po, recordamos que el venezolano en tareas llece como autor y como petrolero. El éxito de de producción y transporte siempre decía gas- El Pozo Ilustrado se debe a la colaboración y ducto. Además, gaso-lina, gasó-leo, gaso-il, al estímulo que recibí del personal de los tienen antepuesta la partícula gaso y se puede diferentes departamentos de Lagoven S.A. para intuir que en vez de gas natural la tubería cumplir mi tarea. transporta gasolina, gasóleo o gasoil. Cuando En Relaciones Públicas (hoy Asun- decimos oleoducto, nos referimos al trans- tos Públicos): Gabriel Paoli, Luis Moreno Gó- porte de petróleo (crudo) por tubería. Igual, mez, Omar Vera López († 1985), Jesús Gómez cuando escribimos poliducto, nos referimos al Carpio († 1997), Gilberto Velarde, Fernando transporte simultáneo de varios tipos de hidro- Delgado, Freddy Muziotti, José Gouveia, Bere- carburos, debidamente espaciados dentro de la nice Gómez Tolosa, Marianne Marrero, Nohemí tubería para evitar mezclas entre ellos. Rodríguez, Tiberio Nava, Federico J. Ledezma, En el prólogo de la obra, página II, Carmen de León, Blanca Aguilar y Anny Alves, Gramática de la Lengua Castellana, de don quienes de una u otra manera, siempre estu- Andrés Bello y don Rufino J. Cuervo, Ediciones vieron dispuestos a brindarme sus aportes para Anaconda, marzo de 1943, Buenos Aires, se lee: producir los textos. En Diagramación: Raúl Mella, Os- “En España, como en otros países de waldo Gavidia, Manuel Fernández y Julio Cas- Europa, una admiración excesiva a la tillo, pacientemente, una y otra vez, pusieron a lengua y literatura de los romanos dio prueba su determinación por lograr una dia- un tipo latino a casi todas las produc- gramación atractiva, tanto para los fascículos y ciones del ingenio”. el formato en libro. 1. Glosarios Intevep: Procesos Térmicos de Extracción de Petróleo (Inglés/Español/Inglés), Julieta Sánchez Chapellín, 1987; Procesos de Refinación y Petroquímica, I y II, 1990, María Eugenia Franceschi y Mercedes Robles. Léxico de la Industria Venezolana de los Hidrocarburos, Efraín E. Barberii y Mercedes Robles, CEPET, 1994. En preparación (1997) en Intevep: Terminología de la Estratigrafía en la IPPCN y Biodegradación de Crudos, ambos por Tamara Montero.
- 28. 28 E l P o z o I l u s t r a d o En Geología: Orlando Méndez, Her- mencionaron la nueva Ley de Hidrocarburos nán J. León, Carlos E. Key, Ludovico R. Ni- de 1943 y la terminación de la Segunda Gue- cklas, Marianto Castro Mora, Virgil Winkler y rra Mundial, 1939-1945, hechos que impulsa- Claus Graf Hubner comentaron e hicieron mag- ron la construcción de grandes refinerías en el níficas sugerencias sobre las Ciencias de la Tie- país, lo cual promovió el consumo interno de rra aplicadas a las tareas de exploración, per- productos. foración y producción e indicaron la utiliza- En Mercadeo Internacional: Juan ción de ciertas ilustraciones. Carlos Gómez y Vicente Llatas leyeron el texto En Producción: César Camacho, y las cifras sobre las exportaciones de crudos/ Alcides Marcano, Buenaventura Chávez, Dou- productos venezolanos e hicieron magníficas glas Parra, León Mandel, Marden Vásquez, sugerencias sobre las ilustraciones que debían Mauricio Tedeschi y Joaquín Tredinick revisa- incluirse. ron cifras de producción, comentaron sobre las En Recursos Humanos: Gustavo diferentes maneras de terminar un pozo, prác- Quintini y José Enrique Ramírez explicaron los ticas y normas de producción y manejo del lineamientos que se estaban desarrollando en yacimiento. las relaciones empresa/empleado/empresa y En Planificación: Oscar Mazzei y cómo se proyectaba la expansión de las activi- José M. Benzo contribuyeron con valiosísima dades de la empresa y los recursos humanos información y explicaciones sobre la planifi- necesarios para el futuro. cación de las metas y actividades de la empre- En Infraestructura y Desarrollo: sa vis-a-vis las expectativas de los negocios. César Quintini explicó los factores que deter- En Coordinación y Suministro: minaban la infraestructura y el desarrollo de la Gonzalo Castillo, Rusell Nelson, William Glen- empresa para desenvolverse en los años por dening B. († 1983), Anita Vivanco y Eduardo venir. Castro contribuyeron al resumen de las impor- En la Biblioteca Técnica: María D. tantísimas actividades requeridas diariamente de Prats, Gisela Hidalgo, Silvia Irureta y Felicia para despachar y/o recibir ingentes volúmenes Guevara fueron siempre muy atentas y dili- de crudos y/o productos. gentes en la búsqueda de referencias y/o ma- En Refinación: Humberto Vidal nos terial ilustrativo solicitados. ilustró acerca de las disciplinas científicas y Además, en aquella oportunidad, tecnológicas que se aplican en las actividades para escribir el Fascículo 10, “La Gente del Pe- de refinación y procesamiento de crudos y la tróleo”, conté con la ayuda y reminiscencias de manufactura de productos; leyó el capítulo y Luis Serrano, sobre la creación de la Escuela formuló importantes observaciones. de Ingeniería de Petróleos de la Universidad En Petroquímica: Raúl Labrador, de Oriente. Sobre la Escuela de Ingeniería de Aldo Coruzzi y Marcia Rodríguez, todos de Pe- Petróleos de la Universidad Central me ilustra- quiven, colaboraron en revisar y sugerir cam- ron Santiago Vera Izquierdo, José Martorano y bios/adiciones al texto del capítulo, lo cual re- Humberto Peñaloza. Abel Monsalve Casado sultó en mayor cobertura de la empresa y su mencionó las experiencias del primer grupo franca recuperación económica. formado por él y otros cinco ingenieros civiles En Mercadeo Nacional: Carlos J. venezolanos, que en 1930 fueron enviados a Ramírez, Edgar Conde, José A. Fernández, Luis Estados Unidos por el Ministerio de Fomento a E. Alemán, Raúl Palumbo y Raúl Miquilarena especializarse en técnicas petroleras. Monsalve
- 29. I n tr o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 29 y Martorano me informaron sobre la organiza- encargarme la grata responsabilidad de pre- ción e inicio, 1930, de la Oficina Técnica de parar esta nueva edición. A Luis E. Giusti, pre- Hidrocarburos y sus respectivas jurisdicciones sidente de Petróleos de Venezuela S.A., mi agra- y nombres de funcionarios. decimiento por honrarme con prologar esta Las relaciones que tuve con todas obra y expresarse tan afectuosamente acerca de las personas mencionadas me enseñaron mu- mi persona y mi trayectoria profesional. cho. La experiencia fue tan valiosa que me ha Al CIDI, en las personas de Rosario servido y animado durante la preparación de Pérez, Zoraida Rodríguez y Julieta Sánchez los textos para esta cuarta edición. El recuerdo Chapellín, por la búsqueda y obtención de que hoy hago de sus aportes es manifiesta material referencial solicitado. A Mercedes Ro- expresión de mi reiterado agradecimiento para bles, por sus atinadas observaciones sobre re- todos ellos. dacción y estilo. A Asuntos Públicos de Petró- Para ahondar en los adelantos técni- leos de Venezuela y sus filiales por los aportes cos y operacionales de la industria en estos úl- de material ilustrativo. Al personal de Cali- timos tres quinquenios, las siguientes publica- graphy Editores C.A. y especialmente a Bere- ciones son fuentes valiosísimas de información: nice Gómez Tolosa, conocedora del contenido Oil and Gas Journal, World Oil, Petroleum original de los fascículos y coordinadora edito- Engineer, Journal of Petroleum Technology, rial de las primeras tres ediciones y ahora de American Association of Petroleum Geologists esta cuarta a la que ha puesto singular esmero, Bulletin, American Institute of Mining, Metallur- muy especialmente en la preparación de los gical and Petroleum Engineers (A.I.M.E. Trans- índices. actions), y las publicaciones venezolanas Me- A Varathorn Bookaman y Coromoto ne, Petroleum, Zumaque, Petróleo y otros Da- De Abreu, de la Gerencia de Diseño y Certifi- tos Estadísticos (PODE, Ministerio de Energía y cación del CIED, mis expresiones de reconoci- Minas), Informe Anual de Petróleos de Vene- miento por el magnífico montaje de la obra en zuela S.A. y los de sus empresas filiales, y los CD-ROM. servicios del Centro de Información y Docu- Finalmente, a mi secretaria Lucy Car- mentación Integral (CIDI) del CIED. dona de Rivas, gracias por tanta paciencia y En esta oportunidad deseo extender por su experiencia y eficaz colaboración du- mi reconocimiento a la Junta Directiva del rante la transcripción, revisión y copias, una y Centro Internacional de Educación y Desarro- otra vez, de todo el texto. llo (CIED), en las personas de su presidente Fernando Puig R. y sus directores Luis Cedeño, Efraín E. Barberii Valdis Millers, Nelson Ríos y Armando Izquier- do, como también a Lombardo Paredes, ex Caracas, febrero de 1998 presidente, y Enrique Vásquez, ex director, por
- 30. Sin autores nohay libros, sin libros no hay ciencias, sin amor propio nadie escribe, aunque mucho se haya escrito siempre hay algo sobre qué escribir. Simón Rodríguez (tomado del prólogo de su obra Sociedades Americanas, 1a edición, 1834)
- 32. Capítulo 1 ¿Qué esel Petróleo?
- 33. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 33 Indice Página Introducción 35 I. Origen 36 • Teorías inorgánicas 36 La teoría del carburo 36 La teoría a base de carbonato de calcio, sulfato de calcio y agua caliente 36 • Teorías orgánicas 36 La teoría vegetal 37 La teoría del carbón 37 • Información de campo 38 Las huellas del pasado 38 Generación del petróleo en la naturaleza 38 II. Composición Química del Petróleo 40 • Maravillosas combinaciones de carbono e hidrógeno 41 • Características físicas y químicas del petróleo 42 Color 42 Olor 42 Densidad 42 Sabor 44 Indice de refracción 44 Coeficiente de expansión 44 Punto de ebullición 44 Punto de congelación 44 Punto de deflagración 44 Punto de quema 44 Poder calorífico 44 Calor específico 44 Calor latente de vaporización 44 Viscosidad 44 Viscosidad relativa 45 Viscosidad cinemática 45 Viscosidad Universal Saybolt 45
- 34. 34 E l P o z o I l u s t r a d o III. Rendimiento de los Crudos 45 • Los crudos venezolanos, Tabla 1-2 49 Referencias Bibliográficas 50
- 35. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 35 Introducción Desde el principio, las emanaciones de hidrocarburos se designaron con nombres La etimología de la palabra petróleo, del idioma vernáculo donde aparecían. La petro=roca y oleum=aceite, gramaticalmente Sagrada Biblia contiene referencias al petróleo significa aceite de roca. Si este aceite se anali- en su forma más cruda y se le menciona como za para verificar su constitución química-orgá- brea, asfalto o aceite de piedra. Ejemplos Gé- nica, por contener el elemento carbono (C) en nesis: VI-14, XI-3, XIV-10; Job: XXIX-6; Deu- sus moléculas, se encontrará una extensa va- teronomio: XXXII-13:13; 2; Macabeo I (19-22). riedad de compuestos formados con el hidró- Muchas emanaciones fueron o son todavía ex- geno (H) denominados hidrocarburos. Los tensas. En las riberas del mar Muerto eran tan hidrocarburos son gaseosos, líquidos, semisóli- abundantes que los romanos lo designaron dos y sólidos, como aparecen en sitios de la Lacus Asfaltitus. Bien conocidos son los de- superficie terrestre, o gaseosos y líquidos en pósitos de asfalto ubicados en la isla de Tri- las formaciones geológicas en el subsuelo. nidad y el lago venezolano de asfalto de Gua- noco, en el estado Sucre. A las emanaciones petrolíferas las llamaron los egipcios mumiya (árabe), es decir, betún para embalsamar. Los persas le decían mum, lo que identificó a la palabra momia con el asfalto o betún. Los indios precolombinos mexica- nos las llamaban chapapoteras, y de allí cha- papote para nombrar el petróleo. Los colonos de los hoy Estados Unidos las denominaron seepages. Los incas copey. Aquí en Vene- zuela, mene, que dio origen posteriormente a Fig. 1-1A. La presencia de burbujas de gas y la iridiscencia y flui- nombres de campos petroleros como Mene dez del petróleo indican que el mene está activo. Desde las en- trañas de la Tierra, por fisuras, grietas y fallas de las formaciones, Grande, en el estado Zulia, y Mene Mauroa, los hidrocarburos llegan a la superficie. en el estado Falcón. Puede decirse que, en mayor o menor escala, en muy variados sitios de la Tierra existen emanaciones o rezumaderos que atrajeron la atención de los exploradores en gas busca de posibles acumulaciones petrolíferas petróleo comerciales. agua agua Los recientes adelantos científicos y tecnológicos empleados en exploraciones cos- tafuera han permitido detectar emanaciones petrolíferas en el fondo de los mares. Tal es el caso de hallazgos hechos frente a las costas de Fig. 1-1B. Mediante las actividades de exploración y per- California en el océano Pacífico y en las de foración la industria petrolera estudia la corteza terrestre y el subsuelo para buscar, ubicar, cuantificar y producir yacimien- Louisiana y Texas en el golfo de México. tos de gas y/o petróleo con fines comerciales.
- 36. 36 E l P o z o I l u s t r a d o y/o animales. Entre estas teorías se mencionan como principales: La teoría del carburo Se fundamentó en experimentos de laboratorio mediante los cuales carburos de calcio, hierro y varios otros elementos en la presencia del agua producían hidrocarburos. Se presumía que la existencia sub- terránea de grandes cantidades de calcio, hie- rro, aluminio y otros elementos producirían carburos a grandes profundidades al entrar en contacto con el agua caliente, y que a través de las grietas de la tierra los compuestos de hidro- Fig. 1-2. Es de presumirse que nuestros indios aprovecharon las carburos así formados llegaban a la superficie emanaciones petrolíferas (menes) para utilizar el petróleo, la en forma de gas y/o líquido. brea, betún o asfalto en diferentes actividades de su vida coti- Esta teoría tuvo, o tiene, sus más diana. Probablemente, el gran almirante Cristóbal Colón se per- cató de la existencia de los rezumaderos de petróleo durante su acendrados defensores entre los químicos pero recorrido, agosto de 1498, por las costas del golfo de Paria y el no es aceptada por la gran mayoría de los delta del Orinoco. geólogos. I. Origen La teoría a base de carbonato de calcio, sulfato de calcio y agua caliente Desde los comienzos de la explota- Algunos investigadores propusieron ción del petróleo (1859) como negocio interna- esta teoría apoyados en la idea de que los dos cional integrado, los geólogos, químicos e inge- compuestos Ca CO3 y Ca SO4 . 2 (H2O), de nieros han dedicado tiempo a estudiar e inves- gran abundancia y asociación en la naturaleza, tigar los elementos y procesos responsables del eran capaces de producir los constituyentes del origen, constitución, características, peculiari- petróleo en la presencia de agua caliente. Por dades de desplazamiento, acumulación y en- medio de esta teoría no se pudo explicar con- trampamiento de los hidrocarburos en las cuen- vincentemente el proceso químico propuesto. cas sedimentarias. Durante casi catorce décadas de estudios científicos, técnicos y de campo se ha acumulado una valiosa y extensa informa- Teorías orgánicas Las teorías orgánicas se basan en la ción sobre las teorías y diferentes aspectos del participación de residuos vegetales o de ani- origen del petróleo. Los esfuerzos continúan en males en el proceso químico bacteriano o de pos de esta interminable tarea que cada día descomposición. anima más el espíritu del investigador. Hay científicos que proponen que la formación del petróleo es de origen animal y Teorías inorgánicas otros que su origen es vegetal. Sin embargo, se Según estas teorías, el petróleo se ha concluido que puede ser uno u otro o forma por reacciones netamente químicas, es quizás los dos combinados. decir, sin la intervención de agentes vegetales
- 37. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 37 En síntesis, las teorías orgánicas con- También han sido consideradas las tienen las siguientes argumentaciones: plantas diatomeas como fuente del origen y formación del petróleo. Estas son algas unice- La teoría vegetal lulares que viven en el mar, en agua dulce o Bajo esta clasificación aparecen va- en tierra húmeda en cantidades asombrosas. rias fuentes que se indican como contribuyen- Su abundante presencia en muchos estratos lu- tes a la formación del petróleo. La inmensa títicos bituminosos de las edades geológicas abundancia de algas y otras plantas marinas en sugiere que estos organismos microscópicos la costas, mares y océanos representa suficien- tienen parte en el origen del petróleo. te material para formar petróleo si se procesan adecuadamente. La teoría del carbón Además, partiendo de la formación Por experimentos de laboratorio se del carbón, se ha concebido que las plantas ha determinado que por destilación de tipos terrestres son tan abundantes en las bahías de carbón lignítico y bituminoso se obtienen cerradas, lagunas y pantanos, que tienen todos hidrocarburos equivalentes a los componentes los ingredientes para transformarse en petró- del petróleo. De estos experimentos se ha for- leo, bajo condiciones adecuadas de deposición mulado la idea de que resultados similares se y enterramiento de sus restos, a presión y tem- obtienen en la naturaleza cuando grandes vo- peratura durante el tiempo geológico necesa- lúmenes de carbón son sometidos a presiones rio. Aunque la mayoría de los depósitos petro- y temperaturas adecuadas. líferos se encuentran en estratos marinos, tam- Esta teoría tiene un buen grado de bién hay depósitos que se forman en sedimen- validez si se considera que en muchos campos tos acumulados en aguas salobres. petrolíferos del mundo existen estratos de car- Fig. 1-3. De los estudios e investigaciones sobre el origen de los hidrocarburos se derivaron las teorías inorgánicas y orgánicas. La descomposición y la transformación de restos de vida animal y vegetal, depositados y enterrados durante los tiempos geológi- cos milenarios, bajo la acción de la sedimentación y compactación de los estratos, sometidos además a presión y temperatura en el subsuelo, a determinadas profundidades, son todos factores que contribuyeron a la generación del gas natural y/o petróleo (hidrocarburos).
- 38. 38 E l P o z o I l u s t r a d o bón. Sin embargo, nada tajante puede estable- cerse de estas observaciones. Información de campo En la búsqueda de los ingredientes y condiciones que contribuyen al origen y for- mación del petróleo, son muy reveladores los estudios e información que, a través de los años, los estudiosos de la materia han obte- nido de las muestras de ripio o núcleos de los Fig. 1-4. La presencia de mantos de carbón en la columna geo- lógica sirve de referencia para las correlaciones entre pozos, estratos geológicos penetrados durante la per- entre áreas y posiblemente mayores extensiones. La muestra foración, de las lutitas o arenas petrolíferas a fue extraída de la formación Marcelina (Eoceno-Paleoceno), a cielo abierto, o de los afloramientos de estratos la profundidad de 3.262 metros, distrito Perijá, estado Zulia, pozo Alturitas-10. en muchas partes del mundo. En primer término, se ha concluido evolución cronológica de la historia geológica que la descomposición de la materia animal de la Tierra. Por tanto, es una materia esencial y/o vegetal, depositada y enterrada en los para descifrar la evolución de la vida ani- estratos geológicos, sufre alteraciones por la mal/vegetal en las cuencas sedimentarias e acción de bacterias, de la presión y de la interpretar las circunstancias y episodios temperatura. geológicos conducentes a la presencia o falta El material grasoso y ceroso (keró- de acumulaciones petrolíferas. geno) que se deriva de la descomposición de plantas y animales puede ser fuente de la ge- Generación del petróleo en la naturaleza neración de acumulaciones petrolíferas en los El famoso geólogo e investigador estratos sedimentarios. Estratos de lutita, ricos estadounidense Parker Davies Trask ofrece un en kerógeno, se encuentran en muchas partes interesante ejercicio numérico acerca de la ge- del mundo. Este aspecto apunta que las lutitas neración del petróleo en las formaciones geo- ciertamente pueden ser fuente principal del lógicas, tomando como base datos de labora- origen de la formación del petróleo. torio acerca del contenido del material orgáni- Generalmente, todas las rocas de las co en lutitas (para este ejemplo se usan unida- formaciones de los campos petroleros con- des métricas). Si una lutita contiene 2 % de ma- tienen fósiles. Estudios de microscopía de es- teria orgánica y 5 % de esa materia, se trans- tas rocas señalan una gran abundancia de forma en petróleo; entonces el porcentaje con- plancton, es decir, animales y plantas que flo- vertido es igual a: 0,02 x 0,05 = 0,001 o una mi- tan o nadan en el mar. lésima parte (1/1.000). Si se considera un bloque de sedi- Las huellas del pasado mentos de una hectárea de extensión y un me- Entre las ramas del saber con que tro de espesor, el volumen es de 10.000 m3 de cuentan los petroleros dedicados a las Ciencias sedimentos. de la Tierra, la Paleontología cubre el estudio Si la densidad de estos sedimentos de los restos fósiles de animales y plantas y es de 2,1 entonces el peso del bloque será: enseña acerca de la vida pasada durante los períodos geológicos y, por ende, sobre la 10.000 x 2,1 x 1.000 = 21.000.000 kilos
- 39. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 39 Pero como el peso del bloque está Es muy importante la expresión in representado por 1/1.000 partes de petróleo, situ (en sitio) porque no todo el volumen de entonces el bloque tiene 21.000 kilos de pe- hidrocarburos contenido en la formación o ya- tróleo. cimiento puede ser producido. El volumen ex- Si ese petróleo (por ejemplo, tipo traíble dependerá de otros factores, tales co- Boscán) pesa 0,86 kilos por litro, equivalente a mo: la porosidad, que expresa porcentualmen- un petróleo de 11,4 °API, entonces el bloque te el volumen del espacio disponible para al- contiene: macenar hidrocarburos; el porcentaje de satu- ración de petróleo (también de gas y agua) 21.000 existente en el yacimiento; la presión original _______ = 24.418,6 litros (24,4186 m3) 0,86 Extendiendo este ejemplo a mayo- res dimensiones, como si fuese una concesión Fig. 1-5. Los cortes en las carre- teras (A) son buenos sitios para observar la inclinación y el rum- bo de los estratos que forma la corteza terrestre, como también afloramientos y discontinuidad Fig. 1-6. La presencia o impresiones de fósiles en las muestras de las formaciones (B). de las rocas sirven para tener idea del ambiente geológico co- rrespondiente y de la edad de las formaciones. (A) represen- ta una ammonoidea muy abundante en el Paleozoico Supe- rior, menos abundante en el Jurásico y se extinguió al final del Cretáceo. (B) los peces aparecieron en el período Devoniano que duró 350 millones de años durante la era del Paleozoico. por la que existe interés comercial, y sea el ca- so de un área de 10.000 hectáreas y 100 me- tros de espesor, entonces el volumen de pe- tróleo contenido in situ es muy apreciable. 10.000 x 100 x 24,4186 = 24.418.600 m3 (153.585.000 barriles)
- 40. 40 E l P o z o I l u s t r a d o en el yacimiento y la presión de burbujeo del En las emanaciones o menes, de- gas disuelto en el petróleo; los contactos gas bido al enfriamiento, al contacto con el aire, a natural-petróleo-agua en el yacimiento; la per- la acción del sol y de las aguas, los hidrocar- meabilidad de la roca, con respecto al gas, pe- buros más livianos se evaporan paulatinamen- tróleo y agua; las relaciones de producción te y el petróleo se torna semisólido o sólido, gas/petróleo, petróleo/agua; las características según la severidad de la acción de los elemen- y propiedades del gas natural y del petróleo tos del ambiente. producibles; la evolución del tipo de empuje Estas combinaciones de carbono e natural de extracción o mecanismo inducido hidrógeno en su forma natural (petróleo, pe- que impele a los hidrocarburos en el yacimien- tróleo crudo, o crudos) son sometidas a proce- to a fluir hacia el pozo y hacia la superficie sos de transformación (refinación) que rinden (empuje por gas natural, por gas disuelto, por centenares de derivados (productos). agua, o por gravedad o por combinación de Una extensa gama de estos produc- éstos) o por bombeo mecánico o inyección de tos tiene un alto contenido de hidrógeno y son fluidos; proyección del comportamiento del líquidos a temperaturas ambientales y también yacimiento durante las etapas primaria, secun- son susceptibles a la vaporización. Ciertos pro- daria y terciaria de producción respecto a las ductos, mezclados con aire, forman carbu- perspectivas económicas (ingresos netos) y rantes (ejemplo: las gasolinas para el parque comercialización de las reservas probadas de automotor) cuyo poder calorífico promedio es hidrocarburos en el yacimiento. de 10.555 kilocalorías/kilo (19.000 BTU/libra). El alto poder calorífico de los carbu- II. Composición Química del Petróleo rantes se debe al hidrógeno, cuyo poder es de 28.886 kilocalorías/kilo (52.000 BTU/libra), por Genéricamente hablando, la palabra una parte, y por la otra al carbono cuyo poder petróleo se emplea para designar cada uno de calorífico de combustión es de 8.055 kilocalo- los compuestos químicos líquidos resultantes rías/kilo (14.000 BTU/libra). de la combinación del carbono (C) con el hi- Es muy interesante, física-química- drógeno (H), Tabla 1-1. mente hablando, cómo estos dos elementos, En la industria petrolera, la palabra uno gas y el otro sólido, se combinan en la hidrocarburos abarca estos compuestos en naturaleza para formar tan extensa variedad de sus cuatro estados: gaseoso, líquido, semisóli- do y sólido. En la naturaleza hay acumulaciones que son puro gas. El gas puede ser seco o hú- medo, según la impregnación de hidrocarbu- ros líquidos que contenga. En estado líquido se presentan los petróleos livianos, medianos y pesados. Sin embargo, algunos petróleos pesa- dos y extrapesados son líquidos o semilíquidos en el yacimiento, debido a la temperatura. Es- tos petróleos tienden a ser semisólidos, o sea de muy poca fluidez o alta viscosidad en la Fig. 1-7. Los núcleos extraídos de las formaciones revelan ca- racterísticas de la composición de las rocas y del petróleo den- superficie. tro de sus poros.
- 41. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 41 hidrocarburos. Además, aparte de los elemen- halagadores que sus clientes desplegaron los tos radiactivos, estos dos tienen más poder mejores esfuerzos para convertirse en los ini- calorífico individual de combustión directa que ciadores de lo que es hoy la industria petrolera. el resto de los elementos. Aquí en Venezuela, como dato inte- Si se quisiera utilizar el hidrógeno resante, la Secretaría de Estado del Despacho solo como carburante para aprovechar su alto de Hacienda y Relaciones Exteriores envió al poder calorífico de combustión (por ejemplo, doctor José María Vargas, el 17 de septiembre en un automóvil), la intención se frustraría por de 1839, una muestra de asfalto de Pedernales, lo siguiente: el tanque o la bolsa requerida pa- Cantón del Bajo Orinoco, para que la exami- ra depositar el hidrógeno equivalente a un litro nase. El 3 de octubre de 1839, el doctor Vargas de gasolina sería casi la tercera parte del tama- contestó a dicha solicitud explicando las apa- ño del carro. El hidrógeno puede ser compri- riencias y características físicas de la muestra y mido pero se necesita un cilindro (tanque) los usos de la materia en la conservación de muy fuerte, cuya construcción requeriría, apro- maderas, preparación de barnices, como ce- ximadamente, 275 kilos de acero por cada kilo mento impermeable en la construcción y otras de hidrógeno. aplicaciones. El doctor Vargas se manifestó Si se quisiera utilizar el carbono solo muy halagado por lo que el asfalto como rique- como combustible en una máquina de com- za podría representar para el país y urgió al bustión interna, también habría obstáculos: es gobierno a cerciorarse de las modalidades de sólido y no puede ser vaporizado apreciable- su aparición, estado, extensión y otros detalles. mente sino a temperaturas por encima de Consideró que se trataba de una riqueza que 3.482 °C (6.300 °F). con creces sobrepasaba muchas otras del país. Notará el lector el uso del Sistema De esa fecha acá, en universidades, Métrico y el Sistema Angloamericano. Esto se en laboratorios privados y en la industria se ha debe a que, por razones obvias, internacional- proseguido con la investigación y el análisis mente la industria petrolera maneja ambos sis- científico y tecnológico aplicado de las miles temas, según las exigencias. Además, la fuente de combinaciones maravillosas que se produ- preponderante de publicaciones petroleras la cen por estos dos elementos en la constitución constituye los Estados Unidos de América. de los hidrocarburos. Muchos investigadores y autores estiman que más de 3.000 compuestos Maravillosas combinaciones de carbono e del carbono y el hidrógeno pueden existir en hidrógeno el petróleo. Por tanto, la química petrolera to- Antes de que se hicieran los primeros davía representa un extenso campo de estudio intentos (1859) por establecer formalmente la e investigación. industria petrolera, promotores estadounidenses La Tabla 1-1 muestra los hidrocarbu- solicitaron al profesor Benjamin Silliman hijo, ros individuales de mayor ocurrencia en los di- del Colegio Yale, que hiciese (1855) el primer ferentes tipos de petróleos, cubiertos por esas análisis de destilación de petróleo crudo para seis series. Sin embargo, en las otras doce se- apreciar las posibilidades comerciales y pers- ries no esquematizadas (CnH2n-8; CnH2n-10; pectivas de utilización de los derivados. CnH2n-12 hasta CnH2n-32) algunos hidrocarbu- Los resultados, observaciones y reco- ros individuales aparecen rarísimas veces y eso mendaciones del profesor Silliman fueron tan en muy pequeñas cantidades.
- 42. 42 E l P o z o I l u s t r a d o Características físicas y químicas condensado llega a tener un color blanque- del petróleo cino, lechoso y a veces se usa en el campo co- Todos los petróleos: livianos, media- mo gasolina cruda. nos, pesados y extrapesados, generalmente lla- mados crudos en la jerga diaria petrolera, tienen Olor características y propiedades físicas y químicas El olor de los crudos es aromático que a la vista sirven para distinguir y apreciar como el de la gasolina, del querosén u otros de- unos de otros. Otras características tienen que rivados. Si el crudo contiene azufre tiene un ser determinadas por análisis de laboratorio. olor fuerte y hasta repugnante, como huevo po- drido. Si contiene sulfuro de hidrógeno, los va- Color pores son irritantes, tóxicos y hasta mortíferos. Generalmente se piensa que todos Para atestiguar la buena o rancia ca- los crudos son de color negro, lo cual ha dado lidad de los crudos es común en la industria origen a cierta sinonimia y calificativos: “oro designarlos como dulces o agrios. Esta clasifi- negro”, “más negro que petróleo crudo”. Sin cación tiene un significado determinante entre embargo, por transmisión de la luz, los crudos petroleros vendedores y compradores de cru- pueden tener color amarillo pálido, tonos de dos porque inmediatamente enfoca ciertas ca- rojo y marrón hasta llegar a negro. Por refle- racterísticas fundamentales del tipo de petró- xión de la luz pueden aparecer verdes, amari- leo objeto de posible negociación. llos con tonos de azul, rojo, marrón o negro. Los crudos pesados y extrapesados son negros Densidad casi en su totalidad. Crudos con altísimo con- Los crudos pueden pesar menos que tenido de cera son livianos y de color amarillo; el agua (livianos y medianos) o tanto o más que por la noche al bajar bastante la temperatura el agua (pesados y extrapesados). De allí que la tienden a solidificarse notablemente y durante densidad pueda tener un valor de 0,75 a 1,1. el día, cuando arrecia el sol, muestran cierto Estos dos rangos equivalen a 57,2 y -3 °API. hervor en el tanque. El crudo más liviano o La densidad, la gravedad específica o los grados API (API es la abreviatura de American Petroleum Institute) denotan la relación correspondiente de peso específico y de fluidez de los crudos con respecto al agua. La industria petrolera internacional adoptó ha- ce ya más de setenta años la fórmula elabora- da por el API el 4 de mayo de 1922, la cual consiste en la modificación de las dos fórmu- las que llevan el nombre del químico francés El doctor José María Vargas, médico, nació en La Guaira el 10 de marzo de 1786. Científico, catedrático, escritor. Rector de la Universidad Central de Venezuela, 1827-1830. Presidente de la República, 1835-1836, pero renunció irrevocablemente. Luego se dedicó exclusivamente a la educación. Viajó a Estados Unidos en 1853, y murió en Nueva York el 13 de junio de 1854. Sus restos fueron traídos al Panteón Nacional en 1877.
- 43. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 43 Antoine Baumé (†1804), usadas para comparar Los líquidos condensados son pro- la densidad de líquidos más livianos o más pe- ducto de condensación de un vapor o del gas sados que el agua. Las dos fórmulas Baumé son: natural. En el yacimiento la substancia puede existir en estado gaseoso y su gravedad puede 140 ser bastante alta. Al respecto, la definición con- Gravedad específica = _________ junta de los ministerios de Hacienda y de Ener- 130 + n gía y Minas, sobre petróleos crudos conden- sados naturales, indica lo siguiente: “Se con- 145 sideran petróleos crudos condensados natura- Gravedad específica = _________ les aquellos hidrocarburos líquidos bajo condi- 145 - n ciones atmosféricas, que se caracterizan por estar en estado gaseoso bajo las condiciones En las que n representa la lectura en originales del yacimiento y no ser obtenidos grados indicada por el hidrómetro Baumé in- por procesos de absorción, adsorción, compre- merso en el líquido, cuya temperatura debe ser sión, refrigeración o combinación de tales pro- 15,5 °C. Por ejemplo, si se sustituye n=10 en cesos y que tienen una gravedad mayor de la primera ecuación se obtendrá que la grave- 40,9 °API a 15,56 °C (60 °F)”. (Fuente: Gaceta dad específica =1 corresponde a la del agua; Oficial de la República de Venezuela, Año en la segunda ecuación se obtiene gravedad XCIX - Mes III. Caracas: martes 28 de diciem- específica = 1,07 mayor que la del agua. bre de 1971, Número 29.695, p. 222.117). La ecuación general del API es En las negociaciones de compra- como sigue: venta, intercambio, reconstitución y mezcla de crudos, el precio del metro cúbico o del barril 141,5 de crudo está atado a la escala de gravedad Gravedad específica = _____________ °API correspondiente. La décima de gravedad [a 60°F, (15,5°C)] 131,5 + °API (°API) se paga aplicando la fracción de precio que corresponda, según la calidad del crudo. 141,5 °API = __________________ _ 131,5 Gravedad específica El hidrómetro API se basa en la den- sidad o gravedad específica de los crudos con respecto al agua. Un crudo de 10 °API tiene la misma gravedad específica que el agua. La clasificación de crudos por rango de gravedad °API utilizada en la industria ve- nezolana de los hidrocarburos, a 15,5 ° (60 °F) es como sigue: Fig. 1-8. En el laboratorio, profesionales en diferentes especia- Extrapesados, menos de 16 ° lidades científicas y tecnológicas se dedican a la evaluación Pesados, menos de 21,9 ° cualitativa y cuantitativa de las diferentes características de los crudos para determinar su rendimiento de productos mediante Medianos 22,0 - 29,9 ° procesos de comercialización en las diferentes plantas de pro- Livianos 30 ° - y más cesos químicos, petroquímicos, refinación y manufactura.
- 44. 44 E l P o z o I l u s t r a d o Sabor Poder calorífico El sabor de un crudo es una propie- Puede ser entre 8.500 a 11.350 dad que se torna importante cuando el conte- calorías/gramo. En BTU/libra puede ser de nido de sal es bastante alto. Esta circunstancia 15.350 a 22.000. (BTU es la Unidad Térmica requiere que el crudo sea tratado adecuada- Británica). mente en las instalaciones de producción del campo para ajustarle la sal al mínimo (gramos Calor específico por metro cúbico) aceptable por compradores Varía entre 0,40 y 0,52. El promedio y las refinerías. de la mayoría de los crudos es de 0,45. Es la relación de la cantidad de calor requerida para Indice de refracción elevar su temperatura un grado respecto a la Medido con un refractómetro, los hi- requerida para elevar un grado la temperatura drocarburos acusan valores de 1,39 a 1,49. Se de igual volumen o masa de agua. define como la relación de la velocidad de la luz al pasar de uno a otro cuerpo. Calor latente de vaporización Para la mayoría de los hidrocarburos Coeficiente de expansión parafínicos y metilenos acusa entre 70 a 90 ki- Varía ente 0,00036 y 0,00096. (Tem- localorías/kilogramo o 130 a 160 BTU/libra. peratura, °C por volumen). Viscosidad Punto de ebullición La viscosidad es una de las caracte- No es constante. Debido a sus cons- rísticas más importantes de los hidrocarburos tituyentes varía algo menos que la temperatu- en los aspectos operacionales de producción, ra atmosférica hasta la temperatura igual o por transporte, refinación y petroquímica. La visco- encima de 300 °C. sidad, que indica la resistencia que opone el crudo al flujo interno, se obtiene por varios Punto de congelación métodos y se le designa por varios valores de Varía desde 15,5 °C hasta la tempe- medición. El poise o centipoise (0,01 poise) ratura de -45 °C. Depende de las propiedades se define como la fuerza requerida en dinas y características de cada crudo o derivado. para mover un plano de un centímetro cuadra- Este factor es de importancia al considerar el do de área, sobre otro de igual área y separa- transporte de los hidrocarburos y las estacio- do un centímetro de distancia entre sí y con el nes, principalmente el invierno y las tierras espacio relleno del líquido investigado, para gélidas. obtener un desplazamiento de un centímetro en un segundo. Punto de deflagración La viscosidad de los crudos en el Varía desde -12 °C hasta 110 °C. Re- yacimiento puede tener 0,2 hasta más de 1.000 acción vigorosa que produce calor acompaña- centipoise. Es muy importante el efecto de la do de llamas y/o chispas. temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especial- Punto de quema mente concerniente a crudos pesados y extra- Varía desde 2 °C hasta 155 °C. pesados.
- 45. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 45 Fig. 1-9. (A) petróleo muy liviano que muestra la facilidad con que fluye y la calidad de su trans- parencia. (B) petróleo muy pesado cuya fluidez es casi imperceptible y de transparencia nula. Viscosidad relativa es la relación Los crudos venezolanos dan una ex- de la viscosidad del fluido respecto a la del tensa serie de derivados: gasolinas, naftas, que- agua. A 20 °C la viscosidad del agua pura es rosén, combustibles pesados, combustibles die- 1,002 centipoise. sel y gasóleo, lubricantes, asfaltos, turbo fuel, Viscosidad cinemática es equiva- parafinas, gas de refinería, coque, azufre y cier- lente a la viscosidad expresada en centipoises tos metales, como níquel y vanadio que se en- dividida por la gravedad específica, a la misma cuentran en los crudos pesados y extrapesados. temperatura. Se designa en Stokes o Centistokes. La Tabla 1-2 presenta ejemplos de Viscosidad Universal Saybolt re- análisis de crudos venezolanos que muestran presenta el tiempo en segundos para que un sus características y contenido. Estos ejemplos flujo de 60 centímetros cúbicos salga de un re- tienen el propósito de llamar la atención sobre cipiente tubular por medio de un orificio, de- ciertos factores y sus correlaciones con otros. bidamente calibrado y dispuesto en el fondo Por ejemplo: la gravedad °API vs. % de azufre, del recipiente, el cual se ha mantenido a tem- vs. viscosidad. ¿Qué puede obtenerse de la peratura constante. comparación de otros factores entre sí? Sobre análisis de crudos es impor- III. Rendimiento de los Crudos tante tomar en cuenta la fecha cuando se hizo, debido a que si es de fecha muy remota quizá El valor definitivo de los crudos está no representa la realidad actual de las carac- representado por el rendimiento y clase de pro- terísticas del crudo. Con el tiempo, a medida ductos que se obtengan a través de los proce- que los yacimientos se agotan, ciertas caracte- sos de refinación y/o petroquímica (Fig. 1-10). rísticas pueden cambiar debido a la extracción Todo crudo es útil. Cada crudo puede ser pro- del petróleo y/o la aplicación de métodos se- cesado, para obtener determinados derivados, cundarios o terciarios de explotación económi- pero habrá un derivado preponderante que ca. Por tanto, lo que se acostumbra es tener un constituirá la esencia de su calidad como mate- análisis reciente. En las refinerías, los crudos ria prima y su precio, según el mercado. son analizados periódicamente en el laborato- rio para mantener un registro de sus carac-
- 46. 46 E l P o z o I l u s t r a d o terísticas y rendimiento y también para cotejar denominador), punto de ebullición y gravedad el funcionamiento y eficiencia de los proce- específica, son aplicables a todos los crudos y sos/plantas a escala comercial. sus propios derivados. Por tanto, en los labo- El factor de caracterización, según ratorios y en las refinerías se utiliza para hacer Watson, Nelson y Murphy (Tabla 1-2) se define evaluaciones, comparaciones y correlaciones. así: La Figura 1-10 es una presentación 3 muy sencilla y esquemática de los procesos TB que, bajo presión y temperatura mediante di- K= __________ ferentes etapas, producen determinados tipos S de derivados que sirven para usos domésticos en la que: y/o industriales. En próximos capítulos se cu- TB representa el promedio del bren ampliamente aspectos técnicos y opera- punto de ebullición (°F absolutos) molal y S la cionales básicos sobre la producción y trans- gravedad específica a 60 °F. Esta fórmula tiene formación de los hidrocarburos en sustancias la particularidad de aplicación múltiple ya que comerciales útiles. todos los factores que contiene (numerador y
- 47. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 47 condensador de gas gas gas gas gasolina querosén aceites Diesel ite aceites a ce ite g r a sa horno a ce lubricantes grasas petróleo combustibles residuos asfaltos Fig. 1-10. Torre de destilación.
- 48. 48 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 1-1. Composición química de los hidrocarburos Nombre y fórmula del grupo de series Nombre Fórmula Estado Notas Parafinas METANO CH4 Gas Estos hidrocarburos pueden subdividirse CnH2n+2 ETANO C2H6 Gas aún más en cierto número de la serie PROPANO C3H8 Gas isómera: parafinas primarias, secundarias BUTANO C4H10 Gas y terciarias, que aunque tienen igual PENTANO C5H12 Líquido porcentaje de composición, difieren en HEXANO C6H14 Líquido propiedades físicas debido a las diferencias HEPTANO C7H16 Líquido de arreglos atómicos internos en sus OCTANO C8H18 Líquido moléculas. Esta serie está presente a prácticamente en todos los petróleos HEXADECANO C16H34 Líquido pero es preponderante en los de “base HEXAOCTANO C18H38 Sólido parafínica”. Los componentes más EICOSANO C20H42 Sólido livianos de la serie -gases y líquidos- a están generalmente asociados con PENTATRICONTANO C35H72 Sólido petróleos de base asfáltica. Los gases arrastran vapores de la forma líquida todo el tiempo. El gas natural está compuesto exclusivamente de los hidrocarburos más livianos (gases) de esta serie. Los hidro- carburos de esta serie contienen el más alto porcentaje de hidrógeno y son los más estables. Olefinas ETILENO C2H4 Gas Estos hidrocarburos son relativamente CnH2n: PROPILENO C3H6 Gas de poca saturación y constituyen Polimetilenos BUTILENO C4H8 Gas la llamada cadena de “anillos abiertos”. (CnH2n)x AMILENO C5H10 Líquido Incluyen varias series independientes, (Originalmente HEXILENO C6H12 Líquido diferentes en características físicas y llamados naftenos) EICOSILENO C20H40 Líquido químicas, aunque son idénticas en su CEROLENO C27H54 Sólido porcentaje de composición. Una de ellas, MOLENO C30H60 Sólido la serie de las olefinas, es relativamente inestable. Acetilenos C12H22 Los de rango inferior de esta serie CnH2n-2 C14H26 no se han encontrado en el petróleo. C16H30 Pero los de rango superior son caracte- C19H36 rísticos de muchos crudos. C21H40 C22H42 C24H46 Tarpenos C23H42 Los compuestos superiores de esta CnH2n-4 C24H44 serie se encuentran generalmente C25H46 en pequeñas cantidades en todos los crudos de alta densidad. Bencenos BENCENO C6H6 Se encuentran en pequeñas cantidades CnH2n-6 TOLUENO C7H8 en todos los petróleos. (Hidrocarburos XILENO C8H10 aromáticos) CUMENO C9H12 CIMENO, etc. C10H14
- 49. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 49 Tabla 1-2. Los crudos venezolanos Los siguientes ejemplos de análisis de crudos venezolanos dan idea de sus características, contenido y rendimiento. Nombre Boscán Boscán Lagunillas Guara Ruiz Pirital Sta. Rosa Estado Zulia Zulia Zulia Anzoátegui Guárico Monagas Anzoátegui Origen del dato Richmond Richmond Mene G. Fomento Atlantic Fomento Fomento Gravedad °API 9,5 10,1 18,0 24,5 29,6 33,2 45,0 % azufre 5,25 5,48 2,06 1,5 0,90 0,80 0,10 Visc. SSU a 100 °F - 90.000 1.000 188 52 49,3 34,0 Fecha 3-3-48 1956 1942-45 30-11-42 1957 1945 1942 Factor de caracterización a 250 °F 12,20 11,75 11,27 11,70 11,59 11,85 11,65 a 450 °F 11,60 11,38 11,40 11,50 11,66 11,65 11,65 a 550 °F 11,40 11,30 - 11,50 11,69 11,65 11,75 a 750 °F 11,40 11,35 - 11,60 11,88 11,90 12,35 Promedio 11,65 11,40 - 11,57 11,70 11,76 11,83 Base I IN - I I I IP Pérdida % - - 0 - 0,5 0,9 1,0 Gasolina % a 300 °F 1,6 1,8 4,0 15,0 11,0 18,7 37,8 Claro N° de octanaje - - 71,0 66,0 62,0 64,0 68,0 N° oct. 3cc TEL - - 86,3 84,0 81,0 82,0 85,0 % a 400 °F 3,8 4,0 9,2 24,5 20,5 27,1 49,0 Claro N° de octanaje 42,0 57,7 65,5 61,0 53,0 55,0 62,0 N° oct. 3cc TEL 66,0 66,6 81,90 80,0 74,0 78,0 80,0 % a 450 °F 5,2 5,7 11,20 29,6 26,5 32,4 53,3 Calidad - - buena buena - buena excelente Resid. reform. O.N. 85,2 89,0 96,0 89,5 88,0 84,0 87,0 Boscán Boscán Lagunillas Guara Ruiz Pirital Sta. Rosa Material de propulsión % a 550 °F 10,0 10,7 19,0 38,0 40,0 44,0 64,3 Gravedad °API 44,5 35,6 - 42,5 40,0 47,7 55,7 Calidad - - - buena buena buena buena Querosén destilado % 375-500 °F Gravedad °API 39,2 34,5 36,2 37,7 38,7 39,9 39,9 Punto de humo 19,2 15,0 15,7 16,7 18,0 18,6 18,6 % de azufre 3,0 3,0 alto 0,27 0,12 0,14 bajo Calidad - - - - - regular buena Dest. o combustible Diesel % 400-700 °F 16,0 16,5 29,6 24,9 40,0 32,7 27,0 Indice Diesel 26,0 31,0 - 47,0 51,0 52,0 53,0 Punto de fluidez -35,0 -15,0 - -10 17,0 10,0 5,0 % de azufre 3,3 4,4 1,03 0,72 0,43 0,50 0,10 Calidad - - - buena - buena excelente Material desint. (Diesel) % 400-900 °F 28,8 30,3 47,0 47,0 60,0 53,0 42,0 N° de octanaje (Térmico) 73,0 73,0 - 71,4 69,4 69,2 66,2 Gravedad °API 21,0 23,7 - 27,7 29,1 28,0 31,8 Calidad (térmico) - - - buena buena buena - Calidad (catalítico) - - - - buena buena excelente Material desint. (residuo) % arriba 550 °F 90,0 89,0 81,0 62,0 59,0 55,1 34,7 Gravedad °API 6,5 7,5 - 15,3 22,6 22,3 30,0 °API com. desintegrado - - - 4,9 5,9 6,2 10,4 % de gasolina (en abastec.) - - - 36,5 49,5 48,5 58,5 % de gasolina (en crudo) - - - 22,6 29,4 26,8 20,3 Lubricantes destil. (descerados) % 700-900 °F 12,8 13,8 17,4 22,1 20,0 20,3 15,0 Punto de fluidez 55,0 60,0 - -10,0 105,0 95,0 12,0 Indice de viscosidad 25,0 50,0 - 43,0 85,0 80,0 135,0 % de azufre 4,3 4,7 1,95 1,65 0,98 1,0 0,20 Residuo % más 900 °F 67,4 65,7 43,8 28,0 18,0 19,0 8,0 Calidad de asfalto excelente excelente excelente buena - - -
- 50. 50 E l P o z o I l u s t r a d o Referencias Bibliográficas 1. AALUND, Leo R.: “Guide to Export Crudes for the ´80s”, 13 artículos, en: Oil and Gas Journal, 11-4-1983 al 19-12- 1983. 2. BARBERII, Efraín E.: Petróleo Aquí y Allá, Monte Avila Editores, Caracas, 1976. 3. FAIRBRIDGE, RHODES W.; JABLONSKI, David: The Encyclopedia of Paleontology, Dowdew, Hutchinson & Ross, Inc., Stroudsburg, Pennsylvania, 1979. 4. FRICK, Thomas C.; TAYLOR, William R.: Reservoir Engineering, Vol. II, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1962. 5. FUNDACION POLAR, Diccionario de Historia de Venezue- la, Doctor José María Vargas, Caracas, 1988, pp. 838-841. 6. HAGER, Dorsey: Practical Oil Geology, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1951. 7. Ministerio de Energía y Minas: Petróleo y Otros Datos Estadísticos, Caracas, 1979. 8. MOORE, Carl A.: “The occurrence of oil in sedimentary basins”, Parts 1 and 2, en: World Oil, January 1969, p. 69; February 1969, p. 46. 9. NELSON, Wilbur L.: Petroleum Refinery Engineering, fourth edition, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1958. 10. NELSON, W.L.; THERY FOMBONA, G.; NORIEGA SALAZAR, D.: Petróleos Crudos de Venezuela y Otros Países, segunda edición, Ministerio de Minas e Hidro- carburos, Caracas, 1959. 11. Oil and Gas Journal: “Heavy Crudes Seen as Target for Resid Processes”, 7-1-1980.
- 51. C a pí t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 51 12. PRATT WALLACE, E.; GOOD, Dorothy: World Geography of Petroleum, American Geographical Society, Special Publication N° 31, Princeton University Press, 1950. 13. TRASK, Parker Davies: Origin and Environment of Source Sediments of Petroleum, Gulf Publishing Co., Houston, 1932. 14. UREN, Lester C.: Petroleum Production Engineering Development, fourth edition, McGraw-Hill Book Compa- ny, Inc., New York, 1956. 15. WHEELER, Robert R.; WHITE, Maurine: Oil-From Prospect to Pipeline, Gulf Publishing Co., Houston, 1958. 16. WILSON, Robert E.; ROBERTS, J.K.: Petroleum and Natural Gas; Uses and Possible Replacements, Anniversary Volume, Seventy-Five Years of Progress in the Mineral Industry, AIME, New York, 1947.
- 54.
- 55. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 55 Indice Página I. Los Comienzos 57 • La teoría anticlinal 58 • Geología aplicada 58 II. Configuración de los Yacimientos Petrolíferos 60 • Características de las rocas petrolíferas 60 • Rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias 61 • Propiedades físicas de las rocas 63 • Capacidad de almacenamiento de las rocas 63 • Medición de la porosidad 65 III. Metodos Geofísicos de Exploración 65 • El gravímetro 65 • El magnetómetro 66 • El sismógrafo 67 • La sismología de refracción 67 • La sismología de reflexión 67 • Adelantos en procedimientos y técnicas de exploración 68 IV. Métodos Eléctricos de Exploración 70 • Distintos caminos para encontrar petróleo 72 V. Métodos Petrofísicos Modernos 72 VI. Geoquímica 73 VII. Exploración Aérea y Espacial 74 VIII. Exploración Costafuera 75 IX. Aplicación de Métodos de Exploración en Venezuela 76 Referencias Bibliográficas 81
- 57. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 57 I. Los Comienzos Desde tiempos inmemoriales las gentes utilizaron los rezumaderos de hidrocar- buros como fuentes de aprovisionamiento para varios menesteres. El gas incendiado en el mis- mo sitio de su aparición sirvió para alumbrar en muchos lugares de la Tierra. El primer gas- ducto, hecho de troncos huecos de madera, para llevar gas a Fredonia, estado de Nueva York, se construyó en 1825. El petróleo se uti- lizó para alumbrado por antorcheros; para ca- lafatear embarcaciones; como impermeabili- zante; como cemento o pega en las construc- ciones y hasta en aplicaciones medicinales. Siglos atrás, los chinos desarrollaron métodos y experticia para hacer pozos en bus- ca de sal y de agua. Sin embargo, se da como Fig. 2-2. Reproducción del primer pozo que dio inicio a la industria petrolera en Titusville, Pennsylvania, el 28 de agosto punto de partida del esfuerzo por establecer la de 1859, perforado por Edwin L. Drake. industria petrolera comercial y formal, el pozo terminado como productor el 28 de agosto de Pennsylvania, llegó a la profundidad de 21,2 1859 por el coronel Edwin L. Drake. Este pozo, metros y por bombeo produjo 25 barriles dia- ubicado en las inmediaciones del pueblo de rios. Para esa fecha el precio del crudo era de Titusville, condado de Crawford, estado de $16 por barril. Fig. 2-1. Desde tiempos inmemoriales, los chinos abrieron pozos en busca de sal y agua, pero el hallazgo de estratos petrolífe- ros someros perturbaba sus intenciones.
- 58. 58 E l P o z o I l u s t r a d o El primer esfuerzo exploratorio for- mal compensó las gestiones de la Pennsylvania 1 2 3 3 3 4 Rock Oil Company, empresa creada el 30 de diciembre de 1854 para perforar y buscar pe- tróleo en Pennsylvania, a cargo de su superin- tendente de operaciones Edwin L. Drake. En los comienzos de la industria, las técnicas de exploración para ubicar los pozos se basaban en la creencia general de que el petróleo seguía el curso de las aguas. Por tan- to, valles y lechos de riachuelos y ríos eran si- tios favoritos para perforar. Fig. 2-3. Anticlinal: 1) Acuífero. 2) Contacto agua-petróleo. La harta frecuencia con que se logró 3) Pozos terminados. 4) Pozo productor de agua. el descubrimiento de yacimientos petrolíferos, ubicando pozos por las señas de reflejos irisa- ción de muestras de los sedimentos extraídos dos de petróleo que flotaban sobre el agua, de los pozos, la correlación entre pozos y la influyó mucho en el ánimo de los primeros determinación de factores que permitiesen te- exploradores para no valerse desde un princi- ner mayor control sobre el pozo mismo y sus pio de la aplicación de conocimientos y técni- objetivos. cas geológicas disponibles. Como se trabajaba y aplicaban co- nocimientos prácticos sobre la marcha, los es- La teoría anticlinal tudiosos y expertos empezaron a ofrecer sus El auge exploratorio con taladro que conocimientos y servicios. La teoría anticlinal se perfilaba en Pennsylvania a principios de rindió sus frutos al revelar las razones de los 1860 se vio fortalecido por la audacia de algu- éxitos de la perforación en tierras altas. nos exploradores que con éxito ubicaron sus pozos en sitios más altos y cimas de colinas. Geología aplicada En 1860 el profesor canadiense Como parte de las Ciencias de la Henry D. Rogers hizo observaciones sobre la Tierra, la Geología de Superficie fue la primera posición estructural del pozo terminado por utilizada para ayudar a la naciente industria a Drake. En 1861 otro canadiense, T. Sterry interpretar las manifestaciones e indicaciones Hunt, presentó amplios y claros conceptos so- de la naturaleza sobre las posibilidades de en- bre la teoría anticlinal. contrar depósitos petrolíferos. El anticlinal es un pliegue arqueado Por observaciones y estudios de la de rocas estratificadas cuyos estratos se incli- topografía del área se asentaban los rasgos re- nan en direcciones opuestas desde la cresta o manentes de la erosión; el afloramiento de es- eje del pliegue para formar una estructura do- tratos y sus características; el curso y lecho de mal o bóveda. los ríos; la apariencia y tipos de rocas; descrip- Durante la década de 1860, y a me- ción de fósiles recogidos; aspecto y variedad dida que los pozos se hacían más profundos y de la vegetación; rezumaderos petrolíferos y el ritmo de las actividades de exploración se todo un sinnúmero de detalles que finalmente intensificaba en la cuenca de las montañas de aparecían en láminas y mapas del informe de Apalache, se empezó a complicar la interpreta- evaluación, preparado para los interesados.
- 59. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 59 fosa anticlinal falla R Q A T S C que se recogía de la perforación, servía enton- ces para correlacionar el suelo con el subsue- lo y aplicar así conocimientos para proyectar , Fig. 2-4. Las fuerzas de la dinámica terrestre que perturban los estratos originan una variedad de accidentes geológicos (fosas, anticlinales, sinclinales, fallas, discordancias, etc.) y trampas que favorecen la retención de las acumulaciones petrolíferas. Toda esta información, aunada a la recopilada y estudios realizados, se llegó a apreciar cuánto podía saberse entonces acerca del subsuelo. Faltaba todavía la aplicación de otros métodos y conocimientos científicos que futuras operaciones. antes de la perforación ofreciesen al explora- Al correr de los años se expandió la dor información anticipada acerca de las for- aplicación de las diferentes ramas de la Geolo- maciones, su distribución, posición, profundi- gía a la exploración para esclarecer las incóg- dad, espesor y otros detalles que ayudarían a nitas del subsuelo. Entraron a formar parte de programar con más certeza las campañas de las herramientas del explorador las geologías exploración. Física, Histórica y Estructural; la Paleontología, Esta técnica complementaria -Geo- la Palinología, la Petrografía, la Geomorfolo- física, representada por la Gravimetría, la Mag- gía, la Mineralogía, la Sedimentología y la Es- netometría y la Reflexión Sísmica- se desarro- tratigrafía. llaría muchos años más tarde, como también Durante el resto del siglo XIX, las otras que se aplicaron bastante después -Foto- geologías de Superficie y de Subsuelo sirvieron geología Aérea, Geoquímica y más reciente- extensamente al explorador para la proyección mente, a partir de la década de los sesenta, la de estudios locales y regionales en búsqueda Computación y la Sismografía Digitalizada. de nuevos depósitos. De toda la información Todas estas técnicas son ahora más efectivas,
- 60. 60 E l P o z o I l u s t r a d o gracias a mejores procedimientos de adquisi- las estructuras que aparecieron sirvió para ción, procesamiento e interpretación de datos, estudiar y apreciar las dimensiones, inclinación los cuales son transmitidos con asombrosa de los flancos y formas de este tipo de configu- velocidad y nitidez de un sitio a otro mediante ración. Apareció el sinclinal, cuyos flancos modernos sistemas de comunicación: satélites, convergen hacia la parte inferior o fondo de la televisión, fax, celular, télex e impresoras con estructura, con forma de un anticlinal inverti- una increíble capacidad y selección de tipo- do. Se detectaron domos salinos, que muestran grafía a color. acumulaciones petrolíferas en las formaciones sobre su tope y/o en los flancos. Discontinui- dades en la secuencia de deposición de los es- tratos. Lentes de arenas petrolíferas enterrados en los estratos, por cuyas características for- man trampas estratigráficas. Muchas de estas trampas mostraron fallas, o sea cortes o deslizamientos en los es- tratos, debido a las fuerzas naturales actuantes que pliegan a los estratos. Estas fallas por su di- rección, desplazamientos y constitución de los estratos, ejercen influencia sobre el confina- miento o la fuga del petróleo. Su magnitud puede ser grande, ocasionando discontinuidad apreciable del yacimiento, lo cual hace que en la zona de falla aparezca un área improductiva. Características de las rocas petrolíferas A medida que ante la vista de los Fig. 2-5. Durante los estudios geológicos de campo, la mensu- ra del terreno es parte importante de los levantamientos. En expertos académicos y de operaciones de cam- las exploraciones geológicas de superficie, cada pedazo de po se dibujaba la penetración de la corteza te- roca es para el geólogo fuente de información insustituible de rrestre por la barrena, se empezaron a enten- la historia geológica de los sitios observados. der las respuestas a muchas preguntas y tam- bién surgieron muchas que tendrían que es- II. Configuración de los Yacimientos perar adelantos científicos y aplicaciones tec- Petrolíferos nológicas novedosas. Se avanzó mucho en la apreciación De toda la información y experiencia sobre los agentes mecánicos y químicos res- obtenida de la perforación de pozos en los pri- ponsables por el origen, desintegración y meros años de la industria, se empezó a cata- transporte de las rocas, sus características físi- logar la forma o configuración estructural de las cas y composición. Fueron identificados aspec- formaciones y estratos geológicos que confor- tos y agentes influyentes sobre la deposición man el depósito natural o yacimiento petrolífero. de los sedimentos, su estratificación y compac- La estructura anticlinal empezó a en- tación. Se empezó a apreciar la transformación tenderse en todos sus aspectos y detalles de si- de la materia orgánica vegetal y animal en hi- metría o asimetría. La conformación domal de drocarburos y las condiciones necesarias para
- 61. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 61 esa transformación: volumen de material orgá- nico, bajo las acciones de presión, temperatu- ra y tiempo, su origen, estabilidad, desplaza- miento y final atrampado del petróleo en su depósito o yacimiento natural definitivo. Se constató que el petróleo proviene de formaciones o estratos de diferentes edades geológicas. Algunas formaciones de ciertas edades son improductivas y formaciones de otras edades muy prolíficas. En la Tabla 2-1, El tiempo geológico y la columna de las forma- ciones, se anotan sucesivamente incidentes fundamentales que marcan la evolución de nuestro planeta. Particularmente importante en el proceso evolutivo de la vida vegetal y ani- mal durante todo el desarrollo del planeta Tierra. Respecto a los hidrocarburos, es intere- sante el hecho de que en varias partes del Fig. 2-6. La erosión, por el viento o las corrientes de agua, afec- mundo, formaciones de la era Paleozoica han ta la estabilidad de los estratos y cambia con el tiempo el aspec- contribuido con significativas acumulaciones y to del panorama terrestre. Observador geólogo Orlando Méndez. volúmenes de producción de gas y petróleo, por ejemplo muchos yacimientos en los Esta- bien definida. Entre las extrusivas o volcánicas, dos Unidos. Aquí en Venezuela, los yacimien- se cuentan las pómez, las bombas volcánicas, tos de edad geológica más antigua y muy pro- el lodo volcánico, la lava y la lapilli. líficos son del Mesozoico, específicamente el Las rocas sedimentarias, por ejem- período Cretácico. También son muy abundan- plo, están representadas por gravas, conglome- tes y extensos, tanto en el oriente como en el rados, arena, arenisca, arcilla, lutita, caliza, do- occidente de Venezuela, yacimientos de los lomita, yeso, anhidrita y sal gema. Estas rocas períodos Eoceno, Oligoceno y Mioceno. se derivan de las rocas ígneas y de las meta- mórficas por medio de la acción desintegrado- Rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias ra de varios agentes como el viento, el agua, La Tierra está compuesta de estas los cambios de temperatura, organismos, las tres clases de rocas. Todas son de interés geo- corrientes de agua, las olas, y por acción de lógico y están comprendidas en todo estudio sustancias químicas disueltas en el agua. geológico general. El interés del explorador pe- En general, las rocas sedimentarias trolero está centrado en las rocas sedimentarias. son las de mayor importancia desde el punto Las ígneas son rocas formadas por el de vista petrolero. Ellas constituyen las grandes enfriamiento y solidificación de la masa ígnea cuencas donde se han descubierto los yaci- en fusión en las entrañas de la Tierra. Son del mientos y campos petrolíferos del mundo. Por tipo intrusivas o plutónicas y extrusivas o vol- su capacidad como almacenadoras y extensión cánicas. Son del tipo intrusivas, entre otras, el geográfica y geológica como rocas productoras granito, la granodiorita y la sienita. Estas rocas sobresalen las arenas, las areniscas, las calizas tienen una estructura de tipo granítico muy y dolomitas; aunque también constituyen fuen-
- 62. 62 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 2-1. El tiempo geológico y la columna de las formaciones Eras Períodos de tiempo Epocas de tiempo Tiempo Características físicas y biológicas Serie de rocas o serie de rocas aproximado en años desde el comienzo de cada una RECIENTE 50.000 Desarrollo del hombre moderno. CUATERNARIO PLEISTOCENO 1.000.000 Capas de nieve cubren a Europa y a Norteamérica; aparición del hombre primitivo. PLIOCENO 12.000.000 Desarrollo de las plantas modernas y animales; formación de las montañas occidentales en Norte- américa. CENOZOICO MIOCENO 30.000.000 Optimo desarrollo de los mamíferos gigantes; for- TERCIARIO mación de montaña, que incluye a los Alpes, los Andes y los Himalayas. OLIGOCENO 10.000.000 Desarrollo de los mamíferos superiores. EOCENO 60.000.000 Desarrollo y preeminencia de los mamíferos; apa- Y PALEOCENO rición del caballo ancestral y de los simios. CRETACICO 120.000.000 Extinción de los dinosaurios; desarrollo de los ma- míferos primarios y de las plantas florales; apari- ción de estratos de creta (tiza). JURASICO 155.000.000 Aparición de los reptiles voladores y de los pája- MESOZOICO ros; predominio de los dinosaurios; aparición de los mamíferos; abundancia de árboles y plantas coníferas. TRIASICO 190.000.000 Aparición de los dinosaurios; predominio de los reptiles; aparición de las palmeras. PERMICO 215.000.000 Desarrollo de los reptiles; declinación de las gran- des plantas del Carbonífero. CARBONIFERO 300.000.000 Edad del carbón; formación de estratos carbo- (Pennsylvaniano níferos a partir de plantas exuberantes de lagunas Mississippiano) y pantanos cálidos; aparición de árboles tipo hele- cho; aparición de las coníferas; abundancia de in- sectos; primera aparición de los reptiles; desarro- llo de los anfibios. DEVONIANO 350.000.000 Edad de los peces; aparición de los anfibios primi- tivos; desarrollo de la vida vegetal en continentes secos. PALEOZOICO SILURIANO 390.000.000 Aparición de los escorpiones, primeros animales que viven en tierra firme; extensos arrecifes. ORDOVICIANO 480.000.000 Inundaciones y recesiones de mares poco profun- dos; deposición de caliza; plomo y zinc; abun- dancia de vida marina invertebrada; aparición de algunos primitivos invertebrados parecidos a los peces. CAMBRICO 550.000.000 Mares de poca profundidad cubren casi toda la Tierra; formación de las rocas sedimentarias; de- sarrollo de la vida invertebrada, incluso los bra- quiópodos, las esponjas, los trilobitos y los gas- terópodos. PROTOZOICO 1.200.000.000 Formación de montañas, depósitos de mineral de hierro, abundancia de algas que excretan cal; apa- rición de las esponjas. PRECAMBRICO 2.000.000.000 Gran actividad volcánica; formación de rocas íg- ARQUEOZOICO neas; aparición de algas microscópicas; probable presencia de vida protozoo.
- 63. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 63 tes de producción, en ciertas partes del mun- rísticas externas, densidad, propiedades mecá- do, las lutitas fracturadas, la arcosa, los neis, la nicas y todo cuanto pueda abundar para inter- serpentina y el basalto. relacionar mejor las deducciones geológicas y Las rocas metamórficas se forman de geofísicas que conduzcan en definitiva al des- las ígneas y sedimentarias que sufren transfor- cubrimiento de acumulaciones comerciales de mación por la acción del calor, por efectos de hidrocarburos. la presión o por acción química para producir rocas de composición similar pero de estruc- tura, textura y proporciones mineralógicas di- ferentes. Por tanto, la caliza puede transfor- marse en mármol, la lutita en pizarra, la pizarra en esquistos, la arena cuarzosa en cuarcita o la arena arcósica en neis. Propiedades físicas de las rocas De la acumulación de datos teóricos y aplicaciones prácticas, tanto en el laboratorio como en trabajos de campo, se ha logrado ca- talogar una variedad de propiedades, de cons- tantes y de relaciones acerca de las rocas que componen los estratos geológicos. Ejemplo: • La aplicación de la sismología de- pende de la propagación de ondas, gracias a la elasticidad del medio donde se propagan. Por ejemplo, la velocidad longitudinal, en me- tros/seg de ondas en algunos tipos de rocas, Fig. 2-7. Los núcleos sirven para obtener información geológi- puede ser variable debido a que las rocas no ca y petrofísica de inestimable valor en cuanto a evaluar las son perfectamente elásticas: aluvión: 300 - 610; perspectivas de acumulaciones petrolíferas. arcillas, arcillas-arenosas: 1.830 - 2.440; lutitas: 1.830 - 3.960; arenisca: 2.400 - 3.960; caliza: Capacidad de almacenamiento de las rocas 4.880 - 6.400; granitos: 5.030 - 5.950. Cuando el pozo de Drake empezó a • La proporcionalidad (Ley de Hoo- producir a bomba, la gente se formó la idea de ke) que existe entre la fuerza (por unidad de que el petróleo se extraía de una corriente sub- área) que causa desplazamiento elástico y la terránea como la de un río. Aún hoy, ciertas fuerza (por unidad de longitud o por unidad personas piensan que es así. de volumen) que causa deformación, es apli- La naciente industria llamó pode- cable a los estratos. Por tanto, se puede inda- rosamente la atención de los geólogos y pro- gar si los estratos resisten, se elongan, compri- fesionales afines, quienes acostumbrados a la men o deforman, según fuerzas de tensión, de minería de roca dura empezaban a presenciar compresión, de presión, de cimbra, de cizalla. el desarrollo de la exploración petrolera y a • Es importante conocer, además, el participar en la aplicación de sus conocimien- origen de las rocas, la edad geológica, su es- tos geológicos a este nuevo tipo de operacio- tructura, composición, granulometría, caracte- nes. Los retos eran bastantes y estimulantes.
- 64. 64 E l P o z o I l u s t r a d o Así como los antes nombrados Hen- nos uniformes, aparentemente se ha copado el ry D. Rogers y T. Sterry Hunt, vocearon sus volumen del envase. Sin embargo, si cuidado- conceptos sobre la Teoría Anticlinal y su apli- samente se vierte agua u otro líquido sobre la cación al pozo de Drake, Alexander Mitchel arena hasta copar el envase, se verá que el lí- llamó la atención de los petroleros hacia la po- quido se ha depositado en los poros formados rosidad de los estratos, especialmente las are- por los granos en contacto. Si el volumen de nas y areniscas, en el sentido de que el espa- líquido vaciado fue de 150 cc, entonces el vo- cio creado por los granos en contacto era sufi- lumen real de los granos de arena representa ciente para almacenar grandes volúmenes de 850 cc. Los dos equivalen al volumen total del petróleo. envase, 1.000 cc. Este concepto de porosidad y volu- men es básico en la estimación de reservas. 150 Tiene sus fundamentos en la configuración de Porosidad = ________ = 0,15 = 15% los granos, la manera como están en contacto, 1.000 el material que los une, el volumen que repre- senta esa masa y el espacio creado, el cual Si el ejemplo fuese un envase de un puede traducirse a números. metro cúbico (1.000 litros) lleno de esa arena Por ejemplo, si se toma un envase y de la misma porosidad, entonces podría cilíndrico cuya capacidad es de un litro, se almacenar 1.000 x 0,15 = 150 litros. puede llenar con un litro de líquido. Pero si se Matemáticamente se puede demos- llena con arena de granos sueltos y más o me- trar que si los granos son perfectamente redon- dos (esferas) y están apilados rectangularmen- te uno sobre otro, esta configuración da la má- xima porosidad de 47,64 %. Ejemplo: Diámetro de la esfera: 1 cm Número de esferas: 216 4 Volumen de la esfera: r3 p 3 Volumen total de esferas: 4 (0,5)3 x p x 216 = 113,1 cm3 3 Volumen de la caja = 63 = 216 cm3 Volumen de poros = 216 - 113,1 = 102,9 cm3 Porosidad = 102,9 / 216 = 0,476388 = 47,64% Fig. 2-8. Esta caja de 6 cm de lado contiene 216 esferas de 1 cm de diámetro cada una, apiladas una sobre otra. El volu- De igual manera si las esferas se dis- men de la caja menos el volumen total de las esferas deja un espacio vacío que representa los poros creados por las esferas pusieran en una configuración hexagonal se en contacto. obtendría la porosidad mínima de 25,95 %.
- 65. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 65 En la práctica, debido a la forma de primer término, las posibilidades de producción los granos, a la compactación, cementación que de hidrocarburos de las formaciones. También los une y a otros factores, la porosidad medida hay registros o perfiles que permiten interpretar en laboratorio o por otros métodos analíticos los resultados de trabajos que se hacen durante de campo da una variedad de valores para de- la perforación y la terminación del pozo o pos- terminado espesor de estrato, sección o forma- teriormente en las tareas de limpieza, rehabilita- ción. Sólo la recopilación de datos y estadísti- ción o reterminación del pozo en sus años de vi- cas dan el valor promedio de porosidad, que es da productiva hasta abandonarlo. el empleado en la práctica para cómputos. La porosidad de las rocas petrolíferas puede acu- III. Métodos Geofísicos de Exploración sar, generalmente, entre 10 y 25 %. Los métodos y equipos geofísicos Medición de la porosidad empezaron a formar parte de los recursos téc- En el laboratorio se utilizan procedi- nicos disponibles al explorador petrolero en la mientos e instrumentos, porosímetros, para segunda década del siglo XX. Sus aplicaciones medir la porosidad. Los núcleos de las forma- en la resolución de la posible presencia de es- ciones o muestras del ripio que se obtienen en tructuras favorables a la acumulación de pe- el curso de la perforación de un pozo son traí- tróleo en el subsuelo han servido para comple- dos al laboratorio, donde son debidamente tar el aporte de los estudios geológicos regio- identificados y catalogados para medirles el nales de superficie. volumen total, el volumen que representan sus granos y el volumen de los poros. Mediante la El gravímetro aplicación de métodos analíticos se obtienen El objetivo principal de los estudios dos valores muy importantes: la porosidad de gravimetría es medir la atracción gravitacio- total y la porosidad efectiva. La porosidad total nal que ejerce la Tierra sobre un cuerpo de permite apreciar la configuración irregular de masa determinada. Pero como la Tierra no es los granos de las muestras y llegar a la deter- una esfera perfecta y no está en reposo ni es minación del volumen efectivo de poros, lo homogénea y tiene movimientos de rotación y que se traduce en: de traslación, la fuerza de gravedad que ejerce no es constante. Porosidad efectiva, % = Volumen efectivo de poros x 100 Por tanto, las medidas gravimétricas Volumen total de la muestra en exploración son representación de anoma- lías en las que entran la densidad de los dife- Más adelante veremos los adelantos rentes tipos de rocas: sedimentos no consoli- en la medición directa y continua de ciertas ca- dados, areniscas, sal gema, calizas, granito, etc. racterísticas de las formaciones. Se utilizan ins- En representación esquemática, el trumentos que dentro del hoyo y mediante las instrumento consta de una masa metálica que, propiedades del fluido de perforación captan de suspendida de un resorte supersensible, regis- abajo hacia arriba, a lo largo de toda la profun- tra la elongación del resorte debido a la atrac- didad, el flujo de corrientes de fuerzas electro- ción producida por lo denso de la masa de las motivas que quedan plasmadas como curvas en rocas subterráneas. Las medidas son anotadas un registro o perfil para luego ser interpretadas y posteriormente se confeccionan mapas que cualitativa y/o cuantitativamente para evaluar, en representan la configuración lograda.
- 66. 66 E l P o z o I l u s t r a d o El magnetómetro Aprovechando la fuerza de atrac- ción que tiene el campo magnético de la Tie- microscopio rra, es posible medir esa fuerza por medio de aparatos especialmente construidos que portan magnetos o agujas magnéticas, magnetóme- tros, para detectar las propiedades magnéticas escala de las rocas. ajuste La unidad de medida magnética es el Gauss, en honor al matemático alemán Karl Friedrich Gauss. En la práctica se usa la gamma, medida que es 100.000 veces menor prisma soporte que el Gauss. Un Gauss es equivalente a la masa fuerza necesaria de una dina para mantener una unidad magnética polar en posición en un brazo punto definido. resorte El levantamiento magnetométrico se hace tomando medidas de gammas en sitios dispuestos sobre el terreno. Luego las medidas son indicadas en un mapa y los puntos de igual intensidad son unidos por curvas isoga- mas que representan la configuración y deta- lles detectados. El magnetómetro se ha utiliza- micrómetro microscopio reflector espejo ajustable Fig. 2-9. Gravímetro Thyssen: disposición de sus elementos. El desplazamiento de la masa, por la atracción de la Tierra, se escala lee en la escala ubicada en el extremo de la masa. La unidad gravimétrica terrestre, en honor a Galileo Galilei, es el GAL, y se expre- sa en cm/seg/seg o cm/seg2. También puede niveles ser expresado en submúltiplos como el miligal (10-3 GAL) o el microgal (10-6 GAL). El gravímetro de los tipos de balan- imán za de torsión y péndulo se empezó a utilizar N S en la industria petrolera a principios del siglo cuarzo centro XX para la detección de domos salinos, fallas, de gravedad intrusiones, estructuras del tipo anticlinal, rum- bo y continuidad de las estructuras. material aislante Fig. 2-10. Componentes básicos de un magnetómetro.
- 67. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 67 do ventajosamente para detectar estructuras, papel va dispuesto sobre un elemento que gira fallas e intrusiones. accionado por un mecanismo de reloj. Durante el proceso y desarrollo del Los estudios y aplicaciones del sis- equipo se ha logrado mucho perfeccionamien- mógrafo para medir la propagación de ondas to en sus aplicaciones. El uso del magnetóme- artificiales en la investigación de las caracterís- tro aéreo ha facilitado la cobertura de grandes ticas de las rocas de la corteza terrestre se ori- extensiones, mucho más rápidamente que el ginaron a mediados del siglo XIX en Europa. levantamiento hecho sobre el propio terreno. Científicos ingleses y alemanes fueron pione- Además, la mensura magnetométrica aérea no ros en medir la relación velocidad-tiempo de es afectada por campos magnéticos creados por las ondas y sus variaciones con respecto a la instalaciones de líneas eléctricas, oleoductos y profundidad de las rocas. gasductos y otras construcciones metálicas. En Estados Unidos se publicaron re- sultados de estudios y aplicaciones de sismolo- El sismógrafo gía en 1878. La adaptación de esta nueva tec- El sismógrafo es un aparato de va- nología a los estudios geológicos y explora- riado diseño y construcción empleado para ción petrolera comenzó en la segunda década medir y registrar las vibraciones terrestres a ni- del siglo XX en Europa y Estados Unidos. Para veles someros o profundos que puedan pro- la década de los treinta, la sismología había ducirse por hechos naturales como temblores ganado ya suficiente aceptación como técnica y terremotos o explosiones inducidas intencio- de exploración y su desarrollo y alcances teóri- nalmente o por perturbaciones atmosféricas, cos y prácticos han estado desde entonces has- como en el caso de disparos de artillería. ta ahora en continua evolución. Su elemento principal consiste en un dispositivo muy bien balanceado y en suspen- La sismología de refracción sión que puede oscilar con gran sensibilidad El fundamento físico de funciona- bajo el impulso de vibraciones externas. En un miento de refracción sismológica está asociado extremo, el dispositivo lleva una plumilla que a la teoría óptica. La propagación de la onda marca sobre papel especial las oscilaciones. El cambia de dirección cuando hay un cambio de propiedades físicas en la masa que recorre. La geometría de los rayos sigue las reglas que controlan la propagación de la luz, Figura 2-12. Hasta los años treinta se utilizó el sismógrafo de refracción con buen éxito en la detección, principalmente, de domos salinos, aunque también se aplicó para delinear anticli- nales y fallas, pero poco a poco empezó a im- ponerse el método de reflexión. La sismología de reflexión El principio básico de la sismología Fig. 2-11. Vehículos de diseño y tracción especial se emplean de reflexión semeja al cálculo de la distancia a en las tareas de exploración sismográfica petrolera. que se encuentra un cañón, si se mide el tiem-
- 68. 68 E l P o z o I l u s t r a d o Fig. 2-12. Se aprecia: i = ángulo de incidencia r = ángulo de refracción V1 = velocidad en estrato E1 V2 = velocidad en estrato E2 i cionar una mejor interpretación del subsuelo V 1 que cualquier otro método de prospección. E contacto 1 En la práctica, como muestra la Fi- gura 2-14, se dispone de una fuente de ondas V r 2 inducidas que se proyectan en profundidad y E 2 al rebotar son recogidas en la superficie por geófonos dispuestos a distancias críticas. Las señales son registradas en la superficie. La re- lación velocidad-tiempo-profundidad es inter- pretada para deducir de la malla de líneas le- vantadas sobre el terreno las correlaciones ob- po en que se ve el fogonazo y se oye el sonido tenidas de las secciones y finalmente producir del disparo y se toma como base para el cálcu- mapas del subsuelo. lo la velocidad del sonido, 300 metros/seg. Sin embargo, la semejanza se com- Adelantos en procedimientos y técnicas plica y conlleva dificultades técnicas porque las de exploración ondas inducidas desde la superficie viajan a Originalmente, la propagación in- través de un medio complejo como son las ro- tencional de ondas sísmicas en la corteza te- cas y se reflejan como un eco al haber cambio rrestre se hacía mediante la detonación de car- de continuidad en los estratos. No obstante, los tuchos de dinamita que se explotaban en adelantos técnicos han logrado que este méto- hoyos someros ubicados y abiertos para tales do se haya refinado al extremo de propor- propósitos. Adquirir, transportar y custodiar di- Fig. 2-13. El intervalo de observación entre el fogonazo y la percepción del sonido del disparo de un cañón está relacionado con la velocidad del sonido, 300 metros/seg., y, por tanto, el observador puede estimar la distancia a la cual se encuentra el cañón.
- 69. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 69 RQ QP A@ , do y se fabricó, como parte integral de los nue- vos vehículos automotores para trabajos de sis- mografía, un potente pisón que al caer sobre TS RQ SR QP CB A@ , la superficie terrestre induce las ondas para de- cable terminar después la profundidad de las forma- ciones, mediante las relaciones tiempo, veloci- geófonos fuente de dad del sonido y características/propiedades propagación de las rocas. (Ver Figuras 2-13 y 2-14). TS RQ SR QP CB A@ , de ondas por impacto Los nuevos equipos y técnicas de sismografía han sido rediseñados y han mejo- rado significativamente la adquisición, el pro- profundidad tiempo cesamiento y la interpretación de datos, ha- velocidad ciendo que el factor tiempo y la calidad total de las tareas sean más efectivas, desde el co- ondas mienzo del levantamiento hasta el informe fi- reflejadas estratos nal de los resultados. La electrónica y la computación, con su casi ilimitada capacidad de procesamiento de datos, permite que los resultados de los le- vantamientos sísmicos se tengan en muchísimo menor tiempo que lo acostumbrado en años atrás, cuando geofísicos, geólogos e ingenieros requerían meses cotejando, verificando, corre- lacionando y ajustando datos utilizando la re- Fig. 2-14. La detección del tiempo transcurrido, desde que el gla de cálculo o calculadoras mecánicas ma- sonido inducido en la superficie hace su recorrido hacia los estratos y regresa luego a la superficie, es un aspecto básico nuales para luego elaborar los planos o mapas para estimar la profundidad de los estratos. La propagación del subsuelo de las áreas estudiadas. Además, del sonido en los estratos depende de la composición y carac- terísticas de éstos. la nueva tecnología ha permitido reestudiar y reinterpretar información sismográfica antigua namita para tales trabajos requería cumplir con de áreas que en el pasado no fueron cataloga- una variedad de tramitaciones ante las auto- das como atractivas y, en muchos casos, los ridades venezolanas, además de las medidas nuevos resultados han sido sorprendentes. de seguridad durante el uso en el campo. Las Otra contribución técnica de nitidez detonaciones espantaban a la fauna terrestre y y rapidez es la elaboración en blanco y negro cuando se hacían levantamientos sísmicos en o a color de los planos o mapas del subsuelo aguas, las detonaciones ocasionaban la muerte mediante las procesadoras o copiadoras elec- de muchos peces. trónicas programadas específicamente para ta- Después de la Segunda Guerra Mun- les labores. Anteriormente este proceso reque- dial, el auge inusitado en la exploración petro- ría dibujantes especializados y la preparación lera promovió a lo largo de los años adelantos de los dibujos a color requería mucho más e innovaciones en las operaciones de campo. tiempo. Hoy, la diferencia en productividad es Fue eliminada la dinamita y en su lugar se de- notable. sarrolló la pistola para detonar aire comprimi-
- 70. 70 E l P o z o I l u s t r a d o La idea de sobreponer información néticas terrestres. O han inducido artificialmen- de los registros o perfiles petrofísicos a los da- te en la tierra corrientes eléctricas, alternas o tos sismográficos de los levantamientos o a la directas, para medir las propiedades físicas de sísmica adquiridos específicamente en un pozo las rocas. amplió la cobertura de correlación. Los resulta- De todos estos intentos, el de más dos de esta técnica han sido fructíferos, me- éxito data de 1929, realizado en Francia por los diante la aplicación de procesos y programas hermanos Conrad y Marcel Schlumberger, co- computarizados. nocido genéricamente hoy como registros o perfiles eléctricos de pozos, que forman parte esencial de los estudios y evaluaciones de pe- trofísica, aplicables primordialmente durante la perforación y terminación de pozos. Básicamente el principio y sistema de registros de pozos originalmente propuesto por los Schlumberger consiste en introducir en el pozo una sonda que lleva tres electrodos (A, M, N), como muestra la Figura 2-16. Los elec- Fig. 2-15. Muestra de trodos superiores M y N están espaciados leve- una sección sísmica le- mente y el tercero, A, que transmite corriente vantada y procesada con nueva tecnología. a la pared del hoyo, está ubicado a cierta dis- tancia, hoyo abajo, de los otros dos. Los elec- Sin embargo, es oportuno mencio- trodos cuelgan de un solo cable de tres ele- nar que todas las técnicas y herramientas de mentos que va enrollado en un tambor o mala- exploración en la búsqueda de acumulaciones cate que sirve para meter y sacar la sonda del de hidrocarburos (reservas) no son infalibles. pozo, y a la vez registrar las medidas de pro- La interpretación de los datos y de los resulta- fundidad y dos características de las forma- dos obtenidos conducen a predecir el grado de ciones: el potencial espontáneo que da idea de probabilidad (alto, medio, bajo) de las condi- la porosidad y la resistividad que indica la pre- ciones y características del subsuelo conducen- sencia de fluidos en los poros de la roca. tes a la existencia de acumulaciones comercia- La corriente eléctrica que sale de A les de hidrocarburos. En la industria existe un se desplaza a través de las formaciones hacia dicho que decisivamente abarca todas las ex- un punto de tierra, que en este caso es la tu- pectativas y es: “La barrena dirá”. bería (revestidor) que recubre la parte superior de la pared del pozo. El potencial eléctrico en- IV. Métodos Eléctricos de Exploración tre los electrodos M y N es el producto de la corriente que fluye de A y la resistencia (R) en- En la búsqueda y aplicación de tre los puntos M y N. métodos para detectar las posibles acumula- La influencia del fluido de perfora- ciones de minerales e hidrocarburos, los cien- ción que está en el hoyo varía según la distan- tíficos e investigadores no cesan en sus estu- cia entre M y N. Si la distancia es varias veces el dios de las propiedades naturales de la Tierra. diámetro del hoyo, la influencia queda mitigada Con este fin han investigado las co- y la resistividad medida es en esencia la resis- rrientes telúricas, producto de variaciones mag- tividad de la roca en el tramo representado.
- 71. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 71 cables polea malacate registrador z y Q P Ay @P @ ,, revestidor hoyo Como la conductividad eléctrica de las rocas depende de los fluidos electrolíticos que ellas contengan, entonces la resistividad depende de la porosidad de las rocas y de las características de los fluidos en los poros y muy particularmente de la sal disuelta en los fluidos. Si los poros de la roca contienen agua salada, la resistividad será baja; con agua dulce será alta, y si están llenos de petróleo desnudo será muy alta. Como podrá observarse, el registro eléctrico es una herramienta de investigación N que requiere ser introducida en el hoyo. El M perfil y características de las formaciones atra- vesadas por la barrena pueden ser utilizados para estudios de correlaciones con perfiles de sismografía. El pozo también puede ser utiliza- do, en casos requeridos, para cotejar la veloci- dad de reflexión, de acuerdo a los tiempos de A reflexión, desde la profundidad de los difer- entes horizontes seleccionados como referen- cia. Este tipo de cotejo se emplea para casos de correlación con el sismógrafo. fluido de perforación El pozo puede utilizarse de dos ma- neras. La propagación de ondas generadas desde la superficie puede ser captada en el Fig. 2-16. Representación esquemática de los componentes del pozo o la propagación hecha desde el pozo primer equipo de registro eléctrico de pozos, inventado por los hermanos Conrad y Marcel Schlumberger. puede ser captada en la superficie.
- 72. 72 E l P o z o I l u s t r a d o Distintos caminos para encontrar petróleo C Con el correr de los años se han experimentado cambios fundamentales en las tareas de exploración petrolera, los cuales han propiciado una mayor seguridad y comodidad para los técnicos que se dedican a estas la- bores, han ocasionado menos lesiones a la na- turaleza y dieron lugar a una forma más rápi- da y eficiente para encontrar hidrocarburos. A D Fig. 2-17. Los primeros exploradores se desplazaron a pie o so- bre el lomo de bestias, manera todavía útil. Nada los detuvo ayer y menos hoy. En Venezuela, la curiara (A) ha sido parte esencial de las actividades de exploración, lo mismo que las mulas, el caballo y el burro. A principios del siglo XIX, el de- sarrollo de la industria automotriz contribuyó con el automóvil (B) a las tareas de exploración. Años más tarde, se fabricaron camiones modernos (C) y vehículos acuáticos especiales (D) para aumentar la capacidad de movilidad de prospección de los exploradores. B V. Métodos Petrofísicos Modernos El desarrollo y los adelantos hasta ahora logrados, tanto teóricos como prácticos, en la toma de perfiles de los pozos han acre- centado enormemente el poder de investiga- ción de los geólogos, geofísicos e ingenieros petroleros para interpretar las características de las rocas y los fluidos depositados en sus en- trañas, desde el punto de vista cualitativo y cuantitativo.
- 73. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 73 Esta parte de la Geofísica, por sus fundamentos científicos y tecnológicos, se ha convertido en una rama especializada que en la industria se le denomina Petrofísica. Tiene aplicación en muchos aspectos de los estudios y trabajos de campo de exploración, perfora- ción y producción. “Petrofísica es la ciencia que se de- dica a la descripción y medida directa y/o ana- lógica de las propiedades físicas de las rocas, incluyendo los efectos que puedan producir los fluidos contenidos en ellas o en sus alrede- dores” (H. León, 1982). Fig. 2-18. Fotografía al microscopio electrónico de un poro for- mado por granos de cuarzo recubiertos por una delgada capa La variedad de instrumentos dispo- de arcillas caoliníticas y alojando en el poro una esfera (fram- nibles para hacer perfiles o registros de pozos boide) de pirita (disulfuro de hierro). Area de Cerro Negro, formación Oficina, Faja del Orinoco. La barra horizontal blan- permite que puedan hacerse en hoyos des- ca del lado inferior derecho representa 0,010 mm y las pe- nudos o en pozos entubados totalmente, gra- queñas 0,001 mm. “Asesoría a la Gerencia”, Departamento de cias a que no sólo se dispone de los registros Geología de Lagoven S.A., por H. León, 14-10-1985. eléctricos sino también del tipo nuclear. En resumen, la Petrofísica ofrece la • Toma de muestras de fondo (fluidos). posibilidad de estudios y verificación de una • Registros de densidad (roca). cantidad de datos fundamentales para las ope- • Detección de fallas. raciones. Ejemplos: • Detección de discordancias. • Control de profundidad del pozo. • Detección de fracturas. • Verificación de velocidades de re- • Correlaciones pozo a pozo, local y flexión de los estratos. regional (litología). • Determinación del tope y base • Control de dirección y profundi- (espesor) de un estrato. dad desviada y vertical del pozo (perforación • Medición del potencial espontá- direccional u horizontal). neo y resistividad de las rocas y fluidos. • Deducción de valores de porosi- VI. Geoquímica dad, saturación y permeabilidad de las rocas. • Deducción de la presencia de flui- El análisis químico de muestras del dos en las rocas: gas, petróleo, agua. suelo, con el propósito de detectar la presen- • Perfil de la circularidad del hoyo cia de hidrocarburos, ha sido empleado como (diámetro). herramienta de exploración. • Registros de temperatura. La teoría se basa en que emanacio- • Registros de efectividad de la ce- nes de hidrocarburos no visibles en la superfi- mentación de revestidores (temperatura). cie pueden manifestarse en concentraciones • Registros de buzamiento. que, aunque muy pequeñas, son susceptibles • Registros de presiones. al análisis químico micrométrico para detectar • Toma de muestras de formación gas (metano, etano, propano o butano) y resi- (roca). duos de hidrocarburos más pesados.
- 74. 74 E l P o z o I l u s t r a d o Muestras de suelo, obtenidas muy pas generales que facilitan la selección de cuidadosamente a profundidades de 1,50 a 5 áreas determinadas que luego podrían ser ob- metros, son examinadas y procesadas en el la- jeto de estudios más minuciosos. boratorio por métodos especiales. Con la in- La combinación del avión y la foto- formación obtenida se preparan tablas, curvas grafía permite retratar y obtener una vista pa- y mapas de las concentraciones y residuos norámica de la topografía, cuyos rasgos y de- detectados. talles geológicos pueden apreciarse ventajosa- Los especímenes de aguas, gases, mente, ahorrando así tiempo para seleccionar betunes y suelos para tales fines son sometidos lotes de mayor interés. a análisis cualitativos y cuantitativos por medio de la fluorescencia, luminiscencia, espectrogra- fía, geobotánica, hidrogeoquímica, bioquímica o bacteriología, con el fin de indagar sobre la generación, migración, presencia, entrampa- miento y acumulaciones petrolíferas en tierra o áreas submarinas. Aunque la geoquímica no ha consti- tuido un método preponderante de explora- ción, ha sido utilizado esporádicamente en la búsqueda de hidrocarburos y ha dado resulta- dos en algunos casos. VII. Exploración Aérea y Espacial El avión se utiliza ventajosamente para cubrir grandes extensiones en poco tiem- po y obtener, mediante la fotografía aérea, ma- Fig. 2-19. La exploración aérea facilita la cobertura de grandes extensiones que luego permiten escoger áreas más pequeñas para estudios más detallados.
- 75. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 75 Naturalmente, la eficacia de la utili- A través de los años, la ciencia y la zación de la aerofotogeología depende mucho tecnología para la exploración costafuera han de las buenas condiciones atmosféricas para evolucionado acordes con las exigencias. Los realizar los vuelos. El avión también se utiliza equipos para la adquisición de datos han sido para hacer estudios aéreogravimétricos y aéreo- objeto de rediseños e innovaciones para ser magnetométricos, ahorrando así tiempo en la instalados permanentemente en gabarras, lan- consecución de este tipo de estudios. chones o barcos especialmente construidos al Sin embargo, los adelantos logrados efecto. hasta hoy por la ciencia y tecnología del espa- Los dispositivos para la propagación cio han facilitado con los satélites, cohetes y y captación de ondas son producto de técnicas naves espaciales transbordadoras la toma de avanzadas, inocuas a la vida marina. No se em- fotografías nítidas y a color desde altitudes an- plean explosivos como antes, cuya detonación tes inimaginables. era perjudicial para los peces. El procesamiento de datos y su in- VIII. Exploración Costafuera terpretación se realiza por computadoras en el mismo barco y son transmitidos vía satélite a Afortunadamente para la industria, centros de mayor capacidad de resolución. los métodos de prospección geofísica usados Sin embargo, la realización continua en tierra pueden utilizarse costafuera. Y entre de operaciones costafuera siempre está sujeta los métodos disponibles, el más empleado ha a cambios del tiempo, pero gracias también a sido el sismógrafo. los adelantos obtenidos en las técnicas meteo- Naturalmente, trabajar en aguas lla- rológicas, la programación de la navegación nas, semiprofundas o profundas, cerca o lejos puede hacerse hoy en base a los boletines de de las costas o en mar abierto, conlleva enfren- pronóstico del tiempo que emiten los centros tarse a un medio ambiente distinto a tierra y estaciones de observación ubicadas en tantas firme. partes del mundo. Por otra parte, el radar, (ra- boya de cola 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 43 44 45 46 47 48 cañones de aire (fuente de energía) cable de grabación hidrófonos (detectores) fondo del mar onda incidente onda reflejada horizonte geológico (reflector) falla geológica Fig. 2-20. Esquema de un levantamiento sísmico costafuera.
- 76. 76 E l P o z o I l u s t r a d o dio detecting and ranging/detección por rum- bo y distancia por radio), permite que la nave- gación, aérea o marítima, sea más segura, ya que anticipadamente pueden verificarse las condiciones atmosféricas a distancia durante el viaje y tomar las precauciones debidas. IX. Aplicación de Métodos de Exploración en Venezuela La siguiente muestra de descubri- mientos de campos petroleros en el territorio nacional se presenta para dar una idea sobre cuál o cuáles indicadores o métodos se em- plearon para lograr el hallazgo. No obstante los avances científicos y tecnológicos en las Ciencias de la Tierra y sus aplicaciones, la búsqueda de hidrocarburos in- volucra riesgos calculados. Esos riesgos inelu- dibles, de pequeña, mediana o mayor magni- tud, representan inversiones de dinero de ma- nera concomitante con la cuantía de reservas probadas en cartera, tipos y volúmenes de cru- Fig. 2-21. En los años veinte, las operaciones petroleras repre- dos requeridos y la posición futura de la em- sentaban enfrentarse a la naturaleza sin los recursos y la tecno- presa en el negocio. logía disponibles hoy. Obsérvese el reventón del pozo Barro- La presencia del riesgo se debe al so-2, a profundidad de 457 metros, en La Rosa, estado Zulia, el 14-12-1922, el cual atrajo la atención mundial hacia Venezuela. hecho de que ningún método de exploración Fig. 2-22. Remembranzas de las operaciones de la Compañía Fig. 2-23. El riesgo de un reventón estuvo siempre presente Petrolia del Táchira, en La Alquitrana, cerca de Rubio, a 15 km cuando se abrían pozos utilizando el método de perforación al suroeste de San Cristóbal, primera empresa venezolana de a percusión. Con las innovaciones de equipos, fluido de per- petróleo fundada en 1878 por don Manuel Antonio Pulido, el foración y control del hoyo inherentes al método de perfora- general José Antonio Baldó y otros accionistas. ción rotatoria, el riesgo ha sido casi eliminado.
- 77. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 77 garantiza plenamente la existencia de las acu- ciones petrolíferas sería fácil, pero la naturale- mulaciones petrolíferas comerciales deseadas. za es caprichosa, algunas veces, y tratándose Hasta ahora, cada método, dentro de su técni- de petróleo, muy caprichosa. ca y expectativas de resolución, lo que ofrece Prácticamente, todos los métodos de es una opción para indicar que las condiciones prospección petrolera han sido utilizados en el y posibilidades que ofrece el subsuelo para el país, desde el más elemental (observación de entrampamiento de hidrocarburos son halaga- menes) hasta los más modernos y sofisticados. doras en mayor o menor grado. La confirma- En los últimos veinte años, los adelantos en ción definitiva de esas posibilidades la dará la diseño y construcción de sismógrafos, como barrena de perforación y la evaluación econó- también la adquisición, el procesamiento y la mica del descubrimiento se encargará de decir interpretación de datos obtenidos mediante si es negocio desarrollar las acumulaciones de este método, han hecho que ésta sea la herra- gas y/o petróleo encontradas. mienta más utilizada en la prospección de ya- Si la exploración fuera infalible no cimientos petrolíferos en casi todo el mundo. habría pozos secos y el hallazgo de acumula- espesor (m) Formaciones Zonas Litología petrolíferas Sanalejos arena, grava 472 arcilla moteada arenas asfálticas zona petrolífera superior 366 Isnotú arena moteada zona y arcilla petrolífera principal Mene Grande arenisca calcárea Superior lutita Fig. 2-25. Transporte de equipo en los años veinte y quizás 881 Paují podría ser igual hoy en sitios muy lejos de la civilización. Paují media arenisca Media lutita Inferior lutitas y areniscas Arenisca arenisca 426 Misoa principal arenisca y lutitas Campo iniciador del desarrollo y expansión de la industria en Venezuela. Pozo descubridor Zumaque-1, a 135 metros (443 pies) de pro- fundidad, el 31 de julio de 1914. Producción ini- cial de petróleo: 39 m3/d (245 b/d), y acumula- da al 31-12-1996: 523.415 barriles. Producción del campo (1996): 655 b/d de petróleo y acu- mulada: 643.780.355 barriles, 18 - 24 °API. Fuentes: MMH National Petroleum Convention, 1951, p. 36. MEM (PODE), 1951-1995. Maraven, Lagunillas, cifras de producción. Fig. 2-24. Columna estratigráfica, campo Mene Grande, estado Zulia.
- 78. 78 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 2-2. Ejemplos de descubrimientos petrolíferos y métodos de exploración utilizados Año Campo, estado Profundidad Método metros 1878 La Petrolia, Táchira 38 Menes 1891-1912 Guanoco, Sucre 187-750 Menes - Geología de Superficie 1914 Mene Grande, Zulia 135 Menes 1916 Tarra, Zulia 267 Geología de Superficie 1917 La Rosa (Cabimas), Zulia 712 Menes de Gas 1918 Los Barrosos, Zulia 302 Menes 1923 La Paz, Zulia 229 Menes, Geologías de Superficie y Subsuelo 1925 La Concepción, Zulia 1.058 Geología de Superficie El Menito, Zulia 932 Menes 1926 Lagunillas, Zulia 1.064 Pozo de Avanzada Mene Grande, Zulia 552 Geología de Subsuelo Tía Juana, Zulia 756 Pozo de Avanzada 1927 Los Manueles, Zulia 1.055 Geología de Superficie 1928 Quiriquire, Monagas 549 Geología de Superficie 1929 Netick, Zulia 1.755 Geología de Subsuelo, Geofísica 1930 Bachaquero, Zulia 1.237 Pozo de Avanzada 1931 Cumarebo, Falcón 600 Geología de Superficie 1933 Orocual, Monagas 915 Geología de Subsuelo Pedernales, Delta Amacuro 479 Menes 1934 Areo, Anzoátegui 1.365 Sismógrafo 1937 Merey, Anzoátegui 1.646 Sismógrafo Oficina, Anzoátegui 1.799 Balanza de Torsión Pilón, Monagas 1.027 Sismógrafo Santa Ana, Anzoátegui 2.591 Geología de Superficie Uracoa, Monagas 1.310 Sismógrafo Yopales, Anzoátegui 1.402 Sismógrafo 1938 Jusepín, Monagas 1.300 Geofísica Leona, Anzoátegui 670 Sismógrafo 1939 Pueblo Viejo, Zulia 1.220 Gravímetro, Geología de Subsuelo Lago de Maracaibo, Zulia 1.504 Geología de Subsuelo El Roble, Anzoátegui 1.067 Geología de Superficie San Joaquín, Anzoátegui 1.997 Geología de Superficie 1940 Los Caritos, Monagas 1.720 Sismógrafo Socorro, Anzoátegui 2.181 Geología de Superficie, Sismógrafo 1941 Guara, Anzoátegui 1.524 Sismógrafo Las Mercedes, Guárico 1.372 Sismógrafo Mulata, Monagas 1.400 Geología de Subsuelo Santa Bárbara, Monagas 1.530 Geología de Subsuelo Santa Rosa, Anzoátegui 2.591 Sismógrafo 1942 Las Ollas, Guárico 2.250 Sismógrafo Quiamare, Anzoátegui 1.950 Geología de Superficie 1944 Güico, Anzoátegui 1.372 Perforación Estructural, Sismógrafo La Paz, Zulia 1.355 Geología de Subsuelo, (Cretáceo) Sismógrafo Jusepín, Monagas 1.559 Geología de Subsuelo, Sísmica 1945 Mara, Zulia 1.833 Geología, Sismógrafo Capacho, Monagas 1.350 Geología de Subsuelo Nipa, Anzoátegui 1.829 Sismógrafo, Perforación Estructural Pirital (Avipa), Anzoátegui 750 Geología de Subsuelo Tucupita, Delta Amacuro 1.710 Sismógrafo 1946 Boscán, Zulia 2.926 Sismógrafo Ensenada, Zulia 2.998 Sismógrafo Caico Seco, Anzoátegui 1.982 Aerofotogeología, Perforación Estructural, Sismógrafo Güico, Anzoátegui 2.881 Sismógrafo Mata Grande, Anzoátegui 1.400 Geología Palacio, Anzoátegui 1.036 Sismógrafo Tucupido-Tamán, Guárico 854-1.707 Gravímetro, Sismógrafo Quiriquire, Monagas 854 Geología de Subsuelo 1947 Macoa, Zulia 3.518 Geologías de Superficie y Subsuelo, Sísmico
- 79. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 79 Tabla 2-2 continuación Año Campo,estado Profundidad Método metros 1947 West Tarra, Zulia 2.796 Geología, Sismógrafo (Cretáceo) La Fría, Anzoátegui 1.700 Sismógrafo, Perforación Estructural Pelayo, Anzoátegui 2.027 Gravímetro, Sismógrafo Sabán, Guárico 1.743 Gravímetro, Sismógrafo 1948 Chimire, Anzoátegui 2.134 Geología de Superficie Sismógrafo, Perforación Estructural El Toco, Anzoátegui 2.423 Sismógrafo, Perforación Estructural Guavinita, Guárico 1.220 Sismógrafo Inca, Anzoátegui 2.165 Sismógrafo, Perforación Estructural Silvestre, Barinas 2.701 Sismógrafo Sibucara, Zulia 4.101 Geología de Superficie (Cretáceo) Sismógrafo La Concepción, Zulia 3.684 Sismógrafo, Geología de (Cretáceo) Subsuelo San José, Zulia 3.498 Sísmico 1949 Abundancia, Falcón 1.072 Geología de Superficie Aragua, Guárico 2.292 Geología de Superficie, Sismógrafo Cachicamo, Anzoátegui 1.524 Geología de Superficie, Sismógrafo Freites, Anzoátegui 3.354 Sismógrafo Mapiri, Anzoátegui 2.896 Sismógrafo, Perforación Estructural Moriche, Anzoátegui 2.378 Sismógrafo, Perforación Estructural Piragua, Guárico 1.119 Sismógrafo Pradera, Anzoátegui 1.960 Sismógrafo, Perforación Estructural Ruiz, Guárico 1.372 Gravímetro, Sismógrafo San Roque, Anzoátegui 2.591 Sismógrafo Silván, Barinas 3.311 Sismógrafo Soto, Anzoátegui 2.896 Sismógrafo, Perforación Estructural 1950 Alturitas, Zulia 5.195 Sísmico 1951 West Tarra, Zulia 1.466 Geología de Subsuelo, Petrofísica Quiriquire, Monagas 2.409 Geología de Subsuelo, Sísmico (Eoceno) 1952 Mara, Zulia 1.707 Geología de Subsuelo Motatán, Zulia 2.880 Sísmico 1953 La Paz, Zulia 2.710 Geología de Subsuelo (Basamento) Ingeniería de Yacimientos Mara, Zulia 3.255 Geología de Subsuelo (Basamento) 1954 Manresa, Monagas 793 Sísmico 1955 Urdaneta, Zulia 3.499 Sísmico, Geología de Subsuelo 1957 Lama, Zulia 2.546 Geología de Subsuelo, Sísmico Ceuta, Zulia 4.288 Geología de Subsuelo, Sísmico Centro, Zulia 3.896 Geología de Subsuelo, Sísmico Los Claros, Zulia 2.859 Geología de Subsuelo, Sísmico 1958 Barúa, Zulia 3.662 Geología de Subsuelo, Sísmico Orocual, Monagas 4.177 Sísmico San José, Zulia 4.950 Geología de Subsuelo, Sísmico (Cretáceo) Lamar, Zulia 3.964 Geología de Subsuelo, Sísmico (Cretáceo) Rosario, Zulia 4.341 Sísmico (Cretáceo) 1959 Acema, Anzoátegui 3.820 Sísmico 1960 Acema, Monagas 3.820 Geología, Sísmico 1963 La Ceibita, Anzoátegui 3.011 Sísmico Páez, Barinas 2.854 Sísmico 1965 Hato, Barinas 2.911 Geología, Sísmico
- 80. 80 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 2-2 continuación Año Campo, estado Profundidad Método metros 1966 Acema, Monagas 3.628 - 3.689 Sísmico, Geología 1967 Mingo, Barinas 2.850 Sísmico, Geología Caipe, Barinas 3.484 Sísmico, Geología 1971 Onado, Monagas 4.690 Sísmico, Geología 1972 Acema-Casma, Monagas 3.658 Sísmico, Geología Miranda, Falcón 2.396 Sísmico 1973 SLA-6-2X, Zulia 4.725 Sísmico 1974 Melones, Anzoátegui 1.410 Sísmico, Geología 1976 Cachicamo, Anzoátegui 1.526 Sísmico 1979 Patao, Sucre 2.124 - 2.268 Sísmico, Geología (Costafuera) 1980 San Julián, Zulia 5.640 Sísmico, Geología Mejillones, Sucre 2.234 Sísmico, Geología (Costafuera) Dragón, Sucre 3.760 Sísmico Bare, Anzoátegui 1.158 Geología Totumo, Zulia 3.628 - 4.268 Sísmico, Geología 1981 Machiques, Zulia 4.116 Sísmico, Geología Río Caribe, Sucre 2.331 Sísmico, Geología (Costafuera) 1982 Lorán, Delta Amacuro 827 Sísmico, Geología (Costafuera) Cocuina, Delta Amacuro 1.347 Sísmico, Geología 1984 Guafita, Apure 2.747 Sísmico, Geología La Victoria, Apure 3.328 Sísmico, Geología 1986 El Furrial, Monagas 4.056 - 5.015 Sísmico, Geología, Núcleos 1987 La Victoria, Barinas 3.323 Sísmico, Geología 1988 Carito Norte, Monagas 4.880 Sísmico, Geología 1990 Amarilis, Monagas 4.848 Sísmico, Geología 1993 Torunos, Barinas 3.533 Sísmico, Geología 1994 Borburata, Barinas 3.838 Sísmico, Geología Sipororo 1X*, Zulia 3.098 Sísmico Guasimito 1X*, Zulia 3.786 Sísmico Piedritas, Monagas 4.941 Sísmico 1995 RUS 1X**, Guárico 1.434 Sísmico ATN 1X**, Guárico 2.188 Sísmico 1996 Jusepín-476X***, Monagas 5.620 Sísmico 1997 Las Lomas 1X****, Zulia 3.658 Sísmico Guaraní 1X****, Zulia 3.019 Sísmico * Pozo de exploración, descubridor de nuevos yacimientos; en espera de desarrollo. ** Pozo descubridor en profundidad, convenio operativo Guárico Este; en producción. *** Pozo descubridor en profundidad, convenio operativo; en etapa de delineación y desarrollo. **** Pozo descubridor, en espera de desarrollo.
- 81. C a pí t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 81 Referencias Bibliográficas 1. A.I.M.E. (American Institute of Mining and Metallurgical Engineers): Transactions, Vol. 110, Geophysical Pros- pecting, 1934. 2. ARNOLD, R.; MACCREADY, G.A.; BARRINGTON, T.W.: The First Big Oil Hunt, Venezuela, 1911-1916, Vantage Press, New York, 1960. 3. ARNOLD, R.; KEMNITZER, William J.: Petroleum in the United States and Possesions, Harper and Brothers Pub- lishers, New York, 1931. 4. BARBERII, Efraín E.: Petróleo Aquí y Allá, Monte Avila Editores, Caracas, 1976. 5. BLESA, Jorge; ALLAIS, Alfredo: Expectativas de estudio sísmico en Maturín Este, Publicación: “Lagoven Hoy”, N° 5, julio 1992. 6. CHIQUITO, Freddy; MENDEZ, Orlando: El Cretáceo de la Cuenca de Maracaibo, XLV Reunión de Arpel, México, 17 al 20 de mayo de 1982. 7. ELWOOD O., Nestvold; NELSON, P.H.H.: “Explorers still hope to improve on 3-D Seismic’s wealth of data”, en: Oil and Gas Journal, March 16, 1992, p. 55. 8. GONZALEZ DE JUANA, Clemente et al.: Geología de Ve- nezuela y de sus Cuencas Petrolíferas, Tomos I y II, Edi- ciones Foninves, Caracas, 1980. 9. H. ROICE, Nelson Jr.: New Technologies in Exploration Geophysics, Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 1983. 10. HAGER, Dorsey: Practical Oil Geology, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1940. 11. HEILAND, C.A.: Geophysical Exploration, Prentice-Hall Inc., New York, 1940.
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- 84.
- 85. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 85 Indice Página Introducción 89 I. El Metodo Original de Perforación 89 • El sistema a percusión 89 • Ventajas y desventajas de la perforación a percusión 90 II. Perforación Rotatoria 92 • Selección del área para perforar 92 • Componentes del taladro de perforación rotatoria 92 • La planta de fuerza motriz 94 • El sistema de izaje 94 El malacate 95 El cable de perforación 95 La cabria de perforación 96 El aparejo o polipasto 96 • El sistema rotatorio 98 La mesa rotatoria o colisa 98 La junta giratoria 99 La junta kelly 100 • La sarta de perforación 101 La barrena de perforación 101 Tipos de barrenas 102 La tubería lastrabarrena 104 La tubería de perforación 106 • El sistema de circulación del fluido de perforación 107 Las bombas de circulación 107 De la bomba a la junta giratoria 109 El fluido de perforación 110 Funciones del fluido de perforación 110 Tipos de fluidos de perforación 111 Fluido de perforación a base de agua 112 Fluido de perforación a base de petróleo 112 Otros tipos de fluidos de perforación 113 Control del fluido de perforación 113
- 86. 86 E l P o z o I l u s t r a d o III. Aplicaciones de la Perforación Rotatoria 114 • El hoyo o pozo vertical 114 • El pozo direccional 114 • Aplicaciones de la perforación direccional 115 • Conceptos económicos y aplicaciones técnicas avanzadas de pozos desviados 116 • Apreciaciones y cambios resultantes de la nueva tecnología en perforación 118 • Apreciaciones sobre los parámetros del hoyo horizontal 119 • El hoyo de diámetro reducido 120 IV. Sartas de Revestimiento y Cementación 120 • Funciones de las sartas 121 • Factores técnicos y económicos 121 • Clasificación de las sartas 122 La sarta primaria 122 Las sartas intermedias 122 La sarta final y de producción 123 • Características físicas de la tubería revestidora 123 Elongación 123 Aplastamiento 124 Estallido 124 • Cementación de sartas y otras aplicaciones de la cementación 125 Funciones de la cementación primaria 125 Cementación forzada 126 • Aditamentos para la cementación de sartas 127 La zapata de cementación 127 La unión o cuello flotador 127 Unión o cuello flotador (cementación por etapas) 128 Centralizadores 128 Raspadores 128 V. Operaciones de Perforación en Aguas Costafuera 129 • El ambiente 129 • La tecnología 130 VI. Operaciones de Pesca 132
- 87. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 87 VII. Arremetida, Reventón e Incendio 132 VIII. Problemas Latentes durante la Abertura del Hoyo 133 IX. Informe Diario de Perforación 134 X. Terminación del Pozo 137 XI. Clasificación de Pozos Terminados 138 XII. Tabla de Conversión 139 Referencias Bibliográficas 140
- 89. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 89 Introducción la industria. La perforación confirma las pers- pectivas de descubrir nuevos yacimientos, de- ducidas de la variedad de informaciones obte- ...”para que las reciba de mi mano y me sirvan de nidas a través de la aplicación de conocimien- prueba de que yo (Abraham) he abierto este pozo.” (Génesis XXI:30). tos de exploración: Ciencias de la Tierra. El abrir pozos de agua, con imple- I. El Método Original de Perforación mentos rudimentarios manuales, se remonta a tiempos inmemoriales. En ocasiones, la bús- El sistema a percusión queda de aguas subterráneas tropezaba con la La industria petrolera comenzó en inconveniencia de hallar acumulaciones pe- 1859 utilizando el método de perforación a trolíferas someras que trastornaban los deseos percusión, llamado también “a cable”. Se iden- de los interesados; el petróleo carecía entonces tificó con estos dos nombres porque para des- de valor. menuzar las formaciones se utilizó una barra Con la iniciación (1859) de la indus- de configuración, diámetro y peso adecuado, tria petrolera en los Estados Unidos de Amé- sobre la cual se enrosca una sección adicional rica, para utilizar el petróleo como fuente de metálica fuerte para darle más peso, rigidez y energía, el abrir pozos petrolíferos se tornó en estabilidad. Por encima de esta pieza se enros- tecnología que, desde entonces hasta hoy, ha ca un percutor eslabonado para hacer efectivo venido marcando logros y adelantos en la di- el momento de impacto (altura x peso) de la versidad de tareas que constituyen esta rama de barra contra la roca. Al tope del percutor va Margarita Pedernales mar Caribe m m 0 0 Caracas Cumaná La Paz Maracaibo Maracay Barcelona Anaco Post - Plioceno Cretáceo Lagunillas Valencia 1000 Barquisimeto 1000 Mene Grande Las Mercedes Plioceno Mioceno Mioceno Oligoceno Alto El Baúl Oligoceno 3000 3000 Paleozoico Cretáceo Eoceno Triásico Oligoceno Post - Mioceno 5000 Paleozoico Cretáceo 5000 Mioceno Paleozoico Oligoceno Eoceno Precámbrico Cretáceo Paleozoico Fig. 3-1. Columna geológica de las cuencas sedimentarias del lago de Maracaibo, Barinas-Apure y Oriente.
- 90. 90 E l P o z o I l u s t r a d o tal tinen a con form plata Subcuenca de La Guajira ensenada mar Caribe de La Vela plataforma continental Cuenca del golfo de Venezuela Norte de Paria Cuenca de Falcón Golfo Triste Subcuenca Cuenca de Cariaco Subcuenca de Cubagua de Aroa Ens. de Barcelona Subcuenca del golfo Subcuenca del Tuy de Paria plataforma deltana Cuenca de Maracaibo Subcuenca de Guárico Subcuenca de Maturín s de Cuenca Oriental de Venezuela An os Faja del Orinoco eL Cerro Negro d ra lle Machete Zuata Hamaca i rd Subcuenca de Barinas Co Cuenca de Apure Zona en cinturón ferrífero reclamación Colombia Fig. 3-2. Cuencas sedimentarias y provincias costafuera (MEM-PODE, 1995, p. 31). conectado el cable de perforación. Las herra- Sin embargo, la perforación a percu- mientas se hacen subir una cierta distancia para sión es lenta cuando se trata de rocas muy du- luego dejarlas caer libremente y violentamente ras y en formaciones blandas la efectividad de sobre el fondo del hoyo. Esta acción repetitiva la barra disminuye considerablemente. La cir- desmenuza la roca y ahonda el hoyo. cularidad del hoyo no es lisa por la falta de control sobre el giro de la barra al caer al fon- Ventajas y desventajas de la perforación do. Aunque la fuerza con que la barra golpea a percusión el fondo es poderosa, hay que tomar en cuen- El uso de la perforación a percusión ta que la gran cantidad de material desmenu- fue dominante hasta la primera década del si- zado en el fondo del hoyo disminuye la efecti- glo XX, cuando se estrenó el sistema de perfo- vidad del golpeteo y reduce el avance de la ración rotatoria. perforación. Si el hoyo no es achicado oportu- Muchos de los iniciados en la perfo- namente y se continúa golpeando el material ración a percusión consideraron que para per- ya desmenuzado lo que se está haciendo es forar a profundidad somera en formaciones volver polvillo ese material. duras, este sistema era el mejor. Además, re- Como se perfora en seco, el método calcaban que se podía tomar muestras grandes no ofrece sostén para la pared del hoyo y, por y fidedignas de la roca desmenuzada del fon- ende, protección contra formaciones que por do del hoyo. Consideraron que esta perfora- presión interna expelen sus fluidos hacia el ción en seco no perjudicaba las características hoyo y luego, posiblemente, hasta la superfi- de la roca expuesta en la pared del hoyo. Ar- cie. De allí la facilidad con que se producían gumentaron también que era más económico. reventones, o sea, el flujo incontrolable de los
- 91. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 91 10 pozos al penetrar la barra un estrato petrolí- fero o uno cargado de agua y/o gas con exce- siva presión. No obstante todo lo que positiva o percusor negativamente se diga sobre el método de per- foración a percusión, la realidad es que por más de setenta años fue utilizado provechosa- tornillo de temple mente por la industria. conector cable de perforación 17 barrena 16 piso 1. Máquina de vapor 2. Correas de transmisión 3. Cable para achicar 4. Malacate 5. Malacate de transmisión 6. Malacate para carga pesada 7. Malacate para cable de perforación 8. Biela 9. Eje conector 10. Viga maestra (balancín) 3 11. Puntal mayor 12. Bases de la torre 13. Sótano 6 15 14. Patas de la torre 9 10 11 15. Travesaños 8 14 16. Cornisa 5 17. Poleas 7 2 1 2 2 12 13 Figs. 3-3 y 3-4. Componentes del equipo de perforación a percusión.
- 92. 92 E l P o z o I l u s t r a d o II. Perforación Rotatoria La perforación rotatoria se utilizó por primera vez en 1901, en el campo de Spindle- top, cerca de Beaumont, Texas, descubierto por el capitán Anthony F. Lucas, pionero de la industria como explorador y sobresaliente in- geniero de minas y de petróleos. Este nuevo método de perforar trajo innovaciones que difieren radicalmente del sis- Fig. 3-5. Los pioneros de la perforación rotatoria evaluando un tema de perforación a percusión, que por tantos antiguo modelo de barrena. años había servido a la industria. El nuevo equi- po de perforación fue recibido con cierto recelo Los otros casos generales son que el por las viejas cuadrillas de perforación a percu- área escogida pueda estar dentro de un área sión. Pero a la larga se impuso y, hasta hoy, no probada y se desee investigar la posibilidad de obstante los adelantos en sus componentes y yacimientos superiores o perforar más profun- nuevas técnicas de perforación, el principio bá- do para explorar y verificar la existencia de sico de su funcionamiento es el mismo. nuevos yacimientos. También se da el caso de Las innovaciones más marcadas fue- que el área de interés esté fuera del área pro- ron: el sistema de izaje, el sistema de circula- bada y sea aconsejable proponer pozos de ción del fluido de perforación y los elementos avanzada, que si tienen éxito, extienden el componentes de la sarta de perforación. área de producción conocida. Selección del área para perforar Componentes del taladro de perforación El área escogida para perforar es pro- rotatoria ducto de los estudios geológicos y/o geofísicos Los componentes del taladro son: hechos anticipadamente. La intención primor- • La planta de fuerza motriz. dial de estos estudios es evaluar las excelentes, • El sistema de izaje. buenas, regulares o negativas perspectivas de • El sistema rotatorio. las condiciones geológicas del subsuelo para • La sarta de perforación. emprender o no con el taladro la verificación de • El sistema de circulación de fluidos nuevos campos petrolíferos comerciales. de perforación. Generalmente, en el caso de la ex- En la Figura 3-6 se podrá apreciar la dis- ploración, el área virgen fue adquirida con an- posición e interrelación de los componentes terioridad o ha sido asignada recientemente a mencionados. La función principal del taladro la empresa interesada, de acuerdo con las le- es hacer hoyo, lo más económicamente posi- yes y reglamentos que en Venezuela rigen la ble. Hoyo cuya terminación representa un materia a través del Ministerio de Energía y punto de drenaje eficaz del yacimiento. Lo Minas, y de los estatutos de Petróleos de Vene- ideal sería que el taladro hiciese hoyo todo el zuela S.A. y los de sus empresas filiales, de tiempo pero la utilización y el funcionamiento acuerdo con la nacionalización de la industria del taladro mismo y las operaciones conexas petrolera en Venezuela, a partir del 1° de ene- para hacer y terminar el hoyo requieren hacer ro de 1976. altos durante el curso de los trabajos. Enton-
- 93. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 93 1. Cilindros para aire 2. Impiderreventones 3. Base para la pata 4. Brida del cabezal 5. Engranajes de transmisión 7 14 6. Cruceta de acoplamiento 7. Cornisa (poleas fijas) 8. Cabria o torre 9. Refuerzo diagonal (travesaño) 10. Piso de la torre 11. Pata de la cabria 12. Malacate 13. Motores (diesel, gas, eléctricos) 14. Caballete 15. Travesaño (horizontal) 24 16. Conexión acodada 17. Guardacadena 8 18. Guardatransmisión (de la colisa) 19. Guardatransmisión (de las bombas) 53 20. Freno hidráulico 21. Junta kelly 39 22. Tubería de colmado (fluido de perforación) 23. Tuberías de descarga (bombas del fluido de perforación) 35 24. Cable de perforación (enlaza malacate-cornisa-bloque viajero) 16 25. Hoyo de encaje (para tubos de perforación) 52 26. Batidores fijos, fluido de perforación 51 27. Batidor giratorio, fluido de perforación 9 28. Múltiple de la tubería del fluido de perforación 37 16 29. Tolva (para mezclar fluido de perforación) 30. Canal del descarga, fluido de perforación 31. Tubería de descarga, fluido de perforación 21 32. Conexiones entre tanques del fluido de perforación 43 33. Piso de la subestructura de motores 34. Hoyo de descanso (kelly) 37 35. Gancho polea viajera 36. Manguera del fluido de perforación 15 36 (empalme junta rotatoria-subiente) 37. Cadena de seguridad de la manguera del fluido de perforación 11 38. Colisa 39. Encuelladero 25 40. Tanque de asentamiento del fluido de perforación 38 41. Cernidor vibratorio de ripio y fluido de perforación 30 10 42. Bombas del fluido de perforación 43. Subiente (tubería para mandar fluido de perforación al hoyo) 41 13 12 3 18 44. Escalera 22 27 17 45. Subestructura de la cabría 40 46. Subestructura del malacate 44 47. Subestructura de la rampa 5 48. Tubería de succión de fluido de perforación 49. Tanque para succionar fluido de perforación 47 20 50. Cámara de amortiguación (fluido de perforación) 45 42 19 33 50 34 51. Junta giratoria 1 46 52. Asa de la junta giratoria 53. Bloque viajero 28 54. Tubería para suministro de agua. 6 Fuente: Galveston - Houston Co., Petroleum 31 Engineer International, march, 1981. 32 23 2 54 29 26 49 48 4 Fig. 3-6. Componentes del taladro de perforación rotatoria.
- 94. 94 E l P o z o I l u s t r a d o ces, el tiempo es primordial e influye en la Así que, si el sistema de izaje requie- economía y eficiencia de la perforación. re toda la potencia disponible, ésta puede utili- zarse plenamente. De igual manera, durante la La planta de fuerza motriz perforación, la potencia puede distribuirse en- La potencia de la planta debe ser su- tre el sistema rotatorio y el de circulación del ficiente para satisfacer las exigencias del siste- fluido de perforación. ma de izaje, del sistema rotatorio y del sistema La siguiente relación da una idea de de circulación del fluido de perforación. profundidad y de potencia de izaje (caballos de La potencia máxima teórica requeri- fuerza, c.d.f. o H.P.) requerida nominalmente. da está en función de la mayor profundidad que pueda hacerse con el taladro y de la carga Tabla 3-1. Profundidad y potencia de izaje más pesada que represente la sarta de tubos requerida requerida para revestir el hoyo a la mayor Profundidad Potencia de izaje profundidad. (m) (c.d.f.) Por encima de la potencia teórica 1.300 - 2.200 550 2.100 - 3.000 750 estimada debe disponerse de potencia adicio- 2.400 - 3.800 1.000 nal. Esta potencia adicional representa un fac- 3.600 - 4.800 1.500 3.600 - 5.400 2.100 tor de seguridad en casos de atasque de la tu- 3.900 - 7.600 2.500 bería de perforación o de la de revestimiento, 4.800 - 9100 3.000 durante su inserción en el hoyo y sea necesa- rio templar para librarlas. Naturalmente, la to- El tipo de planta puede ser mecáni- rre o cabria de perforación debe tener capaci- ca, eléctrica o electromecánica. La selección se dad o resistencia suficientes para aguantar la hace tomando en consideración una variedad tensión que se aplique al sistema de izaje. de factores como la experiencia derivada del La planta consiste generalmente de uso de uno u otro tipo de equipo, disponibili- dos o más motores para mayor flexibilidad de dad de personal capacitado, suministros, re- intercambio y aplicación de potencia por en- puestos, etc. El combustible más usado es die- granaje, acoplamientos y embragues adecua- sel pero también podría ser gas natural o GLP dos a un sistema particular. (butano). La potencia de izaje deseada y, por ende, la profundidad máxima alcanzable depen- de de la composición de la sarta de perforación. El sistema de izaje Durante cada etapa de la perfora- ción, y para las subsecuentes tareas comple- mentarias de esas etapas para introducir en el hoyo la sarta de tubos que reviste la pared del hoyo, la función del sistema izaje es esencial. Meter en el hoyo, sostener en el ho- yo o extraer de él tan pesadas cargas de tubos, requiere de un sistema de izaje robusto, con suficiente potencia, aplicación de velocidades Fig. 3-7. Motores componentes de una planta de fuerza. adecuadas, freno eficaz y mandos seguros que
- 95. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 95 garanticen la realización de las operaciones sin La transmisión de fuerza la hace el riesgos para el personal y el equipo. malacate por medio de la disponibilidad de Los componentes principales del sis- una serie de bajas y altas velocidades, que el tema de izaje son: perforador puede seleccionar según la magni- tud de la carga que representa la tubería en un El malacate momento dado y también la ventaja mecánica Ubicado entre las dos patas traseras de izaje representada por el número de cables de la cabria, sirve de centro de distribución de que enlazan el conjunto de poleas fijas en la potencia para el sistema de izaje y el sistema cornisa de la cabria con las poleas del bloque rotatorio. Su funcionamiento está a cargo del viajero. perforador, quien es el jefe inmediato de la El malacate es una máquina cuyas cuadrilla de perforación. dimensiones de longitud, ancho y altura varían, naturalmente, según su potencia. Su peso pue- de ser desde 4,5 hasta 35,5 toneladas, de acuer- do con la capacidad de perforación del taladro. El cable de perforación El cable de perforación, que se de- vana y desenrolla del carrete del malacate, enlaza los otros componentes del sistema de izaje como son el cuadernal de poleas fijas ubi- cado en la cornisa de la cabria y el cuadernal del bloque viajero. Fig. 3-8. Ejemplo de un tipo de malacate de perforación. El cable de perforación consta gene- ralmente de seis ramales torcidos. Cada ramal El malacate consiste del carrete prin- está formado a su vez por seis o nueve hebras cipal, de diámetro y longitud proporcionales exteriores torcidas también que recubren otra según el modelo y especificaciones generales. capa de hebras que envuelven el centro del ra- El carrete sirve para devanar y mantener arro- mal. Finalmente, los ramales cubren el centro o llados cientos de metros de cable de perfora- alma del cable que puede ser formado por fi- ción. Por medio de adecuadas cadenas de bras de acero u otro material como cáñamo. transmisión, acoplamientos, embragues y man- La torcida que se le da a los ramales dos, la potencia que le transmite la planta de puede ser a la izquierda o a la derecha, pero fuerza motriz puede ser aplicada al carrete principal o a los ejes que accionan los carretes auxiliares, utilizados para enroscar y desen- roscar la tubería de perforación y las de reves- timiento o para manejar tubos, herramientas pesadas u otros implementos que sean necesa- rios llevar al piso del taladro. De igual manera, la fuerza motriz puede ser dirigida y aplicada a la rotación de la sarta de perforación. Fig. 3-9. Configuración y disposición de los elementos del ca- ble de perforación.
- 96. 96 E l P o z o I l u s t r a d o para los cables de perforación se prefiere a la y el área del piso estaría entre 40 y 83 metros derecha. Los hilos de los ramales pueden ser cuadrados. torcidos en el mismo sentido o contrario al de La altura de la cabria puede ser de los ramales. Estas maneras de fabricación de 26 a 46 metros. A unos 13, 24 ó 27 metros del los cables obedecen a condiciones mecánicas piso, según la altura total de la cabria, va colo- de funcionamiento que deben ser satisfechas. cada una plataforma, donde trabaja el encue- El cable tiene que ser fuerte para llador cuando se está metiendo o sacando la resistir grandes fuerzas de tensión; tiene que sarta de perforación. Esta plataforma forma aguantar el desgaste y ser flexible para que en parte del arrumadero de los tubos de perfora- su recorrido por las poleas el tanto doblarse y ción, los cuales por secciones de dos en dos enderezarse no debilite su resistencia; tiene (pareja) o de tres en tres (triple) se paran sobre que ser resistente a la abrasión y a la corrosión. el piso de la cabria y por la parte superior se Normalmente, el diámetro de los ca- recuestan y aseguran en el encuelladero. bles de perforación es de 22 mm a 44 mm; con La longitud total de tubería de per- valores intermedios que se incrementan en foración o de tubería de producción que pue- 3,2 mm, aproximadamente. Según el calibre y da arrumarse depende del diámetro de la tube- el tipo de fabricación del cable, su resistencia ría. Como la carga y el área que representan mínima de ruptura en tensión puede ser de 31 los tubos arrumados verticalmente son gran- a 36 toneladas, y la máxima de 75 a 139 tone- des, la cabria tiene que ser fuerte para resistir ladas. El peso por metro de cable va desde además las cargas de vientos que pueden tener 2 kg hasta 8,5 kg según el diámetro. Por tanto, velocidad máxima de 120 a 160 kilómetros por el peso de unos 100 metros de cable repre- hora (km/h). Por tanto, los tirantes horizon- senta 200 a 850 kg. tales y diagonales que abrazan las patas de la cabria deben conformar una estructura firme. La cabria de perforación Por otra parte, durante la perforación la tubería Se fabrican varios tipos de cabrias: puede atascarse en el hoyo, como también portátil y autopropulsada, montadas en un ve- puede atascarse la tubería revestidora durante hículo adecuado; telescópicas o trípodes que su colocación en el hoyo. En estos casos hay sirven para la perforación, para el reacondicio- que desencajarlas templando fuertemente y namiento o limpieza de pozos. por ende se imponen a la cabria y al sistema La silueta de la cabria es de tipo pi- de izaje, específicamente al cable de perfora- ramidal y la más común y más usada es la rígi- ción, fuertes sobrecargas que deben resistir da, cuyas cuatro patas se asientan y aseguran dentro de ciertos límites. sobre las esquinas de una subestructura metáli- En su tope o cornisa, la cabria tiene ca muy fuerte. una base donde se instala el conjunto de po- La parte superior de esta subestruc- leas fijas (cuadernal fijo). Sobre la cornisa se tura, que forma el piso de la cabria, puede te- dispone de un caballete que sirve de auxiliar ner una altura de 4 a 8,5 metros. Esta altura para los trabajos de mantenimiento que deben permite el espacio libre deseado para trabajar hacerse allí. con holgura en la instalación de las tuberías, válvulas y otros aditamentos de control que se El aparejo o polipasto ponen en la boca del hoyo o del pozo. Para obtener mayor ventaja mecánica Entre pata y pata, la distancia puede en subir o bajar los enormes pesos que represen- ser de 6,4 a 9,1 metros, según el tipo de cabria, tan las tuberías, se utiliza el aparejo o polipasto.
- 97. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 97 Del carrete de abastecimiento se la junta giratoria del sistema de rotación du- pasa el cable de perforación por la roldana de rante la perforación. Del gancho cuelgan tam- la polea del cuadernal de la cornisa y una bién eslabones del elevador que sirven para roldana del bloque viajero, y así sucesivamente colgar, meter o sacar la tubería de perforación. hasta haber dispuesto entre los dos cuaderna- El funcionamiento y trabajo del apa- les el número de cables deseados. La punta del rejo puede apreciarse por medio de los siguien- cable se ata al carrete del malacate, donde tes conceptos: luego se devanará y arrollará la longitud de Cuando se levanta un peso por me- cable deseado. Este cable -del malacate a la dio del uso de un aparejo sencillo de un solo cornisa- es el cable vivo o móvil, que se enro- cable, el cable móvil es continuo. La velocidad lla o desenrolla del malacate al subir o bajar el de ascenso es igual en el cable que sujeta el bloque viajero. Como podrá apreciarse el cable peso y en el cable que se arrolla en el mala- vivo está sujeto a un severo funcionamiento, cate. De igual manera, la tensión, descartando fatiga y desgaste. fuerzas de fricción, es igual en ambos cables. El resto del cable que permanece en El porcentaje de eficiencia de este simple sis- el carrete de abastecimiento no se corta sino tema es 100%, lo cual puede comprobarse por que se fija apropiadamente en la pata de la ca- la fórmula: bria. Este cable -de la pata de la cabria a la cor- nisa- no se mueve y se le llama cable muerto; E= 1/1,04N-1 sin embargo, está en tensión y esto es aprove- chado para colocarle un dispositivo que sirve donde N representa el número de cables entre para indicar al perforador el peso de la tubería. el bloque fijo y el viajero. Entonces: Cuando por razones de uso y des- 1 1 1 gaste es necesario reemplazar el cable móvil, E = _______ = ________ = ______ = 1 ó 100 % se procede entonces a desencajarlo del mala- 1,04N-1 1,040 1 cate, cortarlo y correrse el cable entre la polea Si el sistema tuviese cuatro cables fija y el bloque viajero, supliendo cable nuevo entre los bloques, su eficiencia en velocidad del carrete de almacenamiento. sería reducida: Generalmente, el número de cables entre el bloque fijo y el bloque viajero puede 1 1 1 E = _______ = ________ = ______ = 0,8889 ser 4, 6, 8, 10, 12 o más, de acuerdo al peso 1,044-1 1,043 1,125 máximo que deba manejarse. También debe = 88,89 % tomarse en consideración el número de poleas Pero se gana en que el peso lo so- en la cornisa y el bloque, y además el diámetro portan cuatro cables y de acuerdo con la resis- del cable y la ranura por donde corre el cable tencia de ruptura del cable en tensión, el sis- en las poleas. tema permite manejar pesos mayores. Sin em- El bloque viajero es una pieza muy bargo, sobre la velocidad de ascenso de la car- robusta que puede pesar entre 1,7 y 11,8 tone- ga, debe observarse que, en el primer caso, ladas y tener capacidad de carga entre 58 y 682 por cada metro de ascenso se arrollan cuatro toneladas, según sus dimensiones y especifica- metros en el malacate. ciones. Forma parte del bloque viajero un asa Con respecto a la fuerza de tensión muy fuerte que lleva en su extremo inferior, del que el malacate debe desarrollar al izar la car- cual cuelga el gancho que sirve para sostener ga, se aprecia que en el caso del polipasto de
- 98. 98 E l P o z o I l u s t r a d o un solo cable es 100 %, o equivalente a la ten- ra un hoyo somero, o sea hasta 1.000 metros; sión que ejerce la carga. Esto se verifica por la profundo, hasta 4.500 metros; muy profundo, siguiente fórmula: hasta 6.000 metros, y super profundo, de esa profundidad en adelante. 1 1 1 F = _________ = __________ = _________ = 1 NxE 1x1 1 El sistema rotatorio El sistema rotatorio es parte esencial En la que N representa el número del taladro o equipo de perforación. Por me- de cables entre la cornisa y el bloque, y E la dio de sus componentes se hace el hoyo hasta eficiencia calculada antes. la profundidad donde se encuentra el yaci- Para el segundo caso, el factor de miento petrolífero. tensión en el cable móvil para izar la carga es En sí, el sistema se compone de la mucho menor, debido a que cuatro cables en- mesa rotatoria o colisa; de la junta o unión gi- lazan las poleas: ratoria; de la junta kelly o el kelly; de la sarta o tubería de perforación, que lleva la sarta las- trabarrena, y finalmente la barrena. 1 1 1 F = ________ = __________ = ________ = 0,2812 NxE 4 x 0,8889 3,56 La mesa rotatoria o colisa La colisa va instalada en el centro Por tanto, se podrán apreciar las del piso de la cabria. Descansa sobre una base ventajas mecánicas y las razones por las que muy fuerte, constituida por vigas de acero que en la práctica los componentes del sistema de conforman el armazón del piso, reforzado con izaje son seleccionados de acuerdo con las exi- puntales adicionales. gencias de la perforación, que pueden ser pa- P P Fig. 3-10. Cable móvil continuo. Fig. 3-11. Más cables entre poleas menos tensión en el cable móvil.
- 99. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 99 La colisa tiene dos funciones princi- pales: impartir el movimiento rotatorio a la sar- ta de perforación o sostener todo el peso de esta sarta mientras se le enrosca otro tubo para seguir ahondando el hoyo, o sostener el peso de la sarta cuando sea necesario para desen- roscar toda la sarta en parejas o triples para sa- carla toda del hoyo. Además, la colisa tiene que aguantar cargas muy pesadas durante la metida de la sarta de revestimiento en el hoyo. Por tanto, y según la capacidad del taladro, la colisa tiene que resistir cargas estáti- cas o en rotación que varían según la profundi- dad del pozo. Estas cargas pueden acusar des- de 70 hasta 1.000 toneladas. De allí que la co- lisa sea de construcción recia, de 1,20 a 1,5 me- tros de diámetro, con pistas y rolineras de ace- ros de alta calidad, ya que la velocidad de ro- tación requerida puede ser de muy pocas a Fig. 3-12. Acoplando el elevador al tubo de perforación que 500 revoluciones por minuto. Las dimensiones cuelga de la colisa para luego izar la sarta de perforación y proseguir una más veces con las maniobras de extracción generales de ancho, largo y altura de la mesa hasta sacar toda la sarta del hoyo. rotatoria varían según especificaciones y su robustez puede apreciarse al considerar que su temas componentes del taladro. Por medio de peso aproximado es de 2 a 12 toneladas. su asa, cuelga del gancho del bloque viajero. La dimensión principal de la colisa yPor medio del tubo conector encorvado, que la que representa su clasificación es la aperturalleva en su parte superior, se une a la mangue- circular que tiene en el centro para permitir el ra del fluido de perforación, y por medio del paso de barrenas y tuberías de revestimiento. tubo conector que se proyecta de su base se Esta apertura única y máxima que tiene cada enrosca a la junta kelly. colisa permite que se les designe como de 305, Tanto por esta triple atadura y su 445, 521, 698, 952 ó 1.257 mm, que corres- propia función de sostener pesadas cargas, ponden respectivamente a 12, 171/2, 201/2, girar su conexión con la kelly y resistir presión 271/2, 371/2, y 491/2 pulgadas de diámetro. de bombeo hasta 352 kg/cm3, la junta tiene A la colisa se le puede impartir po- que ser muy sólida, contra fuga de fluido y tencia de manera exclusiva acoplándole una poseer rolineras y pista de rodaje resistentes a unidad motriz independiente. Pero general- la fricción y el desgaste. La selección de su ro- mente su fuerza de rotación se la imparte la bustez depende de la capacidad máxima de planta motriz del taladro, a través del malacate,perforación del taladro. La junta por sí sola por medio de transmisiones, acoplamientos y puede pesar entre 0,5 y 3,3 toneladas. mandos apropiados. Los adelantos en el diseño, capaci- dad y funcionamiento de las partes del taladro La junta giratoria no se detienen. Hay innovaciones que son La junta giratoria tiene tres puntos muy especiales. Tal es el invento de la junta importantes de contacto con tres de los sis-
- 100. 100 E l P o z o I l u s t r a d o giratoria automotriz para eliminar la mesa rota- el bloque viajero y la kelly se desliza a través toria y la junta kelly que se desliza a través de del buje y de la colisa. Una vez que toda la ella. Además, esta nueva junta permite que, longitud de la kelly ha pasado por el buje, el eliminado el tramo común de perforación de hoyo se ha ahondado esa longitud, ya que la 10 metros con la junta kelly, ahora el tramo sarta de perforación va enroscada a la kelly. pueda ser de 30 metros, lo cual representa me- Para seguir profundizando el hoyo, jorar la eficiencia del progreso de la perfora- el perforador iza la kelly, desencaja el buje de ción al tener menos maniobras para conectar la colisa, el cual queda a cierta altura de la me- los tubos a la sarta. La junta automotriz tiene sa, para permitir que sus ayudantes, los cu- integrada un motor o impulsor eléctrico con ñeros, coloquen cuñas apropiadas entre el tu- suficiente potencia para imprimirle la deseada bo superior de la sarta de perforación y la coli- velocidad de rotación a la sarta de perforación, sa para que cuando el perforador baje la sarta a la cual está conectada directamente. La po- lentamente ésta quede colgando segura y fir- tencia puede ser de 1.000 o más caballos de memente de la colisa. Entonces se puede de- fuerza según el peso de la sarta, profundidad senroscar la kelly para agregar otro tubo de final y trayectoria del pozo, vertical o direc- perforación a la sarta. Agregado el nuevo tubo, cional de alto alcance o penetración horizon- se iza la sarta, se sacan las cuñas y se baja la tal. La junta rotatoria automotriz sube y baja parte superior del nuevo tubo hasta la colisa deslizándose sobre un par de rieles paralelos para volver a acuñar y colgar la sarta otra vez asidos a la torre, los cuales forman la carrilera y luego enroscarle una vez más la kelly, izar, que comienza a tres metros del piso del tala- sacar las cuñas, encastrar el buje en la colisa, dro y culmina en la cornisa. rotar y continuar así ahondando el hoyo la lon- Fig. 3-13. gitud de la kelly otra vez. Aspecto de una La junta kelly Por su función, por las cargas estáti- junta Generalmente tiene configuración cas y dinámicas a que está sometida, por los kelly. cuadrada, hexagonal, o redonda y acanalada, y esfuerzos de torsión que se le imponen, por- su longitud puede ser de 12, 14 ó 16,5 metros. que su rigidez y rectitud son esenciales para Su diámetro nominal tiene rangos que van de que baje libremente por el buje y la colisa, la 6 cm hasta 15 cm, y diámetro interno de 4 cm kelly es una pieza que tiene que ser fabricada a 9 cm. El peso de esta junta varía de 395 kg a con aleaciones de los aceros más resistentes, 1,6 toneladas. Esta pieza se conoce por el muy bien forjados y adecuadamente tratados nombre propio de su inventor, Kelly. La mayo- al calor. ría de las veces tiene forma cuadrada; en cas- Durante las tareas de meter y sacar tellano le llaman “el cuadrante”. la sarta de perforación del hoyo, es necesario La junta tiene roscas a la izquierda y utilizar la polea viajera, su gancho y elevadores la conexión inferior que se enrosca a la sarta por mucho tiempo. Por esto, la junta kelly y la de perforación tiene roscas a la derecha. junta giratoria son entonces apartadas y la ke- La kelly, como podrá deducirse por lly se introduce en el hoyo de descanso, dis- su función, es en sí un eje que lleva un buje puesto especialmente para este fin a distancia especial que encastra en la colisa y por medio de la colisa en el piso del taladro. de este buje la colisa le imparte rotación. Co- Además, para ganar tiempo en el mo la kelly está enroscada a la junta giratoria manejo y disposición del tubo de perforación, y ésta a su vez cuelga del bloque viajero, el que desde el arrumadero y por la planchada se perforador hace bajar lenta y controladamente trae al piso del taladro para añadirlo a la sarta,
- 101. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 101 en el piso de algunos taladros se dispone de si la sarta debe ser normal, flexible, rígida o pro- otro hoyo adicional, hoyo de conexión, para vista también de estabilizadores, centralizado- este fin. res, motor de fondo para la barrena u otros adi- tamentos que ayuden a mantener la trayectoria La sarta de perforación y buena calidad del hoyo. La sarta de perforación es una En un momento dado, la sarta pue- columna de tubos de acero, de fabricación y de ser sometida a formidables fuerzas de rota- especificaciones especiales, en cuyo extremo ción, de tensión, de compresión, flexión o inferior va enroscada la sarta de lastrabarrena pandeo que más allá de la tolerancia mecánica y en el extremo de ésta está enroscada la ba- normal de funcionamiento puede comprome- rrena, pieza también de fabricación y especifi- ter seriamente la sarta y el hoyo mismo. En ca- caciones especiales, que corta los estratos geo- sos extremos se hace hasta imposible la extrac- lógicos para hacer el hoyo que llegará al yaci- ción de la sarta. Situaciones como ésta pueden miento petrolífero. ocasionar el abandono de la sarta y la pérdida A toda la sarta le imparte su movi- del hoyo hecho, más la pérdida también de miento rotatorio la colisa por medio de la junta una cuantiosa inversión. kelly, la cual va enroscada al extremo superior de la sarta. El número de revoluciones por mi- La barrena de perforación nuto que se le impone a la sarta depende de Cada barrena tiene un diámetro es- las características de los estratos como también pecífico que determina la apertura del hoyo del peso de la sarta que se deje descansar que se intente hacer. Y como en las tareas de sobre la barrena, para que ésta pueda efecti- perforación se requieren barrenas de diferen- vamente cortar las rocas y ahondar el hoyo. tes diámetros, hay un grupo de gran diámetro En concordancia con esta acción mecánica de que va desde 610 hasta 1.068 milímetros, 24 a desmenuzar las rocas actúa el sistema de cir- 42 pulgadas, y seis rangos intermedios, para culación del fluido de perforación, especial- comenzar la parte superior del hoyo y meter mente preparado y dosificado, el cual se bom- una o dos tuberías de superficie de gran diá- bea por la parte interna de la sarta para que metro. El peso de esta clase de barrenas es de salga por la barrena en el fondo del hoyo y 1.080 a 1.575 kilogramos, lo cual da idea de la arrastre hasta la superficie la roca desmenu- robustez de la pieza. zada (ripio) por el espacio anular creado por El otro grupo de barrenas, de 36 la parte externa de la sarta y la pared del hoyo. rangos intermedios de diámetro, incluye las de Del fondo del hoyo hacia arriba, la 73 hasta 660 milímetros de diámetro, 3 a 26 sarta de perforación la componen esencialmen- pulgadas, cuyos pesos acusan 1,8 a 552 kilo- te: la barrena, los lastrabarrena, la tubería o sar- gramos. ta de perforación y la junta kelly, antes descrita. La selección del grupo de barrenas Además, debe tenerse presente que los compo- que ha de utilizarse en la perforación en deter- nentes de las sartas siempre se seleccionan para minado sitio depende de los diámetros de las responder a las condiciones de perforación sartas de revestimiento requeridas. Por otra dadas por las propiedades y características de parte, las características y grado de solidez de las rocas y del tipo de perforación que se desee los estratos que conforman la columna geoló- llevar a cabo, bien sea vertical, direccional, in- gica en el sitio determinan el tipo de barrenas clinada u horizontal. Estos parámetros indicarán más adecuado que debe elegirse. Generalmen-
- 102. 102 E l P o z o I l u s t r a d o te, la elección de barrenas se fundamenta en la filo de la aleta o cuchilla se tornaba romo rápi- experiencia y resultados obtenidos en la per- damente por el continuo girar sobre la roca foración de formaciones muy blandas, blandas, dura, no obstante el peso que se impusiese a semiduras, duras y muy duras en el área u otras la barrena para lograr penetrar el estrato. áreas. En el caso de territorio virgen, se paga el Al surgir la idea de obtener una noviciado y al correr el tiempo se ajustará la muestra cilíndrica larga (núcleo) de las forma- selección a las características de las rocas. ciones geológicas, la barrena de aleta fue re- diseñada integrándole un cilindro de menor Tipos de barrenas diámetro, concéntrico con el diámetro mayor Originalmente, en los primeros años de la barrena. Así que durante la perforación, de utilización de la perforación rotatoria, el la barrena desmenuza la superficie circular tipo común de barrena fue la de arrastre, fric- creada por la diferencia entre los dos diáme- ción o aletas, compuesta por dos o tres aletas. tros, y el núcleo, de diámetro igual al cilindro La base afilada de las aletas, hechas de acero interno de la barrena, se va cortando a medida duro, se reforzaba con aleaciones metálicas que la barrena cortanúcleo avanza. más resistentes para darle mayor durabilidad. Actualmente, el diseño y fabricación Algunos tipos eran de aletas reemplazables. de barrenas cortanúcleo satisfacen toda una Este tipo de barrena se comportaba gama de opciones en los tipos de aleta, de co- bien en estratos blandos y semiduros, pero en nos y de diamante industrial. Los diámetros va- estratos duros o muy duros el avance de la rían desde 114 hasta 350 milímetros, 41/2 a 14 perforación era muy lento o casi imposible. El pulgadas, y el núcleo obtenible puede ser de Fig. 3-14. Tipo de barrena de conos y muestra de sus partes internas. Fig. 3-15. Barrena Fig. 3-16. Barrena tipo arrastre. tipo excéntrica.
- 103. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 103 28 hasta 48 milímetros de diámetro, 11/8 a 17/8 de la barrena la rotación y el peso, la fricción, pulgadas y longitudes de 1,5; 3; 4,5 metros y el calor y la abrasión. hasta 18 metros. Otro tipo de barrenas, llamadas de A partir de 1909, la barrena de co- diamante, porque su elemento cortante lo for- nos giratorios hizo su aparición. Este nuevo ti- man diamantes industriales o diamantes poli- po de barrena ganó aceptación bien pronto y cristalinos compactos incrustados en el cuerpo hasta ahora es el tipo más utilizado para perfo- de la barrena, también son usadas con éxito en rar rocas, desde las blandas hasta las duras y la perforación. El diseño del cuerpo de la ba- muy duras. Las barrenas se fabrican de dos, rrena así como la disposición y configuración tres o cuatro conos. A través de la experiencia de las hileras de diamantes ofrecen una gran va- acumulada durante todos estos años, el diseño, riedad de alternativas para perforar las diferen- la disposición y características de los dientes tes clases de rocas. Para elegir apropiadamente integrales o los de forma esférica, semiesférica la barrena para cortar determinado tipo de roca o botón incrustados, tienden a que su durabili- lo mejor es consultar los catálogos de los fabri- dad para cortar el mayor volumen posible de cantes y verificar las experiencias logradas en el roca se traduzca en la economía que represen- área donde se intenta abrir el pozo. ta mantener activa la barrena en el hoyo du- Durante los últimos años se viene ex- rante el mayor tiempo posible. perimentando y acumulando experiencia con la Cada cono rota alrededor de un eje perforación con aire en vez del fluido acostum- fijo que tiene que ser muy fuerte para que ca- brado. Esta nueva modalidad ha introducido da cono soporte el peso que se le impone a la cambios en el tipo de barrena requerida. barrena y pueda morder bien la roca para des- Por otra parte, desde hace muchos menuzarla. Por tanto, el encaje del cono en el años se realizan intentos por perfeccionar la eje tiene que ser muy seguro para evitar que el turboperforadora. Este método es radical en el cono se desprenda. El movimiento rotatorio sentido de que la sarta de perforación no rota eficaz del cono se debe al conjunto de roline- pero la rotación de la barrena se logra aplicán- ras internas empotradas alrededor del eje, las dole la fuerza motriz directamente en el fondo cuales por lubricación adecuadamente hermé- del hoyo. tica mantienen su deslizamiento. También se experimenta con una Además, la disposición, el diámetro barrena de banda o de cadena por la cual se y las características de los orificios o boquillas intenta que, sin sacar la tubería, el elemento fijas o reemplazables por donde sale el fluido cortante de la barrena puede ser reemplazado de perforación a través de la barrena, han sido a medida que la parte en contacto con la roca objeto de modificaciones técnicas para lograr acuse desgaste y no sea efectivo el avance para mayor eficacia hidráulica tanto para mantener ahondar el hoyo. la barrena en mejor estado físico como para La variedad de tipos de barrenas dis- mantener el fondo del hoyo libre del ripio que ponibles demuestra el interés que los fabri- produce el avance de la barrena. cantes mantienen para que el diseño, la confec- Por los detalles mencionados, se ción y utilización de barrenas de perforación apreciará que la fabricación de barrenas re- representen la más acendrada tecnología. quiere la utilización de aceros duros y alea- Al final de cuentas, lo más importan- ciones especiales que respondan a las fuerzas te es seleccionar la barrena que permanezca y desgaste que imponen a las diferentes partes más tiempo efectivo ahondando el hoyo. En la
- 104. 104 E l P o z o I l u s t r a d o El costo depende también del tipo de pozo: exploratorio, semiexploratorio de avanzada, de desarrollo o de largo alcance, in- clinado o de la clase horizontal y si la opera- ción es en tierra o costafuera y otros aspectos de topografía y ambiente. En el caso de pozos ultra profundos de exploración, de 5.500 - 6.500 metros, en áreas remotas de difícil acceso, el costo prome- dio de perforación, a precios de 1996, puede ser de Bs. 425.000 por metro o más. Esto da una idea del riesgo del negocio corriente arriba. Cuando este tipo de pozo no tiene acumulacio- nes petrolíferas comerciales, lo que queda es el conocimiento adquirido de la columna geológi- ca y mejor interpretación del subsuelo y tam- bién la valiosísima experiencia de haber hecho un pozo hasta esa profundidad. Fig. 3-17. Las labores de perforación han servido de aula y de laboratorio para adquirir experiencias y perfeccionar los equi- La tubería lastrabarrena pos para estas tareas. Durante los comienzos de la perfo- práctica, el costo de perforación por metro de ración rotatoria, para conectar la barrena a la formación horadada se obtiene utilizando los sarta de perforación se usaba una unión corta, siguientes factores, que representan datos del de diámetro externo mucho menor, natural- Informe Diario de Perforación. Así que: mente, que el de la barrena, pero algo mayor que el de la sarta de perforación. Costo de perforación por metro = A/B Por la práctica y experiencias obte- nidas de la función de esta unión y del com- donde A = (número de horas perforando + portamiento de la barrena y de la sarta de per- horas metiendo y sacando sarta) x costo por foración evolucionó la aplicación, los nuevos hora de operación del taladro + costo neto de diseños y la tecnología metalúrgica de fabrica- la barrena + costo del fluido de perforación ción de los lastrabarrenas actuales. durante el manejo de la sarta. Se constató que la unión, por su ri- B = metros de formación cortada gidez, mayor diámetro y peso mantenía la ba- por la barrena. rrena más firme sobre la roca. Se dedujo en- Ejemplo numérico hipotético, en or- tonces que una sarta de este tipo, por su lon- den de enunciado de los factores: gitud y peso serviría como un lastre para facili- tar la imposición opcional del peso que debía Costo, Bs./metro = mantenerse sobre la barrena para desmenuzar la roca. Esta opción se tradujo en mantener la (52+9) x 70.655 + 321.500 + 10.800 = 11.722,87 tubería de perforación en tensión y no tener 396 que imponerle pandeo y flexión para conser- var sobre la barrena el lastre requerido para
- 105. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 105 ahondar el hoyo. Además, la dosificación del El tipo de rosca en la espiga y caja peso sobre la barrena podía regularla el perfo- (macho y hembra) en los extremos de cada rador por medio del freno del malacate, de lastrabarrena es muy importante. Al enroscar el acuerdo con la dureza y características de los lastrabarrena a la barrena y luego cada lastra- estratos. Esta práctica comenzó a dar buenos barrena subsiguiente se debe hacer una cone- resultados al lograr que la trayectoria del hoyo xión hermética, y los tubos deben apretarse de se mantenga lo más verticalmente posible, acuerdo con la fuerza de torsión recomendada controlando el peso sobre la barrena, la veloci- para cada diámetro y conexión. La fuga de flui- dad de rotación de la sarta y el volumen y do por una conexión puede ocasionar el des- velocidad anular del fluido de perforación prendimiento de la parte inferior de la sarta, lo bombeado. que podría tornarse en una difícil tarea de pes- Los lastrabarrena, como todo el equi- ca con consecuencias impredecibles. En la po petrolero, se fabrican de acuerdo a normas práctica, el diámetro de la sarta de lastraba- y especificaciones del Instituto Americano del rrena se escoge de acuerdo al diámetro de la Petróleo (American Petroleum Institute, API) barrena y del revestidor en el hoyo. Su longi- utilizando aleaciones de aceros especiales con tud tiene que ser lo suficiente para proveer el cromio y molibdeno que tengan óptima resis- peso máximo que debe imponérsele a la barre- tencia y ductibilidad. Generalmente, la longitud na, el cual expresado en milímetros de diáme- de cada tubo puede ser de 9, 9,5, 9,75, 12,8 y tro de la barrena, y de acuerdo a la dureza de 13,25 metros. La gama de diámetros externos la roca y la velocidad de rotación, puede ser va de 189 a 279 milímetros, 7 a 11 pulgadas, y para rocas blandas de 54 a 90 kilos por milí- Fig. 3-19. los diámetros internos de 38 a 76 milímetros y metro de diámetro (a 100 - 45 r.p.m.); muy Lastra- barrena. peso de 364 a 4.077 kilos, respectivamente. blandas de 54 a 90 kilos (a 250 - 100 r.p.m.); medianamente duras de 70 a 142 kilos (a 100 - 40 r.p.m.); en formaciones duras 140 a 268 ki- los (a 60 - 40 r.p.m.). Los lastrabarrena son, generalmente, redondos y lisos, pero los hay también con acanalamiento normal o en espiral, y del tipo cuadrado. Los diseños fuera de lo corriente se usan para evitar la adhesión del lastrabarrena a la pared de hoyo, ya que por el acanalamiento de su superficie el área de contacto es menor. El diseño y la selección de los com- ponentes de la sarta de perforación (barrena, lastrabarrena, tubería de perforación y disposi- tivos complementarios como amortiguadores; estabilizadores y protectores que lleva la tube- ría de perforación para disminuir el roce con la sarta de revestimiento), son tareas muy impor- tantes que requieren aplicaciones tecnológicas y experiencias prácticas para lograr hacer un Fig. 3-18. Enrosque y metida de un tubo en el hoyo. buen hoyo y al menor costo posible.
- 106. 106 E l P o z o I l u s t r a d o La tubería de perforación La tubería de perforación se fabrica La tubería de perforación va conec- en una variada selección de diámetros externos tada al lastrabarrena superior y su último tubo nominales desde 25,4 hasta 317,5 milímetros. se enrosca a la junta kelly, la cual le imparte a Los diámetros por debajo de 76 milí- la barrena y a toda la sarta el movimiento rota- metros y los mayores de 139,7 milímetros se torio producido por la colisa. emplean para casos especiales. Generalmente, Esta sección de la sarta de perfora- los diámetros de uso corriente son de 88,9, ción va aumentando en longitud a medida que 101,6, 114,3, 127 y 139,7 milímetros que, res- se va ahondando el hoyo, como se mencionó pectivamente, corresponden a 31/2, 4, 41/2, 5, al describir la función de la junta kelly. 51/2 pulgadas. La longitud de cada tubo varía Además de las funciones de hacer según el rango API. El rango 1 abarca una lon- girar e imponer peso a la barrena, la tubería de gitud de 5,5 a 6,7 metros; el rango 2, de 8,2 a perforación es parte esencial del conducto que 9,1 metros y el rango 3, de 11,6 a 13,7 metros. lleva el fluido de perforación desde las bom- Las siderúrgicas y suplidores de tu- bas al fondo del hoyo, a través de la barrena. berías para la industria petrolera ofrecen una Por tanto, la tubería de perforación variada selección corriente de tubos pero tam- está expuesta a fuertes fuerzas de rotación, de bién pueden satisfacer pedidos especiales de tensión, de compresión, de flexión y pandeo, los usuarios. Cuando se requiere una sarta de de torsión, de aprisionamiento por derrumbe perforación debe pensarse en las característi- del hoyo, de roce, de fatiga, de rebote y des- cas deseadas: longitud total de la sarta y rango gaste general. De allí que la fabricación se ha- de longitud de los tubos; diámetro nominal e ga utilizando aleaciones especiales de acero, interno del tubo; grado del material (D, E u cuyas características soporten los esfuerzos a otro especial); punto cedente en tensión (car- que están sujetos en el hoyo tanto cada tubo ga); punto cedente en torsión (momento); pe- como las conexiones que los unen. so por metro de longitud; tipo de conexión; Fig. 3-20. Patio de almacenaje de los distintos tipos de tuberías de perforación, de revestidores y de producción requeridas en las operaciones.
- 107. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 107 longitud, diámetro externo e interno, recalcado En Oriente, la perforación profunda interior o exterior o ambos; punto cedente de en áreas conocidas y nuevas tuvo éxito en tensión y en torsión, y momento necesario de Quiriquire 5.490 metros, Orocual 4.320 metros, torsión de enrosque. Amarilis 5.948, El Furrial 4.750, Piedritas 4.941. La selección de los componentes Costafuera de la península de Paria y la región principales de toda la sarta, así como disposi- del delta del Orinoco se perforaron pozos pro- tivos auxiliares necesarios, dependen funda- fundos: Patao 4.146, Caracolito 5.675 y Tajalí mentalmente del diámetro y de la profundidad 4.560 metros. del hoyo como también de las características y Toda esta actividad indica que en el comportamiento de los estratos que ha de des- país hay experiencia y capacidad para realizar menuzar la barrena. la perforación de pozos profundos, al igual que La selección se hace aún muchísimo en las áreas de operaciones más destacadas del más importante para áreas donde se dificulta mundo. Los pozos profundos de exploración de mantener el hoyo recto, debido al buzamiento nuevos yacimientos son costosos. En 1990 a y al grado de dureza e intercalación de estratos profundidad promedio de 5.059 metros el costo diferentes. fue de Bs. 57.274 por metro y en 1991 a 5.509 De igual manera, merece atención si metros el costo llegó a Bs. 124.851 por metro, en el área de la perforación existe la presencia de según el PODE-MEM, 1991, p. 40. sulfuro de hidrógeno (H2S), que por su acción corrosiva puede someter a la sarta a severo debi- litamiento de sus características metalúrgicas. El sistema de circulación del fluido La inspección, la protección de las de perforación roscas, el adecuado transporte, arrume y ma- El sistema de circulación del fluido nejo de la sarta, y lubricación apropiada de las de perforación es parte esencial del taladro. conexiones cada vez que cada tubo se mete en Sus dos componentes principales son: el el hoyo son tareas importantes para conservar equipo que forma el circuito de circulación y la sarta en buen estado. el fluido propiamente. Por sí, la sarta con todos sus compo- nentes representa una inversión que se hace más Las bombas de circulación cuantiosa en relación a su longitud, ya que la La función principal de la(s) bom- capacidad del taladro puede ser para hacer ho- ba(s) de circulación es mandar determinado yos muy profundos hasta 9.145 metros o más. volumen del fluido a determinada presión, has- En la búsqueda de yacimientos en ta el fondo del hoyo, vía el circuito descenden- formaciones del Cretáceo, las perforaciones te formado por la tubería de descarga de la que desde 1980 hizo Lagoven en el Zulia son bomba, el tubo de paral, la manguera, la junta de las más profundas registradas en Venezue- rotatoria, la junta kelly, la sarta de perforación la: Urdaneta 5.740 metros; Cabimas 5.049 me- (compuesta por la tubería de perforación y la tros; Sur-Oeste-Lago 5.263 metros; Tía Juana sarta lastrabarrena) y la barrena para ascender 5.379 metros; Aricuaisá 5.685 metros; Alturitas a la superficie por el espacio anular creado por 5.263 metros; San Julián 5.635 metros, donde la pared del hoyo y el perímetro exterior de la Corpoven terminó un magnífico productor, sarta de perforación. Del espacio anular, el flui- 1.495 b/d de petróleo de 34,3° API, cuya pro- do de perforación sale por el tubo de descarga fundidad final llegó a 5.678 metros. hacia el cernidor, que separa del fluido la roca
- 108. 108 E l P o z o I l u s t r a d o desmenuzada (ripio) por la barrena y de allí Cilindro interno sigue por un canal adecuado al foso o tanque de asentamiento para luego pasar a otro donde es acondicionado para vaciarse continuamente en el foso o tanque de toma para ser otra vez succionado por la(s) bomba(s) y mantener la émbolo continuidad de la circulación durante la per- foración, o parada ésta se continuará la circu- lación por el tiempo que el perforador deter- mine por razones operacionales. pistón La selección de las bombas depende de la profundidad máxima de perforación del taladro, que a la vez se traduce en presión y válvula volumen del fluido en circulación. Las bombas son generalmente de dos (gemela) o tres (tri- Fig. 3-22. Partes de la bomba del fluido de perforación. ple) cilindros. Cada cilindro de la gemela (dú- plex) descarga y succiona durante una embo- Como en la práctica el volumen y la lada, facilitando así una circulación continua. presión requeridas del fluido son diferentes en La succión y descarga de la triple es sencilla las etapas de la perforación, los ajustes necesa- pero por su número de cilindros la circulación rios se efectúan cambiando la camisa o tubo es continua. Para evitar el golpeteo del fluido revestidor del cilindro por el de diámetro ade- durante la succión y descarga, la bomba está cuado, y tomando en cuenta la longitud de la provista de una cámara de amortiguación. embolada se le puede regular a la bomba el número de emboladas para obtener el volu- men y presión deseadas. La potencia o c.d.f. (h.p.) requerida por la bomba se la imparte la planta de fuerza motriz del taladro, por medio de la transmisión y mandos apropiados. La potencia máxima de funcionamiento requerida por la bomba espe- cifica su capacidad máxima. Los ejemplos presentados en la Ta- bla 3-2 dan idea de las relaciones entre los parámetros y características de las bombas. Entre el diámetro máximo y mínimo del émbolo, cada bomba puede aceptar tres o cuatro diámetros intermedios y cada cual dará relaciones diferentes de presión, caballaje y volumen, que pueden satisfacer situaciones dadas. Por tanto, al seleccionar la bomba, el interesado debe cotejar las especificaciones del fabricante con las necesidades del taladro para Fig. 3-21. Bomba para impulsar el fluido de perforación. informarse sobre otros detalles importantes co- mo son el diámetro del tubo de succión y el de
- 109. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 109 descarga; tipo de vástago para el émbolo y em- El paral y la junta rotatoria se unen pacadura, lubricación y mantenimiento general por una manguera flexible, pero muy resisten- de la bomba; tipos de engranajes y relaciones te, para facilitar la subida y bajada de la junta de velocidad, montaje y alineación, y todo kelly a sus puntos máximos durante la perfo- cuanto propenda al funcionamiento eficaz de ración u otras tareas, sin imponer esfuerzos de la bomba. tensión ajenos al propio peso de la manguera La bomba está sujeta a fuertes exi- o agudas curvaturas en sus extremos que la gencias mecánicas de funcionamiento, las cua- conectan al subiente y a la junta giratoria. Por les se hacen más severas en perforaciones pro- tanto, la longitud de la manguera puede ser fundas. Aunque su funcionamiento es sencillo, desde 11 hasta 28 metros y longitudes inter- su manufactura requiere la utilización de alea- medias. Y para casos especiales se podrá soli- ciones de aceros específicos para garantizar su citar del fabricante longitudes específicas. Los resistencia al desgaste prematuro. La bomba es diámetros internos y externos son generalmen- una pieza costosa y se podrá apreciar su valor te de 63,5 a 76,2 mm y de 111,3 a 163,8 mm, al considerar que además de la tecnología de respectivamente. El peso varía según el diáme- fabricación que la produce, el peso del acero tro y puede ser de 14 a 39 kilogramos por de sus componentes puede ser de 7 a 22 metro. La presión de trabajo es de 282 y 352 toneladas. kg/cm2, lo que representa un factor de segu- ridad de 1,75 a 2,0, respectivamente, con refe- De la bomba a la junta giratoria rencia a pruebas de presión. En este tramo del circuito de circu- Para resistir la flexión, la vibración, la lación del fluido, la conexión tipo brida de la presión interna, corrosión y erosión que le im- descarga de la bomba se une, por medio de pone el fluido en circulación, la manguera se una tubería de diámetro apropiado, al tubo hace de capas formadas por goma elástica, subiente o paral ubicado en la cabria. alambre, telas sintéticas y otros materiales ade- Tabla 3-2. Características de las bombas para el fluido de perforación Bomba triple: Diámetro máximo del émbolo: 191 mm Embolada: 305 mm Embolo,mm Emboladas Presión c.d.f. Litros por minuto kg/cm2 por minuto Máximo 191 130 Máxima 210 1.757 3.384 191 60 Mínima 210 811 1.559 Mínimo 140 130 387 1.757 1.821 140 60 387 811 840 Bomba gemela: Diámetro máximo del émbolo: 178 mm Embolada: 457 mm Máximo 179 65 Máxima 256 1.700 2.586 179 30 Mínima 256 784 1.192 Mínimo 152 65 352 1.700 1.798 152 30 352 784 829
- 110. 110 E l P o z o I l u s t r a d o cuados que se refuerzan entre sí para impartir- gradiente de temperatura puede ser de 1 a 1,3 le resistencia y sus cualidades de funcionamien- °C por cada 55 metros de profundidad. Ade- to. (Ver Figura 3-6, números 16, 43, 36, 37, 52). más, la rotación de la barrena en el fondo del hoyo genera calor por fricción, lo que hace El fluido de perforación que la temperatura a que está expuesta sea Al correr de los años, la experiencia mayor. Por tanto, la circulación del fluido tien- y la investigación básica y aplicada han contri- de a refrescarla. buido a que las funciones y la calidad del flui- El fluido, debido a sus componen- do de perforación puedan ser ajustadas a las tes, actúa como un lubricante, lo cual ayuda a características de las rocas que desmenuza la mantener la rotación de los elementos cortan- barrena. tes de la barrena. Los chorros de fluido que Originalmente, cuando se usaba el salen a alta velocidad por las boquillas de la método de perforación a percusión, la barra de barrena limpian los elementos cortantes, ase- perforación ahondaba el hoyo percutiendo so- gurando así su más eficaz funcionamiento. bre la roca. Sin embargo, la acumulación de • Arrastrar hacia la superficie la roca mucha roca desmenuzada en el fondo del ho- desmenuzada (ripio) por la barrena. Para lograr yo entorpecía el avance de la perforación. La que el arrastre sea eficaz y continuo, el fluido mejor manera disponible entonces para limpiar tiene que ser bombeado a la presión y volu- el fondo del hoyo de tanto ripio era extraer la men adecuado, de manera que el fondo del barra y se le echaba agua al hoyo para hacer hoyo se mantenga limpio y la barrena avance una mezcla aguada fácil de extraer utilizando eficazmente. el achicador. El achicador, de forma tubular, La velocidad del fluido por el espacio con una válvula en el extremo inferior y su asa anular y sus características tixotrópicas son muy en el extremo superior, también servía de bati- importantes para lograr la limpieza del hoyo. dor y su inserción y extracción del hoyo se hacía utilizando el cable auxiliar para achicar. superficie De allí, para el perforador de la época y su cuadrilla, se originó que a lo extraído se le lla- hoyo mase barro, término hoy inaplicable al fluido de perforación por razones obvias. lodo ascendente hoyo Funciones del fluido de perforación lodo Las funciones del fluido son varias y descendente todas muy importantes. Cada una de ellas por sí y en combinación son necesarias para lograr el avance eficiente de la barrena y la buena lutita condición del hoyo. Estas funciones son: caliza 3.660 m • Enfriar y lubricar la barrena, accio- 540 kg/cm2 nes cuyos efectos tienden a prolongar la dura- arena bilidad de todos los elementos de la barrena. A medida que se profundiza el ho- Fig. 3-23. Corte transversal de un hoyo para mostrar el descen- yo, la temperatura aumenta. Generalmente, el so y ascenso del fluido de perforación.
- 111. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 111 Al cesar la circulación del fluido, el de que fuese agua fresca, es de 0,1 kg/cm2/me- ripio no debe irse al fondo del hoyo, ya que tal tro de altura o de profundidad. Pero como ge- situación presenta el riesgo de que la barrena, neralmente el gradiente de presión (kg/cm2/me- los lastrabarrena o la tubería de perforación tro de profundidad) que se da en las formacio- sean aprisionados y con tan mala suerte de no nes es mayor que el gradiente normal de pre- poder rescatar las piezas y perder buena parte sión de agua, entonces el fluido debe tener del hoyo. más peso que el agua, o sea mayor gravedad De allí la importancia de las buenas específica, de acuerdo con la presión que en cualidades tixotrópicas del fluido, gelatiniza- favor de la columna se desee para tener la pre- ción inicial y final de 10 minutos por las cuales sión de la formación siempre bajo control du- se aprecia su fluidez y espesura en reposo, que rante la perforación o cuando la sarta esté fue- le imparte la propiedad de mantener el ripio ra del hoyo. en suspensión. Ejemplo: supóngase que la barrena • Depositar sobre la pared del hoyo se está aproximando a una formación cuya un revoque delgado y flexible y lo más imper- profundidad y presión estimadas son 3.660 me- meable posible que impida la filtración excesi- tros y 540 kg/cm2. (1) ¿Cuál es el peso mínimo va de la parte líquida del fluido hacia las for- del fluido para contrarrestar esa presión? (2) maciones. El espesor del revoque, expresado ¿Cuál es el peso del fluido de perforación si se en milímetros, está en función de los constitu- desea imponer 25 kg/cm2 a favor de la colum- yentes y otras cualidades del fluido. na en el hoyo? Por ejemplo, la cantidad de sólidos en el fluido afecta la calidad del revoque, ya (1) Gradiente esperado que lo hace menos impermeable. De igual ma- 540 nera, la excesiva filtración hacia la formación = _______ = 0,1475 kg/cm2/metro en el caso de una lutita muy bentonítica e 3.660 hidrofílica causa que la formación se hinche y, 0,1475 por ende, se reduzca el diámetro del hoyo. Tal Gravedad específica = _________ = 1,475 0,1 reducción puede ocasionar contratiempos a la sarta de perforación. En casos extremos, la hin- El fluido debe pesar 1,475 kg/litro chazón puede degenerar en la inestabilidad de la pared del hoyo y hasta desprendimientos. • Controlar por medio del peso del (2) Gradiente favorecido fluido la presión de las formaciones que corta 540 + 25 565 la barrena. = __________ = _______ = 0,17 kg/cm2/metro Generalmente la presencia de gas, 3.660 3.360 petróleo y/o agua en una formación significa 0,17 que pueden estar a baja, mediana, alta o muy Gravedad específica = ______ = 1,7 alta presión. A medida que el hoyo se profun- 0,1 diza se espera mayor presión. Sin embargo, la El fluido debe pesar 1,7 kg/litro experiencia y las correlaciones regionales de presiones sirven para dilucidar las posibles situaciones que puedan presentarse. Tipos de fluidos de perforación La presión que puede ejercer una Básicamente los fluidos de perfora- columna de fluido de perforación, en el caso ción se preparan a base de agua, de aceite (de-
- 112. 112 E l P o z o I l u s t r a d o rivados del petróleo) o emulsiones. En su com- La bentonita es un material de ori- posición interactúan tres partes principales: la gen volcánico, compuesto de sílice y alúmina parte líquida; la parte sólida, compuesta por pulverizada y debidamente acondicionada, se material soluble que le imprime las caracterís- hincha al mojarse y su volumen se multiplica. ticas tixotrópicas y por material insoluble de El fluido bentonítico resultante es muy favo- alta densidad que le imparte peso; y materias rable para la formación del revoque sobre la químicas adicionales, que se añaden directa- pared del hoyo. Sin embargo, a este tipo de mente o en soluciones, para controlar las ca- fluido hay que agregarle un material pesado, racterísticas deseadas. como la baritina (preparada del sulfato de ba- El tipo de fluido utilizado en la per- rio), para que la presión que ejerza contra los foración rotatoria en sí, en el reacondiciona- estratos domine las presiones subterráneas que miento y terminación de pozos es elemento se estiman encontrar durante la perforación. decisivo en cada una de estas operaciones. Para mantener las deseadas caracte- Pues las características del fluido tienen rela- rísticas de este tipo de fluido como son: visco- ción con la interpretación de las observaciones sidad, gelatinización inicial y final, pérdida por hechas de los estratos penetrados, ya sean por filtración, pH y contenido de sólidos, se recurre muestras de ripio tomadas del cernidor, nú- a la utilización de sustancias químicas como cleos de pared o núcleos convencionales o a quebracho, soda cáustica, silicatos y arseniatos. presión; registros de litología, de presión o de temperatura; pruebas preliminares de produc- • Fluido de perforación a base de petróleo ción en hoyo desnudo; tareas de pesca, etc. Para ciertos casos de perforación, terminación o reacondicionamiento de pozos • Fluido de perforación a base de agua se emplean fluidos a base de petróleo o de de- El agua es uno de los mejores líqui- rivados del petróleo. dos básicos para perforar, por su abundancia y En ocasiones se ha usado crudo li- bajo costo. Sin embargo, el agua debe ser de viano, pero la gran mayoría de las veces se buena calidad ya que las sales disueltas que emplea diesel u otro tipo de destilado pesado pueda tener, como calcio, magnesio, cloruros, al cual hay que agregarle negrohumo o asfalto tienden a disminuir las buenas propiedades re- para impartirle consistencia y poder mantener queridas. Por esto es aconsejable disponer de en suspensión el material pesante y controlar análisis químicos de las aguas que se escojan otras características. para preparar el fluido de perforación. Generalmente, este tipo de fluido El fluido de perforación más común contiene un pequeño porcentaje de agua que está compuesto de agua y sustancia coloidal. forma parte de la emulsión, que se mantiene Durante la perforación puede darse la oportu- con la adición de soda cáustica, cal cáustica u nidad de que el contenido coloidal de ciertos otro ácido orgánico. estratos sirva para hacer el fluido pero hay es- La composición del fluido puede tratos tan carentes de material coloidal que su controlarse para mantener sus características, contribución es nula. Por tanto es preferible así sea básicamente petróleo o emulsión, pe- utilizar bentonita preparada con fines comer- tróleo/agua o agua/petróleo. ciales como la mejor fuente del componente Estos tipos de fluidos requieren un coloidal del fluido. manejo cuidadoso, tanto por el costo, el aseo del taladro, el mantenimiento de sus propieda- des físicas y el peligro de incendio.
- 113. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 113 • Otros tipos de fluidos de perforación Para la base acuosa del fluido, ade- más de agua fresca, puede usarse agua salobre o agua salada (salmuera) o un tratamiento de sulfato de calcio. Muchas veces se requiere un fluido de pH muy alto, o sea muy alcalino, como es el caso del hecho a base de almidón. En general, la composición y la pre- paración del fluido son determinadas según la experiencia y resultados obtenidos en el área. Fig. 3-24. Control de las características del fluido de perfora- Para satisfacer las más simples o complicadas ción. Medición de la viscosidad. situaciones hay una extensa gama de materiales y aditivos que se emplean como anticorrosivos, gredientes añadidos y al comportamiento del reductores o incrementadores de la viscosidad, fluido. disminuidores de la filtración, controladores del Además, personal especializado en pH, lubricadores, antifermentantes, floculantes, fluidos de perforación, bien de la propia em- arrestadores de la pérdida de circulación, sur- presa dueña de la locación, o de la contratista factantes, controladores de lutitas deleznables o de perforación, o de una empresa de servicio emulsificadores y desmulsificadores, etc. especializada, puede estar encargado del con- Actualmente existen alrededor del trol y mantenimiento. Este personal hace visi- mundo más de 120 firmas que directa o indi- tas rutinarias al taladro y realiza análisis de las rectamente ofrecen la tecnología y los servicios propiedades del fluido y por escrito deja ins- que pide la industria petrolera sobre diagnós- trucciones sobre dosis de aditivos que deben ticos, preparación, utilización y mantenimiento añadirse para mantenimiento y control físico y de todo tipo de fluido de perforación para ca- químico del fluido. da clase de formaciones y circunstancias ope- El sistema de circulación en sí cuen- racionales, como también fluidos específicos ta además con equipo auxiliar y complementa- para la terminación, la rehabilitación o limpie- rio representado por tanques o fosas para za de pozos. El progreso y las aplicaciones en guardar fluido de reserva; tolvas y tanques esta rama de ingeniería de petróleos es hoy tan para mezclar volúmenes adicionales; agitado- importante que se ha transformado en una es- res fijos mecánicos o eléctricos de baja y/o alta pecialidad operacional y profesional. velocidad; agitadores giratorios tipo de chorro (pistola); desgasificadores; desarenadores; se- Control del fluido de perforación paradores de cieno; sitio para almacenamiento La importancia del buen manteni- de materiales básicos y aditivos, etc. miento y funcionamiento del fluido depende El fluido de perforación representa, del control diario de sus características. Cada aproximadamente, entre 6 y 10 % del costo to- perforador al redactar en el “Informe Diario de tal de perforación y a medida que aumentan la Perforación” la relación de las actividades rea- profundidad, los costos de equipos y materia- lizadas en su correspondiente guardia, llena un les y la inflación, el costo del fluido tiende a espacio referente a las características, a los in- incrementarse.
- 114. 114 E l P o z o I l u s t r a d o III. Aplicaciones de la Perforación dureza, que influye mucho sobre el progreso y avance de la perforación; el buzamiento o in- Rotatoria clinación de las formaciones con respecto a la superficie como plano de referencia. La inter- La utilización y las experiencias lo- calación de estratos de diferentes durezas y gradas con la perforación rotatoria han permi- buzamientos influyen en que la trayectoria de tido que, desde 1901 y durante el transcurso la barrena sea afectada en inclinación y direc- del siglo XX, la industria petrolera mundial ha- ción por tales cambios, y más si los factores ya obtenido provecho de circunstancias opera- mecánicos de la sarta y del fluido de per- cionales adversas al transformarlas en aplica- foración sincronizan con la situación plantea- ciones técnicas beneficiosas. Veamos. da. Por tanto, es necesario verificar cada cierto tiempo y a intervalos determinados la verticali- El hoyo o pozo vertical dad convencional del hoyo, mediante registros En el verdadero sentido técnico y y análisis de los factores mencionados. aplicación de la perforación rotatoria no es fá- En la práctica se acepta una cierta cil mantener el hoyo en rigurosa verticalidad desviación del hoyo (Fig. 3-25). Desde los co- desde la superficie hasta la profundidad final. mienzos de la perforación rotatoria se ha tole- Mientras más profundo esté el yacimiento pe- rado que un hoyo es razonable y convencio- trolífero, más control exigirá la trayectoria de la nalmente vertical cuando su trayectoria no re- barrena para mantener el hoyo recto. Varios basa los límites del perímetro de un cilindro factores mecánicos y geológicos influyen en el imaginario, que se extiende desde la superficie proceso de hacer hoyo. Algunos de estos fac- hasta la profundidad total y cuyo radio, desde tores tienen marcada influencia entre sí, la cual, el centro de la colisa, toca las cuatro patas de a veces, hace más difícil la posible aplicación la cabria. de correctivos para enderezar el hoyo. Entre los factores mecánicos están: El pozo direccional las características, diámetros y peso por unidad De las experiencias derivadas de la de longitud de los tubos que componen la sar- desviación fortuita del hoyo durante la perfo- ta de perforación; el tipo de barrena; la veloci- ración rotatoria normal, nació, progresó y se dad de rotación de la sarta; el peso de la sarta perfeccionó la tecnología de imprimir controla- que se deja actuar sobre la barrena, para que da e intencionalmente el grado de inclinación, ésta muerda, penetre y despedace la roca; el el rumbo y el desplazamiento lateral que final- tipo y las características tixotrópicas del fluido mente debe tener el hoyo desviado con res- de perforación utilizando su peso por unidad pecto a la vertical ideal para llegar al objetivo de volumen para contrarrestar las presiones de seleccionado (Fig. 3-26). las formaciones perforadas, la velocidad y cau- Los conceptos y prácticas de hacer dal suficientes de salida del fluido por las bo- hoyos desviados intencionalmente comenza- quillas de la barrena para garantizar la limpieza ron a tener aplicaciones técnicas en la década del fondo del hoyo y el arrastre del ripio hasta de los años treinta. Nuevos diseños de herra- la superficie. mientas desviadoras o guiabarrenas fijos o arti- Los factores geológicos tienen que culados permitieron obtener con mayor segu- ver con la clase y constitución del material de ridad el ángulo de desviación requerida. Los las rocas, muy particularmente el grado de elementos componentes de la sarta (barrena, las-
- 115. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 115 trabarrena, estabilizadores, centralizadores, tube- • En casos de impedimentos natu- ría de perforación) y la selección de magnitud rales o construcciones que no permiten ubicar de los factores necesarios para la horadación en la superficie el taladro directamente sobre (peso sobre las barrenas, revoluciones por mi- el objetivo que está a determinada profundi- nuto de la sarta, caudal de descarga, presión y dad en el subsuelo, se opta por ubicarlo en un velocidad ascendente del fluido de perfora- sitio y a distancia adecuada para desde allí ha- ción) empezaron a ser combinados y ajustados cer el hoyo direccional hasta el objetivo. debidamente, lo cual redundó en mantener el • Cuando sucede un reventón in- debido control de la trayectoria del hoyo. controlable, generalmente se ubican uno o dos En la Figura 3-26 los puntos A, B, C taladros en la cercanía para llegar con un hoyo y D representan los cambios de rumbo e in- direccional hasta la formación causante del re- clinación y desplazamiento lateral de la trayec- ventón y por medio del bombeo de fluido de toria del hoyo con respecto a la vertical, hasta perforación contener el flujo desbordado. En llegar al objetivo. En cada punto se opta por el las operaciones costafuera un reventón es un cambio de inclinación, lo cual requiere una po- contratiempo muy serio por sus implicaciones sible desviación de 3 ó 5 grados por 30 metros de contaminación, peligro a la navegación y perforados, o de mayor número de grados y tra- dificultades inherentes a las operaciones de mos de mayor longitud, según el caso. Durante restitución en un medio acuático donde a ve- el proceso de desviación se realiza la verifica- ces las condiciones climatológicas adversas ción y el control de la trayectoria del hoyo me- pueden empeorar la situación. diante la utilización de instrumentos y/o regis- tros directos electrónicos que al instante relacio- nan el comportamiento de cada uno de los fac- tores que influyen y permiten la desviación del hoyo. En la práctica, para mostrar el rumbo, in- clinación y desplazamiento lateral del hoyo se hace un dibujo que incluye la profundidad des- viada medida, PDM, y la profundidad vertical correspondiente, PVC (Figura 3-26). A trayectoria de la barrena verticalidad ideal El refinamiento en el diseño y la fa- bricación de equipos y herramientas para la vertical ideal cilindro imaginario B desviación de pozos en los últimos quince años, conjuntamente con las modernas aplica- C ciones de la computación electrónica en las D operaciones petroleras, han contribuido eficaz- desplazamiento mente a la perforación y terminación de pozos PVC PDM objetivo direccionales, inclinados, y horizontales. Aplicaciones de la perforación direccional Tanto en operaciones en tierra, cer- ca de la costa o costafuera, la perforación di- Fig. 3-25. Corte transversal de un Fig. 3-26. Trayectoria del hoyo reccional se utiliza ventajosamente en las si- hoyo para mostrar la trayectoria intencionalmente desviado. guientes circunstancias: de la barrena de perforación.
- 116. 116 E l P o z o I l u s t r a d o • Cuando por razones mecánicas in- posibilidad de obtener más producción por salvables se tiene que abandonar la parte infe- pozo; mayor producción comercial acumulada rior del hoyo, se puede, en ciertas ocasiones, por yacimiento; fortalecimiento de la capaci- aprovechar la parte superior del hoyo para lle- dad competitiva de la empresa en los merca- gar al objetivo mediante la perforación direc- dos y, por ende, aumento de ingresos con me- cional y ahorrar tiempo, nuevas inversiones y nos inversiones, costos y gastos de operacio- ciertos gastos. nes corriente arriba del negocio petrolero. • En el caso de la imposibilidad de La macolla de pozos permite reducir reacondicionamiento de un pozo productor el área requerida para las localizaciones ya que viejo se puede intentar reterminarlo en el inter- desde un solo sitio se pueden perforar varios valo original u otro horizonte superior o infe- pozos. Además, se logran economías en cons- rior por medio de la perforación direccional. trucción de caminos, en instalaciones, en utiliza- • En el caso de que por sucesos ción del transporte de carga y personal y poste- geológicos no detectados, como fallas, discor- riormente se economiza en vigilancia e inspec- dancias, adelgazamiento o ausencia de estra- ción de pozos por estar éstos en un solo punto. tos, el objetivo no fuese encontrado, la reinter- La perforación rotatoria normal per- pretación de datos podría aconsejar desviar el mite penetrar verticalmente el estrato petro- hoyo intencionalmente. lífero pero la capacidad productiva del pozo • En el caso de tener que abando- depende del espesor del estrato, además de nar un pozo productor agotado y cuando se otras características geológicas y petrofísicas. advierte que sus condiciones internas no ofre- Así que en igualdad de condiciones, la capaci- cen riesgos mecánicos, se podría optar por la dad de producción del pozo está muy rela- perforación desviada para profundizarlo e in- cionada con el espesor del estrato, por lo que vestigar las posibilidades de otros objetivos. a más espesor más producción. • En tierra y costafuera, la perfora- Planteada así la cuestión, la respues- ción direccional moderna se ha utilizado ven- ta la dio la perforación direccional o desviada tajosamente para que desde una misma loca- como método para penetrar más sección pro- ción, plataforma acuática o isla artificial se per- ductiva en el mismo estrato. foren varios pozos, que aunque se ven muy En las ilustraciones presentadas en juntos en la superficie, en el fondo mantienen la Figura 3-27 se puede apreciar que la magni- el espaciamiento reglamentario entre uno otro. tud del ángulo de desviación que debe mante- Este conjunto de pozos dio origen a la llama- ner la sarta es factor muy importante al penetrar da macolla de pozos. y deslizarse por las entrañas del estrato pro- ductor. Las experiencias y los resultados obte- Conceptos económicos y aplicaciones nidos en varios campos petroleros del mundo técnicas avanzadas de pozos desviados dan fe del progreso de la tecnología disponible En la década de los años setenta, para seleccionar la profundidad a la cual debe investigadores y laboratorios privados y guber- instalarse cada revestidor; la profundidad a la namentales y las empresas petroleras comen- cual debe comenzarse el desvío del hoyo des- zaron en varios países a obtener buenas res- pués de instalado cada revestidor; magnitud puestas a sus esfuerzos en la adopción de nue- del ángulo de desvío que debe imprimirse y vos conceptos económicos y aplicaciones avan- longitud del tramo que debe perforarse con zadas de los pozos desviados. Razones: la determinado ángulo, 3 a 6 grados por cada 30
- 117. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 117 45° B ° A 60 C Fig. 3-27. (A) espesor del estrato productor penetrado verticalmente. (B) el mismo estrato productor penetrado direccionalmente a un ángulo de 45°. (C) estrato penetra- do a un ángulo mayor utilizando el taladro inclinado, por tratarse de un estrato a profundidad somera. (D) platafor- ma desde la cual se pueden perforar varios pozos -maco- lla de pozos. (E) pozo cuyo(s) estrato(s) productor(es) puede(n) ser terminado(s) como sencillo y/o doble, con E la ventaja de que el intervalo productor penetrado hori- D zontalmente logra tener varias veces el espesor natural del estrato. metros, hasta lograr la trayectoria deseada del ficaciones permiten, respectivamente, que la hoyo o cambiar de rumbo y/o inclinación para penetración horizontal en el estrato productor llegar al objetivo con el ángulo final acumula- tenga longitudes de 305 a 915 metros, de 305 do, según el plan de perforación. Estas con- a 610 metros, y de 122 a 213 metros. Pues, son sideraciones determinan si el pozo será cla- muy importantes los aspectos mecánicos que sificado de radio largo de curvatura de 854 a facilitan o entorpecen la entrada y salida de la 305 metros con ángulo de 2 a 6 grados por tra- sarta de perforación del hoyo y finalmente la mo de 30 metros; o de radio medio entre 90 y inserción de un revestidor. 38 metros y 20 a 75 grados por tramo de 30 Los ejemplos que se presentan en la metros o finalmente de radio corto de curvatu- Tabla 3-3 muestran la magnitud de varios ra cuya longitud es de 6 a 12 metros y 1,5 a 3 parámetros de los diferentes tipos de pozos grados por tramo de 30 metros. Estas tres clasi- desviados intencionalmente. Tabla 3-3. Características de pozos desviados Profundidad, m Desplazamiento Angulo Penetración Tipo de pozo PDM PVC horizontal, m máximo; acumulado en estrato, m 5.534 2.393 4.598 72° - Ultradesviado 8.763 2.970 7.291 83° - Ultradesviado 915 Taladro 30° 1.585 3°/30 m; 60° - Inclinado 567 414 4°/30 m; 45° - Inclinado 1.868 824 1.257 90° 610 Horizontal 2.892 1.268 2°/30 m; 90, 5° 330 Horizontal Observaciones: PDM, profundidad desviada medida; PVC, profundidad vertical correspondiente, a la desviada medida; des- plazamiento horizontal, distancia del hoyo desviado con respecto a la trayectoria vertical normal del hoyo. Angulo máximo, el escogido por tramo y acumulado hasta llegar al objetivo. Penetración en el estrato, longitud del hoyo horizontal que se perfo- ra en el estrato productor para drenar el gas/petróleo; la longitud del hoyo horizontal es equivalente a dos, tres o más veces el espesor vertical del estrato productor. (Ver Figura 3-27).
- 118. 118 E l P o z o I l u s t r a d o Apreciaciones y cambios resultantes de • En primer término está la ubica- la nueva tecnología en perforación ción del objetivo que desea alcanzarse, en tie- La necesidad de extender muchísi- rra o costafuera; y la selección del tipo de po- mo más allá de 900 metros el desplazamiento zo más apropiado: desviado, ultradesviado, in- del hoyo desviado con respecto a la trayecto- clinado u horizontal. ria vertical del pozo normal ha producido va- • El tipo de taladro requerido de- rias innovaciones en la tecnología de perfora- penderá de la trayectoria del pozo y de las ción. La siguiente tabla muestra pozos de gran condiciones y características de la columna geo- desplazamiento perforados en varios sitios del lógica que se perforará, sus aspectos petro- mundo para producir reservas petrolíferas de físicos y la profundidad final. difícil acceso mediante pozos verticales y/o ra- • La profundidad del objetivo guia- zones económicas. En Venezuela hay ejemplos rá la elaboración del plan de perforación y las de los varios tipos de perforación direccional especificaciones e instrumentos para los si- para producir petróleo de Pedernales, Tucupi- guientes aspectos de la perforación: ta, Jobo, Pilón, la Faja del Orinoco, Lagunillas, • Diámetro y tipo de barrenas para Tamare, Guafita. las respectivas profundidades del hoyo prima- Son muy significativas las diferen- rio, de los hoyos intermedios y del hoyo final. cias y las relaciones aritméticas entre profun- • Composición de la sarta de per- didad vertical total a profundidad total (PVT a foración: barrena, lastrabarrena, estabilizado- PT) con el desplazamiento a profundidad total res, substitutos, tubería de perforación, junta y la profundidad desviada medida a profundi- kelly. dad total (PDM a PT) como también el valor • Tipos de fluidos de perforación del ángulo máximo acumulado alcanzado para y especificaciones de sus propiedades y carac- extender lateralmente lo más lejos posible de terísticas para perforar cada hoyo y mantener la vertical la trayectoria del hoyo. Para hacer lo las presiones del subsuelo bajo control; reco- logrado en los pozos mencionados se contó mendaciones sobre las condiciones y estado fí- con nuevos equipos, herramientas, materiales sico de cada hoyo, particularmente respecto a y renovados procedimientos de planificación, la metida y cementación de cada revestidor. organización, supervisión, seguimiento y eva- • Programa de desviación del ho- luación de resultados. Es importante mencio- yo. Punto de arranque y cambios de rumbo, nar los varios factores que deben ser atendidos inclinación y trayectoria. Mantenimiento del en este tipo de operaciones. curso del hoyo, grados de desviación por tra- Tabla 3-4. Pozos desviados y de ultradesplazamiento Ubicación PVT a PT, m Desplazamiento a PT, m PDM a PT, m Angulo max.° Pozo Operadora California 294 1.485 1.735 95 C-30 Unocal California 1.534 4.473 5.096 86 A-21 Unocal Noruega, mar del Norte 2.789 7.292 8.763 83 C-2 Statoil Australia 3.014 5.007 6.180 70 NRA-21 Woodside Golfo de México 3.449 4.665 5.841 57 A-10 Freeport McMo-Ram Reino Unido, mar del Norte 3.900 4.954 6.765 61 A-44 Amoco Fuente: Greg Nazzai, World Oil, March 1993, p. 49.
- 119. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 119 mo perforado y ángulo máximo acumulado gestión comercial. De entonces acá, la manera requerido para llegar al objetivo. Control de normal de perforar y terminar el pozo gasífero todos los parámetros de medida del hoyo des- o petrolífero ha sido verticalmente. Sin embar- viado y su correspondiente en profundidad y go, como ya se mencionó antes, la desviación desplazamiento con respecto al hoyo vertical fortuita del hoyo, resultante de las condiciones hipotético. geológicas de las formaciones y de los factores • Programa de medición de todos mecánicos de la perforación, hizo tomar nota aquellos parámetros que deben registrarse a los petroleros de la utilidad de hacer inten- mientras se hace el hoyo, utilizando equipo de cionalmente un pozo desviado, técnica que se superficie y/o en la parte inferior de la sartacomenzó a perfeccionar desde 1930 y se utiliza de perforación para apreciar sobre la marcha: ventajosamente para determinadas situaciones. las especificaciones y características del fluido La utilización de la técnica más avan- de perforación que entra y sale del hoyo y zada de perforación y terminación horizontal detectar si contiene trazas o volúmenes apre- del pozo ha traído adelantos y cambios con ciables de gas y/o petróleo o agua, si la hay; respecto al pozo vertical, empezando por la avance y efectividad cortante de la barrena se-nueva nomenclatura hasta los aspectos mecá- gún el tipo de formaciones perforadas; la cir- nicos de cada parte de la operación. Veamos. cularidad o redondez de la pared del hoyo • El pozo vertical atraviesa todo el para evitar derrumbes y estar alerta ante posi-espesor de la formación, mientras que en el bles atascos o enchavetamientos de la sarta de horizontal la barrena penetra por el centro del perforación. espesor de la formación hasta la longitud que • Opción de utilizar los últimos sea mecánicamente aconsejable. modelos de registros o perfiles de evaluación • El ángulo de penetración del ho- de las formaciones durante el mismo proceso yo horizontal en la formación tiene que ver de perforación de éstas para obtener valores con la facilidad de meter y sacar la sarta de de resistividad, los cuales denotan cambios de perforación del hoyo. una formación a otra; valores de porosidad o • A medida que la longitud del ho- densidad de las formaciones y tipos de rocas. yo horizontal se prolonga, la longitud y el peso • Programa de revestidores para de la sarta que descansa sobre la parte inferior cada uno de los hoyos y especificaciones de la del hoyo son mayores. Esto crea más roce, más cementación de cada uno de estos revestidores. fricción, más esfuerzo de torsión y más esfuerzo • Pruebas de las formaciones, a de arrastre al extraer la sarta de perforación. hoyo desnudo o revestido, para evaluar las po- • Condiciones similares de esfuer- sibilidades/capacidad productiva de gas y/o zos se presentan durante la inserción y cemen- petróleo de cada una para posteriormente di- tación del revestidor de terminación y durante señar el tipo de terminación más adecuada pa- la toma de registros o perfiles corrientes o inte- ra producir el pozo. grantes de la sarta de perforación. • En el hoyo vertical, el desplaza- Apreciaciones sobre los parámetros miento del flujo del gas y/o petróleo del yaci- del hoyo horizontal miento hacia el pozo es radial; la permeabili- El 28 de agosto de 1996 se cumplie- dad horizontal (KH) y la permeabilidad vertical ron 137 años del nacimiento de la industria de (KV) se miden en la dirección indicada en la los hidrocarburos en los Estados Unidos como Figura 3-28A.
- 120. 120 E l P o z o I l u s t r a d o KH KV KH KH KV KV Fig. 3-28A. Pozo vertical. Fig. 3-28B. Pozo horizontal. • En el hoyo horizontal hay un gi- obtención de núcleos continuos para determi- ro de 90° con respecto a lo que sería un hoyo nar las características y estratigrafía de los es- vertical y las designaciones de permeabilidad tratos en pozos someros y hasta bastante pro- radial y horizontal cambian de sentido. Esta si- fundos, unos 1.800 metros. Sin embargo, aun- tuación plantea nuevas apreciaciones y nuevas que la técnica no es nada nueva, proviene de aplicaciones de metodología para calcular re- la minería, su aplicación en la industria petro- servas extraíbles, potencial y tasa de produc- lera no ha progresado mucho pero tampoco ción; comportamiento de la presión de flujo y ha sido descartada ya que en ocasiones surge la estática; desarrollo de las relaciones gas/pe- interés por experimentar más y perfeccionar tróleo, agua/petróleo; manera y procedimiento más sus aplicaciones. para hacer pruebas de flujo, limpieza, rehabi- litación o reacondicionamiento del pozo; posi- ble utilización del pozo para otros fines (ver IV. Sartas de Revestimiento Figura 3-28B). y Cementación El hoyo de diámetro reducido El programa de revestidores y la ce- La tecnología y las prácticas de per- mentación de éstos es uno de los varios ren- foración revelan la creatividad que se aplica en glones de la perforación más ligados a la segu- las operaciones con propósitos de hacer el tra- ridad del hoyo durante las operaciones y pos- bajo economizando recursos y obteniendo más teriormente durante las tareas de terminación provecho. Tal es el caso de la perforación de del pozo y su vida productiva. Durante la in- hoyos de diámetro reducido, o sea los de diá- serción de la tubería en el hoyo ésta puede metro igual o menor de 178 milímetros, o atascarse y ocasionar serios problemas que equivalente a barrenas de 7 o menos pulgadas. pueden poner en peligro la integridad y utili- La utilización de este método es muy efectiva dad del hoyo. De igual manera pueden pre- en exploración para pozos de cateo y para la sentarse serios problemas durante la cementa-
- 121. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 121 ción de la sarta por pérdida de circulación o • Actúan como soporte para la ins- por imposibilidad de bombear el fluido de per- talación del equipo (impiderreventones) que foración o el cemento por obstrucciones en el contrarresta, en caso necesario, las presiones hoyo. subterráneas durante la perforación y luego Los revestidores y su cementación sirven también como asiento del equipo de pueden representar entre 16 y 25 % del costo control (cabezal) que se instalará para manejar de perforación, de acuerdo al diámetro, longi- el pozo en producción. tud y otras propiedades físicas de cada sarta de • Confinan la producción de petró- tubos. leo y/o gas a determinados intervalos. • Aíslan unos intervalos de otros pa- Funciones de las sartas ra eliminar fugas de gas, petróleo o agua. Para garantizar el buen estado del hoyo y asegurar la continuidad eficaz de la Factores técnicos y económicos perforación, las sartas de revestimiento cum- Al considerar el diseño y la selec- plen las siguientes funciones: ción de la sarta de revestimiento, los factores • Evitan el derrumbe de estratos so- técnicos se centran sobre el diámetro, el peso meros deleznables. (kilogramos por metro), su longitud y la natu- • Sirven de prevención contra el raleza de las formaciones. riesgo de contaminación de yacimientos de Por razones de economía, las sartas agua dulce, aprovechables para usos domésti- deben diseñarse de tubos del menor peso cos y/o industriales en la vecindad del sitio de aceptable. Sin embargo, todos los elementos y perforación. efectos determinantes de riesgo deben ser con- • Contrarrestan la pérdida incurable siderados a la luz de sus recíprocas relaciones: de circulación del fluido de perforación o la resistencia de la sarta contrapuesta a las presio- contaminación de éste con gas, petróleo o agua nes y otros factores subterráneos. salada de formaciones someras o profundas. Fig. 3-29. Faenas de manipulación e inserción de un revestidor en el hoyo.
- 122. 122 E l P o z o I l u s t r a d o Clasificación de las sartas to todos los estratos como la misma sarta. De Cuántas sartas deben ir en el hoyo acuerdo a las exigencias, los diámetros más co- es cuestión que sólo la naturaleza de las for- munes para sartas primarias son: de 244,5, 273, maciones y la profundidad del hoyo final pue- 339, 406 y 508 milímetros (95/8, 103/4, 133/8, 16 den determinar. La experiencia es factor im- y 20 pulgadas, respectivamente). La profundi- portante que complementa la decisión. dad a la cual puede colocarse una sarta de estos En el caso de la perforación muy so- diámetros en el hoyo está en función del peso mera quizás una sola sarta sea suficiente. Para nominal (kg/metro de tubo), que se traduce en la perforación muy profunda quizás cuatro o la capacidad de resistencia en tensión, aplasta- más sartas sean necesarias. Generalmente, tres miento y estallido. sartas son suficientes para satisfacer la gran mayoría de los programas de revestidores. Las sartas intermedias Una vez cementada y habiendo fra- La sarta primaria guado el cemento de la primera sarta, prosigue Por ser la primera que se cementará la perforación. Naturalmente, se efectúa un dentro del hoyo, su diámetro será mayor que cambio de diámetro de barrena, la cual debe los de las otras. Su longitud es corta en com- pasar holgadamente por el revestidor primario. paración con las otras del mismo pozo. Sin A medida que se profundiza el hoyo embargo, su longitud puede variar en ciertos se pueden presentar estratos deleznables que a sectores del mismo campo, de uno a otro cam- mediana profundidad pueden comprometer la po o región petrolera, de acuerdo con las con- estabilidad del hoyo. Puede también ocurrir la diciones que presenta el subsuelo superior. presencia de estratos cargados de fluidos a Esta sarta primaria es muy impor- cierta presión que podrían impedir la seguri- tante por las siguientes razones: sirve para dad y el avance de la perforación. Algunas ve- contener las formaciones someras deleznables; ces los fluidos también pueden ser corrosivos. impide la contaminación de mantos de agua dulce, que pueden ser aprovechados para el consumo humano y/o industrial; juega papel importante como asiento del equipo de control 1 del hoyo (impiderreventones, válvulas, etc.) durante toda la perforación de formaciones 2 más profundas y posteriormente para la insta- lación del equipo de control (cabezal) del po- 1 zo productor. Habida cuenta de las características 2 físicas de la sarta escogida, hay dos puntos más que son muy importantes para que su función 1 sea cabal: uno, que el estrato seleccionado para cementar su extremo inferior sea muy compe- 2 tente y, dos, que la cementación, desde el fon- do hasta la superficie, sea bien realizada para cemento que el espacio anular quede sólidamente relle- Fig. 3-30. (1) Corte del hoyo y (2) no de cemento. Así estarán bien protegidos tan- revestidor en un pozo corriente.
- 123. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 123 Por todo esto, se procede entonces a Características físicas de la tubería la selección e inserción de una segunda sarta. revestidora El número de sartas intermedias di- La fabricación de la tubería para sar- fiere de un campo a otro. Puede que una sea tas revestidoras y de producción, como tam- suficiente o que dos sean requeridas. Hay que bién para la tubería de perforación, se ciñe a recordar que el número de sartas implica cam- las especificaciones fijadas por el American Pe- bios de diámetros de barrena para cada etapa troleum Institute (API, Normas RP7G y 5A, del hoyo, y que el diámetro interno de la sarta 5AC, 5B, 5C1, 5C2, 5C3). Todas estas tuberías a su vez y en su oportunidad es el que limita son del tipo sin costura, traslapada por fusión la escogencia del diámetro de ciertas herra- en horno y soldada eléctricamente, utilizando mientas que necesariamente hay que meter aceros que deben ajustarse a exigentes especi- por la tubería para lograr la profundidad final ficaciones físicas y químicas. programada. Si las condiciones lo permiten, no La calidad de la tubería que se desea es raro que una sarta pueda hacer la doble obtener se designa con una letra, seguida por función de sarta intermedia y sarta final. En un número que representa el mínimo punto ce- este caso, se ahorraría en los costos de tubería dente en tensión, en millares de libras por pul- y gastos afines. gada cuadrada: H-40, K-55, C-75, C-95, L-80, Comúnmente los diámetros más es- N-80, P-110 (40.000 x 0,0703 = 2.812 kg/cm2, y cogidos para la sarta intermedia son: 219, así sucesivamente). 244,5, 258, 298,5 milímetros (85/8, 95/8, 103/4 y Las regulaciones y recomendaciones 113/4 pulgadas, respectivamente). aplicables a la fabricación de tubos para las operaciones petroleras, especifican, dentro de La sarta final y de producción razonables márgenes, la calidad, el tipo, los Esta sarta tiene el múltiple fin de diámetros externos e interno, el espesor por proteger los estratos productores de hidrocar- unidad de longitud, la escala de longitud del buros contra derrumbes, de evitar mediante la tubo, el tipo de roscas, el tipo de conexión, la adecuada cementación la comunicación entre resistencia a la elongación, al aplastamiento y el intervalo petrolífero y estratos gasíferos su- al estallido. Tales normas y recomendaciones prayacentes o estratos acuíferos subyacentes. se formulan a base de estudio teórico y de ex- En los pozos de terminación doble o periencia práctica, y con el fin de lograr mayor triple, la sarta final sirve asimismo de tubería exactitud en el diseño y fabricación de tubos de producción. Por regla general, la formación para sartas revestidoras que respondan satis- superior productora descarga por el espacio factoriamente a las exigencias técnicas y eco- anular entre la sarta final revestidora y la tube- nómicas que es preciso considerar para prote- ría de educción inserta en aquélla. La sarta ger debidamente el hoyo durante la perfora- revestidora final puede o no penetrar el estrato ción y posteriormente el pozo durante su vida petrolífero, según la escogencia de la termina- productiva. ción empleada. La serie de diámetros más comunes Elongación para la sarta final incluye los de 114,3, 127, El primer tubo revestidor, o sea el 139,7, 168,3 177,8 y 193,7 milímetros (equiva- del extremo superior de la sarta, soporta el pe- lentes a 41/2, 5, 51/2, 65/8, 7 y 75/8 pulgadas, so total de la misma, puesto que va sujeto al respectivamente). colgador de la tubería revestidora.
- 124. 124 E l P o z o I l u s t r a d o Cuando se introduce la tubería en el Cuando hay que instalar largas sar- hoyo lleno de fluido de perforación, éste ejer- tas para la terminación de pozos profundos, se ce un cierto efecto de flotación pero esa fuerza recurre a la elección de la sarta combinada, no se toma precisamente en cuenta, excepto esto es, compuesta de tubos pesados, que van en casos de un fluido de extrema densidad. en el fondo, y tubos de uno o dos pesos me- Ya que la sarta está sostenida por un extremo, nores, en el medio y en la parte alta del pozo. del que cuelga el resto de la misma, algo de Se acostumbra formar sartas de no más de tres elongación habrá de ocurrir, como resultado o cuatro pesos distintos, ya que la sencillez es de la tensión. Como las conexiones que unen lo que se trata de lograr en el diseño de una a los tubos son las partes más débiles, debe sarta de tubería de revestimiento y de produc- considerarse entonces el peso de la sarta y la ción para pozos profundos. resistencia a la tensión. Estallido Aplastamiento Terminado un pozo, su tubería reves- Otro importante factor que debe tidora invariablemente se somete a presiones de considerarse es la presión aplastante que la pruebas de fuga, o más a las motivadas por la tubería debe resistir. La presión ejercida por la maniobra de introducción forzada de cemento columna de fluido de perforación en el espa- en las formaciones debido a una variedad de ra- cio anular, creado por la tubería y el hoyo, y la zones formuladas en el programa de termina- presión de las formaciones perforadas, tienen ción original o de reacondicionamiento poste- que ser contrapesadas por la columna del flui- rior del pozo. Por tanto, la resistencia de la sar- do que está dentro de la tubería y por la resis- ta a presiones de este género es cualidad impor- tencia de los tubos mismos al aplastamiento. tante, puesto que evita que los tubos estallen Una vez concluida la perforación y la termina- durante alguno de los varios trabajos de cemen- ción del pozo, parte de las mencionadas fuer- tación forzada que el pozo pueda requerir. zas contrarrestantes dejan de actuar y la sarta En la práctica, a los valores reales de queda en el hoyo sujeta a las presiones exter- tensión, aplastamiento y estallido se les aplica nas. El cemento que circunda los tubos con- un factor de seguridad operacional para cubrir tribuirá en cierto grado a contrarrestar tales eventualidades que puedan presentarse y ase- presiones, pero ese refuerzo dado por el ce- gurarse que la tubería, en el peor de los casos, mento no puede considerarse como muy efec- se mantendrá íntegra. Generalmente, en la tivo, por ser tan difícil la evaluación de la efi- práctica, como procedimiento básico, se em- ciencia y uniformidad del trabajo de cemen- plean los siguientes factores de seguridad: tación. Por tanto, se suele descartar la resisten- aplastamiento 1,125; tensión 2, punto cedente cia adicional debida al cemento. 1,25 y estallido 1. Sin embargo, los factores de seguridad deben ser ajustados a las condicio- Tabla 3-5. Escalas y longitud de tubos revestidores Longitud Longitud mínima metros pies metros pies Escala 1 4,9 - 7,6 16 - 25 5,5 18 Escala 2 7,6 - 10,4 25 - 34 8,5 28 Escala 3 10,4 o más 34 o más 11,0 36
- 125. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 125 nes de profundidad del hoyo, al tipo de cada zapata siempre se deja a cierta distancia del sarta: tubos todos de iguales especificaciones o fondo del hoyo. La mezcla que se desplaza por combinaciones de tramos de tubos de dife- la zapata asciende por el espacio anular hasta rentes características: peso, resistencia, roscas. cubrir la distancia calculada que debe quedar Para más detalles y diseñar una sarta segura y rellena de cemento. económica en costo lo mejor es valerse de las En el caso de la sarta primaria, el re- tablas que ofrecen los fabricantes y de los ar- lleno se hace hasta la superficie. Si por circuns- tículos técnicos publicados en las revistas tancias, como sería el caso de que formaciones especializadas. tomasen cemento, la mezcla no llegase a la su- perficie, entonces el relleno del espacio anular Cementación de sartas y otras se completa bombeando cemento desde arriba. aplicaciones de la cementación Las funciones de la cementación son La cementación de pozos se define las siguientes: como “un procedimiento combinado de mez- • Sirve para afianzar la sarta y para cla de cemento y agua, y la inyección de ésta protegerla contra el deterioro durante subsi- a través de la tubería de revestimiento o la de guientes trabajos de reacondicionamiento que producción en zonas críticas, esto es, alrede- se hagan en el pozo. dor del fondo de la zapata de la tubería reves- • Protege la sarta y las formaciones tidora, en el espacio anular, en el hoyo no re- cubiertas: gasíferas, petroleras y/o acuíferas. vestido (desnudo) y más abajo de la zapata, o • Efectúa el aislamiento de las for- bien en una formación permeable”. maciones productivas y el confinamiento de estratos acuíferos. Evita la migración de fluidos Funciones de la cementación primaria entre las formaciones. También protege las for- La cementación primaria se realiza a maciones contra derrumbes. presiones suficientes, para que la mezcla de • Refuerza la sarta revestidora contra cemento bombeada por el interior de la sarta el aplastamiento que pueden imponerle presio- revestidora sea desplazada a través de la zapa- nes externas. ta que lleva el extremo inferior de la sarta. La Normal Estallido Aplastamiento Fig. 3-31. Representación de efectos de la presión en los revestidores.
- 126. 126 E l P o z o I l u s t r a d o • Refuerza la resistencia de la sarta En muchos casos, para proteger las a presiones de estallido. formaciones productivas contra la filtración de • Protege la sarta contra la corrosión. agua de la mezcla, se exige que la filtración • Protege la sarta durante los traba- sea mínima. Cuando se teme que pueda haber jos de cañoneo. pérdida de circulación se le añade a la mezcla Cuando se trata de sartas muy lar- un cierto aditivo que pueda contrarrestar tal in- gas, como pudiesen ser los casos de sartas in- conveniencia. En el caso de cementaciones es- termedias o de la final, la cementación prima- peciales se le puede añadir a la mezcla radiac- ria puede hacerse por etapas. Este método per- tivos para seguir su rastro. Para terminaciones mite cubrir el tramo deseado y evitar inconve- de pozos sujetos a inyección de vapor se selec- nientes debido a que mientras más tiempo se cionan cementos resistentes a muy altas tem- esté bombeando cemento la mezcla se torna peraturas. En áreas donde la corrosión de tu- más consistente y difícil de mover. berías es problema muy serio se le añade a la El cemento y el agua empiezan a re- mezcla anticorrosivos especiales. accionar en el mismo momento en que se Además de su uso en la cementación mezclan y las características físicas y químicas de sartas y de la cementación forzada, el ce- que adquiere la mezcla están en función del mento se emplea en una variedad de casos du- tiempo, por lo que la cementación debe hacer- rante la perforación, la terminación de pozos, se dentro de ciertos límites de tiempo, antes de reacondicionamiento y abandono de pozos. que el fraguado inicial empiece a manifestarse. Además, debe tenerse en cuenta la relación Cementación forzada profundidad-temperatura, ya que la temperatu- Durante la perforación o en las ta- ra del hoyo influye sobre el tiempo de fragua- reas de terminación de los pozos, y posterior- do de la mezcla. mente durante el transcurso de la vida produc- La fluidez, el peso y el fraguado ini- tiva de los mismos, en trabajos de reparaciones cial y final de la mezcla dependen de la rela- y/o reacondicionamiento, se emplea con mu- ción cemento-agua. La relación por peso pue- cha frecuencia la cementación forzada. de ser de 40 hasta 70 %. En la práctica, la ex- Este método de cementación consis- periencia en cada campo petrolero es guía pa- te en forzar la mezcla de cemento a alta presión ra seleccionar la relación adecuada. Es muy hacia la(s) formación(es) para corregir ciertas importante que el peso de la mezcla más la anomalías en puntos determinados a través de presión de bombeo de la mezcla no causen orificios que por cañoneo (perforación a bala o pérdida de cemento hacia las formaciones. a chorro) son abiertos en los revestidores. Los tipos de cementos utilizados en El cemento se inyecta en casos co- la perforación y reacondicionamientos de po- mo: la falta de cemento en cierto tramo de la zos son fabricados para responder a la varie- tubería; el aislamiento de un intervalo gasífero dad de condiciones impuestas por las opera- y/o acuífero de una zona productiva, con mi- ciones. Algunos cementos tienen que ser de ras a eliminar la producción de gas y/o agua; fraguado lento o rápido; de desarrollo rápido o corrección de fugas de fluidos a través del re- lento de su resistencia inicial; resistentes a la vestidor, debido a desperfectos; abandono de contaminación y reacciones químicas que pue- zonas productivas agotadas. dan impartirles las aguas de las formaciones.
- 127. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 127 Aditamentos para la cementación de sartas do la sarta con fluido bien acondicionado para A través de la práctica y experiencia que descienda con más rapidez y a la vez que- con la cementación de sartas revestidoras han den balanceadas las presiones externas. surgido los diseños y fabricación de ciertos Todo el material interno que com- aditamentos para los tubos con el propósito de pone el mecanismo y configuración de la za- lograr los mejores resultados posibles. pata puede ser perforado con barrena en caso necesario, como es requerido tratándose de la La zapata de cementación primera y sarta intermedia para llegar a la pro- Al primer tubo que va en el hoyo se fundidad final. En el caso de la última sarta, la le enrosca y se le fija por soldadura en su ex- zapata no se perfora. tremo inferior una zapata de cementación. La zapata sirve para guiar la tubería La unión o cuello flotador en su descenso hasta la profundidad donde se Para reforzar la función de la zapata va a cementar. En su parte interna lleva un me- y coadyuvar en la mecánica de la cementación, canismo de obturación que actúa como una se dispone que a cierta distancia del primer tu- válvula de un solo paso, la cual no permite bo se coloque entre dos tubos una unión o que el fluido de perforación en el hoyo entre cuello flotador. La unión permite el flujo por la en la sarta pero sí que el fluido que se ponga tubería hacia el hoyo pero impide, por el me- en la sarta pueda bombearse hacia el espacio canismo de su válvula de un solo paso, que anular. Esto le imparte a la sarta cierta flotación fluidos del hoyo entren a la tubería. La unión que desde la superficie se contrarresta llenan- tiene un asiento que sirve para asentar un ta- Fig. 3-33. Tipo de zapata de cementación. Fig. 3-32. Zapata instalada al primer tubo de revestimiento que va al hoyo.
- 128. 128 E l P o z o I l u s t r a d o pón que se inserta en la tubería detrás del últi- Los centralizadores, por sus anillos mo saco de cemento bombeado. que rodean el tubo y fijados con puntos de sol- Este tapón, al llegar al cuello flota- dadura, quedan a las profundidades deseadas. dor, no puede pasar y el aumento de presión Los flejes que unen los anillos tienen una cur- en la sarta indica que ya todo el cemento pasó vatura hacia afuera para hacer contacto con la por el cuello y ha concluido el desplazamiento. pared del hoyo. Unión o cuello flotador (cementación por etapas) Raspadores Cuando se trata de sartas muy largas En ciertas oportunidades, para lo- la cementación se hace en dos o tres etapas. grar mejor adhesión entre el cemento y la pa- En cuyo caso, para cada etapa, se dispone en red del hoyo, se le añaden raspadores a la sar- la sarta una unión que por diseño y construc- ta. Estos raspadores, que pueden consistir de ción cumple funciones adicionales, además de láminas en formas de tiras largas donde van la función de la unión o cuello corriente. incrustadas los alambres o de anillos cuyos Esta unión, además de su válvula, alambres sobresalen circunferencialmente, ras- tiene orificios que, en el momento apropiado, pan la pared del hoyo con el fin de despren- por el bombeo y la inserción de un dispositivo der el exceso de revoque que la cubre para adecuado, permiten la salida del cemento al facilitar que el cemento cubra directamente las espacio anular. Para retener el cemento en el formaciones. punto de salida y para que fluya hacia arriba El raspado se efectúa durante la in- por el espacio anular, la unión lleva como par- serción de la tubería, y luego, también, alzan- te integral, o bien como complemento aparte do y bajando lentamente la tubería, mientras asido a la sarta, a muy corta distancia de la ba- se bombea a objeto de ir desplazando hacia la se de la unión, un cesto de cementación, que superficie lo que se haya desprendido de la al abrirse toma la forma de paraguas invertido. pared del hoyo. Al abrirse hace contacto con la pared del hoyo y su forma cónica le da configuración de cesto. Una vez hecha esa etapa de cemen- tación se procede sarta arriba con la siguiente etapa, a través de otra unión similar que le fue colocada a la sarta a profundidad determinada y así, sucesivamente, hasta terminar la cemen- tación por las etapas determinadas, previamen- te a la inserción de la sarta en el hoyo. Centralizadores Para que la sarta quede bien centra- da en el hoyo, y a objeto de evitar que se re- cueste contra la pared del hoyo, ocasionando luego defectos en la continuidad del cemento en el espacio anular, se le instalan a la sarta centralizadores en aquellos puntos que se con- sideren necesarios. Fig. 3-34. Centralizadores para la sarta de revestimiento.
- 129. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 129 Fig. 3-35. Tipos de raspadores de la pared del hoyo. V. Operaciones de Perforación riales y herramientas; los servicios de apoyo; las inversiones y costos para operar eficazmen- en Aguas Costafuera te en un ambiente exigente y de situaciones cambiantes, a veces impredecibles. Yacimientos petrolíferos ubicados en tierra pero cercanos a la costa indujeron las El ambiente posibilidades de extensión hacia aguas llanas. El ambiente más allá de la costa y Tal fueron los casos de Cabimas y Lagunillas, hacia el mar adentro presenta variada profun- Costa Oriental del lago de Maracaibo, por allá didad de las aguas; diferentes condiciones to- en las décadas de los años veinte y treinta. Y pográficas y consistencia del suelo marino que, poco a poco, hasta hoy, el taladro se ha ido a veces por muy duro o por muy blando, difi- ubicando en aguas profundas del lago. De culta la construcción de cimientos o el aferra- igual manera viene sucediendo en otras partes miento de anclas; corrientes superficiales o del mundo. En realidad, los fundamentos bási- profundas, cuyas fuerzas podrían comprome- cos de la perforación no han cambiado, pero ter las instalaciones y hacer dificultosa la nave- sí, y mucho, la tecnología; la modalidad de las gación; condiciones atmosféricas que generan operaciones; las instalaciones; los requerimien- chubascos de agua o de viento, remolinos y tos de personal capacitado; los equipos, mate- huracanes, con el consiguiente encrespamien-
- 130. 130 E l P o z o I l u s t r a d o to de las olas y oleaje que hacen cancelar la navegación y ponen en peligro la seguridad del personal e instalaciones. En zonas frías se añaden las bajísimas temperaturas de invierno y el peligro que representan los témpanos de hielo que flotan y se desplazan por los mares árticos. La tecnología De aguas llanas y protegidas, el tala- dro fue ubicado a mayores distancias de las costas en aguas más profundas, a medida que los adelantos en las técnicas de exploración costafuera permitían escudriñar el subsuelo. Las operaciones pioneras de perfo- ración y producción en el lago de Maracaibo, en el mar Caspio y en el golfo de México han sido escuelas para estudios y prácticas funda- mentales que llevaron las operaciones mar Fig. 3-36. Moderno equipo de perforación en el lago de adentro en el mar del Norte y otros sitios. Maracaibo. De las plataformas convencionales de perforación se ha pasado a la construcción Para profundidades de 4 a 53 metros de grandes plataformas desde las cuales se de agua hay perforadoras del tipo sumergible pueden perforar direccionalmente varias loca- que pueden perforar hasta 7.600 metros. Para ciones. Una vez concluida la perforación, la las profundidades de agua a más de 1.000 me- plataforma queda como centro de producción tros hay una flota de barcos de perforación y manejo de petróleo y/o de gas de un gran que pueden hacer hoyos hasta 7.600 metros. sector del campo. Las gabarras de perforación El golfo de México, en el sector esta- de antaño han sido modificadas, y son hoy es- dounidense de Texas a Alabama, representa tructuras integradas que llevan la cabria empo- una de las áreas donde en los últimos dos años trada y constituyen un taladro flotante que en- se han ubicado plataformas flotantes del tipo tra, permanece y sale de la locación como una de sujeción tensada, en profundidades de sola unidad. aguas por encima de los 500 metros y perspec- Para la perforación en aguas llanas y tivas de llegar a 1.000 metros. Estas platafor- pantanosas se han diseñado gabarras integra- mas pueden pesar hasta 23.000 toneladas y es- les autopropulsadas que constituyen en reali- tán diseñadas para resistir el impacto de olas dad un barco de poco calado. de 20 metros de altura y de vientos de 224 ki- Para operaciones en aguas semipro- lómetros por hora. Este tipo de plataforma per- fundas se cuenta con las gabarras autoelevadi- mite perforar varios pozos direccionales desde zas cuyas patas de sostén se afincan en el fon- un mismo sitio y el costo diario de taladro se do del mar. La flota mundial tiene unidades estima actualmente en $100.000,oo que pueden operar en aguas de 4 a 112 metros El diseño y construcción de todas de profundidad y perforar hasta 9.150 metros. estas nuevas perforadoras se realizan tomando
- 131. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 131 en cuenta que su sitio de operaciones está le- introducido innovaciones para mayor seguri- jos de los centros de aprovisionamiento. Por dad de la navegación y el transporte de perso- tanto, se tiene que contar con el espacio y las nal y materiales. comodidades suficientes para albergar varias Cada taladro tiene helipuerto y el docenas de personal de operaciones por tiem- uso del helicóptero es común para el transpor- po largo. Además, se dispone de suficiente te del personal y cargas pequeñas. Las comuni- área de almacenamiento para materiales, he- caciones por radio, teléfono, télex, celular, rramientas y repuestos para garantizar la conti- computadoras, o la utilización de satélites per- nuidad de las operaciones por varios días. miten, no obstante las distancias, que el tala- Las operaciones costafuera requie- dro esté en contacto con la base de operacio- ren estudios de suelos para verificar la topo- nes. En el mismo taladro, por razones obvias, grafía y competencia de los estratos, en caso se dispone de espacio para que empresas de de utilizar gabarras de perforación autoeleva- servicios de registros y de cementación ubi- dizas o para la erección de instalaciones de quen sus equipos temporal o permanentemen- producción. También son necesarios los estu- te, de acuerdo al ritmo de las operaciones. Con dios oceanográficos para conocer los factores respecto al manejo de materiales, los taladros que en el sitio afectan las condiciones del mar, tienen incorporadas grúas para manejar todo su flora y fauna. Estudios y servicios constan- tipo de carga para sus tareas de perforación. tes de meteorología para alerta y seguridad del Las operaciones costafuera, y más personal y disposiciones de salvaguarda de las mar adentro, han requerido de innovaciones instalaciones. Muchos de los adelantos logra- en el equipo mismo de perforación. Por ejem- dos en estas ramas han sido originados por las plo: a medida que la profundidad de las aguas necesidades de las operaciones petroleras. se hace mayor, la longitud del tubo conector En materia de servicios de apoyo, (subiente) desde el fondo marino hasta el con- los nuevos diseños y la construcción de remol- junto de impiderreventones también es mayor; cadores, de barcazas y barcos de abasteci- por tanto, a su diseño y estabilidad le han sido miento, de botes salvavidas y de lanchas han incorporadas características acordes a las nece- sidades. Para el mejor manejo y mayor rapidez de instalación, el conjunto de impiderrevento- nes viene preensamblado para ser instalado en el fondo del mar. De igual manera, para contener arremetidas o amagos de reventón, el taladro dispone de equipo adicional que aunado a los impiderreventones facilita el control del pozo, por la aplicación de procedimientos determi- nados de contención que el personal debe co- nocer explícitamente. Para evitar la contaminación de las aguas marinas con fluidos de perforación, ma- terias químicas, petróleo y otras sustancias no- civas, se toman precauciones adecuadas para Fig. 3-37. Modernos equipos para perforación costafuera. disponer de esos desechos. En el caso de prue-
- 132. 132 E l P o z o I l u s t r a d o bas preliminares de producción, el gas y/o difícil de solucionar que termina en la opción petróleo se queman en mechurrios especiales de desviar el hoyo. instalados vertical u horizontalmente. En tareas de pesca cuenta mucho En las ramas de buceo, televisión y diagnosticar la situación, disponer de las herra- soldadura submarinas, los adelantos y aplica- mientas adecuadas y la paciencia y experiencia ciones han marcado inusitados progresos, a de todo el personal de perforación. En ocasio- medida que la perforación se hace en aguas nes, la tarea puede representar un difícil reto cada vez más profundas. al ingenio mecánico del personal, pero hay La computación y procesamiento de verdaderos expertos en la materia, tanto en datos, aunados a los sistemas de telecomuni- ideas como en la selección y aplicación de las caciones más avanzados, permiten que las de- herramientas requeridas. cisiones sobre las operaciones se tomen sobre la marcha, ahorrando así tiempo y dinero. VII. Arremetida, Reventón e Incendio VI. Operaciones de Pesca Estos tres episodios son indeseables en la perforación o en tareas de limpieza o rea- En la perforación siempre está pre- condicionamiento de pozos, pero suceden. sente la posibilidad de que fortuitamente se Afortunadamente, los resultados lamentables queden en el hoyo componentes de la sarta de son raros, gracias al adiestramiento del perso- perforación u otras herramientas o elementos nal para actuar en tales casos y al equipo y utilizados en las diferentes tareas de obtención procedimiento de contención disponibles. de datos, pruebas o terminaciones del pozo, La arremetida, o sea el desborda- ocasionando lo que generalmente se le llama miento de fluidos (gas y/o petróleo, agua: fres- tarea de pesca, o sea rescatar o sacar del hoyo ca o salada) de la formación hacia el hoyo, esa pieza que perturba la continuidad de las ocurre cuando la presión ejercida por el fluido operaciones. Por tanto, en previsión para ac- de perforación en el hoyo es menor que la tuar en consecuencia, siempre hay en el tala- presión que tienen algunas de las formaciones dro un mínimo de herramientas de pesca de perforadas o la formación que está siendo pe- uso muy común, que por experiencia son netrada por la barrena. aconsejables tener: como cesta, ganchos, en- chufes, percusor, roscadores y bloques de plo- mo para hacer impresiones que facilitan ave- riguar la condición del extremo de un tubo. La serie de herramientas de pesca es bastante extensa y sería imposible y costoso te- nerla toda en cada taladro. Sin embargo, en los centros de mucha actividad de perforación, en los almacenes de materiales de las empresas operadoras y de servicios de perforación se tienen herramientas para cubrir el mayor nú- mero de casos específicos. Generalmente la tarea de pesca es Fig. 3-38. Herramienta de pesca para extraer sencilla pero otras veces se puede tornar tan tuberías del hoyo.
- 133. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 133 Las manifestaciones de la arremetida miento del flujo por el espacio anular para des- se captan en la superficie por el aumento de cargar la arremetida inocuamente. volumen de fluido en el tanque y por el com- Por sus características físicas y com- portamiento simultáneo de las presiones en la portamiento de la relación volumen-presión, la sarta y el espacio anular. La magnitud del vo- arremetida de gas es la más espectacular. Su lumen adicional de fluido descargado da idea fluidez, su rapidez de ascenso, inflamabilidad de la gravedad de la situación. La apreciación o posible contenido de sulfuro de hidrógeno precoz del tipo de fluido desbordado ayudará hacen que desde el mismo instante de la arre- a poner en ejecución uno de los varios méto- metida se proceda a contenerla sin dilaciones. dos adecuados de contención, cuya finalidad, Toda arremetida es un amago de reventón. no obstante las diferencias de procedimientos, Toda arremetida que no pueda ser es permitir acondicionar el fluido de perfora- controlada termina en reventón, con sus gra- ción al peso requerido y bombearlo al hoyo ya ves consecuencias de posibles daños persona- que mientras tanto se controla el comporta- les, destrucción segura de equipos y hasta po- sible pérdida del hoyo o del pozo. Si el reven- tón se incendia, los daños físicos serán mayo- res y más difíciles y más costosos serán tam- bién los esfuerzos para contenerlo. Para el yacimiento, el reventón se convierte en un punto de drenaje sin control, cuya producción durante días o meses ocasio- na daños a la formación, con gran pérdida de fluidos y abatimiento de la presión natural. El riesgo de contaminación del am- biente puede tornarse muy serio y los daños po- drían sumar pérdidas irreparables y costosísimas. VIII. Problemas Latentes durante la Abertura del Hoyo Aunque se disponga de los mejores equipos, herramientas, materiales, tecnología y personal capacitado, durante la perforación pueden presentarse una variedad de proble- mas que a veces pueden ser difíciles y costo- sos. Prevenir situaciones que puedan malograr el buen ritmo y los costos de las operaciones es quizás el anhelo más importante que debe motivar a todo el personal de perforación y de apoyo. Entre estos problemas se cuentan: Fig. 3-39. Espectacular reventón de un pozo en el lago de Maracaibo. • Derrumbes de las formaciones.
- 134. 134 E l P o z o I l u s t r a d o El informe constituye una referencia cronológica que, apropiadamente analizada y evaluada, sirve para apreciar cómo se condujo la perforación; cuál fue el comportamiento del equipo y herramientas utilizadas; qué cantidad de materiales fueron consumidos; cuáles in- convenientes se presentaron durante la perfo- ración; cuánto tiempo se empleó en cada una de las tareas que conforman la perforación; accidentes personales y datos de importancia. Toda esa información puede traducirse en cos- tos y de su evaluación pueden derivarse re- comendaciones para afianzar la confiabilidad de los equipos, herramientas, materiales y tec- nología empleada o para hacer modificaciones Fig. 3-40. Pozo petrolífero en el lago de Maracaibo. con miras a hacer más eficientes y económicas las operaciones. • Pérdida de circulación parcial o En el informe se van detallando to- total del fluido de perforación dos aquellos renglones que comprenden los • Desviación crítica del hoyo. programas específicos que conforman la per- • Constricción del diámetro del hoyo. foración. Estos programas son: • Torcedura o enchavetamiento del Programa de Barrenas hoyo. Programa de Fluido de Perforación • Atascamiento de la sarta de per- Programa de Muestras y Núcleos foración. Programa de Registros • Desenrosque de elementos de la Programa de Revestidores sarta y, por ende, tareas de pesca. Programa de Cementación • Torcedura y desprendimiento de Programa de Pruebas y Terminación parte de la sarta. Programa de Contingencias • Arremetidas y reventón. La Tabla 3-6 presenta una relación • Incendios. más detallada de las tareas que conforman la perforación y que al final de cuentas cada una IX. Informe Diario de Perforación representa un porcentaje del tiempo total con- sumido y de la inversión. Ninguna información es tan impor- Resumiendo la valiosa cantidad de tante como la que diariamente cada perforador información que se deriva de la perforación de escribe en el “Informe Diario de Perforación”. un pozo se puede decir que de ella pueden Día a día este informe va acumulando una can- obtenerse indicadores que señalan el compor- tidad de datos que son fuente insustituible de tamiento y funcionamiento de ciertas herra- lo acontecido, desde el momento en que co- mientas y materiales, como también costos y mienza la mudanza del equipo a la locación gastos de diferentes renglones de la operación hasta la salida para otro destino, luego de ter- entre pozos en un mismo campo o entre cam- minado, suspendido o abandonado el pozo. pos en un determinado territorio, consideran-
- 135. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 135 Fig. 3-41. El perforador al frente de los controles de un equipo moderno de perforación. do las condiciones y características de factores • Temperatura del fluido de perfo- geológicos similares o aproximados. La infor- ración, entrante/saliente, °C. mación básica es la siguiente: • Descarga del fluido de perforación: • Profundidad final de perforación, - Volumen de cada tanque o fosa, en metros. m 3 o brls. • Velocidad de horadación de las - Volumen total, m3 o brls. formaciones por la barrena, en metros/minuto - Ganancia o pérdida de volumen, o metros/hora. m 3 o brls. • Peso de la sarta de perforación, en • Tanque de aforación del fluido de kilogramos. perforación durante la extracción/metida de la • Peso de la sarta de perforación so- sarta, m3 o brls. bre la barrena, en kilogramos. - Ganancias o pérdidas de volumen, • Esfuerzo de torsión de la sarta de m 3 o brls. perforación, kilogramo-metro. • Esfuerzo de torsión de las tenazas • Revoluciones por minuto de la ba- para enroscar la tubería, kg/metro. rrena, r.p.m. • Volumen de fluido para llenar el • Presión del subiente (tubería para hoyo durante las maniobras de extracción y/o mandar fluido de perforación a la sarta), en metida de la sarta, m3. kg/cm2. Este tipo de información computari- • Presión en el espacio anular, en zada se puede obtener en el mismo sitio de las kg/cm 2. operaciones, y servirá al personal del taladro • Velocidad de las bombas, embola- para evaluar la normalidad de la perforación o das/minuto. detectar alguna anormalidad. • Densidad del fluido de perfora- ción, entrante/saliente, kg/litro.
- 136. 136 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 3-6. Recopilación de datos del Informe Diario de Perforación RESUMEN DE ACTIVIDADES Locación: ___________ Taladro: ______________ Pozo: _____________________ Altitud, metros: ______ Altitud, metros: ________ Campo: ___________________ (sobre el nivel del mar) (mesa rotatoria) Fecha comienzo: ___________ Coordenadas: _________ Fecha terminación: __________ Horas/(Días) Observaciones 1. Mudando equipo y aparejando ____ ____ _____________________________________ 2. Desmantelando ____ ____ _____________________________________ 3. Perforando ____ ____ _____________________________________ 4. Sacando núcleos ____ ____ _____________________________________ 5. Escariando ____ ____ _____________________________________ 6. Entubando y cementando ____ ____ _____________________________________ 7. Tomando registros ____ ____ _____________________________________ 8. Reparaciones ____ ____ _____________________________________ 9. Sacando sarta de perforación ____ ____ _____________________________________ 10. Metiendo sarta de perforación ____ ____ _____________________________________ 11. Constatando desviación del hoyo ____ ____ _____________________________________ 12. Acondicionando fluido de perforación ____ ____ _____________________________________ 13. Terminando y probando ____ ____ _____________________________________ 14. Pescando ____ ____ _____________________________________ 15. Esperando órdenes ____ ____ _____________________________________ 16. Esperando por mal tiempo ____ ____ _____________________________________ 17. Días feriados ____ ____ _____________________________________ Total 18. Metros perforados ____ 19. Metros de núcleos extraídos ____ Profundidad total 20. Metros perforados/Días activos de perforación 21. Núcleos extraídos/Días activos de extracción, metros 22. Núcleos recuperados, metros 23. Porcentaje de núcleos recuperados 24. Longitud escariada, metros 25. Longitud escariada por días activos, metros 26. Sustancias añadidas al fluido de perforación Bentonita, Sacos Bicarbonato de soda, kilogramos Baritina, sacos Fosfatos, kilogramos Soda cáustica, kilogramos Otros Quebracho, kilogramos 27. Características del fluido de perforación De ................. a,_______metros (peso, viscosidad, filtración, pH, gelatinosidad, revoque, tratamientos). 28. Barrenas utilizadas De ................. a,_______metros Diámetro, mm. Tipo, cantidad, marca, peso, r.p.m. 29. Sarta de revestimiento De ................. a,_______metros Especificaciones y detalles de la cementación 30. Registros tomados De ................. a, _______metros Tipo _____ Fecha, empresa, detalles _________ 31. Perforación a bala/cañoneo De ................. a, _______metros Orificios (números/diámetro)/metro _____ Detalles __________________________________________ 32. Pruebas de producción Intervalo De ................. a, _______metros Detalles (ver 32) 33. Costos de la perforación/terminación Costo de perforación, Bs./metro Tipo y composición de la sarta, tipo de amortiguador (agua/petróleo); Costo de terminación, Bs. tipo de empacadura; profundidad de hincaje; apertura de la sarta (hora); Costo total: minutos de flujo a la superficie; presiones; duración de la prueba; Costo total/metro, Bs. estrangulador; detalles; fluidos, b/d; relación gas/petróleo: calidad de fluido; agua/sedimentos, etc.
- 137. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 137 X. Terminación del Pozo ta luego de haber hecho un análisis completo de las perspectivas de productividad del pozo Cementada la última sarta de reves- porque en caso contrario se incurriría en cos- timiento, que tiene la doble función de revesti- tos innecesarios de la tubería, cementación, ca- dor y de sarta de producción, se procede a rea- ñoneo y pruebas. lizar el programa de terminación del pozo. Por tanto, los detalles de la termi- La terminación constituye el primer nación del pozo se encuentran en el Capítulo 4, paso en lo que será la etapa de producción del “Producción”. pozo. Generalmente, la última sarta se cemen- 0 Mudando y aparejando equipo. Locaciones A, B y C. 1 Metiendo y cementando primer revestidor. 2 Perforando, 2C. Perforando, pescando, pérdida de circulación. O 3 Metiendo y cementando segundo revestidor. Problemas mecánicos y pescando. A BC 4 Perforando. 1 5A Perforando, 5B. Sacando núcleo, 5C. Metiendo y cementando segundo revestidor. 11 2C 2 3C 2 6A Pescando, 6B. Sacando núcleo, 6C. Perforando. 4 7A Perforando, 7B. Pescando, 7C. Perforando. Profundidad 3 3 5 8 Perforando, 8C. Cambio a otro tipo de barrena y elementos de la sarta de perforación. 4 6 9 Circulando lodo, preparativos para la toma de registros y núcleos de 4 5 pared; pruebas con hoyo desnudo; metida y cementación de último 5 6 7 revestidor; cañoneo del revestidor, pruebas y terminación de los pozos 7 como productores. 6 7 8 Utilizando información como ésta se 8 puede lograr mejor eficiencia en la 8 perforación, corrigiendo las prácticas 9 9 utilizadas, observando el funciona- 9 miento del equipo, y la experiencia del personal. Días Fig. 3-42. Ejemplos esquemáticos de incidencias y progreso en la perforación (tres locaciones en el mismo campo).
- 138. 138 E l P o z o I l u s t r a d o XI. Clasificación de Pozos Terminados área donde se perfora y otras condiciones den- tro de los campos y yacimientos, el Ministerio Para catalogar la perforación y ter- de Energía y Minas utiliza la Clasificación minación de pozos, de acuerdo al objetivo, al Lahee (ver Tabla 3-7). Tabla 3-7. Clasificación de pozos Objetivo Area donde Clasificación antes Clasificación después de la perforación se perfora de la perforación Resultados positivos Resultados negativos A (exploratorio) B (productor) C (seco) Dentro del área probada 0 0 0 Para desarrollar de desarrollo de desarrollo de desarrollo y extender yacimientos Fuera del área probada 1 1 1 de avanzada de extensión de avanzada Dentro del área probada 2a 2a 2a de yacimientos descubridor de exploratorio de Para descubrir superiores yacimientos superiores yacimientos superiores nuevos yacimientos 2b 2b 2b en estructuras de yacimientos descubridor de exploratorio o formaciones profundos yacimientos de yacimientos ya productivas profundos profundos Fuera del área probada 2c 2c 2c de nuevos yacimientos descubridor de exploratorio de nuevos yacimientos nuevos yacimientos Para descubrir Areas nuevas 3 3 3 nuevos campos de nuevo campo descubridor de exploratorio nuevo campo de nuevo campo Nota: La clasificación después de la perforación bien puede no corresponder horizontalmente a la clasificación hecha antes de perforar el pozo, ya que de resultar seco el objetivo original puede haberse terminado en otro yacimiento. superficie A-1 B-O A-2a A-O A-2b B-O A-2c A-3 estructura falla Area probada Area no probada
- 139. C a pí t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 139 XII. Tabla de Conversión abundante la constituyen las publicaciones es- tadounidenses, en la Tabla 3-8 presentamos los En la industria petrolera, por ra- valores de conversión que aparecen en Petró- zones obvias, se emplean el Sistema Métrico y leo y otros Datos Estadísticos, del Ministerio de el Sistema angloamericano, de pesas y medi- Energía y Minas. das. Como la fuente tecnológica petrolera más Tabla 3-8. Tabla de conversión. Valores equivalentes aproximados Volumen Metro cúbico Galón americano Litro Barril americano Pie cúbico Metro cúbico — 264,170 1.000,000 6,2898 35,315 Galón americano 0,0038 — 3,785 6,0238 0,134 Litro 0,0010 0,264 — 0,0063 0,035 Barril americano 0,1589 42,00 158,988 — 5,615 Pie cúbico 0,0283 7,481 28,317 0,1781 — Peso Kilogramo Libra Tonelada Tonelada Tonelada métrica larga corta Kilogramo — 2.205 0,0010 0,00098 0,0011 Libra 0,454 — 0,0005 0,00045 0,0005 Ton métrica 1.000.000 2.204,620 — 0,98421 1,1023 Ton. larga 1.016,050 2.240,000 1,0161 — 1,1200 Ton. corta 907,185 2.000,000 0,9072 0,89286 — Superficie Hectárea km2 Acre Longitud Metro Pulgada Pie Hectárea — 0,010 2,47 Metro — 39,37 3,281 Km2 100,00 — 247,10 Pulgada 0,025 — 0,083 Acre 0,41 0,004 — Pie 0,305 12,00 — Calor Kilocaloría BTU Kilovatio-hora Kilocaloría — 3,97 0,0012 BTU 0,2252 — 0,0003 Kilovatio-hora 859,600 3.412,75 — Kilovatio-hora 3.210,000 a/ — — a/ Factor correspondiente a la conversión de energía hidroeléctrica en Venezuela.
- 140. 140 E l P o z o I l u s t r a d o Referencias Bibliográficas 1. API - American Petroleum Institute: API Drilling and Production Practice, American Petroleum Institute, Wash- ington D.C., anual. 2. API - American Petroleum Institute: API Spec 7, Rotary Drilling Equipment, May 1979. 3. ARDREY, William E.: “Computers at Wellsite”, en: Drilling, December 1983, p. 65. 4. ARMCO: Oil Country Tubular Products Engineering Data, Armco Steel Corporation, Middletown, Ohio, 1966. 5. BLEAKLEY, W.B.: “IFP and Elf-Aquitaine Solve Horizontal Well Logging Problem”, en: Petroleum Engi- neer International, November 15, 1983, p. 22. 6. Boletín de Geología, Sociedad Venezolana de Geólogos, Caracas, eventual. 7. Boletín Informativo, Asociación Venezolana de Geología, Minería y Petróleo, Caracas, trimestral. 8. BOYADJIEFF, George: “Power Swivels”, en: Drilling, March 1984, p. 41. 9. BRANTLEY, J.E.: History of Oil Well Drilling, Chapter 24, Directional Drilling, Houston, Texas, 1971. 10. BRANTLEY, John E.: Rotary Drilling Handbook, fifth edi- tion, Palmer Publications, Los Angeles, California, 1952. 11. Bulletin American Association of Petroleum Geologists, Tulsa, Oklahoma, mensual. 12. CLEMENT, C.; PARKER, P.N.; BEIRUTE, R.M.: “Basic Cementing”, serie de 8 artículos, en: Oil and Gas Journal, February 21, 1977-May 23, 1977. 13. DELLINGER, T.B.; GRAVELEY, W.; TOLLE, G.C.: “Directional Technology Will Extend Drilling Reach”, en: Oil and Gas Journal, September 15, 1980.
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- 142. 142 E l P o z o I l u s t r a d o 18. IX Jornadas Técnicas de Petróleo: Trabajos sobre Perfo- ración, Colegio de Ingenieros de Venezuela/Sociedad Venezolana de Ingenieros de Petróleos, Maracaibo, 30- 10 al 2-11-1991. 19. JOURDAN, Andre P.; BORON, Guy: “Horizontal Well Proves Productivity Advantages”, en: Petroleum Engineer International, October 1984, p. 24. 20. Journal of Petroleum Technology, Dallas, Texas, mensual. 21. Journal of Petroleum Technology, “Artificial Lift/Multi- lateral Technology”, July 1997. 22. LEONARD, Jeff: “Guide To Drilling, Workover and Completion Fluids”, en: World Oil, June 1980. 23. LITTLETON, Jeff H.: “Sohio Studies Extended - Reach Drilling For Proudhoe Bay”, en: Petroleum Engineer In- ternational, October 1985, p. 28. 24. LOWEN, Brian M.; GRADEEN, Glenn D.: “Canadian Operator Succeeds in Slant-Hole Drilling Project”, en: Petroleum Engineer International, August 1982, p. 40. 25. LOXAM, D.C.: “Texaco Canada Completes Unique Horizontal Drilling Program”, en: Petroleum Engineer In- ternational, September 1982, p. 40. 26. LUMMUS, James L.: “Bit Selection”, en: Petroleum Engi- neer, March 1974. 27. MARSH, J.L.: “Hand-Held Calculator Assists in Direction- al Drilling Control”, en: Petroleum Engineer International, July 1982, p. 79. 28. Mene, Maracaibo, estado Zulia, bimestral. 29. Ministerio de Energía y Minas: A. Memoria y Cuenta, anual. B. Petróleo y otros Datos Estadísticos (PODE), Caracas, anual.
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- 146.
- 147. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 147 Indice Página I. Terminación del Pozo 149 • Evaluaciones previas 149 • Tipos de terminación 150 Terminación vertical sencilla 151 Terminación vertical doble 152 Terminación vertical triple 153 • Otras modalidades de terminación 153 Bombeo mecánico 154 Bombeo hidráulico 155 Levantamiento artificial por gas 156 • La sarta de educción 157 Aditamentos para la sarta de educción 158 • Terminación de pozos horizontales 158 • Tubería continua o devanada de educción 159 • Terminación de pozos costafuera 163 II. Características de los Yacimientos 165 • Presión del yacimiento 166 • Temperatura del yacimiento 167 • Viscosidad de los crudos 167 • Mecanismos naturales de producción del yacimiento 169 Casquete o empuje de gas 170 Empuje por gas disuelto 172 Empuje por agua o hidráulico 173 Empuje por gravedad 174 III. Manejo de la Producción 176 • Separación de fluidos 176 El múltiple de producción 176 Los separadores de producción 177 Disposición del crudo 178 Disposición del gas 178 Disposición del agua 179
- 148. 148 E l P o z o I l u s t r a d o IV. Comportamiento de la Producción 180 • Comportamiento de los pozos 180 • Comportamiento del yacimiento 180 • Clasificación de las reservas 182 • La producción vigorizada 183 • Ejemplos numéricos 183 V. Mantenimiento, Estimulación y Reacondicionamiento de Pozos 184 • Mantenimiento 184 • Estimulación de pozos 186 Succión 186 Inyección de fluidos 186 Fracturamiento de estratos 187 Acidificación 188 • Limpieza de pozos 189 Arenamiento 189 Acumulación de parafina 191 • Reacondicionamiento de pozos 192 Tareas para reacondicionamiento de pozos 193 VI. Crudos Pesados/Extrapesados 193 • Características 195 • De los yacimientos y los crudos pesados y extrapesados 195 • La Faja del Orinoco 197 Interés por la Faja 198 Referencias Bibliográficas 202
- 149. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 149 I. Terminación del Pozo tenido de hidrocarburos en el fluido de per- foración; la toma de diferentes registros petro- Se define como fecha de termina- físicos e interpretación cualitativa y cuantitati- ción del pozo aquella en que las pruebas y va de la información; la correlación de la infor- evaluaciones finales de producción, de los es- mación geológica, sísmica y/o petrofísica; el tratos e intervalos seleccionados son conside- comportamiento y velocidad de penetración radas satisfactorias y el pozo ha sido provisto de la barrena; y la información e interpretación de los aditamentos definitivos requeridos y, de alguna prueba de producción hecha con la por ende, se ordena el desmantelamiento y sa- sarta de perforación en el hoyo desnudo, con- lida del taladro del sitio. figuran por sí o en conjunto la base para de- cidir la terminación del pozo en determina- Evaluaciones previas do(s) yacimiento(s) y los respectivos intervalos Durante el curso de la perforación, escogidos. la obtención y estudio de muestras de ripio o La abundancia y tipo de información de núcleos convencionales o de pared; el aná- para evaluar y correlacionar las perspectivas lisis continuo e interpretación del posible con- del pozo dependen de si la perforación es de Fig. 4-1. Desarrollo de las inmensas acumulaciones de petróleo de la Faja del Orinoco. Operaciones de perforación en el área de Cerro Negro, estado Monagas.
- 150. 150 E l P o z o I l u s t r a d o exploración, de avanzada o de desarrollo, en y correcciones, derrumbes, arremetidas por flu- cuyos casos el grado de control geológico y la jo de agua, gas y/o petróleo. experiencia acumulada del personal encargado • Interpretaciones cualitativas y cuan- de formular la terminación determinará cuáles titativas de pruebas hechas con la sarta de per- datos son suficientes e indispensables para rea- foración en el hoyo desnudo para discernir so- lizar la tarea. bre: presiones, régimen de flujo, tipo y calidad Las apreciaciones más importantes de fluidos: gas, petróleo, agua. que conducen a una buena terminación son: • Registros y/o correlaciones de re- • El tipo de hoyo que penetra los gistros para determinar: tope y base de los es- estratos perforados: vertical, desviado conven- tratos, espesor de intervalos presuntamente cional, desviado de largo alcance, inclinado u productivos, zonas de transición, porosidad, horizontal. permeabilidad, tipo de rocas, buzamientos, ac- • El rumbo y el aspecto de la cir- cidentes geológicos (fallas, plegamientos, adel- cunferencia de la trayectoria del hoyo, para gazamientos, discordancia, corrimientos, etc.), que las sartas de revestimiento queden bien características del petróleo a producirse. centradas y la cementación de las mismas sea • Estudio de historias de perfora- eficaz. Y, posteriormente, que tanto la inser- ción, terminación y producción de pozos con- ción y manejo de otras sartas y herramientas tiguos, cercanos o lejanos para apreciar pro- como su extracción se realicen sin causar des- cedimientos empleados antes, comportamiento gastes y/o daños a los revestidores. mecánico de las terminaciones, posibles re- • En el caso del hoyo desviado de paraciones realizadas y desenvolvimiento de la largo alcance, el inclinado o el horizontal se etapa productiva de los pozos. tomarán las precauciones requeridas para evi- tar atascos durante las operaciones de revesti- Tipos de terminación miento y cementación de las sartas. Si la sarta Existen varios tipos de terminación horizontal se utiliza como revestidora y como de pozos. Cada tipo es elegido para responder sarta de producción, la metida y colocación en a condiciones mecánicas y geológicas impues- el hoyo requiere esmerada atención para que tas por la naturaleza del yacimiento. Sin em- quede bien centrada, y la cementación y el ca- bargo, siempre debe tenerse presente que la ñoneo se hagan sin inconvenientes terminación mientras menos aparatosa mejor, • Los gradientes de presión y de ya que durante la vida productiva del pozo, sin temperatura para mantener el fluido de per- duda, se requerirá volver al hoyo para trabajos foración o los especiales de terminación den- de limpieza o reacondicionamientos menores tro de las exigencias requeridas. Igualmente la o mayores. Además, es muy importante el as- selección de cementos y aditivos para la ce- pecto económico de la terminación elegida mentación de sartas, especialmente la última por los costos de trabajos posteriores para con- sarta. servar el pozo en producción. • Revisión del Informe Diario de La elección de la terminación debe Perforación para refrescar la memoria sobre ajustarse al tipo y a la mecánica del flujo, del los incidentes importantes surgidos como: atas- yacimiento al pozo y del fondo del pozo a la camiento de la sarta de perforación, enchave- superficie, como también al tipo de crudo. Si tamiento del hoyo, pérdidas parciales o total el yacimiento tiene suficiente presión para ex- de circulación, desviación desmedida del hoyo peler el petróleo hasta la superficie, al pozo se
- 151. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 151 le cataloga como de flujo natural, pero si la presión es solamente suficiente para que el petróleo llegue nada más que hasta cierto nivel hoyo en el pozo, entonces se hará producir por cemento medio del bombeo mecánico o hidráulico o por levantamiento artificial a gas. tubería de producción Además de las varias opciones para revestidor terminar el pozo vertical (Figuras 4-2 a 4-11, obturador respectivamente), ahora existen las modalida- des de terminación para pozos desviados nor- malmente, los desviados de largo alcance, los inclinados y los que penetran el yacimiento en intervalo sentido horizontal. productor perforaciones Terminación vertical sencilla La terminación sencilla contempla, generalmente, la selección de un solo horizon- te productor para que descargue el petróleo hacia el pozo. Sin embargo, existen varias mo- Fig. 4-2. Modalidad de terminación sencilla básica, pozo vertical. dalidades de terminación sencilla. La terminación sencilla clásica, con el Pues, durante el cañoneo y las tareas subse- revestidor cementado hasta la profundidad total cuentes, el pozo debe estar controlado por el del hoyo, consiste en que el revestidor sea ca- fluido. Por tanto, esta etapa de terminación ñoneado a bala o por proyectil a chorro, para puede tornarse crítica. abrir tantos orificios (perforaciones) de determi- Luego de cañoneado el intervalo o nado diámetro por metro lineal hélico para es- los intervalos seleccionados, se procede a ex- tablecer el flujo del yacimiento hacia el pozo. traer el cañón del pozo para comenzar des- El diámetro del cañón, que puede pués a meter la tubería de producción, llama- ser de 83 a 121 milímetros y diámetros inter- da también de educción. Para el caso básico medios, se escoge de acuerdo al diámetro del de terminación sencilla, como se muestra en la revestidor, que generalmente puede ser de 127 Figura 4-2, la tubería de producción lleva en su a 178 milímetros y diámetros intermedios con- parte inferior una empacadura adecuada que vencionales. El diámetro del proyectil común- se hinca contra la pared del revestidor. La parte mente es de 6 a 19 milímetros, con incremen- superior de la sarta se cuelga del cabezal del tos convencionales para diámetros intermedios pozo y del cabezal sale la tubería de flujo que deseados que pueden ser de 9,5; 12,7 y 15,9 lleva el petróleo hasta el múltiple de la insta- milímetros. lación de separadores donde se separa el gas, Como el fluido de perforación es ge- el petróleo y el agua. De aquí en adelante, en neralmente utilizado para controlar la presión la estación de flujo y almacenamiento, se pro- de las formaciones, se decidirá si será utilizado cede al manejo de estos tres fluidos de acuer- durante el cañoneo en su estado actual o si se do a sus características. opta por dosificarlo con aditivos específicos o En el cabezal del pozo se instalan cambiarlo totalmente por un fluido especial. dispositivos, tales como un manómetro para ve-
- 152. 152 E l P o z o I l u s t r a d o rificar la presión del flujo del pozo, un estran- gulador (fijo o graduable) para regular el flujo del pozo y las válvulas para cerrar el pozo y te- hoyo hoyo ner acceso al espacio anular en caso necesario. cemento cemento revestidor Otra versión de terminación sencilla, colgador revestidor permite que selectivamente pueda ponerse en producción determinado intervalo (Figura 4-3). obturadores obturador Para esto se requiere adaptar a la sarta de pro- ducción las empacaduras de obturación re- tubería calada tubería calada queridas y las válvulas especiales en frente de cada intervalo para permitir que el petróleo hoyo grava fluya del intervalo deseado y los otros dos es- tratos se mantengan sin producir. Por las características petrofísicas de la roca, especialmente en el caso de caliza o Fig. 4-5. Terminación sencilla Fig. 4-6. Terminación sencilla con tubería calada. y empaque con grava. dolomita, la terminación sencilla puede hacer- se a hoyo desnudo (Figura 4-4), o sea que el mecánico, es la de empacar el intervalo produc- revestidor se cementa más arriba del intervalo tor con grava de diámetro escogido (Figura 4-6), productor. Luego se puede estimular o fractu- de manera que los granos sueltos de arena, rar el intervalo productor. impulsados por el flujo, al escurrirse por la gra- Algunas veces se puede optar por va se traben, formando así un apilamiento firme revestir el intervalo productor utilizando un re- y estable que evita que la arena fluya hacia el vestidor corto, tubería calada (Figura 4-5), que pozo. cuelga del revestidor de producción. El empaque puede lograrse colgan- Otra opción de terminación para do una tubería calada especial, previamente contener arenas muy deleznables, que se em- empacada o con una tubería calada por medio plea mucho en pozos que producen a bombeo de la cual, antes de colgarla, se rellena el espa- cio anular con la grava escogida. tubería de flujo Terminación vertical doble empacadura de obturación hoyo Cuando es necesario producir inde- válvula intervalo C revestidor cemento pendientemente dos yacimientos por un mis- tubería de producción mo pozo, se recurre a la terminación doble intervalo válvula B (Figura 4-7). Generalmente, el yacimiento su- obturador perior produce por el espacio anular creado válvula intervalo A por el revestidor y la tubería de educción y el hoyo inferior por la tubería de educción, cuya empa- revestidor intervalo productor cadura de obturación se hinca entre los dos in- hoyo zapata tervalos productores. cemento Algunas veces se requiere que el in- tervalo productor inferior fluya por el espacio anular y el superior por la tubería de educción Fig. 4-3. Terminación sencilla Fig. 4-4. Terminación sencilla única que desea instalarse (Figura 4-8). En este de opción múltiple selectiva. en hoyo desnudo.
- 153. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 153 caso se puede elegir una instalación que por Terminación vertical triple debajo del obturador superior tenga una deri- Cuando se requiere la producción vación a semejanza de una Y, que permite in- vertical independiente de tres estratos se opta vertir la descarga del flujo. por la terminación triple (Figura 4-10). La se- Otras veces se puede optar por ins- lección del ensamblaje de las tuberías de educ- talar dos tuberías de educción para que los ción depende, naturalmente, de las condicio- fluidos de cada intervalo fluyan por una tube- nes de flujo natural de cada yacimiento. Gene- ría sin tener que utilizar el espacio anular para ralmente puede decidirse por la inserción de uno u otro intervalo (Figura 4-9). dos sartas para dos estratos y el tercero se hará fluir por el espacio anular. Otra opción es la de meter tres sartas de educción (Figura 4-11). hoyo tubería cemento de producción Otras modalidades de terminación revestidor obturador Las terminaciones mencionadas an- intervalo teriormente corresponden todas a las de pozo B por flujo natural. obturador intervalo B Para pozos que desde el mismo co- mienzo de su vida productiva no puedan fluir por flujo natural, se recurre entonces a la ter- intervalo obturador minación por bombeo mecánico, bombeo hi- A dráulico, levantamiento artificial por gas o intervalo bombeo mecánico asociado con inyección de A vapor, según las características del yacimiento e intervalos seleccionados para producir. Fig. 4-7. Terminación vertical Fig. 4-8. Terminación vertical doble básica. doble invertida. tuberías tuberías de producción de producción obturador intervalo C obturador intervalo B intervalo B obturador obturador intervalo intervalo A A Fig. 4-9. Terminación vertical Fig. 4-10. Terminación verti- Fig. 4-11. Terminación vertical triple con tres tuberías. doble con dos tuberías. cal triple.
- 154. 154 E l P o z o I l u s t r a d o Bombeo mecánico contrapeso balancín El revestimiento y la manera de ter- cabezote minar el pozo puede ser muy parecida a la an- tes descrita para pozos de flujo natural, excep- manivela rienda to que la gran diferencia estriba en cómo hacer motor vástago pulido llegar el petróleo desde el fondo del pozo a la prensa estopa superficie. cabezal El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico tiene cierta presión, su- ficiente para que el petróleo alcance un cierto nivel en el pozo. Por tanto, el bombeo mecá- tubería de educción nico no es más que un procedimiento de suc- varilla de succión ción y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie. revestidor El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de funcionamien- to se asemeja al balancín de perforación a per- válvula viajera cusión, imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el bomba pistón de la bomba, colocada en la sarta de producción o de educción, a cierta profundi- válvula fija dad del fondo del pozo (Figura 4-12). yacimiento La válvula fija permite que el petró- leo entre al cilindro de la bomba. En la carre- ra descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula viajera para que el petróleo pase de la bomba a la tubería de Fig. 4-12. Esquema del mecanismo y partes del bombeo me- cánico tipo balancín. educción. En la carrera ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie Los diámetros de la bomba varían el petróleo que está en la tubería y la válvula de 25,4 a 120 milímetros. El desplazamiento de fija permite que entre petróleo a la bomba. La fluido por cada diámetro de bomba depende repetición continua del movimiento ascenden- del número de emboladas por minuto y de la te y descendente (emboladas) mantiene el flu- longitud de la embolada, que puede ser de va- jo hacia la superficie (Figura 4-13). rios centímetros hasta 9 metros. Por tanto, el Como en el bombeo mecánico hay bombeo puede ser de fracciones de metro que balancear el ascenso y descenso de la sar- cúbico hasta unos 470 metros cúbicos/día. ta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en Las bombas son del tipo llamado de la parte trasera del mismo balancín o en la ma- tubería de educción, ya que el cilindro o pis- nivela. Otra modalidad es el balanceo neumá- tón de la bomba va conectado a la tubería de tico, cuya construcción y funcionamiento de la educción y se mete en el pozo como parte in- recámara se asemeja a un amortiguador neu- tegral de la sarta a la profundidad deseada de mático; generalmente va ubicado en la parte bombeo. El émbolo de la bomba, que lleva la delantera del balancín. Este tipo de balanceo válvula viajera, constituye la parte extrema in- se utiliza para bombeo profundo. ferior de la sarta de varillas de succión. La sarta
- 155. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 155 la sarta de educción, para cambiarle algunos de sus componentes o reemplazarla por otra del mismo diseño. Este tipo requiere que la varillas sarta de educción sea provista de un niple ade- cuado o dispositivo similar para encajarla. Como las válvulas fija y viajera de- tubería de educción ben ser resistentes a la corrosión y a la abra- sión, sus esferas y asientos se fabrican de acero inoxidable, acero templado, metal monel, alea- ciones de cobalto, acero tungsteno o bronce. émbolo Las varillas de succión son hechas de varias aleaciones de metales. Están sujetas a un funcionamiento mecánico que le impone válvula viajera esfuerzos de estiramiento, encogimiento y vi- bración; fatiga, corrosión, erosión. Cada varilla tiene en un extremo una espiga (macho) redonda, sólida y roscada, y más cilindro abajo del hombrillo, en forma cuadrada, una muesca para encajar la llave para el enrosque y válvula fija desenrosque. En el otro extremo lleva la caja o conexión hembra, internamente roscada, con muesca exterior o con muesca por debajo de la caja, para otra llave que facilita el enrosque o desenrosque de la varillas una tras otra. Las varillas se fabrican, generalmen- te, en diámetros de 15,9; 19; 22,2; 25,4 y 28,6 milímetros, con sus correspondientes dimen- siones para la espiga, hombrillo, caja, muesca, válvula de asiento liso válvula de asiento acanalado etc. La longitud de las varillas es de 7,6 y 9,15 metros. El peso de las varillas, en kg/30 metros Fig. 4-13. Partes de una bomba de succión de pozos petrolíferos. de longitud, va desde 32,7 a 167,3 kilogramos. Para cada diámetro de tubería de educción de varillas se mete en la tubería de educción existe un diámetro adecuado de varillas, para hasta llegar a la válvula fija, ubicada en el fon- mayor efectividad de funcionamiento. do del cilindro. Luego se sube la sarta de va- rillas cierta distancia y por medio del vástago Bombeo hidráulico pulido, colgador y riendas se fija en el balan- En este tipo de mecanismo de ex- cín, de manera que en la carrera descendente tracción del petróleo del fondo del pozo, se no golpee la válvula fija. usa como medio impelente del petróleo un Otro tipo de bomba es la integral, fluido que se bombea por la tubería de educ- en la cual todos sus elementos conforman una ción. El petróleo producido y el fluido impe- sola pieza, que utilizando la sarta de varillas se lente suben a la superficie por el espacio anu- puede colocar o extraer, sin necesidad de sacar lar. La mezcla pasa por un separador o des-
- 156. 156 E l P o z o I l u s t r a d o La selección de uno u otro tipo de- pende de la presión de fondo, de la disponibi- lidad del volumen y presión de gas requeridos, gas como de las características y condiciones del yacimiento. petróleo El diseño y la instalación del sistema dependen de la selección de los elementos agua que van en el pozo: tipo de válvulas; espacia- separador motor bomba miento y profundidad de colocación de las vál- vulas en la sarta; características de las sartas de revestimiento final y de educción; tipo de ter- minación del pozo y previsiones para posterior desencaje, cambio e inserción de elementos de la sarta, utilizando herramientas manipuladas desde la superficie por medio de un cable o motor alambre. En la superficie, se dispone todo lo bomba concerniente al manejo del gas que debe utili- zarse: características, recolección, presiones, tratamiento, medición, control de volúmenes, compresión, distribución e inyección para la Fig. 4-14. Detalles básicos de una instalación de bombeo hi- dráulico para pozos petrolíferos. producción gasificador y luego a un tanque de donde el petróleo producido pasa al almacenamiento y gas inyectado suficiente impelente permanece en el tanque para ser succionado por la bomba y ser bom- válvula de inyección revestidor beado otra vez al pozo (Figura 4-14). de gas Existe una variada selección de bom- tubería de educción bas de fondo y equipos afines de superficie para el diseño de bombeo hidráulico continuo o intermitente, de acuerdo con las caracterís- ticas de flujo y requerimientos de los pozos. Levantamiento artificial por gas El levantamiento artificial por gas, de los tipo intermitente y continuo, se usa des- de hace mucho tiempo. Mayor ventaja ofrece el tipo de inyección continua para hacer pro- ducir pozos que mantengan una razonable inyección continua de gas presión de fondo que sostenga un índice de productividad de líquidos no menor de 0,23 Fig. 4-15. Detalles básicos de una instalación de levantamien- m3/día/kg/cm2 (1,45 brls/día). to artificial por gas.
- 157. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 157 red de pozos del sistema. De igual manera, longitud de cada tubo para el Rango 1 es de existen también en la superficie las instalacio- 6,1 a 7,42 metros (20 - 24 pies, inclusive) y pa- nes requeridas para recibir la producción de ra el Rango 2 de 8,54 a 9,76 metros (28 - 32 los pozos: gas-petróleo-agua, y efectuar su se- pies, inclusive). Para cada diámetro hay una paración, tratamiento, almacenamiento, distri- serie de grados (H-40, J-55, etc.) y correspon- bución y despacho. dientes espesores, según la resistencia a la ten- sión, aplastamiento y estallido, que se compa- La sarta de educción ginan con el peso integral de cada tubo. Al mencionar los diferentes tipos de Todo es importante en cada tubo, terminación de pozos, aparece la utilización de pero al elegir la sarta hay una parte que re- una, dos y hasta tres sartas de educción, según quiere especial atención, como lo es el acopla- el número de estratos que independientemente miento o enrosque de los extremos de los tu- ameriten ser producidos. Tan importantes son bos entre sí para formar la sarta. Cada tubo tie- las especificaciones y diseño de cada sarta de ne en un extremo (macho) un cordón de ros- educción como las de las sartas de revesti- cas externas y en el otro (hembra) una unión miento. Pues, ambas por sí y en conjunto, ade- o niple, de mayor diámetro que el cuerpo del más de representar una gran inversión para cada tubo, con su cordón interno de roscas. pozo, son el pozo mismo. Por tanto, la función Como el enroscamiento de los tubos eficaz y durabilidad de cada sarta son garantía debe formar un empalme hermético, las roscas de la seguridad y permanencia del pozo. juegan papel muy importante y por ello el nú- La manufactura y características de mero de roscas, generalmente de 3 a 4 por los tubos para sartas de producción se rigen centímetro lineal, aproximadamente, tienen va- por normas y propiedades físicas recomenda- das por el Instituto Americano del Petróleo (API), que cubren los siguientes factores: • Diámetro nominal. • Diámetro externo. • Peso nominal, con acoplamiento liso o recalcado. • Espesor. • Grado (H-40, J-55, C-75, N-80, P-105). recalce • Resistencia a la tensión, aplasta- miento y estallido. • Esfuerzo de torsión de enroscado. • Inspección, transporte, manteni- miento y uso. Para satisfacer la variedad de necesi- dades y condiciones en los pozos, los diáme- tros externos nominales disponibles son: 19,5; 25,40; 31,75; 38,10; 52,39; 60,32; 73,02; 88,90; 101,60 y 114,30 milímetros, que corresponden respectivamente a 3/4, 1, 11/4, 11/2, 21/16, 23/8, Fig. 4-16. Muestras de tubería de educción con empalme sin 27/8, 31/2, 4 y 41/2 pulgadas. Generalmente, la recalce y con recalce.
- 158. 158 E l P o z o I l u s t r a d o riadas configuraciones para que junto con el Obturadores o empacaduras para hincar la hombrillo donde se asienta el borde del macho sarta en diferentes sitios o para aislar zonas di- en la hembra se produzca un sello de metal a ferentes de producción, como en el caso de prueba de fuga. Además, de la fortaleza del terminación con varias zonas. Niples o válvu- acoplamiento depende que la carga colgada las deslizables, que por medio del manipuleo que representa la sarta no se desprenda. De con herramientas colgadas de un alambre o ca- allí que la resistencia del acoplamiento sea ble pueden abrirse o cerrarse desde la superfi- esencialmente igual a la que posee la totalidad cie para cortar o iniciar el flujo, inyectar flui- del tubo. Para darle a la unión la fortaleza re- dos, etc. Válvulas de seguridad para controlar querida es porque el metal es más grueso en el flujo del pozo en caso de averías en el ca- ese punto y el recalce se hace externamente. bezal. Estranguladores de fondo. Mandriles pa- También se fabrican conexiones sin recalce ra el asiento de válvulas para levantamiento (Figura 4-16). artificial por gas. O algunos otros dispositivos Las tuberías para revestimiento de po- para medición permanente de temperatura, zos, las tuberías de educción y las tuberías cala- presión de fondo, medidores de corrosión, o das se fabrican sin costura, de piezas integrales tuberías de muy pequeño diámetro para circu- o soldadas eléctricamente, de acuerdo con nor- lación de diluente o anticorrosivos. mas y especificaciones que rigen el aspecto quí- mico-metalúrgico de los aceros escogidos; como Terminación de pozos horizontales también el proceso térmico empleado en la con- Los tipos de terminación clásica del fección de las tuberías; el control de calidad de pozo vertical, descritos en páginas anteriores, fabricación, que incluye pruebas químicas y físi- representan la evolución de la tecnología pe- cas de tensión, aplastamiento y estallido. trolera desde los comienzos de la industria, 1859, hasta hoy. El éxito de la opción para ter- Aditamentos para la sarta de educción minar y producir económica y eficientemente Debido a los requerimientos y el pozo depende de los conocimientos preci- opciones de la terminación, el diseño de sarta sos que se tengan de la geología del subsuelo; de educción puede ser sencillo o complejo. de los detalles del programa general de perfo- Habida cuenta de la profundidad, presiones, ración; de las evaluaciones petrofísicas y co- estratos a producir y características de la pro- merciales de los intervalos petrolíferos delinea- ducción, hay disponibles una variedad de adi- dos y del plan de seguimiento del comporta- tamentos complementarios para la instalación miento de la producción de hidrocarburos con y fijación de la sarta en el pozo y otros que, fines de lograr la más larga vida comercial po- formando parte integral de la sarta, sirven para sible de los yacimientos. En resumen, extraer ciertas funciones y acciones mecánicas que de el mayor volumen de hidrocarburos corres- vez en cuando deban hacerse en el pozo por pondiente al área de drenaje de cada pozo. medio de la sarta. Precisamente, en la década de los En el primer caso, se tienen la válvu- setenta, en la industria surgió la idea del pozo la de charnela, que se enrosca en el extremo horizontal para extraer el mayor volumen de inferior de la sarta. La zapata guía, en caso de los hidrocarburos in situ del área de drenaje circulación o cementación, que también puede de cada pozo y por ende de todo el yacimien- enroscarse en el extremo inferior. Centraliza- to. (Ver Capítulo 3, “Perforación”, Apreciacio- dores, que pueden ser ubicados a profundida- nes sobre los parámetros del hoyo horizontal). des escogidas para centrar la sarta en el hoyo.
- 159. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 159 Los adelantos en las aplicaciones y • Mantenimiento de la trayectoria tecnología de la terminación de pozos hori- del hoyo en la formación de pequeño espesor zontales han sido espectaculares. Prácticamen- y de contacto crítico petróleo/agua, donde la te, en todas las áreas petrolíferas del mundo se columna petrolífera es muy corta. hace hoy un gran número de pozos horizon- • Fracturamiento y empaque con tales. Sin embargo, como se verá, por razones grava. operacionales, el pozo horizontal definitiva- • Terminación en hoyo desnudo o mente no sustituye al pozo vertical. Cada cual con tubería calada. Utilización de obturadores tiene sus méritos, según los aspectos geológi- inflables. Aislamiento y taponamiento de tra- cos del yacimiento, las características de las mos indeseables por flujo de gas o agua. formaciones y las propiedades de los hidrocar- • Mediante modelos y ejercicios buros in situ. de simulacro con las características y datos de De los estudios y experimentos de los yacimientos determinar y comparar el com- laboratorio, conjuntamente con experiencias de- portamiento de pozos verticales y horizontales rivadas de los trabajos de campo, se ha logrado para decidir lo apropiado. en los últimos diez años un desarrollo rápido de • Realizaciones de pruebas espe- herramientas y tecnología que incluyen: ciales de producción de pozos para verificar • Cementación de la tubería de re- volumen de petróleo, relación gas/petróleo/agua, vestimiento y de producción en el hoyo hori- comportamiento de la presión del pozo, índices zontal, entre cuyos aspectos destacan: la longi- de productividad y otros factores. tud de la tubería, que a veces puede ser muy larga; centralización de la tubería; características Tubería continua o devanada de educción del fluido de perforación y de la mezcla agua- En la década de los sesenta se hi- da de cemento; calibre y horizontalidad del cieron intentos por establecer en la industria hoyo, de manera de evitar escurrimiento del ce- petrolera el uso de la tubería continua de mento y dejar ciertos tramos de la parte supe- educción o tubería devanada, especialmente rior de la tubería sin recubrimiento y protección en tareas de servicio y mantenimiento de po- requeridas respecto a la parte alta del hoyo. zos que necesiten una tubería de pequeño diá- • Tomar secciones sísmicas utilizan- metro. Los esfuerzos de entonces no echaron do equipo de superficie y el de fondo despla- raíces. zándolo a lo largo del hoyo horizontal para ha- cer correlaciones lo más exactas posibles. pared del hoyo agua • Hacer perfiles del hoyo horizon- revoque depositado tal mediante las técnicas de “Medición Mientras por el fluido se Perfora” (MMSP). de perforación • Utilizar tubería devanada para ha- tubería cer ciertos perfiles. descentrada • Aplicaciones de fluidos de perfo- ración y de terminación, apropiadamente dosi- ficados para aumentar la capacidad y eficiencia de horadación de la barrena, disminución de la asentamiento de sólidos turbulencia del flujo del fluido, mantenimiento de sólidos en suspensión, y notable reducción Fig. 4-17. Cementaciones defectuosas afectan la integridad de de filtrado hacia la formación. la terminación del pozo horizontal.
- 160. 160 E l P o z o I l u s t r a d o La utilización de tubería continua (o • Ensanchamiento del hoyo. sea la tubería que a semejanza de un cable se • Rescate de piezas y fresado a tra- devana en un carrete) nació de las necesidades vés de la tubería de educción. de suministros rápidos y de flujos constantes • Perforación con tubería devanada. de combustibles para los ejércitos aliados du- • Tubería devanada utilizada co- rante la invasión de Normandía, Francia, en ju- mo sifón y tubería de producción. nio de 1944, Segunda Guerra Mundial. El ser- • Uso futuro de la tubería devanada. vicio logrado con estos poliductos, de 76,2 mi- Por las aplicaciones actuales de la límetros de diámetro interno (3 pulgadas), fue tubería devanada se pueden apreciar los ade- extraordinario. Desde la costa inglesa, 23 tube- lantos que han enriquecido y ampliado la tec- rías cruzaron el canal de la Mancha para llegar nología de reacondicionamiento de pozos, ta- a cada playa de desembarque dominada por rea a la que han contribuido empresas petro- las tropas invasoras de la costa francesa. Indi- leras, empresas de servicio y fabricantes de vidualmente, 17 tuberías alcanzaron 48 kilóme- material tubular, de herramientas y de equipos tros de longitud y otras seis se extendieron 112 requeridos para las diferentes etapas de las kilómetros tierra adentro. operaciones de campo. De 1976 en adelante se avanzó en la técnica de fabricación de tubería devanada y ya para 1980 se había logrado establecer las categorías técnicas deseadas. A partir de noviembre de 1991 hasta dobladura junio de 1993, Alexander Sas-Jaworsky II et al. dobladura conjunto impiderreventón escribieron para la revista World Oil una serie carrete bomba de 16 artículos sobre “Tubería devanada... ope- raciones y servicios”, que detalladamente cu- bren los logros y aspectos siguientes: tanque de descarga • Seguridad en el trabajo con tube- ría devanada. tubería de educción 2 7/8 pulgadas • Diámetro del tubo, resistencia tubería devanada 1 1/4 pulgadas y comportamiento (pandeo y dobladuras resi- duales). • Capacidad de la tubería devana- extremo de la tubería a 10.000 pies da en operaciones y servicios. empacadura obstrucción de arena • Lavado de arena y limpieza de de producción pozos, descarga de sólidos a chorro. • Empleo de la tubería devanada hoyo abajo en trabajos con alambre fino y re- gistros de pozos. • Estimulaciones de pozos, inyec- ción de ácido y lavado a través de las perfora- Fig. 4-18. El caso típico de un acondicionamiento de pozo con ciones a bala. tubería devanada puede ser el de lavar y sacar la arena que obs- truye la tubería de producción a una profundidad de 10.000 • Consolidación de arena deleznable. pies. Fuente: Alexander Sas-Jaworsky II, World Oil, marzo 1992, • Cementación. p. 71.
- 161. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 161 Tabla 4-1. Propiedades físicas y químicas del acero de alta resistencia y baja aleación para fabricar tubería devanada Descripción de la aleación de acero: A-606, Tipo 4, modificada Propiedades físicas: Resistencia cedente mínima: 70.000 lppc (4.932 kg/cm2) Resistencia tensora mínima: 80.000 lpcc (5.636 kg/cm2) Elongación mínima: 30 % Dureza máxima: 22 C Rockwell Composición química: Carbono, rango 0,10 - 0,15 Manganeso, rango 0,60 - 0,90 Fósforo, máximo 0,030 Azufre, máximo 0,005 Silicio, rango 0,30 - 0,50 Cromio, rango 0,55 - 0,70 Cobre, rango 0,20 - 0,40 Níquel, máximo 0,25 Las propiedades y características de ría se ajustan a las especificaciones promul- la tubería devanada responden a determinadas gadas por el API en su Boletín 5C3, “Fórmulas especificaciones técnicas incluidas en la serie y Cálculos para Tuberías de Revestimiento, de de publicaciones antes mencionadas. Las Ta- Educción, de Perforación y de Ductos”. blas 4-1, 4-2 y 4-3 resumen lo esencial de los Por las características de fabricación parámetros correspondientes a fabricación. y por sus propiedades mecánicas, la tubería Los procedimientos de fabricación devanada de hoy puede utilizarse como tube- de tubería devanada son básicamente los mis- ría de educción permanente en el pozo, bajo mos que se emplean cuando para este tipo de ciertas condiciones de la modalidad de flujo tubería se utiliza el acero convencional al car- del yacimiento y otros aspectos de funciona- bono pero después la tubería se somete a cali- miento de la sarta hoyo abajo. Hay tuberías bración del diámetro y al proceso de templado hasta de 3,5 pulgadas de diámetro normal rápido. Las propiedades mecánicas de la tube- (88,9 mm). Como la sarta no tiene conexiones, Tabla 4-2. Propiedades mecánicas de la tubería devanada de titanio Tipo Resistencia mínima Tensión mínima Elongación mínima Grado 2 40.000 lppc 50.000 lppc 20 % (2.818 kg/cm2) (3.515 kg/cm2) Grado 12 70.000 lppc 80.000 lppc 18 % (4.932 kg/cm2) (5.636 kg/cm2) Beta-C 140.000 lppc 150.000 lppc 12 % (9.864 kg/cm2) (10.568 kg/cm2)
- 162. 162 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 4-3. Dimensiones, especificaciones sobre presión e información general comercial disponible acerca de tubería devanada 1 2 3 4 5 6 7 0,875 0,087 0,701 0,737 14,455 10,624 13,280 1,00 0,067 0,866 0,688 12,982 7,056 8,820 1,00 0,075 0,850 0,741 14,505 7,952 9,940 1,00 0,087 0,826 0,848 16,738 9,296 11,620 1,00 0,095 0,810 0,918 18,191 10,192 12,740 1,00 0,102 0,796 0,978 19,262 10,864 13,580 1,00 0,109 0,782 1,037 20,492 11,648 14,560 1,25 0,075 1,100 0,941 18,409 6,362 7,952 1,25 0,087 1,076 1,081 21,301 7,437 9,296 1,25 0,095 1,060 1,172 23,194 8,154 10,192 1,25 0,102 1,046 1,250 24,595 8,691 10,864 1,25 0,109 1,032 1,328 26,210 9,318 11,648 1,25 0,125 1,000 1,506 29,375 10,573 13,216 1,25 0,134 0,982 1,597 31,583 11,469 14,336 1,25 0,156 0,938 1,840 35,867 13,261 16,576 1,50 0,095 1,310 1,425 28,197 6,795 8,493 1,50 0,102 1,296 1,522 29,928 7,243 9,053 1,50 0,109 1,282 1,619 31,928 7,765 9,707 1,50 0,125 1,250 1,836 35,862 8,885 11,107 1,50 0,134 1,232 1,955 38,620 9,557 11,947 1,50 0,156 1,188 2,245 44,004 11,051 13,813 1,75 0,109 1,532 1,910 37,645 6,656 8,320 1,75 0,125 1,500 2,190 42,350 7,552 9,440 1,75 0,134 1,482 2,313 45,657 8,192 10,240 1,75 0,156 1,438 2,660 52,140 9,472 11,840 2,00 0,109 1,782 2,201 43,363 5,824 7,280 2,00 0,125 1,750 2,503 48,837 6,608 8,260 2,00 0,134 1,732 2,671 52,694 7,168 8,960 2,00 0,156 1,688 3,072 60,277 8,288 10,360 2,375 0,125 2,125 3,010 58,568 5,565 6,956 2,375 0,134 2,107 3,207 63,250 6,036 7,545 2,375 0,156 2,063 3,710 72,482 6,979 8,720 Columnas: (1) Diámetro nominal, pulgadas. (2) Espesor de la tubería, pulgadas. (3) Diámetro interno, pulgadas. (4) Peso nominal, libras/pie. (5) Capacidad de carga. Punto cedente, libras. (6) Resistencia a la presión, lppc probada. (7) Presión de estallido, lppc. Observaciones: El punto cedente mínimo (5) está calculado sobre el espesor mínimo. El valor de la prueba de resistencia (6) representa 80 % de la resistencia interna a la presión. La presión máxima de trabajo está en función de la condición de la tube- ría, la cual determinará el usuario. Toda la información se refiere a tubería nueva en condiciones mínimas de resistencia. es toda hermética y no hay fugas. Sin embargo, metro del eje del carrete y del radio de la guía el procedimiento mecánico de meter y sacar sobre el cabezal. tubería devanada del hoyo conlleva que se ha- Ejemplos de otras muy variadas apli- gan seis pasos que implican doblar y desdo- caciones de tubería devanada en trabajos de blar la tubería en la distancia entre el carrete y campo se han efectuado en regiones petro- el cabezal del pozo, tres a la metida y tres a la líferas del mundo y con marcado énfasis en los sacada. El arco de dobladura depende del diá- Estados Unidos (Alaska, Texas y la costa esta-
- 163. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 163 dounidense del golfo de México), Canadá, No- ruega y otras áreas del mar del Norte. De los avances tecnológicos logra- dos hasta hoy en la manufactura y aplicaciones de la tubería devanada en actividades de per- foración y producción, se aprecia que mayores contribuciones se obtendrán en el futuro en la medida en que se generalice el uso de este ti- po de tubería. Terminación de pozos costafuera La terminación de pozos verticales, desviados y horizontales costafuera, en lo que se refiere a las sartas de educción y sus adita- mentos, no difiere mucho de las terminaciones en tierra. Sin embargo, la profundidad de las aguas influye mucho en varios aspectos de la terminación. Generalmente, en aguas muy llanas o llanas, el cabezal del pozo queda montado sobre una plataforma. Del fondo a la superfi- Fig. 4-19. Tipo de plataforma para pozo costafuera. cie del agua y de allí al piso de la plataforma, cuando las distancias no son muy largas no fondo del mar. Si la instalación está en contac- hay mucho inconveniente en que las tuberías to directo con el agua se llama “cabezal sub- de superficie, revestidoras y de educción lle- marino húmedo”, pero si está aislado del agua guen a la plataforma. En ocasiones, desde una por medio de una cámara u otro dispositivo, se gran plataforma se perforan direccionalmente le llama “cabezal submarino seco”. un cierto número de pozos. La plataforma tie- Los tipos de terminaciones submari- ne suficiente área propia o área auxiliar adya- nas y los avances tecnológicos logrados son cente para acomodar separadores, tanques de fruto de adelantos en la electrónica, el radar, la prueba, de transferencia o de tratamiento, telemetría, la televisión, la soldadura acuática, la bombas y todo cuanto sea necesario para ma- electrohidráulica, la metalurgia, los aditamentos nejar fluidos producidos en el sitio. Cuando las y sellos, las válvulas y sensores, la telekinesia, distancias de la costa son muy largas, las pla- el buceo, la cibernética, la computación, y mu- taformas están provistas de instalaciones y co- chas otras ciencias y tecnologías afines. modidades para el alojamiento y permanencia De tal manera que hoy se puede del personal de trabajo. perforar en profundidad de aguas a más de A medida que la profundidad de las 1.325 metros. En el fondo del agua y sobre el aguas ha ido aumentando, porque las opera- lecho acuático se dispone la base del cabezal, ciones se realizan cada vez más lejos de la cos- que primero servirá para la perforación y lue- ta, se ha evolucionado en la concepción de di- go para la producción. Del barco al fondo seños de cabezales y sus componentes. Por acuático se hace contacto por medio de una ejemplo, el cabezal puede permanecer en el conexión especial -subiente- que facilita el
- 164. 164 E l P o z o I l u s t r a d o Fig. 4-20. Cabezal de pozo, costafuera, en el lecho acuático. control y manejo de las herramientas de perfo- ración. Después, el subiente servirá para pro- ducir el pozo a la superficie, si no es que su producción es manejada por estaciones sub- marinas de recolección. Las experiencias que durante mu- chos años de operaciones costafuera en aguas llanas ha cosechado la industria en Venezuela, en el golfo de México, en el mar Caspio y otros sitios, han servido de base y referencias para operaciones a mayores profundidades de agua como en el mar del Norte, las costas de Cali- fornia, Alaska, el mismo golfo de México y otras zonas marinas alrededor del mundo. De igual manera, las nuevas experiencias e inno- vaciones aplicadas en estas zonas mar adentro a veces se emplean ventajosamente, sin o con modificaciones, en las operaciones en tierra o en zonas de aguas menos profundas. Fig. 4-21. Apreciación artística de un pozo en el fondo acuático, protegido por una cámara que lo aísla del agua.
- 165. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 165 II. Características de los Yacimientos L Para que los hidrocarburos perma- nezcan contenidos en el yacimiento, las capas Q A o estratos suprayacentes y subyacentes que lo cobijan deben ser impermeables. De igual ma- P1 P2 núcleo de roca nera, los lados tienen que impedir la fuga de los líquidos. µ Q L Ciertas condiciones fundamentales K = A ( P -P ) deben estar presentes para que exista un yaci- 1 2 miento, como son: la porosidad de la roca, que Q = K A(P - P ) 1 2 como ya se ha visto indica el porcentaje de µ L capacidad de almacenamiento del volumen to- Fig. 4-23. Esquema de un especimen de roca y dimensiones, tal de la roca; el volumen total del yacimiento utilizado en el laboratorio para medirle la permeabilidad. que se estima tomando en consideración su espesor promedio y extensión; la presencia de producción del yacimiento. Tanto este factor hidrocarburos en sitio, dada por el porcentaje como, por ende, la etapa primaria de produc- de saturación, o sea el porcentaje del volumen ción, están íntimamente ligados al aspecto eco- que forman los poros y que está ocupado por nómico del desarrollo inicial y la vida produc- los hidrocarburos. Estos factores básicos sirven tiva subsiguiente del yacimiento. para estimar el aspecto volumétrico del yaci- Desafortunadamente, es imposible ex- miento. Para complementar la apreciación vo- traer todo el petróleo en sitio del yacimiento. lumétrica en sitio, es muy importante determi- Sin embargo, no se escatiman esfuerzos por es- nar y aplicar el factor de extracción, que repre- tudiar, investigar y aplicar métodos que conduz- senta el porcentaje estimado de petróleo que can al mayor porcentaje acumulado de extrac- podrá producirse durante la etapa primaria de ción durante la primera y segunda etapas de vi- da productiva del yacimiento y, quizás, si fuese posible, hasta una tercera y cuarta etapas. Otro factor muy importante que com- plementa los antes señalados es la permeabili- dad de la roca, que representa la facilidad con que los fluidos se desplazan a través del medio caliza poroso, no obstante que no existe una deter- lutita minada relación de proporcionalidad entre po- rosidad y permeabilidad. La permeabilidad se petróleo mide en darcys, en honor al ingeniero hidráuli- co francés Henri Darcy, quien formuló la ley que lleva su nombre, que reza: “la velocidad arena del flujo de un líquido a través de un medio sello lutita poroso, debido a la diferencia de presión, es proporcional al gradiente de presión en la Fig. 4-22. Corte de un domo petrolífero para demostrar las ca- dirección del flujo”. En la industria petrolera, racterísticas y partes esenciales del yacimiento. las normas API para determinar la permeabili-
- 166. 166 E l P o z o I l u s t r a d o dad (K) de las rocas definen permeabilidad co- permeabilidad. Como podrá apreciarse, la mag- mo “el régimen de flujo en mililitros por segun- nitud universal de la permeabilidad de un es- do de un fluido de 1 centipoise de viscosidad trato o formación debe obtenerse de un mues- que pase a través de una sección de 1 cm2 de treo estadístico de laboratorio y de campo para roca, bajo un gradiente de presión de una at- lograr la mayor aproximación real posible. mósfera (760 mm Hg) por centímetro cuadrado, y en condiciones de flujo viscoso”. En la indus- tria se emplea el milidarcy, equivalente a 0,001 darcy. Las rocas pueden tener permeabilidades que van desde 0,5 hasta 3.400 milidarcys. porosidad, % Los estratos tienen permeabilidad horizontal y vertical. Ambas son muy impor- tantes para el desplazamiento de fluidos en los estratos. La permeabilidad depende de factores como la deposición, la sedimentación, la com- pactación y la homogeneidad o heteroge- neidad de los sedimentos. Podrá visualizarse permeabilidad, millidarcys que intercalar estratos permeables e impermea- bles en determinado intervalo petrolífero afec- Fig. 4-24. Dispersión de valores de porosidad y permeabilidad. tará su contenido o espesor neto de arena y tendrá influencia en las características y com- Presión del yacimiento portamiento del flujo desde el yacimiento ha- Es muy importante la presión del cia el pozo. yacimiento porque es ésta la que induce al Es importante apreciar que no existe movimiento del petróleo desde los confines ninguna correlación matemática entre porosi- del yacimiento hacia los pozos y desde el fon- dad y permeabilidad. Una y otra se obtienen do de éstos a la superficie. De la magnitud de mediante análisis de especímenes de roca en el la presión depende si el petróleo fluye natu- laboratorio o mediante la interpretación de re- ralmente con fuerza hasta la superficie o si, gistros específicos directos hechos a la columna por el contrario, la presión es solamente sufi- geológica del pozo y el cálculo de los valores ciente para que el petróleo llegue hasta cierto obtenidos. En todo caso, en la práctica, el valor nivel en el pozo. Cuando se da este caso, en- utilizado es un promedio estadístico ponderado tonces se recurre a la extracción de petróleo representativo de la roca estudiada. del pozo por medios mecánicos. Son muy importantes también la vis- En la práctica, el gradiente normal cosidad (µ) del petróleo y la presión, que de presión ejercido por una columna de agua como podrá apreciarse en la ecuación entran normal es de 0,1 kilogramo por centímetro cua- en el cálculo de flujo. En el laboratorio, la de- drado por metro de profundidad (kg/cm2/mp). terminación de permeabilidades vertical y ho- Generalmente, el gradiente de presión de las rizontal se hace utilizando especímenes de nú- formaciones está entre 0,1 y 0,16 kg/cm2/mp. cleos, debidamente cortados y limpiados, que Cualquier valor por debajo de 0,1 es subnor- se introducen en un tipo de permeámetro se- mal y por encima de 0,16 tiende a ser alto y leccionado. Datos de perfiles y pruebas direc- por tanto anormal. A veces se han encontrado tas de presión de fondo y de producción gradientes tan altos que registran 0,234 kg/ pueden ser utilizadas para obtener valores de cm2/mp.
- 167. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 167 A medida que el pozo produce hay Temperatura del yacimiento decaimiento de la presión. En el transcurso de En la práctica se toman medidas de la vida productiva del pozo, o del yacimiento temperatura en los pozos para tener idea del en general, se llega a un límite económico de gradiente de temperatura, que generalmente se productividad que plantea ciertas alternativas. expresa en 1 °C por cierto intervalo constante Anticipadamente a la declinación antieconómi- de profundidad. El conocimiento del gradiente ca de la presión se puede intentar restaurarla y de temperatura es importante y aplicable en ta- mantenerla por inyección de gas y/o agua al reas como diseño y selección de revestidores y yacimiento, con fines de prolongar su vida sartas de producción, fluidos de perforación y productiva y aumentar el porcentaje de extrac- fluidos para reacondicionamiento de pozos, ción de petróleo del yacimiento económica- cementaciones y estudios de producción y de mente, o abandonar pozos o abandonar el ya- yacimientos. cimiento en su totalidad. La presión natural del yacimiento es producto de la naturaleza misma del yacimien- to. Se deriva del mismo proceso geológico que formó el petróleo y el yacimiento que lo con- tiene y de fuerzas concomitantes como la so- profundidad, m brecarga que representan las formaciones su- prayacentes y/o agua dinámica subyacente que puede ser factor importante en la expul- sión del petróleo hacia los pozos. De igual manera, el gas en solución en el petróleo o casquete de gas que lo acompañe representa temperatura °C una fuerza esencial para el flujo del petróleo a Fig. 4-26. Correlación de valores de profundidad y temperatu- través del medio poroso. ra en varios pozos. La temperatura está en función de la profundidad. Mientras más profundo esté el yacimiento, mayor la temperatura. Si el gra- diente de presión es de 1 °C por cada 30 me- tros de profundidad, se tendrá para un caso hi- profundidad, m potético de un estrato a 1.500 metros, una tem- peratura de 50 °C mayor que la ambiental y si la temperatura ambiental es de 28 °C, la tem- peratura del estrato será 78 °C, y a 3.000 me- tros sería 128 °C. 2 presión, kg/cm Viscosidad de los crudos La viscosidad de los crudos repre- senta su característica de fluidez. Los crudos Fig. 4-25. Relación profundidad-presión en varios pozos de un extrapesados son más viscosos que los pesa- área determinada. dos. Los pesados más viscosos que los media-
- 168. 168 E l P o z o I l u s t r a d o el Saybolt Universal, el Engler o el Redwood. Por medio de fórmulas apropiadas en las que entran la viscosidad en poise, el tiempo de flu- jo, la densidad y la temperatura de la prueba se pueden hacer las conversiones requeridas. La viscosidad es factor importante que aparece en todas las fórmulas para calcu- lar el flujo de petróleo y gas en el yacimiento y por tuberías. También es importante para el cálculo del flujo de cualquier otro líquido. La viscosidad de los crudos está sujeta a cambios de temperatura, así que un crudo viscoso se torna más fluido si se mantiene a una tempera- tura más alta que la ambiental. Esta disminu- ción de la viscosidad hace que la fricción sea menor y, por ende, facilita el flujo y hace que la presión requerida para el bombeo por tube- ría sea menor. Fig. 4-27. Descarga de crudo pesado de un pozo durante ope- Por ejemplo, un crudo venezolano raciones de terminación y pruebas. Se aprecia una fluidez bas- muy viscoso como el de Boscán (10 °API) tie- tante lenta. ne una Viscosidad Universal Saybolt (SUS) de nos. Los medianos más viscosos que los livia- 90.000 a 38 °C. El crudo liviano del campo de nos. Los livianos y condensados son los más Santa Rosa (45 °API) tiene una viscosidad de fluidos. Otro índice de apreciación de la flui- 34 SUS a la misma temperatura y ambos a pre- dez de los crudos es la gravedad °API, que sión atmosférica. Relacionando las dos viscosi- mientras más alta sea indica más fluidez. dades, se podría decir que Boscán es 2.647 ve- La viscosidad de los crudos se mide ces más viscoso que Santa Rosa o que éste es en poise o centipoise, en honor al médico e 2.647 veces más fluido que Boscán a esta tem- investigador Jean Louis Poiseuille. En términos peratura. físicos, la viscosidad absoluta se expresa en Cada crudo en situación estática en dina-segundo por centímetro cuadrado. O de el yacimiento tiene determinada viscosidad, otra manera, se expresa que la viscosidad ab- característica de la presión y temperatura. To- soluta de un fluido es la fuerza tangencial en do crudo en el yacimiento contiene cierta can- dinas necesarias para mover una unidad de área de un plano a unidad de velocidad, con plano móvil relación a otro plano fijo y a una unidad de distancia entre los planos, mientras que el flui- do en cuestión está en contacto con los dos fluido planos (Figura 4-28). Como buen índice de comparación plano fijo sirve el agua, cuya viscosidad a 20 °C es 1 cen- tipoise, o 0,01 poise. La viscosidad también se Fig. 4-28. El desplazamiento del plano móvil sobre el fluido da puede obtener utilizando viscosímetros como idea de la viscosidad de éste.
- 169. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 169 tidad de gas, que empieza a liberarse al pro- Mecanismos naturales de producción ducir el petróleo por medio de los pozos. El del yacimiento petróleo fluye porque el yacimiento tiene sufi- El empuje del petróleo hacia los ciente presión para hacerlo fluir a la superficie pozos se efectúa por la presión natural que tiene y la liberación de gas debido a la diferencia de el yacimiento. En la práctica se ha constatado presión estática y presión de flujo hace que la que este empuje se puede derivar de la presen- viscosidad del petróleo tienda a aumentar a cia de un casquete de gas libre que yace encima medida que asciende a la superficie. De igual del petróleo; de un volumen de gas disuelto en manera, como la temperatura del crudo en el el petróleo; de un volumen de agua dinámica yacimiento es mucho mayor que la temperatu- subyacente o de empuje por gravedad. ra en la superficie, a medida que el crudo fluye Generalmente, se da el caso de que hacia la superficie tiende a enfriarse y aumen- uno de estos mecanismos es preponderante en ta su viscosidad. Por tanto, la viscosidad que empujar el petróleo hacia los pozos y la posi- tiene el crudo en el tanque de almacenamien- ble presencia de otro podría actuar en forma to es varias veces mayor que la que tenía en el coadyutoria. yacimiento. Es muy importante detectar lo más Hay que tomar en cuenta que si a anticipadamente posible el mecanismo natural un líquido se le aplica presión para comprimir- de empuje o expulsión del petróleo. Esta tem- lo entonces su viscosidad aumentará. prana apreciación servirá para obtener el ma- yor provecho del futuro comportamiento del mecanismo en el yacimiento y de cada pozo en particular; también ayudará para estudiar futuras aplicaciones de extracción secundaria por inyección de gas o de agua, o gas/agua u otros elementos. Para detectar el mecanismo de producción prevaleciente, se acude al pro- cesamiento e interpretación de una extensa se- rie de información obtenida durante la perfo- ración de los pozos e información recabada durante el comienzo y toda la etapa de pro- ducción primaria. Cuando falta alguna infor- mación complementaria, ésta se puede suplir utilizando correlaciones de error y tanteo, pruebas simuladas de laboratorio, estadísticas regionales y el recurso de la experiencia prác- tica y profesional de quienes adquieren, proce- san e interpretan la información. La aplicación de conceptos, técni- cas, modelos, fórmulas y prácticas operaciona- les dependerá de lo positivo que emerja de los siguientes datos: • Composición y características Fig. 4-29. En el laboratorio se someten los crudos a diversos geológicas y petrofísicas de las formaciones análisis para determinar sus características. petrolíferas.
- 170. 170 E l P o z o I l u s t r a d o • Buzamiento de las formaciones. de temperatura (1 °C/30 metros de profundi- • Profundidad de las formaciones dad), y se supone que el yacimiento de la ilus- petrolíferas. tración está a 2.340 metros de profundidad, en- • Extensión (área) y espesor de las tonces la presión de fondo en el pozo será de: formaciones petrolíferas. • Porosidad y permeabilidad de los 2.340 x 0,1 = estratos. 234 kg/cm2 y a temperatura 2.340 x 1 °C • Saturaciones de los fluidos (gas- 30 petróleo-agua) en los estratos petrolíferos. + 30°C (temperatura del ambiente) = 108 °C • Análisis de muestras de fluidos y relaciones presión-volumen-temperatura. Al poner el pozo a producir contro- • Pruebas de producción. ladamente, la diferencia entre la presión del • Relaciones volumétricas de los flui- yacimiento y la presión en el cabezal del pozo dos: gas/petróleo, petróleo/agua. (presión de flujo) hace que el petróleo y el gas • Análisis de las características de disuelto en éste lleguen a la superficie. los hidrocarburos. Generalmente, el control del volu- • Presión estática y de flujo de los men de flujo en la superficie se hace mediante fluidos. Abatimiento y surgencia de la presión. la instalación de un estrangulador o reductor • Historias de producción de fluidos. de diámetro de la tubería de producción en el Separación, tratamiento y manejo de fluidos. cabezal del pozo. • Presiones de inyección y de frac- Este dispositivo puede ser del tipo tura de las formaciones. graduable o del tipo fijo. El orificio puede te- • Profundidades de contacto gas- ner un diámetro de 0,4 a 38 milímetros o más, petróleo-agua. y los incrementos de diámetro se especifican • Y otros datos geofísicos, petrofísi- de 0,4 en 0,4 milímetros. cos y de producción adicionales que contribu- El estrangulador se emplea para yen a evaluar los aspectos operacionales y mantener el régimen de producción más efi- económicos del desarrollo y continuidad de la ciente de acuerdo con la energía natural del producción de los hidrocarburos hallados. Por otra parte, apreciación del manejo, procesa- miento, mercadeo y comercialización de los crudos y/o productos derivados para tener el panorama económico definido a corto, media- no y largo plazo. gas Casquete o empuje de gas En este tipo de yacimiento, bajo las petróleo condiciones originales de presión y temperatu- ra, existe un equilibrio entre el gas libre y el petróleo presente. La presión y la temperatura, bajo condiciones normales, están relacionadas con la profundidad. Fig. 4-30. Yacimiento cuyo mecanismo principal de produc- Si aplicamos gradientes normales de ción es el casquete de gas y como coadyutorio el gas disuel- presión (0,1 kg/cm2/metro de profundidad) y to en el petróleo.
- 171. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 171 yacimiento, de manera que la relación gas- fundidad muy por debajo del contacto gas- petróleo (RGP, m3/m3) lograda durante el pe- petróleo. Esto se hace para evitar producir gas ríodo de extracción primaria redunde en el libre del casquete de gas. Sin embargo, al co- más alto porcentaje de petróleo en sitio produ- rrer del tiempo y debido a la extracción de cru- cido del yacimiento. do del yacimiento, la presión disminuye pau- Por su mecanismo y características latinamente y el volumen del casquete de gas de funcionamiento, el casquete o empuje de aumenta, por lo cual el nivel del contacto gas- gas ofrece la posibilidad de una extracción pri- petróleo baja. Este descenso del contacto gas- maria de petróleo de 15 a 25 %. Por tanto, al terminar la efectividad primaria del mecanis- mo, debido al abatimiento de la presión y pro- ducción del gas, queda todavía por extraerse Py 75 a 85 % del petróleo descubierto. Para lograr la extracción adicional de crudo por flujo natural se recurre entonces a la vigorización del mecanismo mediante la inyección de gas o de gas y agua para restau- Pb rar la presión. En este tipo de mecanismo es líquido fundamental el gas libre, el gas disuelto en el petróleo, y la presión y temperatura del yaci- miento. La presión-volumen-temperatura son propiedades físicas y también físico-químicas Barril de líquido que se relacionan por las leyes de Charles y de en el yacimiento Boyle sobre el comportamiento de los gases: a presión Py líquido V1 P1 P2 V2 _____ = _____ T1 T2 P Al bajar la presión Esta relación básica se extiende a las en el yacimiento aparece leyes de Gay-Lussac, Avogadro, Stokes y otros la primera burbuja de gas, sobre los aspectos termodinámicos de los gases. a presión de burbujeo La cantidad de gas disuelto en el gas petróleo influye sobre la viscosidad del crudo en el yacimiento. A mayor cantidad de gas di- líquido suelto en el crudo, menos viscoso es el crudo y su movimiento se hace más fácil. El efecto de la temperatura sobre el gas y el crudo es tam- bién muy importante. A mayor temperatura, la viscosidad del crudo se reduce pero la del gas A medida que baja la presión, se libera más gas aumenta. Para permitir el flujo del petróleo ha- Fig. 4-31. Evolución del gas disuelto en el petróleo mediante cia el pozo, la tubería de revestimiento que cu- la disminución de la presión del yacimiento durante el proce- bre el estrato productor se cañonea a una pro- so de producción de los pozos.
- 172. 172 E l P o z o I l u s t r a d o petróleo hace que los pozos ubicados en la a la recíproca del volumen de formación se le parte estructural más alta del yacimiento sean nombra factor de merma. Ejemplo: Si un barril los primeros en producir gas del casquete. Esta de petróleo en el yacimiento cuando llega al situación empieza a manifestarse y a detectarse tanque de almacenaje acusa solamente 0,70 ba- a través del continuo y sostenido incremento rril de líquido, esto quiere decir que ha mer- de la relación gas-petróleo producida. mado 30/70 = 43 %. Y su factor volumétrico de Cuando se nota marcadamente el formación es 1,00/0,70 = 1,43 aumento de relación gas-petróleo y habida cuenta de los estudios y predicciones de com- Empuje por gas disuelto portamiento del yacimiento, se opta por tomar En este tipo de mecanismos no exis- ciertas acciones correctivas. Una puede ser ais- te capa o casquete de gas (Figura 4-32). Todo lar por medio de la cementación forzada los el gas disuelto en el petróleo y el petróleo intervalos superiores del estrato productor que mismo forman una sola fase, a presión y tem- fueron cañoneados en la terminación original peratura originalmente altas en el yacimiento. del pozo y recañonear a niveles más bajos. Si Al comenzar la etapa de produc- este procedimiento remedia la situación, se po- ción, el diferencial de presión creado hace que drá seguir produciendo el pozo hasta que la re- el gas comience a expandirse y arrastre el pe- lación gas-petróleo adquiera límites indesea- tróleo del yacimiento hacia los pozos durante bles. Llegará un momento en que los repetidos cierta parte de la vida productiva del yacimien- cañoneos del pozo no darán los resultados es- to. Eventualmente, a medida que se extrae pe- perados y entonces se aplicarán otras opciones. tróleo, se manifiesta la presión de burbujeo en Una puede ser no producir el pozo y mante- el yacimiento y comienza a desarrollarse el nerlo como punto de observación. Otra, utili- casquete o capa de gas en el yacimiento, in- zarlo como inyector de gas de acuerdo con ducida por la mecánica de flujo. Este tipo de programas de vigorización de la presión y con- servación de gas en el mismo yacimiento. A medida que cada barril o metro cúbico de la mezcla de hidrocarburos (gas y peróleo) hace su recorrido de las entrañas del yacimiento hacia el pozo, el diferencial de pre- sión que promueve el flujo hace que a una cierta presión (presión de burbujeo) comience a desprenderse el gas que estaba disuelto en el petróleo. Por tanto, al llegar el fluido al pozo, petróleo el volumen de líquido ha disminuido en cierto agua agua porcentaje. De igual manera, del fondo del po- zo a la superficie y de allí a los separadores y hasta los tanques de almacenaje se sigue libe- rando gas. Esta relación volumétrica se deno- mina factor volumétrico de petróleo en la for- mación (Bo), a presión y temperatura del ya- Fig. 4-32. Ejemplo de un yacimiento virgen, cuyo mecanismo de producción será del tipo de gas disuelto inicialmente en el cimiento. Como el volumen ha mermado des- petróleo. Eventualmente, durante la vida productiva de los po- de el yacimiento al tanque de almacenamiento, zos se desarrollará la capa o casquete de gas.
- 173. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 173 extracción es considerado más eficiente que el fero existente ofrezca oportunidad para consi- de casquete de gas. La práctica ha demostrado derar la inyección de agua, que conjuntamente que la extracción primaria puede acusar de 20 con la inyección de gas en la parte superior del a 40 % del petróleo en sitio. yacimiento, haga que ambos mecanismos, ac- Como podrá apreciarse, la relación tuando simultáneamente, contribuyan más efec- gas disuelto en el petróleo (m3/m3) es impor- tivamente a la extracción vigorizada del petró- tante y el volumen de gas disuelto en el petró- leo en sitio y, por ende, se aumente signifi- leo está en función de la presión y temperatu- cativamente el porcentaje de producción de ra en el yacimiento y las características del cru- petróleo (Figura 4-33). do. El análisis de P-V-T, las medidas de presión Para la inyección de gas y/o de agua, de fondo en pozos claves y en el yacimiento previo los estudios requeridos, se escogerán en general, así como el historial de produc- pozos claves existentes que puedan ser con- ción, proporcionan datos básicos para tener el vertidos a inyectores o se abrirán nuevos po- adecuado seguimiento durante la vida produc- zos para tales fines. tiva del yacimiento. Algunas veces puede ser que la pre- Empuje por agua o hidráulico sencia de agua en el fondo del yacimiento El empuje por agua es considerado el constituya un latente mecanismo de expulsión. mecanismo natural más eficiente para la extrac- Estudios sobre esta posibilidad pueden indicar ción del petróleo. Su presencia y actuación efec- que en determinado tiempo se hará sentir su tiva puede lograr que se produzca hasta 60 % y contribución, la cual podría ser importante pa- quizás más del petróleo en sitio. ra aumentar el porcentaje de extracción del pe- Sin embargo, este tipo de mecanis- tróleo en sitio. También puede ser que el acuí- mo requiere que se mantenga una relación muy ajustada entre el régimen de producción de petróleo que se establezca para el yaci- IA P IG IG P I A miento y el volumen de agua que debe mover- se en el yacimiento. El frente o contacto agua- petróleo debe mantenerse unido para que el espacio que va dejando el petróleo producido vaya siendo ocupado uniformemente por el gas agua. Por otro lado, se debe mantener la pre- sión en el yacimiento a un cierto nivel para petróleo evitar el desprendimiento de gas e inducción de un casquete de gas. agua agua La tubería de revestimiento de los pozos se perfora a bala o cañonea bastante por Inyectores de gas = I G encima del contacto agua-petróleo para evitar Inyectores de agua = I la producción de agua muy tempranamente. A Productores = P Sin embargo, llegará una fecha en que algunos pozos empezarán a mostrar un incremento Fig. 4-33. Yacimiento que originalmente produjo por gas di- paulatino de producción de agua y que de re- suelto (Fig. 4-32), pero ahora la continuidad de su vida pro- ductiva comercial dependerá de la inyección de gas o de agua pente puede aumentar drásticamente. La veri- o de ambos a la vez. ficación de este acontecimiento puede indicar
- 174. 174 E l P o z o I l u s t r a d o que en realidad el frente o contacto ya está a nivel de las perforaciones o en ciertos pozos se está produciendo un cono de agua que impi- de el flujo del petróleo hacia el pozo. Cuando se detecta el influjo drástico del agua se procede a verificar la ocurrencia con los estudios de comportamiento prepara- dos sobre el yacimiento. Es posible que lo más recomendable sea aislar por cementación for- cono petróleo zada las perforaciones por donde está fluyen- agua do el agua y cañonear el revestidor a más alto nivel del contacto agua-petróleo. O, en caso de conificación, con cerrar el pozo por cierto tiempo se produce la desaparición del cono al equilibrarse el contacto agua-petróleo. En al- gunos yacimientos se ha constatado que el co- no de agua se desvanece al cerrar el pozo por cierto tiempo y al abrirlo produce petróleo sin Fig. 4-35. El efecto del desequilibrio en el contacto agua- gran cantidad de agua durante un tiempo, pero petróleo hace que el agua forme un cono alrededor del fondo luego se vuelve a repetir la conificación. Así del pozo y obstaculice parcial o totalmente la producción de que cerrando y abriendo el pozo por determi- petróleo. nados períodos se puede controlar el cono. El cono se produce debido a la movilidad con que el agua y el petróleo se desplazan hacia el pozo. En este caso, la relación de movilidad pe- tróleo-agua favorece al agua y hace que el pe- tróleo quede rezagado. Existen casos de acuí- feros de gran extensión que afloran en la super- ficie y las aguas que corren por el suelo se fil- tran, robusteciendo así la energía del yaci- miento. El agua contenida en el acuífero está sujeta a la presión y temperatura del yacimien- to que le imponen una muy tenue compresión, petróleo pero si se considera la extensión y volumen de agua agua, el agregado de esa compresión ejerce una apreciable influencia en el desplazamiento del petróleo hacia los pozos. Empuje por gravedad Generalmente, los estratos tienen una cierta inclinación o buzamiento que de un Fig. 4-34. Contacto agua-petróleo en un yacimiento, cuyo me- canismo preponderante de producción será el acuífero, si es punto a otro crea un desnivel. Este buzamien- lo suficientemente activo. to se expresa en grados y puede ser muy pe-
- 175. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 175 queño, 2°, o puede ser muy empinado, 45° o más. Mientras más alto sea el buzamiento, ma- yor oportunidad tendrá el petróleo de escu- rrirse buzamiento abajo. En la Figura 4-36 se gas presenta un caso hipotético general que mues- tra la contribución que el buzamiento puede petróleo prestar al drenaje de petróleo, coadyuvando con otros mecanismos de extracción de los cuales uno puede ser predominante. Si la capa agua de gas es activa, los pozos ubicados buzamien- to arriba empezarán a mostrar incrementos en 40° su relación gas-petróleo durante cierta época de su vida productiva. El mantenimiento de la estrato productor de buzamiento alto presión del yacimiento por inyección de gas equivaldría a que la masa de gas actuará como Fig. 4-36. Esquema que muestra un yacimiento productor por émbolo que comprime y desplaza el petróleo gravedad, ayudado quizás por casquete de gas y, posiblemen- te, el acuífero. hacia los pozos ubicados buzamiento abajo, los cuales tardarán mucho más tiempo en in- En el caso de la presencia de un crementar su relación gas-petróleo, según su acuífero bien definido, su avance está relacio- posición estructural. nado con el régimen de producción que se de- see imponer al yacimiento. Naturalmente, la Fig. 4-37. La apreciación continua del comportamiento de los yacimientos requiere una revisión oportuna de toda la informa- ción. Esta revisión es tarea multidisciplinaria en la que participan especialistas en las diferentes ramas de las Ciencias de la Tierra: geofísicos, geólogos, ingenieros de petróleos, petrofísicos y otros.
- 176. 176 E l P o z o I l u s t r a d o masa de agua está también sujeta a la fuerza sado o extrapesado. Existe una variada selec- que le imprime el buzamiento hacia abajo por ción de diámetros de tuberías para satisfacer to- lo que su desplazamiento buzamiento arriba se dos los requerimientos. Generalmente, los diá- ve afectado en cierto grado. Por tanto, el régi- metros nominales más utilizados están entre men de producción tiene que ser uno que 50,8 y 101,6 milímetros, 2 a 4 pulgadas. Diáme- mantenga el contacto agua-petróleo en balan- tros mayores pueden ser requeridos para ma- ce. El agua se desplaza para ocupar la parte nejar altos volúmenes de producción o petró- vacía que va dejando el petróleo que se extrae leos muy viscosos. del yacimiento. Todos los elementos del cabezal: Si el agua se desplaza buzamiento bridas, sellos, carretos, adaptadores, crucetas, arriba, lo cual no es muy factible cuando el bu- colgadores, pernos y dispositivos adicionales zamiento es demasiado alto, los pozos buza- como válvulas y emplazamiento de reductores miento abajo empezarán a producir agua cuan- o estranguladores son manufacturados según do el contacto agua-petróleo haya subido a los normas API y catalogados para funcionar bajo intervalos donde fue cañoneado el revestidor. la acción de presiones cuyo rango va de 140 a Como podrá observarse, la ubica- 1.400 kg/cm2. ción de los pozos es muy importante para ob- tener el mayor provecho de producción de pe- Separación de fluidos tróleo durante el más largo tiempo sin que se La estación de flujo y recolección de produzca gas del casquete que eventualmente la producción de los pozos la componen un se formará, o agua en caso del avance del con- grupo de instalaciones que facilitan el recibo, tacto agua-petróleo. la separación, medición, tratamiento, almace- namiento y despacho del petróleo. El flujo del III. Manejo de la Producción pozo consiste preponderantemente de petró- leo, al cual está asociado un cierto volumen de Desde el cabezal de cada pozo arran- gas: relación gas-petróleo (RGP), que se mide ca la tubería de flujo que, tendida sobre el en m3 de gas por m3 de petróleo producido o suelo, llega a una determinada estación de re- en pies cúbicos de gas por barril de petróleo colección, diseñada para recibir la producción producido, a condiciones estipuladas en la su- de cierto número de pozos. perficie. Además, el flujo de petróleo y gas El número de tuberías de flujo (flu- puede mostrar la presencia de agua y de sedi- joducto) que tiene cada cabezal depende de la mentos procedentes del yacimiento productor. terminación del pozo: sencilla, doble o triple. El diámetro de cada flujoducto corresponde al El múltiple de producción máximo volumen de producción que se piense En la estación de flujo y de recolec- manejar, como también las características del ción, el múltiple de producción representa un crudo, especialmente la viscosidad y la presión sistema de recibo al cual llega el flujoducto de del flujo natural en el cabezal. En el caso de cada uno de los pozos productores asignados pozos que producen por bombeo mediante a esa estación. El múltiple facilita el manejo de varillas de succión, la presión en el cabezal es la producción total de los pozos que ha de pa- casi nula pero la viscosidad del crudo es factor sar por los separadores como también el aisla- de consideración especial para seleccionar el miento de pozos para pruebas individuales de diámetro del flujoducto si el crudo es muy pe- producción. Por medio de las interconexiones
- 177. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 177 emplean separadores del tipo vertical y hori- zontal, cuya capacidad para manejar ciertos volúmenes diarios de crudo y de gas, a deter- minadas presiones y etapas de separación, va- ría de acuerdo a las especificaciones de ma- nufactura y funcionamiento requeridos. Los separadores se fabrican de ace- ro, cuyas características corresponden a las normas establecidas para funcionar en etapas específicas de alta, mediana o baja presión. En la separación de gas y petróleo es muy impor- Fig. 4-38. El múltiple de producción facilita el manejo del cau- tante considerar la expansión que se produce dal de cada pozo en la estación de flujo y separación. El nú- cuando el gas se desprende del petróleo y la mero de este tipo de instalación depende de la cantidad de po- zos y de la extensión de cada campo. función que desempeña la presión. Además, en el interior del separador, a través de diseños del sistema y la disposición apropiada de vál- apropiados, debe procurarse el mayor despojo vulas, se facilita la distribución, el manejo y el de petróleo del gas, de manera que el gas sal- control del flujo de los pozos. ga lo más limpio posible y se logre la mayor cantidad posible de petróleo. Los separadores de producción La separación para una, dos o tres Es muy importante la separación del etapas está regulada por factores tales como la petróleo del gas, del agua y de los sedimentos presión de flujo en el cabezal del pozo, la pre- que lo acompañan desde el yacimiento. Para sión con que llega a la estación, la relación realizar la separación del gas del petróleo se gas-petróleo, la temperatura y el tipo de crudo. gas 1° etapa 2° etapa gas gas 1° etapa 2° etapa 3° etapa 2 2 0,7 - 5 kg/cm 7 - 35 kg/cm producción de los pozos producción del pozo separador separador tanque tanque tanque tanque de de de de almacenaje almacenaje almacenaje almacenaje baja presión 1° etapa 2° etapa 3° etapa gas gas gas 2 4° etapa 35 - 100 kg/cm 2 2 0,7 - 5 kg/cm 7 - 35 kg/cm de los pozos producción separador separador separador tanque tanque de de almacenaje almacenaje Fig. 4-39. Instalaciones de separadores y etapas de separación de acuerdo con la magnitud de la presión y del volumen de gas- petróleo que deba manejarse. En cada caso, la última etapa de separación se realiza en el tanque de almacenaje a presión atmosférica.
- 178. 178 E l P o z o I l u s t r a d o La última etapa de separación ocurre en los especiales de almacenamiento, como crudos tanques de almacenamiento, donde todavía se pesados, se han construido fosas de 160.000 desprende gas del petróleo, a una presión le- m3 y de mucha más capacidad. vemente mayor o igual a la atmosférica. Estaciones pequeñas bombean el Además de un proceso tecnológico, crudo a estaciones de mayor capacidad de al- la separación envuelve procurar la mayor ob- macenamiento y de recolección, que conecta- tención de crudo que, por ende, significa la das a oleoductos despachan diariamente mayor extracción de petróleo del yacimiento y grandes volúmenes de crudo a los puertos de el consiguiente aumento de ingresos. embarque o directamente a las refinerías. Cuando la producción está acompa- La fiscalización del almacenaje y des- ñada de cierta cantidad de agua, que además pacho de volúmenes de crudo se hacen según tanto ésta como el petróleo pueden contener las normas y procedimientos vigentes, de acuer- elementos corrosivos, entonces la separación do con las leyes y reglamentos de los diferentes involucra otros tipos adicionales de tratamien- despachos gubernamentales: ministerios de Ener- to como el calentamiento, aplicación de an- gía y Minas, Hacienda, Transporte y Comuni- ticorrosivos, demulsificadores, lavado y desa- caciones, Defensa, etc., para los fines de control lación del crudo, tanques especiales para asen- de la producción, exportación, refinación y con- tamiento de los elementos nocivos al crudo y sumo interno, regalías, impuestos, etc. al gas y otros procesos que finalmente acondi- cionen el crudo y el gas producidos para satis- facer las especificaciones requeridas para la entrega y venta a los clientes. Disposición del crudo Diariamente los pozos productores fluyen o bombean sus respectivas cuotas de producción, como ya se ha señalado, a sus correspondientes estaciones de flujo. Allí, lue- go de la separación y tratamiento adecuados, el crudo pasa a tanques de almacenamiento cuyo número y volumen son suficientes para recoger holgadamente la producción de varios días. También se mantiene un registro de los volúmenes de crudo recibidos, tratados, alma- cenados y despachados. Los tanques utilizados para el alma- cenamiento son cilíndricos y su altura y diáme- Fig. 4-40. Disposición de tanques en un patio de almacenaje, de donde diariamente se despachan grandes volúmenes de tro están en función de su capacidad. Los hay crudo a puertos y/o refinerías. de dos tipos: empernados para los de pequeño volumen, y soldados para volúmenes mayores. Disposición del gas Existe una variedad de tanques cuya capacidad El gas producido con el petróleo, va desde 40 a 160.000 m 3 para satisfacer todos luego de separado y tratado preliminarmente, los requerimientos. Además, para ciertos casos si fuese necesario, puede ser enviado a plantas
- 179. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 179 especiales de tratamiento final para distribu- ción por gasductos a las plantas petroquímicas y refinerías; a ciudades para consumo en las industrias y servicios domésticos o también es usado por la misma industria petrolera en sus operaciones, como combustible o para ser re- inyectado en los yacimientos para la restaura- ción y/o mantenimiento de la presión y, por ende, lograr un mayor porcentaje de extrac- ción del petróleo en sitio. En la producción, separación, reco- lección, transmisión y distribución del gas aso- ciado con el petróleo es casi imposible utilizar el gas de baja presión disponible porque los Fig. 4-42. Para mantener y estimular la producción de petró- aspectos económicos involucrados son prohi- leo de los yacimientos se recurre a la inyección de agua me- bitivos. El volumen de gas por pozo, general- diante plantas de diseño específico. mente, es muy poco. La recolección de gas de tantos pozos requiere compresión, cuya inver- de características sencillas, cuya separación por sión en plantas e instalaciones generalmente asentamiento en tanques se logra fácilmente. sobrepasa las expectativas de rentabilidad. Por En ocasiones, el manejo, tratamiento y disposi- tanto, las posibilidades de utilización y renta- ción del agua no requieren de instalaciones es- bilidad quedan circunscritas al gas de mediana peciales. Sin embargo, se dan situaciones en las y alta presión. que el volumen de agua producido diariamen- te es muy alto. Las características del agua y del Disposición del agua petróleo pueden facilitar emulsiones que re- La cantidad de agua que acompaña quieren de tratamientos mecánico, químico, al petróleo producido de los pozos puede ser térmico o eléctrico para lograr la adecuada se- paración de los dos fluidos y obtener un crudo que corresponda a las especificaciones de cali- dad requeridas. La presencia de sal en asocia- ción con el agua y el petróleo es de ocurrencia natural en muchos estratos geológicos. De la concentración de sal en solución dependerá la selección del tratamiento que deba emplearse para despojar el petróleo de la sal que con- tiene. La sal es indeseable en el crudo por sus propiedades corrosivas y las implicaciones ope- racionales y económicas que ello significa para las refinerías. El manejo y disposición del agua Fig. 4-41. Para aprovechar y manejar grandes volúmenes de asociada con la producción de petróleo es una gas en el lago de Maracaibo se utilizan plantas gigantescas co- fase que a veces puede resultar muy compleja, mo ésta, cuya capacidad es de unos 10 millones de metros cú- bicos por día. especialmente si el volumen de agua es muy
- 180. 180 E l P o z o I l u s t r a d o grande y si el agua es salada o salmuera. En dimentos; producción acumulada de fluidos, ocasiones, una buena opción operacional y medición de presiones en el cabezal; medi- económica es inyectar el agua al yacimiento. ciones de presiones y temperatura de fondo; ni- veles de fluido; productividad; vida productiva IV. Comportamiento de la Producción del pozo por flujo natural, bombeo mecánico o hidráulico, levantamiento artificial por gas; re- Comportamiento de los pozos lación e importancia del pozo como punto de La historia de cada pozo contiene drenaje individual en el yacimiento o en con- una acumulación de datos cronológicos deta- junción con otros pozos vecinos; expectativas llados al día. La historia, archivada diligente- de su límite económico de productividad. mente, comienza con la proposición, recomen- El cuarto capítulo de la historia pue- daciones, autorizaciones, plano de locación, de ser el abandono definitivo, o partida de de- programa de perforación y presupuestos for- función, del pozo. Sin embargo, el cuarto capí- mulados internamente por las dependencias tulo puede comenzar con una nueva etapa de de la empresa y las solicitudes ante los despa- utilización y cambio de clasificación del pozo, chos gubernamentales jurisdiccionales corres- ya que se pueden presentar varias alternativas pondientes y las aprobaciones respectivas. Po- antes de abandonarlo. Por ejemplo: el pozo dría decirse que toda esta documentación bási- puede ser convertido en inyector de gas o de ca constituye la partida de nacimiento del fu- agua. turo pozo productor. Su estado como productor puede El segundo capítulo de la historia continuar por reterminación en un yacimiento cubre la perforación de la locación, con todos superior o inferior, distinto al de la terminación los detalles de las incidencias ocurridas duran- original. El pozo podría ser usado para la per- te las diferentes operaciones realizadas para foración más profunda en busca de nuevos ya- abrir el hoyo hasta la profundidad deseada y cimientos. O podría ser utilizado como punto terminar el pozo oficialmente en los intervalos de observación y control del comportamiento y formaciones finalmente seleccionadas. De del yacimiento. aquí en adelante, el pozo adquiere identifica- ción numérica, o cédula de identidad, como Comportamiento del yacimiento descubridor o como un productor más del La sumatoria del comportamiento de campo respectivo. La historia queda registrada todos los pozos sirve de base para apreciar y en el Informe Diario de Perforación y en los dilucidar detalles sobre los diferentes sectores escritos complementarios que se anexan al ar- y la totalidad del yacimiento. El seguimiento chivo del pozo. continuo sobre el comportamiento del yaci- El tercer capítulo de la historia abar- miento aparece en estudios e informes fre- ca la vida productiva del pozo. Representa el cuentes, preparados por los geólogos, ingenie- correr del tiempo, todos los altibajos manifesta- ros y demás personal técnico especializado de dos por el pozo y las rehabilitaciones y rea- la empresa. condicionamientos practicados al pozo para A la larga, los estudios e informes re- mantener su productividad económica. Allí, presentan una acumulación cronológica de las cronológicamente, está escrita su producción incidencias de la historia productiva del yaci- de petróleo, gas y/o agua; relación gas-petróleo miento, y fundamentalmente cubren los siguien- y agua; gravedad del crudo, porcentaje de se- tes aspectos:
- 181. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 181 • Geográficos: Ubicación del yaci- miento y detalles de identificación y acceso. Relación geográfica con otros campos y/o ciu- dades y pueblos. Mapa. • Geológicos: Reseña sobre méto- dos de exploración que condujeron al delinea- miento, interpretaciones y correlaciones. La co- lumna geológica. Geología del subsuelo. Ori- gen, migración y entrampamiento de los hidro- carburos. Características generales y específi- cas de los estratos productores. Secciones y correlaciones. Mapas isópacos. Estimaciones de acumulaciones de hidrocarburos en sitio. Observaciones y cambios basados en la obten- ción e interpretación de datos derivados de pozos terminados últimamente. • Petrofísicos: Características de los estratos productores. Profundidad. Espesores. Arena neta. Porosidad. Permeabilidad. Presión. Temperatura. Saturación. Características de los Fig. 4-44. En los laboratorios se experimenta, se estudia y se for- fluidos. Contactos de los fluidos. mulan conceptos sobre el comportamiento de los yacimientos. • Producción: Correlaciones de aná- lisis de relaciones presión-volumen-tempera- tura de los fluidos al correr el tiempo. Compa- raciones e interpretaciones de pruebas de po- zos, mensura de presión y temperatura general de presión de fondo de sectores o de todo el yacimiento. Preparación e interpretación de gráficos de producción (petróleo-gas-agua) ver- sus tiempo y/o presión para apreciar declina- ciones y tendencias. Aplicaciones de fórmulas matemáticas y modelos para determinar y comparar declinaciones y tendencias y formu- lar proyecciones sobre el comportamiento fu- turo del yacimiento. Análisis del comporta- miento de extracción primaria de hidrocarbu- ros y posibles aplicaciones futuras de métodos y mecanismos para vigorizar la productividad del yacimiento por la inyección de gas y/o agua u otros fluidos o aplicaciones térmicas. Estimaciones de reservas. Fig. 4-43. Cada pozo es un punto de drenaje del yacimiento y su comportamiento es parte del comportamiento general del • Económicos: Consideración de in- yacimiento. Tipo de balancín para pozo profundo. versión y gastos. Rentabilidad de la produc- ción. Modelos económicos y alternativas para
- 182. 182 E l P o z o I l u s t r a d o el desarrollo y continuidad de producción del original del yacimiento; a veces la vigorización yacimiento en las diferentes etapas de extrac- puede inducir cambios en las características ción primaria y vigorizada. físicas de los fluidos en el yacimiento. • Mercado: Calidad y rendimiento • Reservas secundarias probadas son de derivados. Opciones de venta de crudos las que han sido fehacientemente probadas y/o derivados localmente o al exterior. por medio de un comportamiento satisfactorio de producción mediante ensayos pilotos o Clasificación de las reservas firmes de vigorización artificial del yacimiento. En la industria petrolera, las posibi- • Reservas secundarias probables lidades de hallazgos, descubrimientos ciertos y son aquellas cuya factible existencia se deriva la continuidad de la producción comercial tie- del comportamiento satisfactorio de la produc- nen un nombre: reservas probadas de hidro- ción primaria del yacimiento, pero el cual to- carburos. Sin embargo, la práctica y la expe- davía no ha sido sometido cabalmente a ope- riencia aconsejan que las reservas sean clasifi- raciones de vigorización. cadas de acuerdo al grado de certeza de los da- • Reservas secundarias posibles son tos que avalan su existencia o posibilidades. aquellas que se presume puedan existir en ya- Pero existe una clasificación universalmente cimientos factibles de responder satisfactoria- aceptada. No obstante, todas las clasificaciones mente a operaciones de vigorización, pero la propuestas coinciden en que, con más o menos información disponible no avala otra clasifica- detalles, las reservas se clasifiquen fundamen- ción más concreta. talmente como probadas, probables y posibles. De la acumulación de datos e histo- • Reservas primarias probadas son rias de producción se ha concluido, desafortu- las que pueden extraerse comercialmente y han nadamente, que ningún yacimiento produce sido actualmente evaluadas por medio de pozos, de una sola vez la totalidad de los hidrocarbu- equipos y métodos técnicos disponibles que ros que contiene. A semejanza de cosechas, el aseguran un régimen continuo de producción. yacimiento, por la acción de su presión inter- • Reservas primarias probables na original, produce un cierto porcentaje del son aquellas que no han sido probadas direc- volumen de hidrocarburos en sitio que se le tamente por medio de pruebas prolongadas de denomina producción primaria. producción comercial, pero que por encontrar- Luego de la producción primaria, se dentro de los límites geológicos superiores todavía queda en el yacimiento un apreciable e inferiores conocidos y los límites geográficos porcentaje o volumen de hidrocarburos fac- de un yacimiento son susceptibles de ser pro- tible de extracción. Pero para lograr traer a la badas abriendo pozos adicionales y haciendo superficie un cierto porcentaje adicional de los pruebas de producción. hidrocarburos remanentes, es necesario vigori- • Reservas primarias posibles son zar la energía del yacimiento para esa segunda aquellas de posible existencia pero que por cosecha, o extracción secundaria. falta de información fehaciente no puede dár- Llegado el límite económico de la sele una clasificación categórica. extracción secundaria, todavía queda un cierto • Reservas secundarias son reservas volumen de hidrocarburos por producir me- adicionales a las primarias, que pueden ser diante un tercer esfuerzo. Esta acometida se producidas comercialmente como resultado de denomina producción o extracción tercia- la vigorización artificial de la energía natural ria. Mas, la investigación básica y aplicada,
- 183. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 183 cómo extraer el máximo volumen del petróleo dos miscibles, la extracción por métodos ter- remanente en el yacimiento, inclina el interés males o la inundación del yacimiento con sus- y esfuerzos de los investigadores a la extrac- tancias químicas. ción cuaternaria, o sea un cuarto esfuerzo para lograr una cosecha más de barriles de pe- Ejemplos numéricos tróleo comercial. Uno de los métodos más senci- llos de estimación original de reservas es el vo- La producción vigorizada lumétrico, sin ahondar en la complejidad y va- Al considerar la extracción de pe- riedad de los tantos factores y datos que rigen tróleo de las entrañas del yacimiento y las di- las técnicas de evaluación y seguimiento apli- ferentes etapas y operaciones que pueden rea- cables a los mecanismos naturales primarios y lizarse para lograr ese objetivo, merecen aten- secundarios de expulsión de hidrocarburos a ción las definiciones empleadas por E.F. Her- que puedan estar sujetos los yacimientos. Si el beck, R.C. Heinz y J.R. Hastings en su trabajo área (A) y el espesor neto (En) de un yacimien- “Fundamentals of Tertiary Oil Recovery”, Pe- to son conocidos, entonces se puede calcular troleum Engineer, p. 33, enero 1976. su volumen. Ese volumen de roca tiene un • Extracción primaria (Primary Re- cierto porcentaje de capacidad de almacena- covery): petróleo y gas producidos por la ener- miento, dado por la porosidad (ø). gía o fuerza naturales del yacimiento. Además, la capacidad de almacena- • Extracción vigorizada (Enhanced miento o volumen formado por la sumatoria Recovery): cualquier producción adicional de los poros de la roca, generalmente está sa- resultante de la introducción artificial de ener- turado de petróleo (So ) y agua (Sw ). gía en el yacimiento. La extracción vigorizada Durante la producción primaria sólo comprende la inyección de agua, la inyección un cierto porcentaje del petróleo en sitio podrá de gas y otros procesos que envuelven la in- ser extraído del yacimiento, entonces es nece- yección de fluidos o energía para la extracción sario considerar la aplicación de un factor de secundaria o terciaria del petróleo. extracción (Fe ). Finalmente, como un metro • Extracción secundaria (Secondary cúbico o barril de hidrocarburos en el yacimi- Recovery): cualquier extracción vigorizada ento merma en volumen al llegar al tanque de aplicada por primera vez al yacimiento. Gene- almacenamiento en la superficie también es ralmente sigue a la extracción primaria pero necesario tomar en cuenta este factor de mer- también puede ser aplicada simultáneamente ma (Fm ). durante la extracción primaria. La inyección o Las siguientes ecuaciones sirven en- inundación de agua es el método más común tonces para calcular el volumen o reservas de de extracción secundaria. petróleo en sitio y el volumen de reservas pro- • Extracción terciaria (Tertiary Re- badas, o sea el volumen producible y almace- covery): cualquier extracción vigorizada usada nable en la superficie. luego de la aplicación de operaciones de ex- A x En x ø (1-Sw ) Reservas en sitio = Rs = ___________________ tracción secundaria. Ya que generalmente si- Fm gue a la inyección de agua, la extracción ter- ciaria es comúnmente considerada entre los A x En x ø (1-Sw ) Fe procesos más exóticos de extracción, como lo Reservas producibles = Rp = ____________________ Fm son el desplazamiento del petróleo por líqui-
- 184. 184 E l P o z o I l u s t r a d o Caso 1 2. Para visualizar el comportamiento del yacimiento Los siguientes datos servirán para utilizar las fórmulas: dado como ejemplo, es necesario disponer de una can- tidad y variedad de datos: presión inicial del yacimien- Area: 1.950 hectáreas (19,5 x 106 m2) = A to, presión de burbujeo (análisis P-V-T); calidad y tipos Espesor: 65 metros = En de fluidos; relaciones entre fluidos; declinación de la Porosidad: 22 % = ø producción; límite económico de la producción; número Saturación de agua: 30 % = Sw máximo de pozos productores; pozos inyectores; tipos Factor de merma: 1,15 = Fm de fluidos requeridos para la vigorización; sumas de dinero para inversiones y operaciones; demostración de Factor de extracción: 25 % = Fe la rentabilidad de las operaciones. 19,5 x 106 x 65 x 0,22 (1-0,30) Rs = ___________________________ 1,15 = 169.734.783m3 producción vigorizada producción = 1.067.512.968 brls pro duc ció Rp = 169.734.783 (0,25) = 42.433.696 m3 np rim aria = 266.878.244 brls límite nuevo límite económico económico Caso 2 Las cifras anteriores dan pie para considerar algunos años años aspectos sobre el yacimiento. 1. 75 % del petróleo en sitio (127,3 MMm3) queda como reserva remanente después de descontar el petróleo Fig. 4-46. Para prolongar el límite económico de producción del extraíble: pozo o del yacimiento se recurre a la restauración la presión. Reservas remanentes = Reservas en sitio - Reservas producidas Un cierto porcentaje adicional de reservas remanentes V. Mantenimiento, Estimulación puede ser extraído por la aplicación de métodos de y Reacondicionamiento de Pozos extracción secundaria (vigorización del yacimiento). Según el comportamiento del yacimiento y su sensibili- dad de reacción, la vigorización puede iniciarse simul- Mantenimiento táneamente con la extracción primaria o cierto tiempo Durante su vida productiva, todos después de haber logrado determinado volumen de los pozos requieren de mantenimiento, estimu- producción acumulada. lación y reacondicionamiento. Generalmente, el mantenimiento de los pozos de flujo natural redunda en hacer inspecciones programadas para verificar que el cabezal y sus aditamentos: manómetros, válvu- producción las, flujoductos y estranguladores están en buen estado, para evitar fugas y desperfectos inde- seables. Frecuentemente se toman muestras de petróleo en el cabezal para verificar la grave- dad del crudo, porcentaje de agua y sedimen- presión tos producidos. Se observa la presión de flujo y presión en el espacio anular para determinar Fig. 4-45. En la medida en que el pozo o el yacimiento pro- anomalías. A fechas determinadas se les hacen ducen petróleo, la producción y la presión merman hasta el punto de que puede ser antieconómico. estudios de presión de fondo (estática y flu-
- 185. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 185 yente) y el pozo se pone en prueba especial calidad, el volumen y la presión del fluido mo- de producción, a través de la estación de flujo, triz que hace funcionar el sistema. para determinar su comportamiento. Los pozos que producen por bom- Atención igual se presta a aquellos beo mecánico, tipo balancín, presentan una pozos que producen por levantamiento artifi- gran variedad de desperfectos mecánicos que cial por gas. Es muy importante verificar el es- surgen de las características mismas del siste- tado y funcionamiento de todos los compo- ma, tanto en la superficie como en el mismo nentes del cabezal. Es esencial cerciorarse de pozo, desde el cabezal hasta el fondo. que la presión y el volumen de gas, continuo Fallas en la fuerza eléctrica o fuerza o intermitente, se ajustan a las magnitudes de- mecánica (motor de combustión interna) que seadas, y que la producción del pozo y su re- impulsa el balancín para el bombeo, hacen lación gas-petróleo concuerdan con las estima- que el tiempo perdido se transforme en merma ciones estipuladas. De todas estas observacio- de la cuota de producción del pozo. nes puede deducirse si las válvulas de inyec- Cualquier desperfecto en algunos de ción de gas en la sarta de educción están fun- los elementos del propio balancín (engranajes, cionando adecuadamente, si la descarga de bielas, colgadores, etc.), ocasiona pérdida de petróleo del yacimiento al pozo no ha sufrido bombeo de petróleo. deterioro debido a reducción de permeabili- En el cabezal del pozo, desperfectos dad en la periferia de la pared del pozo, are- en el vástago pulido y el prensa-estopa pue- namiento y/o influjo de agua. den ocasionar derrames leves o severos de pe- En pozos que producen por bom- tróleo. Generalmente, las varillas de succión se beo hidráulico, se hacen inspecciones rutina- sueltan o se parten. En ocasiones, la sarta de rias para verificar que las instalaciones en la varillas se desenrosca de la bomba. En otros superficie, como son tanques, tuberías, medi- casos, debido a la fatiga, esfuerzos y vibración, dores, válvulas, bombas y otros dispositivos la carrera ascendente y descendente de la sarta funcionan mecánicamente bien. Por otra parte, de varillas de succión no es sincrónica y por es importante cerciorarse sobre el estado, la estiramiento causa golpeteo que puede des- truir la bomba o partir las varillas. La válvula fija y la válvula viajera pueden perder su esfe- ricidad debido a la corrosión de los fluidos o el cacarañeo por la arena que se produce con los fluidos del yacimiento, y esto merma la efi- ciencia del bombeo debido al escurrimiento de los fluidos. Los pozos inyectores de gas, agua o vapor, utilizados para vigorizar la continuidad de producción de hidrocarburos del yacimien- to, son también objeto de adecuado manteni- miento. Los elementos de sus respectivos ca- bezales (válvulas, conexiones, medidores de presión y de temperatura, registros de volúme- nes inyectados, etc.), deben funcionar bien pa- Fig. 4-47. Equipo utilizado en un pozo que requiere trabajos ma- ra facilitar el seguimiento de las operaciones y yores de reacondicionamiento para restaurarle su productividad. detectar fallas que puedan presentarse.
- 186. 186 E l P o z o I l u s t r a d o Estimulación de pozos e inducir el flujo del pozo utilizando la energía Durante el preciso período de la ter- natural del yacimiento. minación del pozo, o durante la vida producti- En la práctica, un mínimo de suc- va del pozo, se presentan situaciones en las ciones pueden ser suficientes para lograr el que el estrato productor no descarga fácilmen- flujo, pero a veces se succiona durante muchas te el supuesto volumen de hidrocarburos hacia horas o días sin éxito y entonces hay que re- el pozo. Algunas veces esta inconveniencia currir a otros medios. puede se sencilla y de fácil corrección, pero otras veces se puede presentar muy difícil y Inyección de fluidos casi insoluble. Si durante las tareas de terminación el estrato productor no permite que el petróleo Succión fluya con facilidad, esto significa que el daño a Durante la terminación, la estimula- la permeabilidad en la periferia del hoyo debe ción más sencilla es la succión. Mientras dura ser corregido. la perforación y la terminación, el fluido de La inyección de fluidos como petró- perforación impone contra la pared del hoyo leo liviano, querosén o destilados puede lograr una presión algo mayor que la mayor presión que pueda tener cualquier estrato. Esta dife- rencia de presión hace que la parte líquida del fluido así como partículas micrométricas de sus revestidor componentes sólidos se filtren hacia la perife- cable ria del hoyo. Si esta invasión es muy severa y extensa deteriora marcadamente la permeabi- tubería de educción lidad del estrato productor en las inmediacio- cemento nes del hoyo. succionador Por tanto, cuando se hagan los in- obturador tentos de poner el pozo a producir no se lo- grará el flujo anticipado. Entonces, para reme- diar la situación se trata de inducir el pozo a fluir succionándolo. Para esto se utiliza la misma tubería de educción y un cable en cuyo extremo va estrato colgado un émbolo especial de succión. El ém- productor bolo se introduce a una cierta profundidad en la tubería, y al sacarlo facilita la extracción de cierto volumen de fluido de la tubería y a la vez impone una fuerza de succión al estrato productor. La succión del estrato se va hacien- do más fuerte a medida que el émbolo va achi- cando el pozo a mayor profundiad. La aplicación de la succión tiene Fig. 4-48. Disposición de los elementos requeridos para suc- como propósito limpiar la periferia o zona in- cionar e inducir el flujo de petróleo de un estrato cuya per- vadida del pozo y establecer la permeabilidad meabilidad está obstruida.
- 187. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 187 arrancar o desplazar las obstrucciones y facili- tar la limpieza de los canales de flujo durante revestidor el contraflujo que se produce al poner el pozo cemento en pruebas de producción. Para coadyuvar la tubería acción desplazante del fluido inyectado, se puede optar por agregarle desmulsificantes o fluido fracturante agentes que activen su desplazamiento y su ac- ción de barrido del material que obstruye los poros. obturador El volumen de fluidos y aditivos y la presión de inyección dependerán del espesor del estrato, de la competencia y características de la roca, según las apreciaciones derivadas de los datos logrados por análisis de ripio, nú- cuñas cleos y registros petrofísicos. estrato productor Fracturamiento de estratos En ciertas ocasiones, la inyección de fluidos a un determinado estrato puede hacer- se con la deliberada intención de fracturarlo, o sea abrir canales de flujo de mayor amplitud y penetración alrededor de la periferia y más allá Fig. 4-49. Estimulación de la productividad del pozo por la inyec- del hoyo, debido a que la baja permeabilidad ción de fluido y fracturamiento del estrato mantenido por cuñas. natural, más la invasión del filtrado y partículas del fluido de perforación depositadas en el es- mo una cuña que abre canales de flujo. Sin trato, imposibilitan que pueda existir flujo ha- embargo, al descartar el fluido, durante el flujo cia el pozo. desde el estrato al pozo, puede ser que desa- Para estos casos es muy importante parezcan los canales al disiparse la presión de tomar en cuenta la viscosidad, peso y compo- ruptura y asentarse el estrato, o quizás se haya sición del fluido, como también la presión de logrado que permanezcan los canales estables ruptura que debe aplicarse para fracturar el es- y abiertos. trato. Como la inyección debe concentrarse en Otra modalidad de fracturamiento es determinado intervalo y la prolongación del que al fluido se le agrega, en relación de volu- resquebrajamiento del estrato debe ser radial, men por volumen, un material sólido y compe- es muy importante que la cementación entre el tente, generalmente arena de determinadas es- revestidor y el estrato, por encima y por deba- pecificaciones con respecto a tamaño de granos, jo del intervalo escogido para hacer la inyec- circularidad, distribución del agregado, resisten- ción, sea sólida y fuerte para evitar canaliza- cia, densidad y calidad. Al inyectarse la mezcla ción y fuga del fluido hacia arriba y/o hacia al estrato, la arena va depositándose en los ca- abajo, a lo largo de la cementación, o que el nales como una cuña estable, porosa y permea- fluido fracture intervalos no escogidos. ble, que impedirá el asentamiento del estrato al Como podrá apreciarse, el fluido in- desvanecerse la presión de ruptura y, por ende, yectado a alta presión penetra en el estrato co- mantendrá los canales de flujo abiertos.
- 188. 188 E l P o z o I l u s t r a d o Este procedimiento ha dado muy bue- Acidificación nos resultados y, a medida que se ha acumu- La acidificación de estratos petrolí- lado mucha experiencia de campo, la tecnolo- feros constituye una de las aplicaciones más gía de aplicaciones de fracturamiento ha avan- viejas empleadas por la industria petrolera en zado en lo concerniente al diseño y fabricación la estimulación de pozos. Empezó a utilizarse de equipos y herramientas y en la selección, desde 1895. Como las rocas petrolíferas pue- preparación y utilización de sólidos y fluidos den contener carbonato de calcio (CaCO3, cali- para atender una variedad de necesidades. za), el ácido clorhídrico (HCl) en solución de Todos estos adelantos permiten ha- 15 %, ha sido un buen disolvente que ayuda a cer hoy fracturamientos masivos que involu- abrir canales de flujo en el estrato productor. cran altos volúmenes de fluidos y sólidos. Por La reacción química se realiza según la siguien- ejemplo, en intervalos de gran espesor, arena te fórmula: muy compacta y de muy baja porosidad se ha inyectado 3.262.518 litros (20.519 barriles) de 2HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2O + CO2 fluido gelatinoso de alta viscosidad, preparado con polímeros, aditivos corrientes y cloruro de Después de la reacción se obtiene potasio, sin agregarle hidrocarburos. A este cloruro de calcio, agua y dióxido de carbono, fluido se le mezclaron 711.364 kilos (0,22 ki- como resultado de la descomposición del car- los/litro) de arena de tamaño de tamiz 20-40. bonato de calcio por el ácido. La inyección se efectuó sin contratiempos y se La cantidad de ácido requerida está logró irradiar largos canales de flujo que per- en función del volumen de roca que se propo- mitieron al intervalo producir gas en cantida- ne tratar. Para apreciar ese volumen se recurre des comerciales. a ensayos de laboratorio, utilizando ripio y/o núcleos del estrato, como también otros datos petrofísicos y experiencias de acidificaciones anteriores en el área o sitio de operaciones. revestidor Durante los años, el diseño y reali- tubería zación de tareas de acidificación de pozos fluido y material petrolíferos han evolucionado en todos los as- de acuñamiento pectos. Los análisis básicos de laboratorio son más extensos y fundamentales para determinar obturador las características físicas y químicas de las ro- cas y sus reacciones a los diferentes tipos de ácidos aplicables como: puros, concentrados, diluidos o gelatinosos. Factores como la visco- sidad, densidad, temperatura, presión, penetra- cuñas estrato ción y celeridad o amortiguación de la reac- productor ción son evaluados con miras a obtener el me- jor resultado posible. Como los ácidos clorhí- dricos y fórmicos son corrosivos, se dispone de inhibidores y otros aditivos que permiten Fig. 4-50. Fracturamiento del estrato e inyección de material aminorar su corrosividad en el equipo de aci- sólido para lograr mejor productividad del pozo. dificación y las tuberías del pozo mismo.
- 189. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 189 Arenamiento revestidor A medida que el yacimiento descar- ga petróleo hacia el pozo, con el tiempo se va acumulando arena y sedimento en el fondo del pozo. Esta acumulación puede ser de tal mag- tubería de educción nitud y altura que puede disminuir drástica- mente o impedir completamente la producción obturador del pozo. Los casos de arenamiento son más inyección de ácido graves y más frecuentes cuando los estratos son deleznables. Cuando se dan estratos de es- te tipo, la terminación del pozo se hace de ma- nera que, desde el inicio de la producción, el flujo de arena y sedimentos sea lo más leve por el más largo tiempo posible. Para lograr esto, el tramo de la sarta de revestimiento y de revestidor cemento Fig. 4-51. Disposición de los elementos requeridos para esti- mular el pozo mediante la inyección de ácido. tubería eductora Limpieza de pozos Desde el comienzo de la etapa de fluido circulante producción hasta la fecha en que cesa de ser productor comercial, cada pozo requiere de limpieza y reacondicionamientos, según los desplazamiento de arena síntomas y dificultades mecánicas que presen- hacia la superficie tan sus instalaciones hoyo abajo y/o el mismo estrato productor. Los programas de limpieza y rea- condicionamiento de pozos en los campos pe- troleros son partes importantes del esfuerzo de cada día para mantener la producción de hi- drocarburos a los niveles deseados. Además, estos programas, de por sí y conjuntamente acumulación de arena con todas las otras actividades de apoyo que en el fondo requieren, representan un alto porcentaje del presupuesto de operaciones, especialmente si los pozos producen mayoritariamente por bombeo mecánico y los yacimientos tienen años produciendo. Fig. 4-52. Bombeo de fluido para limpiar un pozo arenado.
- 190. 190 E l P o z o I l u s t r a d o to productor. Antes de colgar la tubería calada, se bombea la cantidad determinada de grava hoyo para rellenar el espacio entre el estrato produc- revestidor tor y la tubería calada. Hecho esto, se cuelga la cemento tubería calada y se continúa con las otras fae- colgador nas para poner el pozo en producción. El arenamiento de los pozos es de hoyo tubería calada ocurrencia muy común. Y para mantener los ensanchado ranuras pozos en producción plena se recurre a des- arenarlos y limpiarlos utilizando fluidos debi- grava damente acondicionados que se bombean pro- gresivamente hasta el fondo para extraer la arena y sedimentos hasta la superficie por cir- culación continua. Algunas veces no es suficiente la cir- Fig. 4-53. Terminación por empaque de grava. culación de fluidos y hay que utilizar achicado- res o bombas desarenadoras en el fondo del producción que cubre el estrato productor es pozo para poder hacer la limpieza. de tubos ranurados especialmente. Las ranu- Además de disminuir la capacidad ras, cortadas de afuera hacia adentro y de apa- productiva del pozo, la presencia de arena en riencia cuneiforme, tienen una abertura lo sufi- el pozo es dañina porque a medida que fluye ciente estrecha, según análisis granulométrico de la arena, para retener la arena y lograr que el apilamiento de los granos sea compacto y revestidor estable y, por ende, no fluyan junto con el pe- cemento tróleo hacia el pozo. Además del método anterior, existen sarta eductora otras modalidades para contener el flujo de are- na. Hay tuberías ranuradas y preempacadas, o sea que la tubería ranurada interna viene cu- bierta por otras tuberías internas y el espacio anular entre estas dos tuberías está relleno de obturador arena o material granular, lo que en sí forma un filtro y retenedor prefabricado. Otra es, a seme- janza de la anterior, que el empaque con grava especialmente seleccionada se hace en sitio. Para eso, la sarta de revestimiento y de produc- ción se hinca y cementa por encima del estra- estrato to productor. Luego se hace el ensanche del hoyo frente al estrato productor. Para revestir el hoyo ensanchado se utilizará una tubería cala- da (ranurada), la cual al final quedará colgada del revestidor cementado por encima del estra- Fig. 4-54. Tuberías caladas concéntricas preempacadas.
- 191. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 191 con el petróleo causa cacarañeo, corrosión o hacia la superficie va depositando parafina en la abrasión de las instalaciones en el pozo y en la pared de la tubería, con la consiguiente reduc- superficie. En el caso de pozos de flujo natu- ción del diámetro interno y, por ende, merma ral, la velocidad del flujo hace que la arena y en el volumen de producción. sedimentos acentúen su poder de desgaste so- La parafina y residuos que se des- bre las instalaciones. En los pozos de bombeo prenden del crudo y que lentamente se van de- mecánico, a veces, es muy serio el daño que la positando en los canales de flujo del pozo tie- arena causa a la bomba y sus partes, principal- nen que ser removidos por medios mecánicos, mente a las varillas de succión, al vástago puli- químicos o térmicos. Por ejemplo, se utilizan: do y a la sarta eductora. • Raspadores, succionadores, corta- dores, tirabuzones o escariadores, que se intro- Acumulación de parafina ducen en la tubería de educción o en el reves- Cuando se habla de la densidad de tidor para efectuar la limpieza mecánicamente, o los petróleos se dice, en sentido general, que • Se recurre a la utilización de sol- son extrapesados, pesados, medianos, livianos o ventes como petróleo caliente, querosén, gasó- condensados. Cuando se habla de su composi- leo o gasolina o substancias químicas que pro- ción, se dice que son de base parafínica, asfálti- duzcan generación de calor para ablandar y des- ca o mixta. Ambas clasificaciones se emplean plazarlas por medio de circulación continua, o para apuntar las características físicas de los cru- dos: densidad o gravedad API, viscosidad o flui- dez, hasta el color y posibles contenidos de sal, azufre y metales, su flujo en el yacimiento, ex- revestidor pectativas de extracción y modalidades de la tubería producción primaria y subsecuentes aplicacio- nes de métodos de extracción vigorizada. cemento Los crudos parafínicos tienen algo de asfalto y viceversa, de allí la catalogación de base mixta. La temperatura es factor importante que afecta el comportamiento de la viscosidad obturador del crudo, desde el yacimiento hasta la superfi- adhesiones cie. A medida que el crudo fluye del yacimien- parafínicas to al pozo y hasta la superficie, la disminución de la temperatura hace al crudo más viscoso, especialmente si el crudo es pesado o extrape- sado, los cuales generalmente son de tipo asfál- tico o nafténico. La disminución de temperatura o enfriamiento causa el desprendimiento de par- tículas de parafina. Esta cera o parafina que no arrastra el flujo tiende a obstruir los canales de flujo en la periferia del estrato productor alrede- dor de la pared del hoyo, reduciendo así la pro- Fig. 4-55. Adhesiones de parafina que obstruyen la producción ductividad del pozo. De igual manera, el flujo del pozo y merman su potencial.
- 192. 192 E l P o z o I l u s t r a d o • Muchas veces se utiliza vapor o en la etapa final de su vida útil puede ser con- agua caliente, o se inyecta aire comprimido ca- vertido a inyector o a pozo de observación. O, liente o gas, o a lo mejor, requiere que el estrato productor • Cuando las adhesiones son muy original sea abandonado y el pozo retermina- rebeldes en la pared del hoyo del estrato pro- do en un estrato superior como productor de ductor y en la misma periferia del pozo, en- un yacimiento distinto. También puede darse tonces se recurre a escariar o ensanchar el ho- el caso de que al abandonar el yacimiento yo en el estrato productor. donde fue originalmente terminado el pozo, Como podrá apreciarse, la necesi- no existan posibilidades de una reterminación dad de mantener los pozos en buen estado pa- hoyo arriba y el pozo pueda ser utilizado para ra que produzcan diariamente su cuota de hi- desviarlo y ahondarlo para explorar horizontes drocarburos, es tarea diaria que ocupa a cierto desconocidos más profundos o hacer una ter- número de personal de producción. minación más profunda en yacimientos ya conocidos. Reacondicionamiento de pozos Todas las alternativas antes mencio- Las razones por las cuales se pro- nadas exigen estudios y evaluaciones precisas pone el reacondicionamiento de un pozo son que desembocan en inversiones y costos ma- muy variadas. Estas razones involucran aspec- yores, los cuales deben ser justificados técnica tos operacionales que justifican la continua uti- y económicamente con miras a la rentabilidad lización del pozo en el campo y, por ende, las requerida. inversiones y/o costos requeridos. El reacon- dicionamiento es una tarea de mayores pro- porciones y alcances que el mantenimiento, la revestidor estimulación o limpieza corrientes. Puede exi- gir la utilización de un equipo o taladro espe- cial para reacondicionamiento o un taladro de cemento perforación. Generalmente, los pozos de un cam- sarta po petrolero se clasifican según su mecanismo eductora y mecánica de producción como de flujo natu- ral, de levantamiento artificial por gas, de bom- beo mecánico o bombeo hidráulico, de flujo por inyección alterna o continua de vapor, o co- obturador mo inyectores de gas o de agua, o como pozos de observación. Así que durante su existencia como pozo productor, el pozo puede cambiar estrato B de estado una o varias veces, y ese cambio o tapones cambios puede requerir varios reacondicio- namientos. Por ejemplo, un pozo puede haber estrato A comenzado como pozo productor por flujo na- tural pero al correr del tiempo puede ser con- vertido a flujo por levantamiento artificial por Fig. 4-56. Abandono del estrato inferior A y reterminación del gas o bombeo hidráulico o mecánico. Quizás pozo en el estrato B.
- 193. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 193 -Detalles de las operaciones: Tipo de equipo requerido. Tiempo de las operaciones. Inversiones y/o costos. Estado físico y condiciones mecáni- cas de las instalaciones dentro del pozo. Tipo y características de los fluidos requeridos para la limpieza/reacondicionamien- to o perforación. Fig. 4-57. Reactivación de pozos en Pedernales, Delta Amacuro. Control del pozo. Extracción de sartas y otros adita- Tareas para reacondicionamiento de pozos mentos del hoyo. Para realizar el reacondicionamiento Circulación del fluido y limpieza. de los pozos es necesario preparar programas Recañoneos (intervalos). cronológicos de operaciones que describen la Inyección de fluidos. selección y ejecución apropiadas de una varie- Forzamiento de arena. dad de tareas, ajustadas a una secuencia técnica Cementación forzada. y seguridad requeridas para evitar accidentes. Taponamientos. El reacondicionamiento propuesto Corte y extracción de revestidor. puede ser sencillo o complejo, según las condi- Abandono de la parte inferior del ciones y estado físico del pozo y el contenido hoyo original. del programa a seguir. Sin embargo, un reacon- Desportillar el revestidor. dicionamiento sencillo puede tornarse compli- Perforación direccional, de largo al- cado por imprevisiones. cance, horizontal o inclinada. Entre la variedad de tareas que pue- Registros. de tener un programa de reacondicionamiento, Núcleos. sin que la lista que sigue sea exhaustiva, cabe Revestidores y cementación. mencionar las siguientes: Pruebas. • Estudio minucioso del archivo del Conclusión de las operaciones. pozo, para apreciar y dilucidar sobre aspectos: • Solicitudes previas de permisos - Geológicos. ante los organismos gubernamentales, y parti- - Perforación original. cipaciones, reseñas, notas o informes poste- - Terminación original. riores sobre el resultado de las operaciones. - Trabajos posteriores de limpieza, estimulación o reacondicionamiento. VI. Crudos Pesados/Extrapesados - Estado físico actual y disposición de las sartas y otros aditamentos en el pozo. Desde decenios de años se conoce • Proposición y detalles del progra- la existencia de depósitos de crudos pesados y ma de reacondicionamiento y/o cambio de es- extrapesados que hoy atraen la atención de los tado del pozo, que deben incluir: petroleros del mundo. - Nuevos objetivos y razones técni- Tal es el caso de la Faja del Orinoco cas y económicas que apoyan el programa. aquí en Venezuela, como también áreas de pe- tróleos pesados y extrapesados en California,
- 194. 194 E l P o z o I l u s t r a d o probables y posibles por contabilizar en las cuencas sedimentarias conocidas no serían su- ficientes para abastecer el mundo a largo pla- zo. Posiblemente las áreas vírgenes restantes y todavía en espera de estudios y evaluaciones tampoco contribuirán suficientemente a los in- mensos volúmenes de petróleo requeridos pa- ra el futuro. Por tanto, las áreas ya conocidas de petróleos pesados y extrapesados comen- P @ , zaron a tener importancia mundial y a ser estu- diadas y evaluadas detalladamente. Un ejem- , plo de este esfuerzo lo constituye el estudio de P @ , la Faja del Orinoco (H. Velarde y J.A. Galavís, CVP/MMH, respectivamente, 1976), en el cual se pronosticó la existencia de 700.000 millones revestidor de barriles de petróleo en sitio. Desde esa fecha, la progresiva evaluación de la Faja me- diante la exploración sísmica, el taladro y las tapón pruebas de producción indican que el volu- revestidor men de petróleo en sitio puede ser del orden tapón de cemento del billón (1012) de barriles. Esta es una cifra , fantástica. Pero veamos. estrato A Fig. 4-58. Abandono de la parte inferior de un pozo y utiliza- ción de su parte superior para alcanzar objetivos más profun- dos a través de la perforación direccional. Canadá, México y otros sitios. Las razones por las que estos crudos no se produjeron anterior- mente, se deben principalmente a sus caracte- rísticas y al hecho de que mejores tipos de cru- dos (medianos y livianos) se obtenían sin ma- yores inconvenientes y en abundancia. Las evaluaciones de los recursos pe- Fig. 4-59. Vista de una concentración o macolla de pozos, per- trolíferos mundiales asomaron la conclusión forados desde un solo sitio, en Cerro Negro, Faja del Orinoco, de que las reservas probadas aseguradas y las estado Monagas.
- 195. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 195 Características peratura constante). En la escala de viscosidad Una de las características de los cru- en centipoise, estos crudos tienen una viscosi- dos es la fluidez o viscosidad, representada dad entre 1.200 y 95.000 centipoise. Si se con- también indirectamente por la densidad o gra- sidera que el agua tiene, aproximadamente, vedad específica (expresada internacionalmen- 1 centipoise de viscosidad, se apreciará la poca te mediante °API). En la escala °API, los cru- fluidez de estos crudos. La viscosidad es muy dos extrapesados caen en el rango 0,0-9,9 °API importante en el tratamiento y manejo del cru- y los pesados en el rango 10-21,9 °API. Así que do, desde el yacimiento hasta el fondo del po- el rango general que cataloga a ambos tipos de zo, de aquí a la superficie, y luego en el trans- crudos es 0,0-21,9 °API. porte e instalaciones de refinación. Por tanto, La viscosidad o fluidez de estos cru- para hacerlos más fluidos y manejables requie- dos es bastante alta, de 500 a 1.500 SUS (Vis- ren calentamiento o diluentes. cosidad Universal Saybolt, que representa el Además de lo antes dicho, otras ca- tiempo en segundos para que un volumen de racterísticas de estos crudos, y no tanto así de fluido de 60 centímetros cúbicos salga de un los crudos medianos y livianos, es que por pe- recipiente tubular por medio de un orificio, so tienen un alto contenido porcentual de azu- debidamente calibrado y dispuesto en el fondo fre -1 a 8 %-. De igual manera pueden tener un del recipiente, el cual se ha mantenido a tem- apreciable contenido de sal y también contie- nen metales (níquel, vanadio y otros) en volú- menes de 100 a 500 ppm y por tanto tienen cierto poder corrosivo. A veces pueden tener también cierta cantidad de sulfuro de hidróge- no, que también es muy corrosivo y venenoso. Todo esto hace que la refinación de estos crudos requiera métodos y tratamientos especiales para mejorar su calidad y obtener los resultados deseados de comercialización. De los yacimientos y los crudos pesados y extrapesados Generalmente hablando, se dice que los crudos pesados y extrapesados se encuen- tran a profundidades someras, 1.000 a 1.500 me- tros (3.280 a 4.920 pies). Sin embargo, también se encuentran a profundidades mayores. También, generalmente hablando, se dice que los crudos medianos y livianos, principalmente, no se encuentran sino a pro- fundidades mayores de 1.500 metros (4.920 pies). La realidad geológica y la experiencia demuestran lo contrario. En varias partes del mundo hay yacimientos de crudos livianos a Fig. 4-60. Vista de instalaciones en Cerro Negro, Faja del Ori- poca profundidad. noco, estado Monagas.
- 196. 196 E l P o z o I l u s t r a d o Tabla 4-4. Comparación de dos crudos venezolanos, uno extrapesado de la Faja (Morichal, estado Monagas) y uno liviano (Ceuta, estado Zulia) Morichal Ceuta Propiedades Gravedad, °API 9,6 33,8 Viscosidad, SUS a 99 °C 2.650 45 Azufre, % 4,13 0,95 Metales, ppm (Ni +V) 468 101 Rendimiento, % volumétrico Nafta (C5 - 190 °C) 1 26 Destilados medios (190° - 343 °C) 11 28 Gasóleo de vacío (343° - 566 °C) 39 31 Residuo de vacío (566 °C +) 49 15 Tabla 4-5. Comparación del crudo extrapesado (Morichal) sin tratar y mejorado Sin tratar Mejorado Propiedades Gravedad, °API 9,6 23,6 Viscosidad, SUS a 99 °C 2.650 60 Azufre, % 4,13 0,28 Metales, ppm (Ni +V) 468 27 Rendimiento, % volumétrico Nafta (C5 - 190 °C) 1 7,5 Destilados medios (190° - 343 °C) 11 32 Gasóleo de vacío (343° - 566 °C) 39 43 Residuo de vacío (566 °C +) 49 23 Fuente: Gulf Science and Tecnology Co. (GSTC), Oil and Gas Journal, January 7, 1980, p. 75. Tabla 4-6. Ejemplos de crudos extrapesados y pesados y la profundidad de su ubicación Venezuela Boscán 10 °API a 2.440 metros (8.000 pies) Zumo 17,9 °API a 2.800 metros (9.184 pies) Quiriquire 16 °API a 2.195 metros (7.200 pies) Perú Bartra 11,5 °API a 2.723 metros (8.931 pies) México Ayapa 7,2 °API a 2.500 metros (8.200 pies) Colombia Yarigui 19,2 °API a 2.652 metros (8.698 pies) Tabla 4-7. Ejemplos de crudos livianos y la profundidad de su ubicación Venezuela Ruiz 32 °API a 1.372 metros (4.000 pies) Budare 31,5 °API a 2.800 metros (9.184 pies) Alemania Wehrbeck 33 °API a 1.036 metros (3.398 pies) Australia Baraconta 62,8 °API a 1.387 metros (4.550 pies) Inglaterra East Midlands 35 °API a 1.067 metros (3.500 pies)
- 197. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 197 La Faja del Orinoco poca consolidación hace que el yacimiento en La Faja tiene unos 700 kilómetros de su estado virgen muestre alta porosidad y alta largo y arranca desde Tucupita, Delta Amacu- permeabilidad pero al ser penetrado por la ro, atraviesa los estados Monagas y Anzoáte- barrena la pared del hoyo es bastante inestable gui, y cubre parte del estado Guárico. Tiene un y en caso de tomar núcleos mediante métodos ancho de 32 a 100 kilómetros y su área abarca convencionales la operación se hace imposi- unos 53.720 kilómetros cuadrados. ble. La alternativa es utilizar sacanúcleos que Geológicamente es la parte sur de la tienen portanúcleos de goma para lograr la cuenca de Maturín o de Oriente, y geográfica- mayor extracción posible. Tal procedimiento mente se le ha dado el nombre de Orinoco permite, al menos, apreciar en cierto grado el porque en parte su límite sur corre a lo largo y estado de la muestra extraída y aspectos de la cercano al río. El delineamiento de su parte formación y del crudo en condiciones casi ori- norte se fue construyendo desde mediados de ginales de soterramiento. Para lograr éxito en los años treinta, a medida que el taladro ex- la perforación y en la extracción de núcleos se ploraba la cuenca de Maturín y se avanzaba en requiere la utilización de ciertos tipos de flui- dirección este-oeste y viceversa hacia el sur. dos fuera de lo común. Ejemplos de los campos descubiertos entonces Por otra parte, las formaciones delez- son: Temblador 1936, Pilón 1937, Uracoa 1937, nables exigen que el pozo sea terminado utili- Los Caritos 1940, Tucupita 1945, Jobo 1956 y zando empaques apropiados de grava para in- Morichal 1958. ducir el apilamiento y la estabilidad de la forma- Muy característico de la mecánica y ción. Esto es primordial para evitar el arenamien- comportamiento de la producción de los yaci- to del pozo durante el mayor tiempo posible. mientos de crudos pesados es que el volumen Además, si el pozo va a ser sometido extraíble inicial está entre 3 y 10 %. Sin embar- a inyección de vapor, la sarta de revestimiento go, aún así, en el caso de la Faja, dada la in- tiene que ser cementada tomando en conside- mensa cifra de petróleo en sitio (un billón de ba- ración este hecho y, de igual manera, la sarta rriles), la extracción primaria corre entre 30.000 de producción y sus elementos conexos tienen millones y 100.000 millones de barriles. Mas, si que ser escogidos selectivamente para cumplir mediante la aplicación de métodos de mejora- su funcionamiento bajo altas temperaturas. miento de la producción (por ejemplo, las inyec- ciones de vapor) se logra duplicar la extracción primaria, entonces el volumen producible es- taría entre 60.000 millones y 200.000 millones de barriles. Esta cifra será mejor apreciada cuando se compara con los 46.421 millones de barriles de crudo de todo tipo producidos en Venezuela durante setenta y siete años (1917- 1994). Otra de las características de las for- maciones que conforman los yacimientos de crudos extrapesados y pesados es que son are- nas no consolidadas, o sea que los granos de arenas tienen poca adhesión entre sí y por lo tanto son bastante sueltos. Esta condición de Fig. 4-61. Módulo de producción y emulsificación. Faja del Orinoco.
- 198. 198 E l P o z o I l u s t r a d o Otras de las características de este y Monagas... Esta localización cae en la cresta tipo de crudos es que están acompañados de de una altura sísmica y cerca del eje de una muy poco gas, situación que no ayuda al me- máxima anomalía detectada por balanza de tor- canismo natural de producción del yacimiento sión. Se espera encontrar el granito a 900 me- y al flujo ascendente del petróleo por la sarta tros o ligeramente por encima de 3.000 pies”. hacia la superficie. Por tanto, difícilmente son Linam y los directivos corresponsa- pozos de flujo natural. les en Nueva York aprobaron el proyecto y la localización fue declarada super secreta. Por Interés por la Faja órdenes escritas de Linam sólo el geólogo, R.B. El interés por la Faja renació en 1969 Kester y K.C. Steer podrían ver los núcleos ex- cuando el entonces ministro de Minas e Hidro- traídos o información derivada del pozo. Mas, carburos encomendó a la antigua CVP la per- Linam quiso darle una gran importancia al ini- cio de este pozo y se sugirió como testigo la foración de tres pozos estratigráficos en el área presencia de un jefe civil pero él prefirió que La Canoa, estados Monagas y Anzoátegui. fuese un juez. El pozo fue comenzado el 16 de En la historia petrolera mundial octubre de 1935 y terminado el 7 de enero de abundan episodios muy interesantes. Aquí en 1936 a la profundidad de 1.175 metros (3.854 Venezuela, la idea de perforar la localización La pies). El revestidor de producción de 219 mi- Canoa N° 1, en las coordenadas Maturín límetros de diámetro (8 5/8 pulgadas) fue hin- N.75.752,34 y E.129.121,20 a 137 metros sobre cado a 1.128 metros (3.700 pies). El pozo pro- el nivel del mar, en el distrito Independencia, dujo erráticamente y por cabezadas petróleo estado Anzoátegui, se debe a G. Moses Knebel, más pesado que el agua, menos de 10 °API. geólogo y ejecutivo de la Standard Oil Com- Una prueba dio 120 barriles por día. pany of Venezuela, quien en correspondencia El intento de buscar y ubicar hidro- de enero de 1935 se dirigió a Henry E. Linam, carburos en el área no fue en vano. La Canoa presidente de la empresa, en estos términos: N° 1 fue el primer pozo que reveló lo que años “Su objetivo principal será determi- más tarde se convirtió en la Faja del Orinoco, nar las posibilidades de producción de la pro- nombrada así por su proximidad a la costa nunciada línea de domos del basamento ente- norte del río. (Fuente: Historia del pozo La Ca- rrados en la parte sur de los estados Anzoátegui noa N° 1, Archivo de Geología, Lagoven S.A.). Fig. 4-62. Tanques de almacenamiento de Orimulsión® en la Fig. 4-63. Tanquero en la monoboya de la terminal de Ori- terminal de Jose, estado Anzoátegui. mulsión® en Jose.
- 199. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 199 mar Caribe MM$ 1995 plataforma Oriducto y terminales 138 monoboya 5 km 8 km Planta de Emulsificación 420 Instalación de producción 250 Pozos 262 terminal Jose Total 1.070 Km 52 patio de tanques Oficina Cerro Negro El Tigre Hamaca Machete Zuata terminal Punta Cuchillo río Orinoco Fig. 4-64. Plan de desarrollo de la Orimulsión®, 1995-2000 (ver Capítulo 13, Fig. 13-1, p. 534). Hoy la Faja representa un polo im- encomendado a la CVP. A medida que se fue portantísimo de producción de crudos pesa- obteniendo la información deseada y perfilán- dos/extrapesados. Mediante las actividades y dose la potencialidad del área en 1974, el experimentos de laboratorio y de campo, en Ministerio encomendó la perforación de 32 Morichal, estado Monagas, realizados por Inte- pozos estratigráficos, y estableció en ese des- vep, Lagoven y Bitor, se comercializa el com- pacho la Dirección de la Faja del Orinoco. bustible Orimulsión®, cuyas características y En el mismo año de 1974, la Creole calidad han sido aceptadas en varios centros Petroleum Corporation propuso al Ministerio industriales del mundo. En 1994 la producción de Minas e Hidrocarburos un proyecto de lar- de Orimulsión® creció 30 % y fue de 2,453 go alcance para desarrollar la Faja del Orinoco millones de toneladas métricas. y confirmar el potencial de producción de los En 1973, el Ministerio de Minas e yacimientos. Hidrocarburos contrató con la CVP la perfora- Los estudios de 66 pozos estratigrá- ción de 14 pozos estratigráficos en la Faja y ficos confirmaron la extensión y el alcance del anunció también que el desarrollo de la Faja potencial de la Faja. Para diciembre de 1975 la no sería negociado con terceros sino que sería Mobil, por orden del Ministerio de Minas e Hi-
- 200. 200 E l P o z o I l u s t r a d o drocarburos, había profundizado el pozo Ca- en la planta de Jose para obtener un crudo de rrizal-2X hasta 3.035 metros (9.955 pies), cuyo 21 °API aproximadamente, así como 3.000 to- propósito fue llegar hasta la formación Carrizal neladas diarias de coque y 200 toneladas dia- del Jurásico. El 31 de diciembre de 1975 a las rias de azufre. Toda la producción será comer- 24:00 horas terminaba el régimen de concesio- cializada en Estados Unidos. nes y la industria petrolera era nacionalizada. El proyecto Maraven-Total-Statoil- Todos los activos y operaciones de las ex con- Norsk Hydro también prevé la conformación cesionarias pasaron a ser patrimonio de la Na- de una empresa mixta y contempla la produc- ción, a través de Petróleos de Venezuela S.A. y ción de 100.000 barriles diarios de crudo mejo- sus filiales. rado de 31 °API, 3.000 toneladas diarias de Iniciada la estatización de la indus- coque y 500 toneladas diarias de azufre. tria petrolera venezolana, el Ministerio de Mi- La tercera asociación entre Cor- nas e Hidrocarburos encomendó a la nueva poven y Arco International Oil and Gas Com- empresa Meneven, filial de Petróleos de Ve- pany tiene previsto producir y mejorar unos nezuela, la perforación de una serie de pozos 200.000 barriles diarios de crudo de mediana exploratorios a lo largo del borde de la cuen- gravedad y moderado contenido de azufre, ca de Maturín. proveniente del área de Hamaca. Más adelante, en octubre de 1977, el El cuarto proyecto entre Lagoven Ministerio traspasó a PDVSA toda la adminis- tración y el desarrollo de la Faja del Orinoco. y Mobil prevé la producción de 100.000 barri- En 1993, el Congreso de la Repúbli- les diarios de la zona de Cerro Negro. ca aprobó dos proyectos integrados de asocia- ción entre Maraven y socios internacionales para diversificar los riesgos económicos aso- ciados a la conversión de los crudos de la Faja N y, al mismo tiempo, garantizar el acceso a nue- vos mercados. Además, para 1996 estaban en Faja del Orinoco Trinidad fase de definición dos nuevos proyectos lide- rados por Corpoven y Lagoven. Estos proyec- tos aportarían en total una producción dentre Colombia 400.000 y 500.000 barriles diarios de crudo me- Brasil jorado a principios de la próxima década. Los convenios Maraven-Conoco y Maraven-Total-Statoil-Norsk Hydro contemplan Cerro Negro la producción y mejoramiento del bitumen Zuata (Maraven) Hamaca (Lagoven) Machete proveniente de Zuata, el cual será enviado a (Corpoven) El Pao (Corpoven) Ciudad Jose para su procesamiento. Bolívar río Orinoco Como resultado de la asociación Maraven-Conoco fue creada la empresa priva- activa da Petrozuata, con participación accionaria de por formalizar ambas empresas. Esta será responsable de ge- renciar, durante treinta y cinco años, las activi- dades de producción de 120.000 barriles dia- rios de crudo de 9 °API, el cual será mejorado Fig. 4-65. Asociaciones estratégicas en la Faja del Orinoco.
- 201. C a pí t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 201 Tabla 4-8. Asociaciones estratégicas, Faja del Orinoco Area Empresa País de origen Zuata Maraven-Conoco Venezuela-EE.UU. Zuata Maraven-Total-Statoil-Norsk Hydro Venezuela-Francia-Noruega Hamaca Corpoven-Arco-Phillips-Texaco Venezuela-EE.UU. Hamaca Corpoven-Exxon Venezuela-EE.UU. Cerro Negro Lagoven-Mobil-Veba Oel Venezuela-EE.UU.-Alemania Como resultado de la apertura petrolera (ver Capítulo 13, “Petróleos de Venezuela”, p. 555), el Ministerio de Energía y Minas y Petróleos de Venezuela, con la anuencia del Ejecutivo Nacional, a mediados de julio de 1997 iniciaron la transforma- ción organizativa de la corporación. Por tanto, las funciones y actividades de las tres operadoras Corpoven, Lagoven y Maraven pasaron a la nueva empresa PDVSA Exploración y Producción, la cual asumió todo lo concerniente a las asociaciones estratégi- cas en la Faja del Orinoco y, al efecto, entre las cinco nuevas unidades de negocios creadas una ha sido denominada PDVSA Faja del Orinoco (ver Fig. 13-7, p. 558).
- 202. 202 E l P o z o I l u s t r a d o Referencias Bibliográficas 1. API Well Data Glossary and Unique Well Numbering, American Petroleum Institute, Dallas, Texas, 1966. 2. BUITENKAMP, Rob; FISCHER, Steve; REYNOLDS, Jim: “Well claims world record for horizontal displacement”, en: World Oil, October 1992, pp. 41-44. 3. CALHOUN, John Jr.: Fundamentals of Reservoir Engi- neering, University of Oklahoma Press, Norman, Okla- homa, 1947. 4. CAMPBELL, John M.: Oil Property Evaluation, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1959. 5. CLOUD, Wilbur F.: Petroleum Production, University of Oklahoma Press, Norman, Oklahoma, 1939. 6. CRAFT, Benjamin C.: Ingeniería Aplicada de Yacimientos Petrolíferos, Editorial Tecnos, Madrid, 1968. 7. DAVIS, Thomas L.; BENSON, Robert D.: “Characterizing fractured reservoirs”, en: World Oil, March 1992, pp. 63- 66. 8. EAKIN, J.L. et al.: A Review of Well Simulation, Bureau of Mines, U.S. Departament of the Interior, Washington D.C., 1964. 9. FRASER, Lindsay J.: “How to select drilling fluids for horizontal wells”, en: World Oil, May 1993, pp. 59-68. 10. FRICK, Thomas C. et al.: Petroleum Production Handbook, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1962. 11. GILMAN, J.R.; JARGON, J.R.: “Evaluating horizontal vs. vertical well performance”, en: World Oil, June 1992, pp. 55-60; April 1992, pp. 67-72. 12. GLASSTONE, Samuel: Textbook of Physical Chemistry, D. Van Nostrand Company, New York, 1947.
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- 208.
- 209. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 209 Indice Página Introducción 211 I. Uso del Gas y sus Líquidos 213 • Combustible eficiente 213 • Insumo para procesos 214 II. Características y Propiedades del Gas Natural 215 • Composición 215 • Relaciones P-V-T 217 Presión-volumen 217 Temperatura-volumen 218 Condiciones combinadas 218 • Densidad 219 La ecuación PV = nRT 220 La compresibilidad de los gases 221 Poder calorífico del gas natural 222 Viscosidad del gas natural 223 Gradiente de presión del gas 224 Presión de burbujeo y presión de rocío 225 Presión o tensión de vapor 226 III. Generación de Hidrocarburos 227 IV. Exploración para el Gas 228 • Adelantos técnicos en sismografía 228 • El color: adelanto significativo 230 V. Operaciones de Perforación para Gas 231 • Ubicación del yacimiento 231 • Espaciado de pozos 231 • Terminación de pozos 232
- 210. 210 E l P o z o I l u s t r a d o VI. Comportamiento y Manejo del Yacimiento y Pozos 233 • El gas en el yacimiento 233 • El flujo del gas: del fondo del pozo a la superficie 233 VII. Transporte y Entrega del Gas a los Mercados 234 • Transporte 235 • Distribución 236 • Exportaciones de derivados del gas 236 VIII. El Precio del Gas 237 Referencias Bibliográficas 240
- 211. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 211 Introducción unos nueve metros de profundidad, ubicado a orillas del riachuelo Canadaway. El iniciador Al igual que las emanaciones o me- de esta empresa fue William Aron Hart, quien nes de petróleo, las de gas han servido a los abrió el pozo, instaló el gasducto, llevó las exploradores, desde el comienzo de la indus- derivaciones a hogares y comercios, y constru- tria, para rastrear posibilidades de hallazgos de yó el gasómetro para controlar presiones, vo- yacimientos gasíferos o petrolíferos. lúmenes, entregas y mediciones. De aquí en Las emanaciones de gas difieren de adelante, la búsqueda de gas natural y la aber- las de petróleo en que se disipan en la atmós- tura de pozos con tales fines tomó importancia fera y no dejan huellas visibles sobre el suelo. en los estados vecinos de Nueva York. Sin embargo, si por causas naturales se incen- Los hallazgos de yacimientos de gas dian, su presencia se hace más notoria y las seco, gas húmedo y gas condensado y la sepa- características de la llama pueden servir para ración del gas natural asociado con el petróleo apreciar mejor los aspectos e intensidad del en los yacimientos petrolíferos apuntaron la flujo, contenido de agua y matices de la com- necesidad de aplicaciones tecnológicas especí- bustión. En regiones del Medio Oriente, como ficas a la exploración, perforación y produc- en Kirkuk, Irak, emanaciones gasíferas incen- ción de los yacimientos. Por otra parte, el ma- diadas fueron famosas en la antigüedad y lla- nejo, tratamiento, acondicionamiento, trans- maron la atención de moradores y extraños porte, distribución, comercialización y merca- que consideraron ese “fuego eterno” como ex- deo del gas y sus líquidos son operaciones que presión mitológica. han experimentado avances tecnológicos sig- Reseñas chinas y japonesas de hace nificativos en las últimas cuatro décadas. La li- muchos siglos informan de la presencia de gas quefacción del gas es importantisíma. en las horadaciones de pozos en búsqueda de Las propias características del gas, agua y de sal. En 1640 J.B. Van Helmont des- como son su composición molecular, compor- cubrió el dióxido de carbono (CO2) y originó tamiento, movilidad, compresibilidad, reacción el término gas, tomado del griego “caos”. Del a la temperatura, convertibilidad a líquido, po- siglo XVII en adelante, especialmente en Euro- der calorífico, etc., ameritan estudios e investi- pa, empezó a tomar auge el interés por des- gaciones para el mejor aprovechamiento de es- cifrar y descubrir la presencia de flujos espon- ta valiosa fuente de energía. táneos de gas natural del subsuelo. Y en el norte del Hemisferio Occidental, en Canadá y los Estados Unidos, se comenzó a notar la exis- tencia de mechurrios naturales de gas en mu- chos sitios que más tarde indujeron a los ex- ploradores a la búsqueda de petróleo. La utilización y la comercialización del gas (1821) antecede por muchos años la iniciación de la industria petrolera (1859). En aquel año, el pueblo de Fredonia, estado de Nueva York, empezó a surtirse de gas natural Fig. 5-1. Ejemplo de instalaciones lacustres para manejar gas para el alumbrado por medio de un gasducto natural asociado, producido de yacimientos en el lago de de plomo conectado a un pozo de gas, de Maracaibo.
- 212. 212 E l P o z o I l u s t r a d o Mucho se dice y se piensa del petró- leo porque genéricamente se habla de la in- dustria del petróleo y de inmediato se conside- ra la producción de crudos livianos, medianos, pesados y extrapesados y sus derivados. Y es- to es muy natural porque la exportación de crudos y sus derivados representa el grueso del comercio internacional del país y, por en- de, el mayor flujo de divisas extranjeras, parti- cularmente dólares estadounidenses. En casi todos los países productores Fig. 5-2. Instalaciones de control de flujo del gasducto Ulé- de petróleo y de gas de los yacimientos petro- Amuay. líferos o de yacimientos gasíferos solamente, el volumen de gas producido representa una subs- • Transmisión del gas: gasducto ma- tancial contribución como fuente de energía, dre, troncales y derivaciones con sus instala- cuya importancia resalta al calcular su equiva- ciones auxiliares requeridas. lencia a barriles de petróleo. • Comportamiento del mercado. De- La Tabla 5-1 demuestra el significado manda máxima, media y baja. de esta apreciación mediante cifras de produc- • Precio del gas. Inversiones, costos ción de petróleo y gas de algunos países. y gastos de operaciones. Rentabilidad. Sin embargo, la utilización del gas El mercado del gas y sus derivados, que fluye de los pozos como gas asociado o en forma directa como gas al usuario o en for- como gas solo, presenta una variedad de con- ma de líquido embotellado que sale como gas, sideraciones que al traducirse en inversiones y tiene sus características propias, modalidades y costos de operaciones conducen a la realidad normas para su utilización. En resumen, las económica de las alternativas comerciales. operaciones de exploración, perforación, pro- Entre esas consideraciones caben ducción, transporte y procesamiento del gas se mencionarse: han convertido en una importantísima indus- • Ubicación geográfica de los yaci- tria dentro de la industria petrolera global. mientos con referencia a centros seguros de La Tabla 5-1 enseña relaciones muy consumo. interesantes respecto a la producción de cru- • Magnitud de las reservas y calidad dos y a la conversión de los volúmenes de gas del gas: seco, húmedo, condensado, dulce o agrio. natural a barriles equivalentes de petróleo. En • Características de los yacimientos la práctica, la conversión y la equivalencia vo- y volúmenes sostenidos de producción a largo lumétrica de una sustancia por otra se funda- plazo. Productividad de los pozos. Presión ini- mentan en el poder calorífico de una y otra, cial y presión de abandono. aproximadamente, así: • Perforación y desarrollo de los ya- • Un barril de petróleo equivale a: cimientos, en tierra y/o costafuera. 5.800.00 BTU; a 5.604 pies cúbicos de gas na- • Instalaciones para recolección, tural; a 1.461.576 kilogramocaloría; a 159 me- compresión, separación, tratamiento, acondi- tros cúbicos de gas natural. cionamiento, medición, recibo y despacho del • Un metro cúbico de gas equivale gas. Plantas y terminales. a: 0,0062727 barriles de petróleo.
- 213. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 213 Es muy importante el alto volumen Combustible eficiente diario de gas que se produce en los países Como combustible, ofrece ventajas mencionados (ver Tabla 5-1) y la correspon- que sobrepasan las características, disponibili- diente equivalencia en barriles de petróleo. dad, eficiencia y manejo de otros combustibles Sobresale que la producción de gas natural del y líquidos. mundo, en petróleo equivalente, es algo más • Es limpio. No produce hollín ni de 60 % del propio petróleo manejado. En los mugre. Por lo tanto, los equipos en que se usa casos de Rusia y Estados Unidos, en 1995, el como combustible no requieren mantenimien- gas convertido a petróleo equivalente fue 73 % to especial. y 46 % más que su producción autóctona de • Puede manejarse a presiones de- petróleo, respectivamente. Estos dos países son seadas de entrega en los sitios de consumo. actualmente los más grandes productores de • Su poder calorífico y combustión gas natural en el mundo. son altamente satisfactorios. • Volumétricamente es susceptible I. Uso del Gas y sus Líquidos a la compresión o expansión, en función a la relación presión-temperatura que se le desee El desarrollo y perfeccionamiento imponer. de la tecnología del gas han contribuido deci- • Puede ser transportado por sis- didamente a que esta fuente natural de energía temas de tuberías madres, troncales y ramales, sea factor importante en la vida moderna, especialmente diseñadas, que permiten mante- tanto para las industrias como para el hogar. ner rangos de volúmenes a presiones deseadas. Tabla 5-1. Producción mundial de petróleo y gas 1993 1994 1995 A B C A B C A B C Mundo 59,553 5.927,7 37,233 60,521 5.980,8 37,566 61,166 6.029,8 37,874 Arabia Saudita 8,048 98,4 0,618 7,811 86,9 0,546 8,063 89,5 0,562 Rusia 7,814 2.102,1 13,204 7,030 1.993,3 12,520 6,950 1.909,4 11,993 Estados Unidos 6,838 1.423,7 8,942 6,662 1.539,0 9,667 6,525 1.513,9 9,509 Irán 3,425 74,2 0,466 3,585 77,2 0,485 3,614 87,1 0,547 China 2,911 43,3 0,272 2,961 46,5 0,292 3,001 47,0 0,295 México 2,665 71,4 0,448 2,685 102,7 0,645 2,604 105,9 0,665 Venezuela 2,475 70,2 0,441 2,463 64,8 0,407 2,596 69,5 0,437 Noruega 2,269 75,0 0,471 2,580 73,5 0,462 2,755 75,1 0,472 Subtotal 36,445 3.958,3 24,862 35,777 3.983,9 22,733 33,353 3.897,4 24,480 A = petróleo, MMBD. B = gas, MMm3/d. C = gas equivalente a petróleo, MMBD. Fuentes: MEM-PODE, 1993. OGJ 13-03-1995, p. 110; 12-03-1996, p. 62.
- 214. 214 E l P o z o I l u s t r a d o Noruega Rusia China EE.UU. Irán México Arabia Saudita Venezuela Productores de gas, Tabla 5-1. gas Fig. 5-3. El suministro de gas natural para usos domésticos es un servicio indispensable en las ciudades modernas. • Su entrega a clientes puede ser • Por su eficiencia y poder calórico, continua y directa a los artefactos donde debe su costo por volumen es muy económico. consumirse, utilizando controles y reguladores, • Las características de funcionamiento sin requerimientos de almacenaje en sitio o limpio y eficiente, sus rendimiento y precio preocupación por volúmenes almacenados en económico han logrado que cada día se ex- el hogar, la oficina, el taller, la planta o fábrica. panda el mercado de Gas Natural para Vehícu- • La reversibilidad gas-líquido-gas los (GNV). Se ha comprobado que como com- lo hace apto para el envasado en pequeños y bustible el gas metano es muchísimo menos seguros recipientes, fáciles de manejar, trans- contaminante del ambiente que otros, como la portar e instalar para suplir combustibles en si- gasolina y el Diesel. tios no servidos por red de tuberías de distri- bución. El gas licuado puede también trans- Insumo para procesos portarse en barcos, desde áreas remotas de El gas seco, húmedo o condensado, producción y procesamiento a grandes termi- a través de tratamientos adecuados, sirve de nales de almacenamiento que surten a indus- insumo para la refinación y petroquímica, don- trias y a miles de clientes particulares. de por medio de plantas especialmente dise-
- 215. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 215 ñadas se hacen recombinaciones de las mo- refinados, son enviadas a las plantas petro- léculas de los hidrocarburos para obtener ma- químicas. A su vez, las plantas petroquímicas teria prima semielaborada para una cadena de pueden enviar productos a las refinerías. otros procesos o productos finales para los De lo antes mencionado se podrán mercados. apreciar las relaciones e interdependencia exis- El gas natural separado del petróleo tentes entre las diferentes ramas y operaciones (gas asociado) y el gas libre (no asociado) de la industria petrolera integrada. procedente de yacimientos de gas solo es tra- tado y acondicionado para obtener gas seco de ciertas especificaciones: metano, que se despa- II. Características y Propiedades cha por gasducto y red de distribución a ciuda- del Gas Natural des y centros industriales donde se utiliza co- mo combustible. Composición El gas, sujeto a procesos y trata- La composición real de un determi- miento adecuados y separado en metano, eta- nado gas se obtiene y aprecia por medio de no, propano y butano, puede ir finalmente a las análisis cualitativos y cuantitativos. Estos análi- plantas petroquímicas para ser convertido ulte- sis enumeran los componentes presentes y el riormente en una variedad de productos semi- porcentaje de cada componente en la compo- elaborados o finales. De igual manera puede ser sición total. enviado a las refinerías, donde sus moléculas Además de los hidrocarburos pre- son desintegradas térmicamente y, con extrac- sentes, por análisis se detecta la presencia o no ciones adicionales derivadas de los crudos allí de otras substancias que merecen atención gas asociado separado del petróleo insumo gas natural libre gas y otros productos productos refinería petroquímica proceso y acondicionamiento de gas Fig. 5-4. Además de ser utilizado en las propias operaciones de los yacimientos que lo producen y en las instalaciones de cam- po, el gas natural asociado con el petróleo y el libre son materias primas importantes para las refinerías y la industria petro- química.
- 216. 216 E l P o z o I l u s t r a d o que podrían tener los componentes del gas. Se indica que el componente principal del gas natural es el metano. Los otros hidrocarburos, unos en forma de gas y otros como líquidos, son parte del gas en menores porcentajes. Sin embargo, por medio del porcentaje real que enseñe el análisis de muestras de gas de un ya- cimiento se podrá calcular la cantidad de lí- quidos susceptibles de extracción y las posibi- lidades de comercialización. Además, se notará también que el gas natural puede contener otros gases fuera de la serie parafínica de hidrocarburos. El sul- furo de hidrógeno aparece en el gas de mu- chos yacimientos petrolíferos y gasíferos, ge- neralmente desde trazas hasta 10 %, pero tam- bién en cantidades excepcionalmente mayo- res. Este gas es muy tóxico y en pequeñísimas Fig. 5-5. La terminación de un pozo de gas natural, en tierra o costafuera, requiere que se hagan pruebas del volumen de cantidades, 0,01 a 0,10 % en la atmósfera, pue- producción de los yacimientos que se desean explotar. El de causar severa y dolorosa irritación de la vis- comportamiento de la llama revela al operador ciertas carac- terísticas del caudal. ta y hasta la muerte rápida. De allí que si en las operaciones hay que manejar gas y/o debido a que pueden ocasionar trastornos en crudos que contengan sulfuro de hidrógeno se las operaciones de manejo, tratamiento y pro- deben tomar todas las precauciones y medidas cesamiento industrial del gas. de seguridad correspondientes. A manera de ilustración general, la El gas natural de ciertos yacimientos Tabla 5-2 muestra la variación de porcentajes puede contener pequeñas cantidades de helio. Tabla 5-2. Componentes y características del gas natural Componente Fórmula química Estado Variación de porcentaje molecular Metano CH4 gas 55,00 - 98,00 Etano C2H6 gas 0,10 - 20,00 Propano C3H8 gas 0,05 - 12,00 n-Butano C4H10 gas 0,05 - 3,00 Iso-Butano C4H10 gas 0,02 - 2,00 n-Pentano C5H12 líquido 0,01 - 0,80 Iso-Pentano C5H12 líquido 0,01 - 0,80 Hexano C6H14 líquido 0,01 - 0,50 Heptano + C7H16 líquido 0,01 - 0,40 Nitrógeno N gas 0,10 - 0,50 Dióxido de carbono CO2 gas 0,20 - 30,00 Oxígeno O2 gas 0,09 - 0,30 Sulfuro de hidrógeno H2S gas TRAZAS - 28,00 Helio He gas TRAZAS - 4,00
- 217. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 217 Este gas, por su incombustibilidad, es de mu- P1 cha utilidad en la aeronáutica para llenar glo- P2 bos aerostáticos. Se han dado casos de algunos yaci- T1 gas gas mientos de gas que no contienen casi nada de hidrocarburos pero sí más de 90 % de dióxido V1 V2 T1 de carbono (CO2). Este gas se usa mucho en la fabricación de bebidas gaseosas, en la in- temperatura constante P1 P2 dustria química y en otras aplicaciones indus- V1 V2 triales. Solidificado se le llama “hielo seco”. Fig. 5-6. Comportamiento de un determinado volumen de gas, a temperatura constante, bajo presiones diferentes. Relaciones P-V-T Al tratar tecnológicamente el apro- Hay tres clasificaciones de presión: vechamiento de los hidrocarburos en todas las (1) la presión atmosférica, que se refiere a la fases de las operaciones, las relaciones pre- capa de aire o atmósfera que envuelve a la sión-volumen-temperatura son básicas para Tierra y que a nivel del mar ejerce presión de determinar su comportamiento en los estados una atmósfera, o 1 kg/cm2 o 14,7 libras por gaseosos o líquido o como mezcla de ambos. pulgada cuadrada (lppc) o presión barométri- Además, la magnitud de estas rela- ca de 760 milímetros de mercurio, pero la pre- ciones, conjuntamente con otras, sirve para sión barométrica cambia de acuerdo al sitio, planificar la cadena de operaciones referentes según su correspondiente altitud sobre el nivel a la producción, separación, tratamiento, acon-del mar; (2) la presión manométrica, la cual es- dicionamiento, manejo, distribución, procesos tá confinada en un sistema y se obtiene me- ulteriores, mediciones y rendimiento de gases diante un medidor o manómetro, y (3) la pre- y/o líquidos o sólidos comerciales. sión absoluta, que es la suma de la presión manométrica más la presión atmosférica. Presión-volumen Ejemplo: Si un gas a presión de Las observaciones de Robert Boyle 10 atmósferas ocupa 600 m3 y se desea confi- († 1691), en sus experimentos con aire, me- narlo en un recipiente de 150 m3, ¿cuál será la diante la relación presión-volumen, lo condu- presión que debe tener en el recipiente? jeron a enunciar: “El producto de la presión por el volumen específico de un gas a tempe- P1 = 10 atmósferas ratura constante, es constante”. Esta Ley de V1 = 600 m3 Boyle también se conoce con el nombre de P2 = ? Mariotte, ya que los dos investigadores, sepa- V2 = 150 m3 rada pero simultáneamente, llegaron a una mis- ma conclusión. Es decir V x P = K donde “K” es la constante. De allí: P1V1 10 x 600 P2 = _______ = __________ = 40 atms. P1V1 = P2V2 (a temperatura constante) V2 150 En el sistema métrico decimal, la pre- sión se da en atmósfera o en kg/cm2. Y en el sis- tema angloamericano, en libras/pulgadas cuadrada.
- 218. 218 E l P o z o I l u s t r a d o V1T2 = V2T1 V1 T2 = 80 °C + 273 = 353 °K V1 = 25 m3 T1 = 20 °C + 273 =293 °K V2 = ? volumen, m3 V1T2 25 x 353 V2 = _______ = _________ = 30,12 m3 T1 293 V2 9 °F = (° C) + 32 5 100 212 5 P1 P2 ° C = (° F - 32) x presión, atmósferas 9 También así: °C °F Fig. 5-7. Gráfico representativo del cambio de relaciones iniciales 9 y finales presión-volumen de un gas, a temperatura constante. °F = (40 + ° C) - 40 5 Temperatura-volumen 5 °C = (40 + ° F) - 40 Años después de establecida la rela- 0 32 9 ción PV=constante (a temperatura constante), Fig. 5-8. Relación entre las escalas 17,8 0 los investigadores J.A.C. Charles († 1823) y Gay- de temperaturas Celsius (centígra- Lussac (1778-1850) independientemente llega- dos) y Fahrenheit. ron a la conclusión: “El volumen de una masa Condiciones combinadas de gas dada a presión constante, varía directa- Las relaciones P-V y T-V pueden mente en relación a su temperatura absoluta”. usarse combinadas para lograr la ley de gases En el sistema métrico decimal, la perfectos de Boyle (Mariotte) y Charles (Gay- temperatura absoluta (°Kelvin) se obtiene su- Lussac) y resolver simultáneamente combina- mando 273,16 (273°) a la temperatura °C. En el ciones dadas. De allí: sistema angloamericano se le suma 459,69 (460°) a la temperatura °F para obtener la ab- P1V1 T1 soluta (°Rankine). _______ ______ = De la relación T-V se desprende que P2V2 T2 aumentar o disminuir la temperatura a una ma- sa de gas, a presión constante, aumenta o dis- Ejemplo: El manómetro de un tan- minuye su volumen. De allí: que de gas de 30 m3 de capacidad registró una presión de 0,5 atmósferas a 15 °C. ¿Cuánto gas V2 T2 de 0,1 atmósferas de presión podrá consumirse ___ = ____ por la tarde si la temperatura es de 36 °C y la V1 T1 presión atmosférica es 1 atmósfera? Ejemplo: ¿Cuál será el volumen, V2, P1 T2 de una masa de gas V1 = 25 m3 que a presión V2 = V1 x ____ x ____ P2 T1 constante estaba a temperatura T1 = 20 °C y se ha calentado a temperatura T2 = 80 °C?
- 219. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 219 V1 = 30 m3 Para los gases, debido a que son T1 = 15 °C + 273 = 288 °K afectados por la temperatura y por la presión, T2 = 36 °C + 273 = 309 °K se usa como referencia la relación de igual, P1 = 1 + 0,5 = 1,5 atmósferas mayor o menor peso que un gas pueda tener P2 = 1 + 0,1 = 1,1 atmósferas con respecto al peso molecular del aire, cuyo valor se ha determinado en 28,96. 1,5 309 La relación molecular tiene la ventaja V2 = 30 x ______ x ______ 1,1 288 de que el peso molecular de los elementos no es afectado por la presión o por la temperatura. V2 = 30 x 1,36 x 1,07 = 43,66 m3 Por ejemplo, si se desea conocer la gravedad específica de un gas se divide su pe- so molecular entre el peso molecular del aire. En el caso del gas butano C4H10, su peso mo- 3 volumen, m lecular (C=12,01; H=1,008) se obtiene así: V1 V2 Peso molecular del gas butano = (4 x 12,01) + (10 x 1.008) = 58,12 58,12 T1 T2 Gravedad específica = ______ = 2,007 temperatura, ° K 28,96 Fig. 5-9. Gráfico representativo del cambio de volumen-tempe- Para determinar directamente la gra- ratura de un gas por modificaciones de las condiciones inicia- vedad específica en el laboratorio o en opera- les P1V1T1. ciones de campo, se recurre al método rápido utilizando uno de los varios aparatos o balan- Densidad zas, como la botella de Schillling, la balanza de Cuando se habla de la densidad (re- Edward o la de AC-ME, o similares. Sin embar- lación masa/volumen) de los líquidos o de los go, utilizando el porcentaje molecular de la sólidos, el punto de referencia es el agua, y se composición general de un gas (Tabla 5-3), ob- dice que la densidad del agua es 1, o sea que tenida por análisis, se puede calcular la grave- un gramo de agua ocupa un centímetro cúbi- dad específica. Ejemplo: co, o 1.000 gramos de agua ocupan un litro, o 1.000 kilos de agua ocupan un metro cúbico. 27,259 Gravedad específica = _________ = 0,941 Así que cualquier sólido o líquido 28,96 en su relación masa/agua, con referencia al agua, pueden ser igual o más denso o menos [a 60 °F (15,5 °C)] denso que el agua si su valor de relación es igual, mayor o menor que uno. El peso del aire se ha estimado en Para los crudos se introdujo la fór- 1,308 gramos por litro, a presión de una at- mula °API o gravedad específica, para determi- mósfera, o sea 1.308 gramos (1,308 kilos) por nar si los crudos son más, igual o menos pe- metro cúbico. Su equivalente en el sistema sados que el agua. angloamericano es de 1,3 onzas o 0,0812 libras
- 220. 220 E l P o z o I l u s t r a d o por pie cúbico. Así que el gas del ejemplo an- Así que si se toma, por ejemplo, el terior, cuya gravedad específica es de 0,941 pe- butano cuyo peso molecular (calculado antes) sa 0,941 x 1,308 = 1,23 kilogramos por metro es 58,12 y se da una masa de 58,12 gramos, o cúbico. de 58,12 libras o de 58,12 kilos se tiene 1 gra- mo-mole, 1 libra-mole, o 1 kilo-mole. Si la ma- sa fuera 174,36 gramos, libras o kilos entonces n será 3 gramos-mole, 3 libras-mole o 3 kilos- manómetro mole. entrada de gas Es muy importante conocer la rela- ción masa-peso. Para el sistema sistema métrico flotador decimal se determinó experimentalmente que 1 fulcro gramo-mole de cualquier gas perfecto ocupa mirilla un volumen de 22,4 litros a 0 °C y a presión de 1 atmósfera (76 centímetros de mercurio). De igual manera, en el sistema anglo- Fig. 5-10. Esquema de la balanza de Edward, utilizada para medir la gravedad específica de los gases. americano 1 libra-mole de cualquier gas per- fecto ocupa un volumen de 359 pies cúbicos a La ecuación PV = nRT 32 °F (0 °C) y a presión de 1 atmósfera (76 cm En esta expresión de la ley de gases de mercurio o 14,7 libras por pulgada cuadra- perfectos, y ya conocidas las relaciones P-V-T da). Pero a 60 °F (15,5 °C) y a una atmósfera de anteriormente mencionadas, se introduce el fac- presión ocupa 379 pies cúbicos (23,6 litros por tor n, o sea la masa de gas dividida por el peso gramo-mole). molecular del gas: El término R, se refiere a la constan- te general de los gases, introducida por el físi- M co Amadeo Avogadro (1776-1856), cuya hipó- n = ______ W tesis sobre las moléculas asentó que volúme- Tabla 5-3. Análisis de una muestra de gas para determinar su peso molecular compuesto y calcular su gravedad específica 1 2 3 4 5 (3 x 4 ) Componentes Fórmula Peso Contenido Peso molecular % molécula molecular compuesto Metano CH4 16,04 55,56 8,912 Etano C2H6 30,07 18,09 5,440 Propano C3H8 44,09 11,21 4,942 Iso-Butano C4H10 58,10 1,22 0,709 n-Butano C4H10 58,12 3,32 1,930 Iso-Pentano C5H12 72,15 0,78 0,563 n-Pentano C5H12 72,15 0,49 0,353 Hexanos C6H12 86,17 0,41 0,353 Heptanos + C7H14 100,20 0,31 0,311 Nitrógeno N2 28,02 0,22 0,062 Dióxido de carbono CO2 44,01 8,30 3,653 Sulfuro de hidrógeno H2S 34,08 0,09 0,031 Total 100,00 27,259
- 221. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 221 nes iguales de todos los gases, bajo las mismas De manera que para un determina- condiciones de temperatura y de presión, y do gas y n = 1: siempre que se considere 1 molécula-gramo, PV contienen igual número de moléculas. De allí, Z = _______ el número de Avogadro: 6,023 x 1023 molécu- RT las contenidas en una molécula-gramo de cual- quier gas perfecto. Así que: Z es adimensional y depende de las presiones y temperaturas a las que sea someti- PV do el gas. Por tanto, valores de Z pueden de- R = _____ para 1 mole expresado en litros a T presión de 1 atmósfera y tempera- terminarse por experimentación. De allí que tura absoluta da: en la industria existen catálogos, tablas y ma- 1 x 22,4 nuales de consultas sobre infinidad de mues- R = ________ = 0,08205 litro atmósfera/grado/mol. tras y análisis del gas natural. 273 Sin embargo, a través del conoci- miento de la temperatura y presiones críticas, Siguiendo el mismo razonamiento determinadas por experimentos, correspon- para el sistema angloamericano, la constante R, dientes a cada uno de los componentes que utilizando presión en libras por pulgada cua- forman el gas natural se pueden calcular pre- drada, volumen en pies cúbicos, temperatura siones y temperaturas “reducidas” que facili- en grados Rankine y una libra-mole, se tiene: tan la obtención de supuestas “seudo presión crítica” y “seudo temperatura crítica” para to- 14,7 x 379 mar en consideración la contribución porcen- R = __________ = 10,7 pc-atm./grado/mol. 520 tual de cada componente, de acuerdo a la com- posición del gas. La compresibilidad de los gases El siguiente ejemplo hipotético ser- Una de las características de los ga- virá para calcular el factor de compresibilidad. ses es que al aplicarles presión pueden ser comprimidos y, por ende, pueden ser almace- todo líquido formación nados o confinados en recipientes de determi- de líquido nados volúmenes. presión Las relaciones de composición, pre- gas sión, volumen y temperatura detalladas antes e incluidas en la fórmula que define la ley sobre gases perfectos, todavía no está completa por- V3 V2 V1 que falta tomar en cuenta el factor de compre- volumen Fig. 5-11. Comportamiento del temperatura constante volumen y estado de un gas sibilidad (Z). bajo aumento de presión. El físico Juan Van Der Waals (1837- 1923), estudió la atracción molecular y el tama- La temperatura máxima a la cual pue- ño de las moléculas de los gases e introdujo en de licuarse un gas, o sea la temperatura por la fórmula el factor de corrección, para que en encima de la cual no puede existir el líquido su forma final la ecuación quedase así: se denomina temperatura crítica y la presión requerida para efectuar la licuefacción a esa PV = ZnRT temperatura se le llama presión crítica, que a
- 222. 222 E l P o z o I l u s t r a d o 317 Tr = ________ = 1,60 198 Con estos dos valores se recurre a un gráfico de seudo temperatura reducida y seudo presión reducida para determinar el va- lor de Z = 0,90 (Figura 5-13). TR - seudo temperatura reducida 1,0 0,2 Fig. 5-12. Planta de compresión de gas en el oriente del país. 0,9 1,7 1,6 0,8 1,5 la vez representa la presión más alta que los 0,7 1,4 valores del líquido pueden ejercer. Z = PV 1,3 RT 0,6 Los cálculos para el ejemplo dado 1,2 0,5 muestran que la seudo temperatura crítica dio 198 °K (columna E) y la seudo presión 0,4 1,1 crítica resultó ser 45,78 atms. abs. (columna F) 0,3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 (ver Tabla 5-4). PR - seudo presión reducida Si se desea obtener el factor de com- presibilidad del gas en cuestión, a determina- Fig. 5-13. Gráfico para obtener el factor de corrección Z uti- da presión y temperatura, entonces se procede lizando valores de seudo presión y seudo temperatura reduci- a calcular los valores de presión y temperatura dos, calculados previamente. reducidas, Pr y Tr. Sea el caso que se desee Poder calorífico del gas natural conocer el valor de Z a temperatura de 44 °C Una de las características del gas na- y a presión de 50 atms. abs. tural es su poder calorífico, el cual se determi- na por análisis de laboratorio, utilizando uno de 50 los varios tipos de calorímetros disponibles. Pr = ________ = 1,90 45,78 Además, el poder calorífico del gas se considera para determinar su calidad como combustible y, por ende, su precio. Tabla 5-4. Análisis de un gas para determinar su seudo temperatura crítica y seudo presión crítica A B C D E F Componentes Porcentaje Temperatura Presión Tc Pc volumétrico crítica, °K crítica atm. (B x C) (B x D) molecular Metano 84,15 191 46 160,7 38,7 Etano 8,65 305 49 26,4 4,2 Propano 5,10 369 42 1,9 2,1 Iso-Butano 0,75 425 38 3,2 0,3 n-Butano 0,82 406 37 3,3 0,3 Iso-Pentano 0,20 470 33 0,9 0,07 n-Pentano 0,11 461 32 0,5 0,04 Hexanos 0,22 507 30 1,1 0,07 Total 100,00 198,0 45,78
- 223. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 223 Aumento de temperatura del agua los crudos, es posible hacer cálculos que per- x peso del gas Poder = ___________________________________ miten determinar que tantos metros cúbicos o calorífico Volumen de gas consumido y corregido pies cúbicos de gas equivalen a un metro cúbi- co o barriles de petróleo. La corrección indicada se aplica a la Este tipo de equivalencia es de refe- combustión del gas, ya que la presencia de rencia común en la industria. Específicamente, agua en el gas será fuente de transferencia de el precio que se le asigna a determinado gas se calor adicional al agua que es sometida al in- basa en una unidad de volumen: metro cúbico cremento de temperatura en el calorímetro. o pie cúbico. Sin embargo, como los volúme- La caloría es una de las varias uni- nes de entrega por lo general son muy grandes dades térmicas empleadas en los procesos in- se opta por el millar de metros o pies cúbicos. dustriales. Representa la cantidad de calor re- También se emplea el poder calorífico, expre- querida, a una atmósfera de presión, para au- sado en millones de calorías o de BTU. En el mentar la temperatura de un gramo de agua un caso de gases licuados, en vez del volumen o grado centígrado, específicamente de 15 °C a del poder calorífico, se hace referencia al peso 16 °C. Esta unidad de medida se llama también en kilos o libras. la caloría pequeña, cuando se trata de 1.000 gramos o un kilo de agua se le llama kiloca- Viscosidad del gas natural loría o caloría grande. Así como la viscosidad es una carac- En el sistema angloamericano se le terísica física importante de los líquidos, tam- llama Unidad Térmica Británica (BTU) y se de- bién lo es para los gases. La unidad de medida fine como la cantidad de calor requerida para en ambos casos es el poise, en honor al médi- aumentar la temperatura de 1 libra (453,592 co y físico francés J.L.M. Poiseuille († 1869). gramos) de agua a un grado Fahrenheit hasta La definición de poise se deriva de la la temperatura de su máxima densidad que es determinación de la fuerza requerida por cen- 39,2 °F. Una BTU es, aproximadamente, igual tímetro cuadrado para mover a velocidad de un a 0,252 kilocalorías. centímetro por segundo un plano móvil y para- El gas natural puede tener de 8.000 lelo a otro plano fijo distantes un centímetro a 11.115 kilocalorías/metro cúbico, lo que entre sí y cuyo espacio está lleno del líquido o equivale a 900 y 1.250 BTU/pie cúbico, respec- fluido objeto de la medición de viscosidad. tivamente. De acuerdo con las definiciones da- La viscosidad del gas natural es ex- das anteriormente, esto significa que un gas presión de su resistencia al flujo y tiene aplica- que tenga 1.000 kilocalorías/m3 de poder calo- ciones importantes en la producción, procesos rífico aumentará la temperatura de un metro cúbico o 1.000 kilos de agua 1 °C, aproxima- damente, y si tiene 1.000 BTU aumentará la plano móvil F temperatura de 1.000 libras de agua 1 °F. 1 cm fluido El petróleo crudo tiene poder calorí- fico que va de 8.500 a 11.350 calorías por gra- plano fijo mos o 15.350 a 22.000 BTU por libra. Así que, por medio del poder calorí- Fig. 5-14. Expresión gráfica que complementa la definición fico del gas natural en general o de sus com- verbal de la viscosidad en poise aplicable a los gases e hidro- ponentes en particular, y el poder calorífico de carburos líquidos.
- 224. 224 E l P o z o I l u s t r a d o de acondicionamiento y mercadeo. Debido a Pero al tratarse del cálculo del gra- los incrementos de temperatura a que puede ser diente de presión de la columna de gas en el sometido el gas natural, su viscosidad tiende a pozo, las mismas características y propiedades aumentar como resultado del incremento de la físicas del gas y sus componentes introducen actividad molecular, si se mantiene a bajas pre- una cantidad de factores que deben ser toma- siones. En el caso de los líquidos, aumentos de dos en cuenta. Estos factores son: composición temperaturas reducen su viscosidad. del gas, su peso molecular, gravedad especí- Tomando en consideración las rela- fica, factor de compresibilidad, presiones es- ciones entre las propiedades físicas de los táticas de fondo y de superficie, temperatura, componentes del gas natural (peso molecular, profundidad del pozo y verticalidad del pozo. presión, temperatura, gravedad específica, Todos estos factores inducen a que en la deri- etc.) los investigadores, por estudios, experi- vación de las ecuaciones integrales apropiadas mentos y observaciones, han enriquecido el se induzcan asunciones que facilitan la meto- acervo de información y correlaciones sobre la dología del procedimiento. viscosidad y otras propiedades del gas natural. A través del estudio, de observacio- Por ejemplo, el gas metano, que nes prácticas y de la experiencia, variedad de porcentualmente es en casi todo caso el mayor ecuaciones, tablas, gráficos y datos sobre las componente del gas natural, a presión de una características y composiciones del gas, se pue- atmósfera y a temperatura de 10 °C y 204 °C de hacer el cálculo del gradiente de presión. muestra viscosidad de 0,0107 y 0,0163 centi- Una manera directa de obtener pre- poises, respectivamente. Esto significa un in- siones a lo largo de la profundidad del pozo es cremento de viscosidad de 0,00003 centipoise por medio del medidor de presión de fondo. por °C, debido al aumento de temperatura de Este registro permite graficar la relación pre- 194 °C. sión-profundidad, la cual dará una idea más precisa del gradiente y de presión bajo condi- Gradiente de presión del gas ciones estáticas y también de flujo, si se desea. En las operaciones de perforación, De igual manera, utilizando un medidor de producción, transporte y procesos de refina- temperatura de fondo se puede obtener un re- ción y petroquímica, es necesario calcular el gistro de temperatura-profundidad. Con datos peso de los fluidos y del gas, y también el gra- específicos de presión y de temperatura se ha- diente de presión. ce más expedita la utilización de ciertas ecua- En el caso de líquidos (agua, fluidos de perforación, crudos y otras substancias), si se conoce la densidad o la gravedad específica del líquido en cuestión se puede calcular su pe- P2 P2 so con respecto al agua. Si se desea obtener el V dP + h = 0 ZRT dP M P = L gradiente de presión de una columna de dicho P1 P1 líquido basta con multiplicar el gradiente de presión del agua por la gravedad específica o densidad del líquido. El gradiente de presión del agua es, en el sistema métrico decimal, 0,1 kilogramo/cm2/metro de profundidad, y en el Fig. el volumen ecuaciones indican columna y otras influye so- bre 5-15. Estas y la longitud de la que la presión caracterís- sistema angloamericano es 0,433 libras/pulgada ticas del gas mencionadas en páginas anteriores. cuadrada por pie de profundidad.
- 225. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 225 ciones y, por ende, el cálculo de los gradientes de presión y de flujo. n P1 = P2 e profundidad 0,01877 GL n= Ta Za Fig. 5-18. Miniplanta de gas en las operaciones petroleras en el sur del estado Monagas. presión dosa y muy lentamente se destapa una botella de gaseosa. Fig. 5-16. Ecuaciones como éstas permiten por tanteo asumir Es muy importante conocer la pre- presiones hasta satisfacer las condiciones deseadas y la gráfi- ca de relación presión-profundidad sirve para determinar el sión de burbujeo en el caso de yacimientos pe- gradiente. trolíferos para obtener el mayor provecho del gas en solución como mecanismo de produc- Presión de burbujeo y presión de rocío ción del petróleo. En el caso de un gran volumen de lí- La presión de rocío y su mecanismo quido (petróleo) que contiene un cierto volu- se observa cuando un volumen de gas que men de gas disuelto y que se encuentran en contiene pequeñísimas cantidades de líquidos equilibrio en el yacimiento, se observará que a en equilibrio se somete a compresión. La pre- medida que se reduce la presión se registrará sión a la cual aparece la primera gota de líqui- una presión que permitirá el inicio del despren- do es la presión de rocío. dimiento de una burbuja de gas. A esta presión Como en el comportamiento de es- se le denominará presión de burbujeo. A me- tos dos mecanismos es indispensable tomar en dida que continúe disminuyendo la presión, consideración otros factores (temperatura, ca- más gas seguirá desprendiéndose de la fase racterísticas del gas y del petróleo, relaciones líquida. gas-petróleo y líquidos-gas, etc.) se depende Un ejemplo común y corriente de mucho de análisis de laboratorio y de corre- este mecanismo se observa cuando muy cuida- laciones establecidas que proporcionan los da- P4 P3 P2 P1 gas gas líquido líquido líquido líquido Fig. 5-17. Determinación de la presión de burbujeo, Pb , y evolución del gas disuelto en el petróleo durante el proceso de aba- timiento de la presión del yacimiento.
- 226. 226 E l P o z o I l u s t r a d o tos necesarios para lograr las soluciones Tabla 5-5. Punto de ebullición de hidrocarburos deseadas. parafínicos y otros elementos Hidrocarburos °C Presión o tensión de vapor Metano - 161,5 Etano - 88,6 La presión o tensión de vapor de un Propano - 42,0 elemento puro a determinada temperatura es Iso-Butano - 11,7 n-Butano - 0,5 aquella que se deriva de la presencia de la fase Iso-Pentano 27,8 líquida en equilibrio con la fase vaporizada. n-Pentano 36,0 Iso-Hexano 60,2 n-Hexano 68,7 Iso-Heptano 90,0 Heptano 98,4 Iso-Octano 99,2 n-Octano 125,6 Nitrógeno - 195,8 Aire - 194,3 Oxígeno - 183,0 Dióxido de carbono - 78,5 Sulfuro de hidrógeno - 60,3 El punto de ebullición de los hidro- carburos parafínicos y otros elementos relacio- nados con los procesos, a una atmósfera de presión, está bien definido. Es interesante notar que ciertos hi- drocarburos y componentes del gas natural, así como otros gases que pueden estar asociados (nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono o sulfu- ro de hidrógeno) hierven a temperaturas muy bajas. Fig. 5-19. En el laboratorio de análisis de P-V-T se determina el comportamiento de los hidrocarburos gaseosos y líquidos para pronosticar el tipo de explotación del yacimiento. punto crítico Todos los líquidos tienden a vapori- fase zarse mientras que permanezcan expuestos líquida abiertamente a la acción del aire, y se vaporizan más rápidamente si son sometidos a aumentos de temperatura. Por ejemplo, el agua contenida en presión un recipiente abierto tiende a vaporizarse im- perceptiblemente. Si el recipiente se pone al fase fuego se notará que a medida que aumenta la gaseosa temperatura, el agua empezará a burbujear. Cuando la temperatura alcance 100 °C, a pre- temperatura sión de vapor de una atmósfera, se ha logrado Fig. 5-20. El conocimiento de la presión y temperatura crítica su punto de ebullición. de un gas es importante para apreciar la relación de fase gaseosa-líquida.
- 227. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 227 III. Generación de Hidrocarburos Por observaciones de campo se ha constatado que las emanaciones o erupciones de gas libre o de gas acompañado de lodo pro- De acuerdo con las teorías sobre la vienen de estratos someros, profundos o muy generación de hidrocarburos en los estratos profundos. Y el flujo de estas emanaciones o geológicos, juega papel importante la deposi- erupciones es continuo o intermitente, con po- ción de material orgánico, el cual por descom- ca o mucha fuerza expelente. posición, acción de la temperatura y de la pre- En las operaciones de exploración, sión subterráneas, a lo largo de los tiempos cuando se usaban tacos de dinamita para pro- geológicos va pasando por etapas de madura- vocar vibraciones en la corteza terrestre, se ción que lo transforman en kerógeno y final- dieron casos en los cuales al abrir hoyos de mente en gas y/o petróleo (hidrocarburos). muy poca profundidad para colocar la dinami- El kerógeno está formado por 80 a ta surgió gas natural procedente de estratos 90 % de carbono y 2 a 10 % de hidrógeno, prin- ubicados casi a flor de tierra. cipalmente. Contiene trazas de oxígeno, nitró- De pozos muy llanos hasta los con- geno y azufre. Y es con estos ingredientes que siderados muy profundos (6.000 metros) se ha la naturaleza fabrica gas solo, gas y petróleo o verificado que los estratos pueden contener petróleo sin mucho gas, según las teorías orgá- gas y petróleo o gas solo pero a medida que la nicas de la génesis de los hidrocarburos. perforación alcanza profundidades mayores de 9.000 metros, los pozos superprofundos mues- generación tran que la posible existencia de hidrocarburos de hidrocarburos sea puro gas solamente. 0 Esta tendencia ha llamado la aten- ción de los expertos en el sentido de estimar si existe una profundidad a la cual se desvanecen las posibilidades de la presencia de hidrocar- petróleo buros líquidos y aumenta la probabilidad de 3.048 93 encontrar gas únicamente. profundidad, metros (pies) (10.000) (200) Cotejando y graficando la informa- temperatura ° C (°F) ción de profundidad temperatura, generación gas de hidrocarburos y otros datos obtenidos de pozos someros, profundos, muy profundos y superprofundos, los expertos plantean si a 6.096 177 (20.000) (350) profundidades mayores de 9.144 metros (30.000 pies) no se presentará la condición de destrucción de los hidrocarburos, petróleo y gas. Este planteamiento tiene validez cuando 9.144 260 se consideran las intenciones de llevar la per- (30.000) (500) foración a profundidades mayores de 10.000, 11.000, 12.000 y hasta 15.250 metros. Fig. 5-21. Formación de hidrocarburos a partir de la materia En un pozo superprofundo, 9.586 orgánica y kerógeno en las rocas sedimentarias. John M. Hunt metros (31.442 pies), hecho en el sur de Okla- escribe y pregunta: ¿hay un límite de profundidad geoquími- ca para los hidrocarburos? Petroleum Engineer, marzo 1975, homa, se encontró azufre líquido y la perfora- pp. 112-127. ción fue parada.
- 228. 228 E l P o z o I l u s t r a d o Hasta ahora el equipo y la tecnología reforzados por levantamientos geoquímicos, aplicada para perforar hasta 9.600 metros han gravimétricos, magnetométricos, sismográficos respondido a las expectativas y se considera y afines, hechos a escala local o regional, se que las temperaturas, presiones y riesgos a pro- busque la existencia de estructuras o trampas, fundidades mayores pueden ser manejables. cuyas características geológicas y petrofísicas respondan a las que conforman un buen yacimiento. Sin embargo, el explorador petrole- ro siempre ha aspirado a que las herramientas y técnicas de exploración le ofrezcan la posi- bilidad de detección directa y cualitativa de si la acumulación es de petróleo o de gas. Y gra- cias a los adelantos tecnológicos de estos últi- mos años, especialmente en la sismografía, es- tá logrando sus deseos. Adelantos técnicos en sismografía Todos los adelantos técnicos en las diferentes disciplinas de la exploración petro- lífera tienen por meta disminuir lo más posible el riesgo económico involucrado en la búsque- da de yacimientos de hidrocarburos. Las eroga- ciones anuales de la industria para estudios y perforación exploratoria son cuantiosas. Se in- crementan más estos desembolsos a medida que apremia la necesidad de hallar nuevos ya- cimientos para mantener y/o incrementar el potencial de producción y las reservas pro- Fig. 5-22. Un equipo de perforación en sitios remotos es in- badas de crudos y/o gas. dicativo de que se están explorando las posibilidades de des- De 1960 para acá se ha perfilado un cubrir nuevos prospectos petrolíferos, gas y/o petróleo. gran auge científico en todas las disciplinas geofísicas y la tecnología aplicada a la explo- IV. Exploración para el Gas ración petrolera. Esta evolución se ha mante- nido firme en sismología y sismografía cuyos Los conocimientos y las técnicas logros abarcan los siguientes rubros: básicas aplicadas a la búsqueda de hidrocarbu- • Adquisición de datos. Se cuenta con ros convergen todas hacia precisar si las carac- novedosos diseños y adaptaciones de equipos terísticas y condiciones geológicas generales para operaciones en tierra, en aguas llanas y de las rocas ofrecen posibilidades de almace- pantanosas y costafuera. Para la instalación y nar y contener hidrocarburos en volúmenes transporte del equipo se han diseñado y cons- comerciales, especialmente crudos. De allí que, truido camiones, furgones, helicópteros, aviones, por medio de estudios, fundamentalmente lanchas, lanchones, barcazas, gabarras y barcos aerofotográficos y/o de geología de superficie, capaces de responder a cualquier exigencia.
- 229. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 229 La eliminación casi total del uso de minar la existencia de estructuras y predecir la dinamita para inducción de ondas se debe al presencia de presiones anormales. Se ha refi- diseño y construcción de equipo neumático o nado la técnica de detección de fallas y otros de percusión. accidentes geológicos y características de las Se ha logrado refinamiento en el rocas. Se ha ampliado la precisión de investi- diseño y capacidad de captación de los geó- gación e interpretación de señales que apun- fonos, como también mayor poder de defini- tan indicaciones sobre acumulaciones de hi- ción de los equipos de registros de las ondas. drocarburos. Sismogramas hechos hace años La introducción del sistema tridimensional de pueden ser reprocesados y reinterpretados, registros ha dado muy buenos resultados en obteniendo así una fuente antigua de compa- aumentar la exactitud de detalles de delinea- ración adicionada a recientes levantamientos. ción del subsuelo. La electrónica y el compu- Los adelantos científicos y técnicos tador han aumentado la capacidad y calidad en las diferentes ramas de las Ciencias de la de obtención de datos. Tierra han hecho que la exploración petrolera • Procesamiento de datos. Si antaño sea ahora una tarea multidisciplinaria en la que era lento y exasperante el procesamiento de geólogos, geofísicos, petrofísicos e ingenieros los datos sismográficos, actualmente la electró- de petróleos, a su vez asistidos y apoyados en nica, la computación, la capacidad de almace- otros profesionales, confederen conocimien- namiento de datos y apoyos a fines de deli- tos, experiencias y esfuerzos para planificar neación, fotocopia, color, producción y monta- campañas de exploración en tierra y/o costa- je permiten que el procesamiento se haga en fuera. No obstante la disponibilidad de todos horas, con mayor exactitud, nitidez y detalles. los recursos necesarios y el cumplimiento ca- • Interpretación de datos. Durante bal de la permisería pertinente, hay dos fac- estos últimos años las nuevas técnicas han tores que merecen muchísima atención: el lí- hecho posible que los exploradores extiendan mite de tiempo para las operaciones y las esta- y profundicen más sobre las teorías, conceptos ciones del año cuando han de iniciarse, con- y aplicaciones de sus conocimientos a la inter- ducirse y terminarse los trabajos de campo. pretación de la sismología, la sismografía y es- Si no se estima bien, el factor tiem- tudios geológicos de las rocas. po puede entrabar el progreso de los levanta- Han surgido adelantos en la inter- mientos deseados: geología de superficie, aero- pretación de análisis de velocidad para deter- fotogeología, sísmica, gravimetría, magnetome- Tabla 5-6. Inversiones para fortalecer el negocio. Actividades de exploración Operaciones 1994 1993 1992 1991 1990 Sísmica convencional, km 5.985 4.824 2.911 12.974 8.947 Sísmica tridimensional, km2 878 410 243 - - Pozos exploratorios acometidos 28 29 21 24 16 Reservas de crudos añadidas, MMB 525 467 340 235 545 Reservas de gas añadidas, MMMm3 68,86 73,40 101,9 169,9 394 Inversiones, MMBs. 30.466 19.856 12.741 13.277 5.817 Sísmica, MMBs. 12.165 5.351 3.221 6.115 1.818 Perforación exploratoria, MMBs. 17.676 14.170 9.300 6.545 3.999 Otras, MMBs. 625 335 220 617 - Fuentes: MEM-PODE, 1990-1993. PDVSA, Informe Anual, años 1990-1994, inclusives.
- 230. 230 E l P o z o I l u s t r a d o Fig. 5-23. Camión especialmente diseñado para actividades de exploración, el cual genera ondas sísmicas por impacto. Este pro- cedimiento sustituye el uso de la dinamita para generar ondas y evita el temor de la fauna silvestre a las explosiones. tría, geoquímica, petrofísica o perforación es- para hacer aflorar detalles imperceptibles a tratigráfica somera de cateo. Todo esto requie- simple vista. re pensar en equipos, la mayoría de los cuales son obtenidos del extranjero, como también ciertos materiales y herramientas y determi- nado personal muy calificado. El programa de- finitivo de operaciones en tierra y/o costafuera debe realizarse durante las estaciones más apropiadas del año. El invierno tropical, o épo- ca de lluvias torrenciales, a veces imposibilita la movilidad de las cuadrillas sobre el terreno; y la época de huracanes en el mar Caribe plan- tea riesgos a la navegación. El color: adelanto significativo La presentación y observación de la configuración sismográfica en colores coadyu- va a resaltar los indicadores directos de la pre- sencia de hidrocarburos en las formaciones es- tudiadas. Los colores, codificados de acuerdo con la longitud de sus ondas en concordancia con la amplitud, frecuencia y velocidad de los Fig. 5-24. Parte de un levantamiento sísmico en el que se ob- registros, forman un cuadro pictórico que los servan líneas rectas dibujadas sobre la estratigrafía para demar- car las fallas estructurales de las formaciones.. expertos pueden interpretar profundamente
- 231. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 231 De allí que “puntos brillantes” en las drenaje. Por tanto, cada pozo debe drenar por trazas sismográficas puedan ayudar en la iden- sí una cierta área que contiene un cierto volu- tificación de la cúpula o cresta de la estructura, men del petróleo o gas en sitio. extensión de los estratos, cambios estratigráfi- El espaciado o distancia entre pozo cos, espesores de los estratos, indicaciones de y pozo se selecciona en función de las carac- fallas, presencia y confinamiento de fluidos y terísticas del yacimiento, de las propiedades otros detalles con sus características generales físicas de los hidrocarburos y de aspectos eco- y específicas. Todas estas apreciaciones acre- nómicos que involucran abrir determinado nú- centan el poder de evaluación de los estudios mero de pozos para obtener y manejar deter- de exploración sismográfica y tienden a incre- minados volúmenes de producción primaria mentar las probabilidades de descubrimiento comercial hasta un cierto límite económico en de nuevos yacimientos o la revalidación de el tiempo, o sea años de producción. áreas conocidas. Generalmente, los pozos quedan Interesante es notar que los “puntos dispuestos en una configuración geométrica o trazas brillantes” tienen a su crédito significa- sobre el terreno. La distancia media entre po- tivos descubrimientos de gas e importantes co- zos indica la supuesta área de drenaje corres- rrelaciones y revaluaciones de yacimientos re- pondiente a cada pozo. En la práctica se ha cién descubiertos y añejos. constatado que entre pozos petrolíferos pue- den ser de 90 a 600 metros, según las carac- terísticas del yacimiento y el crudo. En el caso V. Operaciones de Perforación de un yacimiento de gas la distancia es mayor, para Gas unos 1.800 metros debido a las características mismas del gas. La técnicas y modalidades de perfo- Los yacimientos de gas en tierra o ración para pozos petrolíferos o gasíferos son costafuera plantean consideraciones que son idénticas. Lo que varía es la terminación debi- do a las características de producción del yaci- miento de gas solamente. Ubicación del yacimiento Si el yacimiento está en tierra firme o costafuera, su ubicación planteará aspectos operacionales que influirán sobre las decisio- nes pertinentes a las inversiones que tendrán que hacerse en perforación, en instalaciones de producción, sistemas de recolección y transporte por gasducto, plantas de tratamien- to y acondicionamiento del gas y líquidos, y finalmente utilización y mercadeo del gas y sus derivados. Espaciado de pozos Fig. 5-25. La exploración costafuera ha logrado descubrir gran- des yacimientos de petróleo y de gas libre. Esta clase de pla- Para el yacimiento petrolífero o de taforma integral de perforación se ha utilizado en muchos si- gas libre cada pozo representa un punto de tios del mundo.
- 232. 232 E l P o z o I l u s t r a d o comunes, pero los de costafuera presentan pozo petrolífero. El enfoque y la apreciación además otros aspectos muy especiales. Por de las condiciones geológicas y del estado del tanto, para este caso es importante considerar hoyo prácticamente son idénticas. Sin embar- lo siguiente: go, siempre surgirán consideraciones específi- • Profundidad de los yacimientos. cas acerca del más adecuado programa de sar- • Extensión de los yacimientos. tas de revestimiento y las opciones que pue- • Magnitud de las reservas probadas dan presentarse según el número de yacimien- y probables. tos delineados para hacer terminaciones sen- • Distancia costafuera. cilla, doble, triple u otras alternativas inmedia- • Profundidad de las aguas. tas o futuras que aseguren el potencial y la • Topografía y características del sue- producción de gas deseado. lo marino. También requiere ciertas considera- • Tipos de instalaciones para perfo- ciones la terminación que se escoja si ha de ser ración, producción y manejo del gas costa- a hoyo desnudo o entubado. Hoyo vertical, des- fuera. viado, horizontal o inclinado. O si es necesario • Alojamiento de personal. el fracturamiento del yacimiento para mejorar • Condiciones de los ambientes ma- su caudal de flujo, si es que la formación acusa rino y costero. muy baja permeabilidad. Y si la formación pro- • Navegación y transporte de sumi- ductora es muy deleznable escoger el tipo ade- nistros y personal; comunicaciones. cuado de empaque con grava para contrarrestar • Inversiones, costos y rentabilidad. el desmoronamiento de la pared del hoyo y evi- tar el flujo de arena hacia el pozo. Terminación de pozos En el caso de la presencia de agen- No hay diferencias fundamentales tes corrosivos y/o de agua en el gas, será nece- en la terminación de un pozo gasífero y un sario pensar en el uso de revestidores y tubería Fig. 5-26. Las tres configura- ciones geométricas de distri- bución de pozos son válidas para productores de petróleo y para productores de gas li- bre. Lo que cambia en uno y otro caso es la distancia del espaciamiento entre pozos.
- 233. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 233 de educción más resistente a la corrosión y tiene de 25 a 80 metros cúbicos y muy rico tomar medidas para facilitar la inyección de cuando rinde más de 80 metros cúbicos. anticorrosivos al caudal de producción del po- zo. El agua producible también puede ser co- El gas en el yacimiento rrosiva y su presencia en el caudal de produc- El gas se encuentra en el yacimien- ción puede escurrirse hasta inundar el fondo to a cierta presión y temperatura. La magnitud del pozo e impedir el flujo regular del gas ha- de la presión original es importante porque es cia la superficie. el agente propulsor del flujo de gas del ya- cimiento al pozo y del fondo de éste hasta la superficie y las instalaciones conexas de tra- VI. Comportamiento y Manejo tamiento y manejo. Además, pronósticos de la del Yacimiento y Pozos declinación de la presión en relación al volu- men acumulado de gas producido servirán pa- El comportamiento y el manejo del ra determinar la presión que no puede auspi- yacimiento y de los pozos de gas influyen en ciar cierto volumen de flujo durante la vida la eficiencia de la producción y en el apro- productiva del yacimiento. También la apre- vechamiento óptimo de las posibilidades de la ciación del comportamiento de la presión ser- mayor extracción de líquidos del gas natural. virá para determinar su declinación y acerca- Los líquidos que puede contener el miento a la presión de rocío, o sea la presión gas, como pentanos, hexanos y heptanos, se a la cual se empieza a manifestar la condensa- extraen en la superficie por medio de instala- ción de los líquidos en el yacimiento. ciones de separación, absorción, refrigeración La presión y la temperatura son fac- y plantas diseñadas específicamente para tales tores tan importantes del gas en el yacimiento fines. Además, componentes del gas, como el porque los líquidos que se condensen en el metano, el etano, el propano y los butanos yacimiento humedecerán o mojarán la roca y pueden ser licuados mediante tratamientos ese volumen será difícil de extraerse, ocasio- apropiados. La gasolina natural o cruda y el nando así una pérdida económica. condensado se aprovechan también para me- jorar mezclas y obtener mayor rendimiento de El flujo del gas: del fondo del pozo productos. a la superficie En la industria petrolera es común Del yacimiento al fondo del pozo y oír que el gas de tal yacimiento es seco o hú- de allí hasta el cabezal y luego a través de las medo, magro, rico o muy rico en su contenido instalaciones en la superficie, el comporta- de líquidos, lo cual se expresa en una relación miento del flujo de gas y sus componentes se de volumen de líquidos de posible extracción rige por las relaciones antes mencionadas: pre- de un determinado volumen de gas producido, sión, volumen, temperatura (P-V-T). expresado en galones o barriles por millón de Lo importante es mantener estas re- pies cúbicos o en litros o metros cúbicos por laciones adecuadamente en el yacimiento y en millón de metros cúbicos de gas producido. el pozo, de manera que en esos dos sitios no Generalmente, se puede decir que el conte- haya condensación de líquidos para que en la nido de líquidos de un gas es magro si acusa superficie se obtenga la mayor extracción posi- entre 6 y 24 metros cúbicos de líquidos por ble de líquidos por medio de: millón de metros cúbicos de gas. Rico si con-
- 234. 234 E l P o z o I l u s t r a d o • Etapas de separación y control de Cuando el gas contiene sulfuro de amplios rangos de temperatura. hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno, he- • Estabilización de los líquidos por lio, mercaptanos u otros compuestos, es nece- procesos adecuados. sario someterlo a tratamientos de extracción • Obtención de líquidos en separa- para depurarlo adecuadamente. Estos tratamien- dores de alta presión, y tos o procesos requieren equipos o plantas adi- • Estabilidad de los líquidos en las cionales, de diseño y funcionamiento espe- instalaciones de almacenamiento. cífico, además de substancias que se añaden al Si el gas contiene agua, ésta tiene que gas para lograr la depuración deseada. Por tan- ser removida para lograr gas seco que va a los to, este aspecto de las operaciones representa mercados, donde se utiliza como combustible aumentos en inversiones y costos que deben en las industrias y hogares. De igual manera, el ser amortizados mediante la rentabilidad de las gas tiene que ser desprovisto de arena y/o se- operaciones. dimentos que se desprendan de la formación durante el flujo. Para lograr la limpieza del gas, éste se pasa por instalaciones de depuración VII. Transporte y Entrega del Gas específica diseñadas para tales fines. a los Mercados Moléculas de los componentes del gas (metano, etano, propano o butano) se La parte final del manejo del gas la mezclan con el agua en ciertas proporciones, constituye el transporte desde las instalaciones bajo la acción de la presión y la temperatura, de los campos y las entregas de volúmenes de- para formar sólidos que trastornan la eficiencia terminados a los mercados en ruta. de las operaciones de tratamiento y transporte. Estas dos fases representan en la Estos hidratos tienen la apariencia de una mez- práctica el mercadeo y la comercialización del cla aguada de color lechoso. gas. De acuerdo con las modalidades mundia- les para este tipo de operaciones cabe mencio- nar aspectos interesantes.: • Se da el caso de que existen em- presas integradas cuyas operaciones (explora- ción, perforación, producción, transporte y mercadeo) están dedicadas exclusivamente al gas y no producen petróleo. Son empresas es- pecializadas en el negocio del gas. • Existen otras empresas integradas que se dedican mayoritariamente al petróleo y que pueden disponer de grandes volúmenes de gas asociado y de gas libre que las pueden inducir a comercializar el gas parcialmente o totalmente. Esto es que venden su gas a otras empresas y no se ocupan del mercadeo o po- drían optar por transportar, distribuir y vender Fig. 5-27. En los centros de operaciones petroleras, el recibo y gas directamente. despacho de gas natural crudo, despojado y/o tratado se hace • Hay casos en que el gas lo mane- utilizando redes de tuberías de determinadas especificaciones. jan varias empresas. Primero, la que lo produ-
- 235. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 235 ce y acondiciona. Segundo, la que lo transpor- ta y es dueña del sistema de gasductos, y ter- cero, la que se encarga de la distribución y venta del gas en determinados mercados de su competencia. Transporte El gas se transporta por tuberías -gasductos- cuyos diámetros pueden ser de 10 a 122 centímetros, según el volumen y la pre- sión requerida de transmisión. La longitud del gasducto puede ser de unos cientos de metros a miles de kilómetros, según la fuente de ori- Fig. 5-28. Los gasductos de gran diámetro y de muchos kiló- gen del gas y los mercados que lo requieran. metros de longitud que transportan diariamente enormes volú- menes de gas requieren de estaciones de recompresión a lo A medida que las distancias para largo del trayecto. transportar gas sean más largas, se presenta la consideración de comprimir el gas a presiones la potencia de compresión requerida para de- más elevadas para que llegue a los diferentes terminado volumen fijo de gas, o sea 1.000.000 puntos de entrega en la ruta de la red de gas- de pies cúbicos diarios o 28.320 metros cúbicos ductos. Esto significa la necesidad de instalar diarios. En la práctica, para este volumen y estaciones de compresión en ciertos puntos. La considerando todos los rangos de los paráme- compresión es un factor económico importante tros antes mencionados, la potencia de la pri- en la transmisión de gas por gasductos largos. mera etapa puede estar entre 30 y 120 caballos La compresión del gas se puede ha- de potencia (c.d.p.), la segunda, entre 120 y cer por etapas. Generalmente se emplea una 250, y la tercera, entre 250 y 325. Estos rangos primera, segunda y tercera etapas de compre- de etapas y potencia cubren presiones de des- sión que pueden satisfacer las presiones re- carga desde 25 a 3.500 lppc, o sea desde 1,75 queridas, al tomarse en consideración la pre- a 246 kg/cm2. sión de entrada y la de salida, la relación de La Tabla 5-7 recoge la capacidad de compresión, la temperatura de entrada y de sa- varias instalaciones de gas natural en el país y lida, el peso molecular del gas, para determinar destaca los cambios habidos entre 1975-1993. Tabla 5-7. El gas natural de Venezuela en cifras Renglones 1975 1983 1993 Reservas, MMMm3 1.197 1.568 3.909 Producción bruta, Mm3/d 104.133 87.030 115.518 Gasductos, km 3.339 4.220 6.631 Volumen transportado, Mm3/d 24.852 35.027 96.264 Vendido/usado como combustible, Mm3/d 29.181 40.608 41.830 Plantas de procesamiento 16 9 17 Capacidad efectiva, Mm3/d 65.145 55.618 91.451 Plantas de inyección 57 66 83 Número de compresores 258 294 357 Potencial total, c.d.f. (h.p.) 1.329.060 904.154 1.573.375 Capacidad de inyección, Mm3/d 118.914 128.190 178.789 Volumen inyectado, Mm3/d 57.447 37.907 37.240 Número de yacimientos 116 142 150 Fuente: MEM-PODE, años correspondientes.
- 236. 236 E l P o z o I l u s t r a d o Distribución De los campos de gas parten los gasductos principales hacia los centros de con- sumo. Sin embargo, en el trayecto puede ser que ramales del gasducto vayan a otros sitios para llevar gas a determinadas poblaciones y de igual manera, en ciertos puntos, pueden unírsele al gasducto principal otros que arran- can de campos diferentes de gas para comple- mentar los volúmenes deseados de entrega para toda la red. Al llegar a cada sitio de consumo, el gasducto principal alimenta la red secundaria de distribución que surte a la ciudad y a los diferentes tipos de grandes y pequeños usua- rios. El flujo de gas es continuo durante las veinticuatro horas del día y el suministro lo recibe cada cliente a presión y volumen cón- sonos con los requerimientos a través de medi- dores y reguladores que controlan la eficiencia del servicio. La capacidad de la red es siempre Fig. 5-29. Instalaciones para distribución de gas doméstico en suficiente para atender variaciones en la de- La Haciendita, Cagua, estado Aragua. manda, ya que desde los pozos y las instala- ciones de campo y a todo lo largo del sistema timas, en 1990 transportó 198 MMm3/d. Estas se cuenta con alternativas que garantizan el cifras dan idea de la utilización y del negocio suministro. Por ejemplo, en países de clima que representa el gas natural (ver Tabla 5-1). frío, durante el invierno se consume mucho Para el año 2010 se estima que los volúmenes más gas que durante el otoño, la primavera o internacionales requeridos habrán aumentado el verano. Para responder a los incrementos y 21 % y se necesitarán unos 600 a 800 $MMM pa- picos volumétricos se carga la red con más gas ra el gas transportado por gasductos y unos 60 incrementando la presión, lo cual puede ha- $MMM para el GNL. En 1994 la flota metanera cerse gracias a la compresibilidad del gas. mundial hizo 1.619 viajes y entregó el equiva- Entre países vecinos productores y lente a 395 MMm3/d de GNL, o sea, casi 50 MMm3 consumidores de gas natural se hacen entregas interanual de aumento respecto a 1990, según por gasductos regionales de cientos de kilóme- cifras de Oil and Gas Journal, julio 1991, p. 21, tros de longitud. Ejemplos de esta modalidad y enero 15, 1996, p. 45. los hay en Canadá/Estados Unidos/México; Rusia/Europa Oriental y Europa Occidental. En Exportaciones de derivados del gas 1990 las entregas por fronteras en todo el A propósito de las expectativas de mundo sumaron 640 MMm3/d. Además, la flo- los derivados del gas natural en los mercados ta mundial de metaneros para las entregas de mundiales, Venezuela ha participado durante gas natural licuado (GNL) entre terminales marí- años con modestas cifras de exportación hacia
- 237. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 237 Tabla 5-8. Exportaciones directas de derivados del gas, miles de barriles Gases Líquidos del Petróleo Año Gasolina Butano Iso-Butano Propano Mezclas Subtotal Total natural de GLP 1975 3.894 4.672 22 6.040 173 10.907 14.801 1983 415 740 - 393 288 1.421 1.836 1984 - 89 - 672 417 1.178 1.178 1985 - 1.151 - 679 - 1.830 1.830 1986 151 2.573 664 6.921 - 10.158 10.309 1987 959 1.985 596 6.168 99 8.848 9.807 1988 - 3.150 376 6.092 143 9.761 9.761 1989 - 2.403 304 7.100 230 10.037 10.037 1990 1.211 2.137 252 4.898 43 7.330 8.541 1991 1.170 1.318 377 6.114 - 7.809 8.979 1992 132 356 425 3.692 - 4.473 4.605 1993 676 221 465 3.232 198 4.116 4.792 Fuente: MEM-PODE, 1975-1993. los cinco continentes, principalmente con pie cúbico, cifras equivalentes a 8.000 y 11.115 mayores volúmenes de butano y propano. Las kilocalorías por metro cúbico, respectivamente. cifras de la Tabla 5-8 confirman las realizacio- Aproximadamente, una libra de petróleo crudo nes logradas. representa de 15.350 a 22.500 BTU. El poder A partir de 1984, el sector petro- calorífico exacto de una muestra de gas o de químico venezolano inició la expansión de sus crudo se hace en el laboratorio. actividades y comenzó a utilizar más insumos La Tabla 5-9 da una idea de los pre- producidos en el país, a expensas de los volú- cios semanales del mercado a futuro. menes que podrían exportarse. Tabla 5-9. Cotizaciones de precios a futuro VIII. El Precio del Gas Fecha Crudo liviano dulce Gas natural $/Brl. $MM BTU En el país, la utilización del gas ha 22-12-1995 19,17 2,85 29-12-1995 19,42 2,62 seguido ganando clientes, además de su uso 05-01-1996 19,97 2,93 en la propia industria para aumentar la extrac- 19-01-1996 18,61 2,17 26-01-1996 18,07 2,31 ción adicional de petróleo mediante la inyec- 02-02-1996 17,65 2,49 ción a los yacimientos y como fuente de ener- Fuente: Oil and Gas Journal, enero 8, 15, 22, 29 gía en las operaciones. y febrero 5, 12, 1996. La utilización del gas natural, tanto aquí en Venezuela como en el resto del mun- El comportamiento del mercado do, está aumentando. Su precio se está equi- mundial de hidrocarburos, en lo que respecta parando respecto al del petróleo, de acuerdo a precios, fluctúa unos centavos de dólar hacia al poder calorífico. La equivalencia se expresa arriba o hacia abajo de un día para otro, a me- en $ por cada mil pies cúbicos o millón de nos que ocurran eventos catastróficos que po- BTU de gas en comparación con el precio del drían aumentar el precio significativamente. barril de petróleo. Sin embargo, ni los eventos catastróficos en los Se ha mencionado que el poder ca- últimos años han sido capaces de influir drás- lorífico del gas está entre 900 y 1.250 BTU por ticamente en el precio del petróleo.
- 238. 238 E l P o z o I l u s t r a d o en los precios mundiales de los hidrocarburos. La capacidad de balance del caudal diario mundial de crudos entre productores no-OPEP y los de la OPEP es tal que las divergencias pendientes y las que puedan suscitarse tienen que ser ahora objeto de entendimiento entre todos: productores, importadores, distribuido- res y consumidores. Además del suministro y los precios, está en juego el equilibrio económi- Fig. 5-30. La importancia que seguirá adquiriendo la industria co del mundo. del gas en el futuro se podrá apreciar por la capacidad mun- Sin duda, el gas será en el futuro dial de sus instalaciones y la producción de líquidos. fuente importante de energía para Venezuela. Las naciones industriales como gran- Las reservas probadas para 1983 acusaron des importadoras de hidrocarburos recurren a 1.562.332 millones de metros cúbicos, mayori- sus reservas estratégicas (inventarios acumula- tariamente gas asociado. Afortunadamente, los dos) para complementar sus demandas diarias. descubrimientos de yacimientos de gas no aso- Además, podrían imponer racionamiento del ciado hechos en 1981 y 1982, en tierra y costa consumo propio, disminución de la velocidad afuera, fueron contabilizados y reforzaron in- del tránsito automotriz o la sustitución de un mensamente el potencial de futuras reservas y tipo de energía por otro para que no escaseen capacidad de producción. Para 1990, el país los suministros mientras dura el conflicto. llegó a duplicar holgadamente sus reservas res- En lo que va de esta década de los pecto a 1983 al contabilizar 3.428.560 millones noventa, ni la invasión a Kuwait por Iraq ni la de metros cúbicos. En 1993, la cifra fue de guerra del Golfo ni otros serios enfrentamien- 3.909.098 millones de metros cúbicos (MEM- tos en el Medio Oriente causaron desbarajustes PODE, 1993). Tabla 5-10. Instalaciones, producción y capacidad de la industria mundial del gas natural 1983* 1997** Número de plantas 1.367 1.568 Capacidad de gas, MMPCD 129.306 190.616 Gas manejado, MMPCD 74.926 130.855 Producción, b/d Etano 318.440 410.486 Propano 542.304 471.248 Iso-Butano 38.740 102.955 n-Butano 180.130 195.092 Gas líquido mezclado 94.600 492.867 Gas líquido crudo 1.012.488 2.065.300 Gasolina natural desbutanizada 273.017 542.802 Otros 297.457 593.105 Total 2.757.176 4.873.855 * Oil and Gas Journal, July 16, 1984. No se incluyen países socialistas. ** Oil and Gas Journal, June 2, 1997. Incluye todos los países al 01-01-1997.
- 239. C a pí t u l o 5 - G a s N a t u r a l 239 Tabla 5-11. Venezuela: producción y distribución del gas natural, 1983-1995 millones de metros cúbicos Distribución de otros usos Año Producción Inyectado Arrojado Otros Transformado Sometido a impuestos No sometido a impuestos Donado bruta usos productos y Combustible Vendido Combustible Vendido mermas 1/ 1983 31.766 12.866 1.725 17.165 1.525 2.290 1.943 2.794 8.235 369 1984 32.574 12.030 1.756 18.788 1.488 2.307 2.244 2.847 9.495 370 1985 32.996 12.428 1.617 18.951 1.625 2.367 2.107 2.676 9.814 362 1986 36.275 12.040 2.775 21.460 2.386 2.871 1.981 2.909 10.886 427 1987 36.236 11.359 3.690 21.187 2.600 2.737 2.227 2.705 10.479 439 1988 38.457 12.939 3.727 21.791 2.763 2.676 3.089 2.577 10.141 545 1989 38.922 14.001 2.613 22.308 2.770 2.938 3.224 2.660 10.170 546 1990 41.763 13.242 3.449 25.072 3.106 2.956 4.062 3.016 11.365 567 1991 42.326 13.283 3.616 25.427 3.525 3.233 6.069 3.137 8.897 566 1992 42.476 13.599 3.494 25.383 3.766 3.565 6.110 2.840 8.555 547 1993 42.164 11.726 3.388 27.050 1.437 4.059 10.708 2.814 7.467 565 1994 44.487 12.175 3.545 28.767 4.092 9.614 13.625 5.087 2.948 1.436 1995 48.359 13.207 3.562 34.600 4.627 5.075 16.682 3.742 3.845 629 1/ Incluye pérdidas o ganancias por transferencias. Fuentes: MEM, Dirección de Petróleo y Gas. División Técnica de Gas Natural. MEM-PODE, 1993, p. 58; 1994, 1995.
- 240. 240 E l P o z o I l u s t r a d o Referencias Bibliográficas 1. ALTIERI, V. J.: Gas Analysis and Testing of Gaseous Mate- rials, American Gas Association, New York, 1945. 2. BALESTRINI, César: Economía Minera y Petrolera, Uni- versidad Central de Venezuela, Caracas, 1959. 3. BAPTISTA, Federico G.: Historia de la Industria Petrolera en Venezuela, Creole Petroleum Corporation, Caracas, 1966. 4. BRECHT, Christoph: “Gas - Energy of the Future”, en: Hydrocarbon Processing, November 1980, p. 76. 5. BROWN, George Granger: Deviation of Natural Gas from Ideal Gas Laws, Clark Bros. Co. Inc., Olean, New York. 6. CARO, Rubén A.: Utilización del Gas en Venezuela, Cor- poración Venezolana del Petróleo, Caracas, marzo 1962. 7. CENTENO, Roberto: Economía del Petróleo y del Gas Na- tural, Editorial Tecnos, Madrid, 1974. 8. Compressed Air and Gas Data, Ingersoll-Rand Co., Phil- lipsburgh, New Jersey. 9. CONICIT: Fuentes Energéticas. Una Perspectiva Venezo- lana, Conicit, Caracas, 1977. 10. CURRI, R.N.: “Gas BTU Measurement Inconsistencies Examined”, en: Oil and Gas Journal, July 21, 1980, p. 56. 11. DIEHL, John C.: Natural Gas Handbook, Metric Metal Works, Erie, Pennsylvania, 1927. 12. FOWIER, E.D.; RHODES, A.F.: “Checklist Can Help Specify Proper Wellhead Material”, en: Oil and Gas Journal, January 24, 1977, p. 62. 13. FRICK, R.W.; HEGGLUND, J.W.: “Financing Internatio- nal Oil and Gas Projects”, en: World Oil, May 1981, p. 207.
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- 246.
- 247. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 247 Indice Página Introducción 249 I. Una Idea, un Informe: una Industria 252 • El trabajo de Silliman 253 • La destilación a altas temperaturas 254 • Utilización del vapor de agua 254 • El petróleo como fuente de iluminantes 255 II. Crudos para las Refinerías 256 • Tipificación de crudos 257 • Selección de hidrocarburos 258 • Evaluación de crudos 260 • Complejidad de la evaluación 261 • Terminología 262 • El laboratorio 263 • El aspecto económico 264 III. La Química del Petróleo 265 • Ejemplos de la estructura molecular 267 Serie parafínica CnH2n+2 267 Serie olefínica CnH2n 268 Naftenos (CnH2n) x 269 Aromáticos CnH2n-6 269 • La comercialización del petróleo 270 IV. Los Procesos de Refinación (A) 270 • La utilización de energía 271 • De los equipos de refinación 274 • Tecnología 274 • Metalurgia 275
- 248. 248 E l P o z o I l u s t r a d o V. Los Procesos de Refinación (B) 275 • Procesos de destilación 276 • Desasfaltación 277 • Refinación con disolvente 277 • Desceración o desparafinación con disolvente 278 • Exudación de parafina 278 • Proceso térmico continuo (“Thermofor”) con utilización de arcilla 278 • Tratamiento con ácido-arcilla 278 • Oxidación de asfalto 279 • Descomposición térmica 280 • Descomposición térmica catalítica fluida 281 • Reformación catalítica 282 • Extracción de azufre 283 VI. La Refinación y la Demanda de Productos 286 • El nuevo patrón de refinación de la Refinería de Amuay 287 • Disposición de las plantas 288 • Los procesos seleccionados 288 Proceso “Flexicoking” (Exxon) 288 Proceso “Flexicracking” (Exxon) (Desintegración Catalítica) 290 Proceso de Isomerización “Butamer” (Universal Oil Products) 290 Proceso de Alquilación “HF” (Acido Fluorhídrico, Universal Oil Products) 291 • Inversiones 291 VII. Factores Complementarios 292 • Suministro de crudos y otros hidrocarburos 292 • Almacenamiento 292 • Instrumentación 293 • Seguridad industrial 294 VIII. Evolución de la Refinación en Venezuela 294 • Cronología de la refinación en Venezuela 295 Referencias Bibliográficas 308
- 249. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 249 Introducción natural, todas las actividades que conforman el diario quehacer se verían comprometidas. En los cinco capítulos anteriores Ciertamente se depende del petróleo mucho más (1. ¿Qué es el Petróleo?; 2. Exploración; 3. Per- de lo que en verdad diariamente se observa. foración; 4. Producción; 5. Gas Natural) se ex- No son solamente las gasolinas, plican conceptos fundamentales sobre la consti- grasas y lubricantes que diariamente consume tución de los hidrocarburos, su generación y el transporte automotor privado y público. Es captura en las formaciones geológicas y las también el transporte marítimo, ferrocarrilero y actividades que la industria petrolera realiza aéreo. Son los derivados que van para las in- diariamente para buscar, cuantificar y producir dustrias de la construcción, la agropecuaria, la yacimientos petrolíferos y/o gasíferos. Este textilera, la metalmecánica, la farmacéutica, la sexto capítulo trata de la refinación de los hi- eléctrica, la minera, la del calzado, la de ali- drocarburos. mentos, la automotriz, la aviación, los astille- La idea original (1853) de refinar el ros, las de fabricación de artículos del hogar, petróleo para convertirlo en iluminante con fines las de las comunicaciones; las oficinas, fábri- comerciales fue el motivo que indujo a la crea- cas, talleres; consultorios, clínicas y hospitales; ción formal de la primera empresa petrolera. y tantos otros sitios donde son indispensables Este primer paso fue muy positivo y los diferentes productos extraídos del petróleo. trascendente. De los primeros análisis rudi- Todo lo antes mencionado indica el mentarios de refinación se pudo constatar que porqué es tan importante el uso racional de los esta nueva fuente para iluminantes respondía a derivados del petróleo, especialmente aquellos las expectativas de los interesados. Mas, la des- que se consumen en el transporte. Pues es ne- tilación por rangos de alta temperatura rindió cesario pensar que el petróleo es un recurso productos que se distinguían por sus caracte- natural no renovable. Sus características y pro- rísticas de color, fluidez, combustión y deter- piedades son tan singulares y la variedad de minados porcentajes de rendimientos subse- sus derivados tan extensa que difícilmente se cuentes de la muestra original. Las últimas par- puede contar con otra materia prima capaz de tes remanentes mostraron cualidades que eran sustituirlo plenamente. aptas como lubricantes y grasas, y los residuos finales también prometieron oportunidad de tratamiento si se hubiese dispuesto del equipo apropiado, de la fuente de energía que gene- rase muy altas temperaturas y de la tecnología requerida. De entonces acá, los adelantos cien- tíficos y tecnológicos en la refinación de cru- dos livianos, medianos, pesados y extrapesa- dos o mezclas de ellos son testimonio del pro- greso industrial de los últimos cuarenta y un años del siglo XIX, y más ampliamente del auge vertiginoso de la utilización de los hidro- carburos en los años finales del siglo XX. Sin Fig. 6-1. Parte de los equipos e instalaciones específicas que los casi 3.000 derivados del petróleo y del gas conforman el Centro de Refinación Paraguaná, estado Falcón.
- 250. 250 E l P o z o I l u s t r a d o Cada refinería representa una insta- de plantas a la refinería. Puede ser que la refine- lación de diseño y complejidad específicas, ría supla el mercado local, el regional, el nacio- que corresponde a procesos únicos. Las plan- nal o en parte ciertos y determinados mercados tas pueden ser muy sencillas, como son las de de ultramar. Por tanto, su complejidad y capa- destilación primaria, o pueden constituir un cidad se ajustarán a estos requerimientos. extenso tren de procesos de alta tecnología La refinería representa en sí un en- para obtener determinados productos semiela- clave tecnológico altamente autosuficiente. Por borados y/o definitivos. Cada refinería es pri- las características y exigencias de las operacio- mordialmente un centro de química e ingenie- nes, los servicios básicos, como son fuerza y ría química aplicada, cuyo funcionamiento dia- luz eléctrica, gas, agua, vapor, aire, refrigera- rio se afinca también en muchas otras ramas ción y calor, deben funcionar confiablemente. de la ingeniería y especialidades afines. Pero Las operaciones de refinación son continuas, por sobre toda la ciencia y toda la tecnología, veinticuatro horas al día todo el año, excepto todas las instalaciones novedosas y todos los por desperfectos o accidentes imprevisibles. insumos más adecuados, ese funcionamiento Sin embargo, como de tiempo en tiempo es eficaz descansa diariamente sobre la prepara- necesario parar equipos o plantas para revisio- ción y la experiencia del personal que maneja nes y mantenimiento, estas paradas se hacen la refinería. de acuerdo con un plan detallado de trabajo La capacidad de carga, o sea la dieta que garantiza el mínimo entorpecimiento de o el volumen diario de determinado(s) crudo(s) las operaciones. que se refina(n), y los diferentes procesos y La magnitud y el alcance de las ope- plantas con que cuenta cada refinería son el re- raciones mundiales de refinación son extensas. sultado de estudios técnicos y económicos, ba- La producción diaria de millones de barriles de sados en la demanda y oferta de productos, en crudos, con algunos altibajos, está precisamente las características y proyecciones del mercado, orientada a cumplir con los requerimientos de en la fuente de suministro de crudos al más lar- las refinerías, que a la vez satisfacen diariamente go tiempo posible, en las inversiones, en los la demanda de los consumidores de productos costos de operaciones, en la rentabilidad y en derivados de los hidrocarburos. Las cifras de la los aspectos futuros de comercialización de Tabla 6-1 dan idea de estas operaciones. nuevos productos por modificación o adición Tabla 6-1. Producción mundial de crudos, capacidad de refinación y producción de gas Año Producción Capacidad Producción de crudos de refinación de gas (miles b/d) (miles b/dc) (MMm3/d) 1986 56.184 73.231 5.434,9 1987 55.358 72.518 5.747,0 1988 57.928 73.153 6.026,4 1989 58.873 74.086 5.590,7 1990 60.365 72.714 5.689,8 1991 59.966 73.798 5.778,1 1992 59.978 73.686 5.766,7 1993 59.553 74.138 5.927,8 1994 60.521 74.167 5.980,9 1995 61.445 74.452 6.092,3 Fuentes: MEM-PODE, 1990,1993. Oil and Gas Journal, December 19, 1994; December 18 y 25, 1995; March 11, 1996.
- 251. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 251 Sobre las cifras anteriores cabe una 38,2 millones de barriles diarios de petróleo. Si observación. La diferencia entre la producción el contenido de todo ese gas fuese magro, rico y la capacidad instalada de refinación no es tan o muy rico, se podría obtener un promedio de grande si se toma en cuenta que esta última, 15, de 52 o de 80 m3 de líquidos por 1.000.000 por razones obvias, casi nunca se utiliza cien- de m3 de gas, respectivamente. Esto equivale a to por ciento. Además, en los campos petrole- la producción de 574.903; 1.989.824; ó 3.066.148 ros, en las terminales y en las propias refine- b/d de líquidos, respectivamente, si todo el gas rías cada día hay millones de barriles de cru- fuese tratado. dos almacenados, disponibles para cubrir défi- Sin embargo, sólo cierto porcentaje cits temporales en la producción o demandas del volumen total del gas producido es en rea- inusitadas en la dieta diaria de las refinerías. lidad tratado y procesado. La idea de mencio- Por otra parte, la producción de gas equiva- nar estas cifras es para mostrar la importancia lente a barriles de petróleo representa un buen de los líquidos que pueden extraerse del gas y volumen adicional de hidrocarburos líquidos. su contribución a los volúmenes de produc- La producción mundial total de gas ción y de refinación. en 1995 acusó 6.093,3 MMm3/d, equivalente a Fig. 6-2. Vista parcial del Centro de Refi- nación Paraguaná y sus complejas insta- laciones.
- 252. 252 E l P o z o I l u s t r a d o I. Una Idea, un Informe: una Industria En 1853, George H. Bissell y su socio Jonathan G. Eveleth se interesaron en una ema- La refinación de hidrocarburos ante- nación de petróleo en el condado de Venango, cede por muchas décadas el comienzo formal estado de Pennsylvania, y se hicieron la si- de la industria petrolera (1859) como gestión guiente pregunta: ¿Por qué no puede ser utili- comercial. Las primeras destilaciones rudimen- zado el petróleo como iluminante, siempre y tarias de crudos se hicieron por los años 1788 cuando se disponga de una fuente abundante? y 1798, pero los productos obtenidos no en- Antes de proseguir con sus inquietu- contraron utilización práctica y los esfuerzos se des y expectativas comerciales, Bissell y Eve- esfumaron. leth encomendaron al profesor Benjamin Silli- Por el año 1846, el geólogo cana- man hijo, del Colegio de Yale, que hiciese un diense Abraham Gesner inventó una lámpara análisis del crudo de Venango. El 16 de abril para ser utilizada con combustible extraído de de 1855 quedó concluido el análisis y el infor- la lutita bituminosa. Sin embargo, este adelan- me fue remitido a los interesados. Este análisis to de la época tampoco cosechó la apreciación fue el fundamento para la creación de la Penn- pública que entonces pudo haber merecido. sylvania Rock Oil Company of New York, el 30 Quizá se debió a las dificultades mecánicas de de diciembre de 1854. El 28 de agosto de 1859, extraer el petróleo de la lutita, a los costos de el coronel Edwin Drake, encargado de las ope- extracción y a la imposibilidad de obtener vo- raciones de la empresa, terminó en la finca de lúmenes adecuados de combustibles. Aún hoy los Hibbard, cerca de Titusville, Pennsylvania, la extracción de crudo de la lutita es objeto de el pozo iniciador de la industria petrolera. investigación y consideraciones como fuente alterna de energía. Fig. 6-3. Desde los comienzos (1853) de las gestiones por establecer el petróleo y la industria petrolera (1859) como fuente de iluminantes, el laboratorio fue y continúa siendo sitio indispensable para el progreso científico y tecnológico del petrolero.
- 253. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 253 El trabajo de Silliman El análisis de crudo y el informe res- pectivo hechos por el profesor Silliman consti- tuyen muestras sobresalientes de la tecnología química aplicada de la época y del arte de re- dacción, no obstante las limitaciones de los re- cursos disponibles entonces. El informe describe las característi- cas generales del crudo: color, viscosidad, olor, densidad, susceptibilidad al calentamiento (ebu- llición y vaporización), dificultad para incen- diarse, propagación de la llama y abundancia de humo, manchas de grasa que deja sobre el Fig. 6-4. Benjamin Silliman, hijo. papel, sus cualidades como lubricante y la in- alterabilidad de su consistencia por exposición Para determinar los productos que al aire. Al tratar lo antes mencionado concluye podrían obtenerse de la muestra, ésta fue so- que el petróleo examinado puede ocurrir en metida a la destilación térmica mediante la re- abundancia en los predios de los interesados y gulación de rangos de temperatura en baño de que podría extraerse abriendo pozos en gran- María con agua y luego con aceite de linaza des extensiones de tierra que año a año pro- para promover el aumento de temperatura por ducirían sin decaer. Termina esta parte con es- encima de 100 °C (212 °F). El proceso fue te- tas preguntas: ¿Qué valor tendrá para las artes dioso y dificultoso, pero la muestra original de y para qué usos podrá ser empleado? 304 gramos y densidad de 0,882 (28,9 °API) Tabla 6-2. Análisis original (1855) de una muestra de petróleo de Venango, Pennsylvania, E.U.A., por B. Silliman, hijo Fracción Temperatura Peso Densidad Características °C gramos 1 100 5 _ Agua acidulada. 2 140-150 26 0,733 Aceite incoloro, muy liviano y limpio. 3 150-160 29 0,752 Ligeramente amarillento, muy transparente, limpio. 4 160-170 38 0,766 Más amarillento y distinto al anterior. 5 170-180 17 0,766 De más color, más consistente y olor empireumático. 6 180-200 16 0,800 De mucho más color y más denso que el anterior, y los dos siguientes mucho más. 7 200-220 17 0,848 8 220-270 12 0,850 Total destilado 160 Total residuo 144 Total cantidad original 304
- 254. 254 E l P o z o I l u s t r a d o rindió ocho fracciones destiladas para un total ácidos sulfúrico, nítrico, hidroclorhídrico, acé- de 160 gramos y dejó 144 gramos de residuo. tico y crómico; hidratos de potasa, sodio y cal- Interesantes fueron estos resultados, cio, y algunos blanqueadores. tanto por las apreciaciones y conclusiones lo- • Una muestra del crudo fue vapori- gradas, que daban respuestas a las expectati- zada y produjo gas de hidrógeno casi puro; vas de los interesados y del investigador por la 455 gramos de crudo se convirtieron en 0,2833 técnica empleada en la conducción de los ex- m3 de gas que al quemarse como iluminante perimentos. La densidad de los destilados obte- produjo una llamada intensa, con humo en el nidos corresponde, respectivamente, en °API, a: mechero corriente pero que al probarse en la 61,4; 56,7; 53,2; 53,2; 45,4; 35,4; 34,2. Todos lámpara de Argand emitió una llama perfecta. fueron productos muy livianos, lo cual indica que las temperaturas finales, de 220-270 °C, no La destilación a altas temperaturas fueron suficientes para destilar el residuo (144 Una de las limitaciones con que tro- gramos) totalmente. Si se hace un cálculo pon- pezó la realización del análisis fue la resisten- derado de lo obtenido, los 155 gramos de des- cia del equipo de vidrio a mayores tempera- tilados reconstituidos tendrían 51 °API. turas. El producto o derivado número 8 se lo- En el informe se anotan importantes gró a 270 °C (518 °F). consideraciones que cubren puntos como los El profesor Silliman seleccionó siguientes: equipo hecho de metal para la destilación y • El experimento se realizó funda- utilizó un alambique de cobre de unos 23 li- mentalmente en la creencia de que el crudo tros de capacidad. En resumen la muestra de contenía varios tipos de productos diferentes y crudo de 560 onzas (15,9 kilogramos) rindió con diferentes grados de ebullición. los resultados indicados en la Tabla 6-3. • Con el baño de María con agua no Es interesante notar las experiencias se pudo destilar la muestra más allá de 100 °C obtenidas de este segundo análisis, como fue- y por ello se optó por la linaza. ron: el cambio del equipo; la destilación de un • Las temperaturas de ebullición de 93 % de esta muestra en comparación con los productos presentaron ciertas anomalías, 52,6 % de la primera, gracias a las más altas pero la ebullición fue progresiva. temperaturas; el tratamiento de unos productos • La variedad de productos obteni- con agua hirviendo y finalmente la presencia de dos, en concordancia con las temperaturas, cristales de parafina en el producto número 5. indicó que eran mezclas de otros productos o Si se considera que para la fecha se que fueron producidos por la acción de la tem- estaba en las gestiones de indagación de posi- peratura y el cambio químico ocurrido durante bilidades de crear una industria y que el éxito el proceso. dependería de la transformación de la materia • El examen químico de todos estos prima, sin duda, la conducción y resultados de aceites demostró que estaban compuestos por estos análisis, mirándolos retrospectivamente, carbono e hidrógeno y probablemente estos tienen un gran valor científico, técnico, empre- mismos elementos tienen la misma relación sarial e histórico. numérica. • Para verificar la reacción de cier- Utilización del vapor de agua tos elementos químicos sobre los derivados o Haciendo uso de la tecnología y de de éstos sobre aquéllos, se emplearon: cobre, las aplicaciones ensayadas para esa época, el
- 255. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 255 Tabla 6-3. Análisis de crudo de Venango a más altas temperaturas, por B. Silliman, hijo Producto Temperatura Peso Densidad Características °C kilos 1 280 3,685 0,792 Aceite liviano, color ligero. Acídico. Acido removido por ebullición con agua fresca. 2 300 3,486 0,865 Aceite amarillento, más viscoso. 3 357 4,819 - Aceite marrón oscuro. Fuerte olor empireumático. En reposo se acumuló sedimento negrusco que al lavarlo con agua hirviendo le removió casi totalmente su olor desagradable y el fluido se tornó a un color más ligero y perfectamente brillante. 4 371 0,482 - De color más ligero y más fluido que el producto anterior. 5 399 2,381 - Más denso y más oscuro que el crudo original. Al enfriarse, se llena de una masa densa de cristales perlíticos. Estos cristales son parafina. profesor Silliman optó por someter muestras tipo de llama, intensidad de la luz (medida con del crudo a tratamientos con vapor para ver si un fotómetro especialmente diseñado en esa con calor húmedo y a altas temperaturas la época), producción de hollín o carbón, com- destilación rendía mejores resultados. portamiento de la mecha de las lámparas, du- Desafortunadamente, no pudo lograr ración de determinado volumen de cada ilumi- vapor a temperatura mayor de 143 °F y aunque nante, comparación de costos entre los ilumi- obtuvo destilación abundante hasta esa tempe- nantes de la época. Por ejemplo, 1.000 pies cú- ratura, fue imposible separar los productos de bicos de gas (28,3 m3) tenían los siguientes más altas temperaturas de ebullición. precios: New Haven $4; Nueva York $3,50; Fi- ladelfia y Boston $2. El aceite de ballena se El petróleo como fuente de iluminantes vendía a $2,50 el galón (3,78 litros), el de colza Los análisis y experimentos realiza- a $2, trementina a $0,68 y otros aceites vege- dos sirvieron para contestar las preguntas que tales a $0,50. se formularon los promotores para crear la Desde el aspecto comercial de los Pennsylvania Rock Oil Company of New York. iluminantes, ésta era la situación del mercado Esto es, si el petróleo podría ser utilizado co- al cual aspiraban concurrir los patrocinadores mo iluminante. de la primera empresa petrolera estadouniden- Efectivamente, varios de los produc- se en formación. tos obtenidos del crudo de Venango fueron No escapó tampoco al profesor Silli- utilizados en los diferentes tipos de lámparas man la posibilidad que ofrecía la materia prima disponibles. Estas lámparas quemaban aceites que había analizado como fuente para la ob- de procedencia vegetal o animal. tención de lubricantes. Mencionó en su infor- Los experimentos y datos registra- me que había enviado muestras a Boston para dos dieron información sobre el comportamiento que se hiciesen ensayos en un aparato espe- de los derivados del petróleo en lo referente a: cial. Consideró que algunos de los aceites ob-
- 256. 256 E l P o z o I l u s t r a d o larse y a desarrollarse con vehemencia. La fie- bre del petróleo se apoderó de los promotores estadounidenses y para 1860 la producción al- canzó 1.395 b/d. Hasta entonces, las fuentes prepon- derantes de energía eran el sol, el viento, la ma- rea, las corrientes de agua, la fuerza muscular humana y animal, la madera y el estiércol. El aceite de ballena era supremo como iluminante y el carbón se utilizaba para alimentar las má- quinas de vapor que servían al transporte ferro- viario y marítimo, y que luego, en la generación de electricidad, tuvo su auge y apogeo durante el período 1850-1914. Después de la Primera Guerra Mundial (1914-1918), el petróleo se con- virtió en la fuente esencial de energía. Fig. 6-5. La idea de crear y desarrollar (1859) la industria pe- trolera se fundamentó en que sería fuente segura sustitutiva La creciente importancia mundial de los iluminantes de la época. del petróleo extendió su búsqueda a todas par- tes del mundo y, poco a poco, empezaron a tenidos mostraron las características importan- darse significativos descubrimientos con el con- tes de los lubricantes porque no se engomaban siguiente aumento de producción. En Vene- ni se tornaban ácidos o rancios a la intemperie zuela se inició la actividad petrolera en 1878, y resistían competentemente las temperaturas con la fundación de la Compañía Nacional Mi- gélidas. nera Petrolia del Táchira, cuyas concesiones de De 1860 en adelante, la refinación, 100 hectáreas estaban ubicadas cerca de Rubio, como una rama integral de la industria petrole- a 15 kilómetros al oeste de San Cristóbal, esta- ra en ascenso, comenzó a competir en el mer- do Táchira. En 1882 la Petrolia erigió en La cado de los iluminantes y a desarrollar, a través Alquitrana una modesta y pequeña refinería de la química y de la ingeniería química aplica- (alambique) de 2.270 litros/día de capacidad das, tecnología para aumentar el número de para obtener querosén. Este significativo pero derivados y el rendimiento de los diferentes ti- muy modesto esfuerzo local se mantuvo hasta pos o clases de petróleo. 1934, pero no prosperó. En la primera y segunda décadas del II. Crudos para las Refinerías siglo XX la atención de los petroleros extran- jeros, principalmente estadounidenses y anglo- “Teóricamente, es posible producir cual- holandeses, se volcó sobre Venezuela. Las pri- quier tipo de producto refinado de cualquier tipo de meras pesquisas culminaron en 1914 con el crudo pero no es común lograrlo económicamente”. descubrimiento del gran campo de Mene Gran- W.L. Nelson de por el primer pozo exploratorio y descubri- dor Zumaque-1. Este descubrimiento fue tan Constatada la utilidad del petróleo significativo que para 1917 la empresa anglo- como fuente de iluminantes, y en la medida en holandesa Caribbean Petroleum Company ha- que se incrementaba el auge de descubrir yaci- bía construido una refinería de 2.000 b/d de mientos, la industria petrolera empezó a perfi-
- 257. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 257 Fig. 6-6. Reproducción artística de la refinería de La Alquitrana, 1882, cerca de San Cristóbal, de la empresa venezolana Petro- lia del Táchira, creada en 1878. capacidad y una terminal en San Lorenzo para Tipificación de crudos hacer las primeras exportaciones de crudos y Generalmente, en el lenguaje petro- productos venezolanos. lero corriente, los petróleos crudos se clasifi- La importancia y expansión petrole- can como livianos, medianos, pesados o ex- ra mundial y la participación de Venezuela la trapesados. Dicha clasificación está estrecha- destacan las siguientes cifras: mente vinculada a la gravedad específica o ín- Tabla 6-4. Producción de petróleo crudo Venezuela Año Producción mundial Producción °API Producción acumulada b/d b/d miles de barriles 1860 1.395 - - 1880 82.241 - - 1890 408.594 - - 1920 1.887.353 1.261 1.208 1940 5.889.920 502.270 2.065.044 1960 21.753.300 2.846.107 13.865.536 1970 45.454.000 3.708.000 26.302.037 1975 52.549.000 2.976.251 31.947.218 1980 59.705.000 2.167.759 36.047.662 1985 53.211.000 1.681.045 24,2 39.439.692 1990 60.365.000 2.136.936 25,9 42.930.737 1991 59.966.000 2.388.390 25,2 43.802.499 1992 59.978.000 2.390.196 25,2 44.677.311 1993 59.553.000 2.475.040 24,8 45.580.701 1994 60.493.000 2.726.989 24,3 46.536.052 1995 61.855.800 2.799.000 24,6 47.557.687 Fuentes: MEM-PODE, 1995. Oil and Gas Journal, December 30, 1996, p. 40.
- 258. 258 E l P o z o I l u s t r a d o dice de grados API de cada crudo. La clasifi- propiedades físicas que infieren en el rendi- cación da idea de la viscosidad o fluidez de miento de gasolina o fracciones de bajo punto cada crudo. Más allá de esto, no aporta conoci- de ebullición (250-275 °C a presión atmosféri- mientos específicos sobre las características y ca) -parafínicas- o las de alta ebullición -lubri- composición de los crudos. Sin embargo, la cantes- (390-415 °C a presión atmosférica) que gravedad °API se utiliza universalmente para la se catalogan nafténicas. Cuando algún crudo catalogación y establecimiento de diferenciales contiene una cantidad apreciable de hidrocar- de precios, tomando también en consideración buros aromáticos (benceno, tolueno, xileno) otros factores como el contenido de azufre y/o se clasifican como de base aromática. Crudos metales, sal, corrosividad o rendimiento espe- de este tipo son muy escasos. cífico de determinado producto dado por un Como los crudos y los productos tie- crudo en particular. nen muchas características distintivas, físicas y Otra modalidad que utiliza el refina- químicas, la tipificación no es sencilla. Sin em- dor de petróleos para tipificar los crudos es la bargo, la fórmula: “base” de la composición de cada crudo. Sin 3 embargo, aunque esta clasificación no es muy TB adecuada, tiene aceptación de uso general. K = _________________ Por tanto, el crudo puede ser catalogado como S de base aromática, nafténica o parafínica, se- En la que: gún los resultados del análisis químico por ran- gos de temperatura de destilación y los corres- K = Factor de caracterización. pondientes porcentajes de cada base. TB = Punto promedio de ebullición molal La base está atada al punto de ebu- (temperatura absoluta). llición de determinadas fracciones y a otras S = Gravedad específica (a 60 °F ó 15,5 °C). se ha convertido en una expresión de aplicación universal por su sencillez y rela- ción con otras propiedades, de tal manera que casi todos los datos obtenidos por análisis en el laboratorio servirían para calcular el factor de caracterización de los productos. La Tabla 6-5 da factores de caracterización de algunos crudos venezolanos. Selección de hidrocarburos Todo refinador conoce al dedillo el crudo o mezcla de crudos de la dieta de su re- finería y el patrón de refinación de las plantas Fig. 6-7. En las operaciones de la industria se utilizan viscosí- para obtener determinados productos. Su ex- metros específicos, de fabricación y calibración adecuadas, pa- periencia y conocimientos le permiten diluci- ra medir la fluidez de los líquidos. dar sobre el efecto que ciertos tipos de hidro-
- 259. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 259 Tabla 6-5. Ejemplos de factores de caracterización de crudos venezolanos Boscán Bachaquero Jusepín Guara La Rosa °API 9,5 14,0 32,4 37,7 25,3 Temperatura 250 °F 12,20 11,75 11,90 11,90 11,93 450 °F 11,60 11,40 11,65 11,60 11,63 550 °F 11,40 11,15 11,70 11,70 11,57 750 °F 11,40 11,30 11,85 11,82 11,70 Promedio 11,65 11,40 11,80 11,75 11,70 Fuente: Venezuelan Crude Oils, Nelson, Thery, Medina et al., MMH (hoy MEM), 1952. carburos pueden tener sobre las propiedades ventes. Combustibles para tractores. Querosén. (Excelente, Regular a Buena, Pobre) de los Combustibles para calefacción. Combustible productos deseados. La Tabla 6-6 (según Stor- Diesel. Otros combustibles. Lubricantes para mont, 1963) da idea sobre la complejidad y al- motores y máquinas. Grasas para diversos ternativas de selección de los hidrocarburos equipos y usos. Solventes de variadas especifi- para tales fines. caciones. Coque. Asfalto. Negrohumo. Azufre. Para el refinador, la selección de Productos medicinales. Insecticidas. Yerbici- crudos es muy importante, ya que el crudo o das. Productos químicos o productos muy es- los crudos requeridos tienen que satisfacer una peciales. Insumos para la petroquímica. variedad de preguntas, tales como: • ¿Qué tipo de crudos se requieren? • ¿Cuáles son los productos que se - Además de identificarlos normal- desea producir? mente como condensados, livianos, medianos, - Gases licuados y gasolina natural. pesados o extrapesados, los crudos tienen que - Gasolinas para motores y combus- ser evaluados física y químicamente en sus tibles para propulsión a chorro o cohetes. Sol- propiedades para clasificarlos como: parafíni- Tabla 6-6. Los petróleos crudos y el tipo de productos que rinden Productos Parafínicos Isoparafínicos Nafténicos Aromáticos Mezclas normales Solventes Alto tenor P P R-B E E Bajo tenor E E P P P Gasolina Octanaje P R-B R-B E R-B Querosén Combustibilidad E E R-B P P Combustible jet Punto de humo E E R-B P P Punto de congelación P R-B E E R-B Combustible Diesel Número cetano E E R-B P P Punto de fluidez P R-B E E R-B Aceite lubricante Viscosidad P E E B R-B Indice de viscosidad P E R-B P R-B Grasa Punto de licuación E P P P P Susceptibilidad como insumo para desintegración térmica P R-B E R-B R-B Susceptibilidad como insumo para reformación R-B R-B E P R-B
- 260. 260 E l P o z o I l u s t r a d o que el refinador o interesado puedan apreciar y considerar las ventajas o desventajas de refi- nar ese crudo. Cada crudo tiene propiedades y ca- racterísticas únicas. Cada mercado tiene nece- sidad de determinados productos. El mercado es dinámico y al correr del tiempo la demanda de productos muestra tendencias y cambios debido a factores como aumento de población, diversificación de los medios de transporte, Fig. 6-8. A la izquierda, una muestra de crudo y a la derecha, progreso industrial manufacturero, diversifica- los derivados querosén, aceite Diesel, gasolina de aviación, ción de las actividades agrícolas y pecuarias y aceite lubricante, gasóleo desulfurado y gasóleo sin desulfurar. todas las otras actividades productoras de bie- cos, isoparafínicos, nafténicos, aromáticos o nes y servicios del país. Todo esto hace que los mezclas dosificadas para producir la cantidad y refinadores de crudos se mantengan atentos y calidad de derivados propuestos. Hay que bien informados sobre la disponibilidad de identificar la fuente segura y confiable de su- crudos para satisfacer la demanda futura. Para ministro, los volúmenes requeridos diariamen- ello, solicitan de las empresas productoras de te, precio, transporte y otros costos. crudos: evaluación de fecha reciente, muestras • Evaluación de crudos requeridos. de crudos para hacer sus propias evaluaciones, - Análisis de laboratorio. Resultados disponibilidad de suministros, información so- de pruebas en planta piloto para verificar los bre terminal de embarque, precios y condicio- aspectos deseados de la comercialización de nes de contratos de compra-venta. productos. Para cubrir el tema detalladamente, • Evaluación de la refinería. un ejemplo de evaluación de crudos servirá - Construcción de una nueva refine- para apreciar el contenido y los detalles de la ría o adecuación de plantas existentes y/o adi- información, tal como aparece en los catálogos ción de nuevas plantas y procesos. Inter- de crudos de las empresas petroleras o en las cambio de productos semielaborados o finales publicaciones especializadas. entre refinerías propias o de otras empresas. • Aspectos económicos. - Inversiones para una nueva refine- ría o para adecuación de plantas existentes o adición de nuevas plantas. Costos de operacio- nes. Alternativas. Rentabilidad. Evaluación de crudos La evaluación de crudos consiste en determinar por análisis de laboratorio la cali- dad y características de los productos que pue- den extraerse de determinado crudo o de una mezcla de crudos compatibles. Además, a cada producto extraído se le identifica por un grupo Fig. 6-9. Los análisis de crudos y de sus derivados garantizan de factores clave adicionales que sirven para la calidad y los resultados de las operaciones.
- 261. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 261 Tabla 6-7. Análisis de crudo Lagunillas pesado País Venezuela Empresa PDVSA Petróleo y Gas Terminal Amuay o La Salina Tipo Asfáltico, no parafínico Gravedad 17,8 °API porcentaje volumétrico acumulativo del crudo Azufre, % peso 2,18 desbutanizado C5 + 5 10 15 20 25 30 Viscosidad, SUS a 100 °F 1.025 1.000 Precio - C 4 y fracciones 0,09 Fecha - más livianas 0,08 del volumen 900 0,07 Nafta liviana porcentaje de azufre 0,06 Desbutanizada 0,05 Rendimiento, % vol. 2,8 800 Punto final, °F 225 0,04 Gravedad, °API 66,7 0,03 Azufre, % peso 0,016 0,02 700 0,01 Nafta pesada 0 Rendimiento, % vol. 7,4 600 90 Punto de ebullición inicial (P.E.I.) °F 225 Punto de ebullición final (P.E.F.) °F 430 punto real de ebullición, °F Gravedad, °API 43,7 500 80 Azufre, % peso 0,10 Factor K 11,45 Aromáticos, % vol. 16,2 + 2,0 cc 400 de tetraetilo 70 número de octanaje (research) Combustible Diesel Rendimiento, % vol. 31,1 300 claro 60 P.E.I., °F 350 P.E.F., °F 750 Azufre, % peso 1,11 200 50 Número cetano 37 Indice Diesel 40 Viscosidad, SUS a 100 °F 43 100 40 Gasóleo pesado (amplio rango) P.E.I., °F 650 P.E.F., °F 850 0 30 Azufre, % peso 1,84 10 20 30 40 50 Gravedad, ° API 21,0 rendimiento porcentual del crudo Gasóleo pesado (1.040 °F) Residual Rendimiento, % vol. 35,3 Fig. 6-10. Gráficos de relaciones entre las características de un Gravedad, °API 4,8 análisis de crudo desbutanizado. Azufre, % vol. 3,25 Viscosidad, SUS a 275 °F 1.810 Complejidad de la evaluación Asfalto (penetración 85-100) • ¿Cuán compleja y extensa debe Rendimiento 46,9 ser la evaluación? Gravedad, °API 7,4 Penetración a 77 °F 95 Depende del interés del refinador Viscosidad, seg. Furol a 275 °F 194 por conocer algunas o todas las propiedades y características físicas y químicas del crudo que Nota: para apreciar varios análisis de crudos venezolanos, ver responda a sus requerimientos. La evaluación el Capítulo 1 “¿Qué es el Petróleo?”.
- 262. 262 E l P o z o I l u s t r a d o tiene un costo y requiere tiempo. Algunos re- - Rendimiento volumétrico, porcentaje (todos). fineros optan por hacer las evaluaciones en sus - Gravedad °API (todos). - Presión Reid de vapor, lppc o kg/cm2 (com- propios laboratorios o refinerías y para ello so- bustibles). licitan muestras suficientes de crudos de los - Azufre, % del peso (todos). productores de petróleo. - Octanaje, sin y con aditivo (para gasolinas). Por ejemplo, sobre el crudo propia- - Parafinas, % vol. (para gasolinas, naftas). mente dicho, los interesados podrían satisfacer - Naftenos, % vol. (para gasolinas, naftas). sus expectativas conociendo solamente algu- - Aromáticos, % vol. (para gasolinas, naftas, nos de los siguientes factores: querosén). - Gravedad °API. - Viscosidad, Saybolt o cinemática, a deter- - Viscosidad cinemática a varias temperaturas. minada temperatura (todos). - Temperatura de fluidez, °F o °C. - Punto de congelación, °F o °C (combus- - Presión Reid de vapor (a cierta tempera- tibles). tura). - Punto de anilina, °F o °C (querosén, nafta, - Contenido de agua y sedimentos, % vol. gasóleo). - Contenido de sal, lbr/1.000 brls. - Punto de humo, mm (querosén, destilados). - Contenido de azufre, % del peso. - Indice Diesel (querosén, gasóleo, diesel). - Contenido de cera, % del peso. - Número de luminiscencia (querosén) - Residuo Conradson de carbón, % del peso. - Punto de fluidez, °F o °C (todos). - Asfaltenos, % del peso. - Residuo Conradson de carbón, % del peso - Factor de caracterización, K. (residuales). - Contenido de metales (vanadio/níquel), ppm. - Contenido de metales, ppm (gasóleo, re- - Porcentaje volumétrico de C4 (butano) y siduales). fracciones más livianas. - Indice de cetano (querosén, gasóleo, diesel). - Contenido de H2S, ppm. - Nitrógeno, ppm (gasóleos). - Contenido de asfalto, % del peso. - Factor de caracterización (todos). - Atomos de carbono, % del peso (especial De igual manera, los derivados o para algunos). productos obtenidos del petróleo tienen cada - Punto medio (50% de ebullición, °F, según uno propiedades y características físicas y quí- ASTM, todos). micas que les distinguen, y sirven para que los - Mercaptanos, ppm (gasolina, naftas, que- refinadores clasifiquen los crudos según los re- rosén). querimientos de sus refinerías - Constante de gravedad de anilina (combus- tible para jets). Todos los análisis de las propieda- - Número de bromo, % peso (combustible des y características de los derivados son im- para jets). portantes. Algunos análisis son comunes a to- - Goma, a °F o °C mg/100 litros (gasolinas, dos los derivados y otros específicos son par- combustibles para jets). ticularmente importantes porque dan fe de la - Relación hidrógeno-carbono (especial para calidad regular, buena o excelente que posee algunos). el derivado para satisfacer determinadas espe- - Tiempo de quema (combustión), horas (querosén, combustibles). cificaciones. Para dar idea de la importancia de cierto factor para determinados derivados, a manera de ejemplo, se mencionan en parénte- Terminología Casi todos los factores mencionados sis algunos derivados: - Rango de temperatura, °F o °C, al que se anteriormente, correspondientes a la evaluación obtiene el derivado (todos). o análisis de crudos se explican por sí mismos. No obstante, aparecen algunos que merecen ser
- 263. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 263 definidos más ampliamente para mayor apre- debe mezclarse con heptano normal (C7H16) ciación de su importancia y aplicación. para que produzca la misma intensidad de deto- • A.S.T.M. nación del combustible sometido a prueba en la American Society of Testing Mate- máquina especial de contraste. rials (Sociedad Americana para Pruebas de Ma- • Punto de anilina teriales). Conjunto de normas y procedimien- La temperatura más baja a la cual la tos para tales fines. anilina y un solvente (como la gasolina) se • Goma, mg/100 litros mezclan completamente y sirve para indicar el Apreciación de la cantidad de goma tipo de hidrocarburos presentes en el solvente. en las gasolinas, resultado del tipo de crudo El contenido de hidrocarburos aromáticos es utilizado. La goma afecta las características de mayor cuando la temperatura es más baja. combustión. Puede removerse por tratamiento • Punto de humo químico o inhibidores. Altura, en milímetros, de la llama • Indice de cetano que puede lograrse al quemar querosén en C16H34. Indicador de ignición del una lámpara tipo estándar sin producir humo. querosén, Diesel o gasóleos. Equivalente al por- • Residuo Conradson de carbón centaje por volumen de una mezcla de cetano, Apreciación del contenido de car- 1-metilo naftalina (C10H7CH3), para producir el bón de aceites lubricantes derivados de los mismo retardo de la ignición que el acusado crudos de bases diferentes. por el combustible objeto de la prueba. • Tiempo de quema • Indice Diesel Tiempo determinado durante el cual Indicador de la buena calidad de ig- debe consumirse un volumen específico de los nición del combustible. Se calcula utilizando derivados del petróleo que se usan como ilumi- los siguientes factores del combustible: nantes en el hogar y quehaceres industriales. °API x Punto de anilina (°F) El laboratorio I.D. = _____________________________ 100 El laboratorio de la refinería tiene la función de evaluar las características y propie- • Mercaptanos dades de los crudos y otros hidrocarburos con Compuestos que contienen azufre, que se alimenta la refinería y también el con- de olor desagradable. Están presentes en los trol de calidad de los derivados o productos derivados de alto contenido de azufre. que diariamente se producen. • Número de bromo Estas dos tareas son importantísimas Indica la cantidad de olefinas en los y se realizan siguiendo normas y procedimien- derivados. La cantidad de bromo (miligramos) tos de análisis y evaluaciones universalmente que reacciona por gramo de muestras es el nú- aprobadas y aceptadas por la industria petrole- mero indicador. ra y entes de control. • Octanaje Además, en el laboratorio pueden Con o sin aditivo. Calidad antideto- analizarse la pureza y calidad de muchas subs- nante (pistoneo) de las gasolinas. Mientras más tancias y productos químicos requeridos de alto sea el número menos posibilidad de deto- proveedores para las diversas operaciones y nar tendrá el combustible. Se define por el por- procesos de la refinería, como también mu- centaje volumétrico de iso-octano (C8H18) que chos aspectos químicos de los elementos que
- 264. 264 E l P o z o I l u s t r a d o constituyen los insumos de servicio para las re diariamente (Ccr), así que la ganancia bruta plantas (agua, vapor, aire, gases) y de los (Gb) de la refinería es: efluentes y desechos, que deben ser inocuos para proteger el ambiente. Gb = Rbc - Ccr En casos especiales, cuando se cuenta con los recursos requeridos, el labora- Como podrá apreciarse, los precios de torio puede también colaborar en investigacio- venta de los productos, los costos de transporte y nes básicas y/o tecnología aplicada al mejora- refinación, y el costo de los crudos que alimentan miento o creación de productos, al funciona- a la refinería, son todos renglones que influyen miento y mantenimiento de las plantas y al di- sobre la ganancia bruta de las operaciones. seño de nuevos procesos. Los precios de los crudos, sujetos Muchas de las mejoras de los pro- como están a cambios influidos por la oferta y ductos, ajustes y reformas en los procesos, re- la demanda, y a otras acciones incontrolables diseño de instalaciones, innovaciones en la por el refinador, hacen que la refinación pueda conducción de las operaciones y otras contri- ser afectada sensiblemente. De allí que otras buciones eficaces en materia de refinación se obligaciones ineludibles, como impuestos e in- han originado en las mismas refinerías, gracias tereses, puedan mermar la ganancia neta. Y si al intercambio de conocimientos y experien- los resultados contables no son suficientemen- cias entre el personal de operaciones y de ser- te positivos, no habrá cómo satisfacer las ex- vicios de apoyo, y a contribuciones externas pectativas de retribución de los accionistas y la desde los centros propios y/o privados de in- capacidad futura de las operaciones. vestigación y tecnología. Las siguientes dos tablas, suministra- das por Paulino Andréu, gerente del Programa El aspecto económico de Refinación del Instituto de Desarrollo Profe- Todas las operaciones petroleras es- sional y Técnico del CIED, recogen detalles tán relacionadas entre sí por el aspecto eco- comparativos importantes acerca del funciona- nómico: inversiones, costos, gastos, rendimien- miento y aspectos económicos de tres refine- to, productividad, rentabilidad. La diferencia rías. La refinería sencilla utiliza procesos bási- positiva entre egresos e ingresos es el termó- cos de destilación; la designada media, se de- metro indicador de la gestión administrativa. sempeña con procesos de craqueo catalítico La gama de productos que salen de fluido, y la de conversión profunda es mucho la refinería (rendimiento) tienen cierto precio más compleja por la extensión e interrelación unitario en el mercado, que representa el in- de sus plantas de fraccionamiento; de despojo greso bruto por producto (Ibp). Además, toda de fracciones livianas; de procesos de descom- refinería tiene que pagar costos de transporte posición profunda como coquificación retarda- (Ct) y costos de refinación (Cr), por tanto hay da; de fraccionamiento de productos craquea- un rendimiento bruto comercial (Rbc). dos, estabilización o fraccionamiento de pro- ductos de procesos anteriores; alquilación de Rbc = Ibp - Ct - Cr olefinas; plantas de absorción y, finalmente, mezclas de productos semielaborados para ob- Por otra parte, la refinería compra el tener productos finales, principalmente destila- determinado volumen de crudo(s) que requie- dos y gasolinas.
- 265. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 265 Tabla 6-8. Comparación de tres refinerías de diferente complejidad de operaciones Margen de refinación, $/Brl Refinerías y tipos de conversión Conceptos Sencilla Media Profunda Ingreso por productos 19,02 21,48 22,72 Costo del crudo (17,82) (17,82) (17,82) Margen bruto 1,20 3,66 4,90 Costos variables (0,19) (0,39) (0,56) Costos fijos (0,73) (1,39) (2,02) Margen neto 0,28 1,88 2,32 Capacidad, MBD 100 100 100 Ingresos, $MM/año 10,20 68,60 84,70 Inversión requerida, $MM 300-400 500-700 900-1200 Amortización, años 34 9 12 Tabla 6-9. Rendimientos típicos de los tres tipos de refinerías de la Tabla 6-8 Otros Gasolinas Destilados 100 Residuales 5 5 13 20 80 35 60 45 porcentaje 25 25 40 50 20 35 42 0 conversión conversión conversión sencilla media profunda (craqueo catalítico fluido) (coquización) III. La Química del Petróleo los miles de productos derivados son com- puestos de dos elementos básicos, hidrógeno y En la información anterior de este y carbono (hidrocarburos). Complicada porque los otros capítulos se han identificado los hi- cada hidrocarburo tiene características y pro- drocarburos de diferentes maneras, tomando piedades físicas y químicas únicas y diferentes, en consideración sus variadas propiedades físi- y porque, además, la presencia de otros ele- cas y características como gas, líquidos, semi- mentos exige tratamientos y procesos espe- sólidos y sólidos. Pero en las operaciones de ciales para lograr finalmente productos de cali- refinación lo fundamental es la química del pe- dad garantizada. tróleo o de los hidrocarburos. Los átomos de carbono y de hidró- La química del petróleo es sencilla geno se atan para formar cadenas sencillas, co- pero también es complicada. Sencilla porque mo el caso de la serie parafínica, pero en otras
- 266. 266 E l P o z o I l u s t r a d o Fig. 6-11. La importancia de la investigación sobre la química de los hidrocarburos la destaca la portada de la revista Visión Tecnológica, reproducida con permiso de Intevep. series forman ramificaciones, configuraciones forman la nomenclatura y sistematización de la de doble unión, anillos o ligaduras que con- química orgánica.
- 267. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 267 Ejemplos de la estructura molecular Serie parafínica Hidrocarburos saturados normales. CnH2n+2 Tabla 6-10. Ejemplos de la estructura molecular Nombre común Fórmula química Fórmula estructural Estado Punto de ebullición, °C METANO CH4 H gas - 161,5 H__C__H H ETANO C2H6 H H gas - 88,3 H__C__C__H H H PROPANO C3H8 H H H gas - 44,5 H__C__C__ C__H H H H BUTANO C4H10 H H H H gas - 0,6 H__C__C__C__C__H H H H H PENTANO C5H12 H H H H H líquido 36,2 H__C__C__C__C__C__H H H H H H HEXANO C6 H14 H H H H H H líquido 69,0 H__C__C__C__C__C__C__H H H H H H H HEPTANO C7H16 H H H H H H H líquido 98,4 H__C__C__C__C__C__C__C__H H H H H H H H OCTANO C8H18 H H H H H H H H líquido 125,8 H__C__C__C__C__C__C__C__C__H H H H H H H H H NONANO C9H20 H H H H H H H H H líquido 150,7 H__C__C__C__C__C__C__C__C__C__H H H H H H H H H H DECANO C10H22 H H H H H H H H H H líquido 174,0 H__C__C__C__C__C__C__C__C__C__C__H etc, etc. hasta H H H H H H H H H H PENTA TRICONTANO C35H72 sólido *33115 * Todas las temperaturas de ebullición corresponden a presión atmosférica (760 mm de mercurio), pero ésta corresponde a 15 mm de mercurio.
- 268. 268 E l P o z o I l u s t r a d o Dentro de esta serie, los isómeros, que significa igual) poseen distintas propieda- aunque tienen la misma fórmula química gene- des físicas: ral y el mismo peso molecular (de allí “ISO”, Ejemplos BUTANO C4H10 gas ISO-BUTANO C4H10 H H H H H H__C__C__C__C__H H__C__H H H H H CH3(CH2)2CH3 H H H__ C__ C__ C__H H H H HEXANO C6 H14 líquido ISO-HEXANO C6 H14 H H H H H H H H__C__C__C__C__C__C__H H__C__H H H H H H H CH3(CH2)4CH3 H H H H H__ C__ C__ C__ C__ C__H H H H H H OCTANO C8H18 líquido ISO-OCTANO C8H18 H H H H H H H H H H H__C__C__C__C__C__C__C__C__H H _ C_H_H_C _ H H H H H H H H H CH3(CH2)6CH3 H H H H__ C__ C __ C __ C__ C__H H H H H H__ C__ H H Serie olefínica CnH2n La fórmula estructural se puede re- Estos tipos de hidrocarburos tienen presentar así: relativamente poca saturación. Se asemejan a H H los parafínicos pero tienen dos átomos de car- bono ligados por una unión doble. Se presen- H_C = C_H C=C tan en los tres estados. Ejemplo: H H H H Gas Líquido Sólido ETILENO ETILENO Etileno C2H4 Amileno C5H10 Ceroleno C27H54 Propileno C3H6 Hexileno C6H12 Moleno C30H60 Butileno C4H8 Eicosileno C20H40
- 269. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 269 Naftenos Ejemplos de algunos naftenos o ci- Los naftenos son derivados de cloparafínicos: ciclopentano y ciclohexano, llamados también cicloparafinas, cuyas fórmulas estructurales se Nombre Fórmula Punto de ebullición representan de las maneras siguientes: °C Ciclopropano [CH2]3 -34 CICLOPENTANO C5H10 Ciclobutano [CH2]4 -15 Ciclopentano [CH2]5 -49 Ciclohexano [CH2]6 81 HH Cicloheptano [CH2]7 119 C H H Aromáticos CnH2n-6 C C Los aromáticos se encuentran en H H pequeñas cantidades en casi todos los crudos. El benceno, el tolueno y el xileno (BTX) se pueden extraer en las refinerías para utilizarlos H C C H como insumos de procesos petroquímicos o como solventes. H H Nombre Fórmula Punto CICLOHEXANO C6H12 de ebullición °C HH Benceno C6H6 80 C Tolueno C7H8 111 Ortoxileno C8H10 144 Metaxileno C8H10 139 H H Paraxileno C8H10 138 H C C H BENCENO C6H6 H H H H C C C C H H H H HC CH C C C H H HC CH CHCH C 2 2 C C H CH 2 CH2 H H C CH2 CH2 H Debe notarse la ausencia de dos átomos de hidrógeno entre la fórmula general CnH2n+2 (serie parafínica) y la fórmula CnH2n correspondiente a los derivados.
- 270. 270 E l P o z o I l u s t r a d o TOLUENO C7H8 ORTOXILENO C8H10 No obstante los adelantos logrados, todavía hay mucho por descubrir e inventar pa- CH3 CH3 ra continuar enriqueciendo la ciencia y la tecno- logía de la refinación de los hidrocarburos. CH3 Como se verá más adelante en la cronología de la refinación en Venezuela, la in- dustria venezolana de los hidrocarburos ha desplegado consistentemente una dinámica vi- CH3 CH3 sión estratégica y comercial en la expansión de la capacidad y en el empleo de las caracterís- ticas modernas de procesamiento en sus plan- tas en Venezuela y en el exterior. CH3 IV. Los Procesos de Refinación (A) CH3 Los procesos de refinación son muy METAXILENO C8H10 PARAXILENO C8H10 variados y se diferencian unos de otros por los conceptos científicos y tecnológicos que los fundamentan para conformar una cadena de La comercialización del petróleo sucesos que facilitan: La constante aplicación de conoci- • La destilación de crudos y sepa- mientos y adelantos químicos en las refinerías ración de productos. han hecho posible que la comercialización del • La destilación, la modificación y la petróleo continúe progresando firmemente. Ma- reconstitución molecular de los hidrocarburos. yor rendimiento y mejores productos de cada • La estabilidad, la purificación y tipo de crudo son cada día posibles por la des- mejor calidad de los derivados obtenidos. integración, recombinación y enriquecimiento de los átomos de carbono e hidrógeno mediante la utilización de nuevos conceptos, mejores ca- talizadores, empleo de aditivos, nuevos proce- sos, avanzados diseños de plantas y novedosas normas de control de las operaciones. Ejemplo de la comercialización -que significa dar a una materia prima o productos características y condiciones para la venta- son los crudos pesados. Hasta hace pocos años es- tos crudos eran difíciles de vender por su alta viscosidad, contenido de sal, azufre, metales y a veces la presencia de sulfuro de hidrógeno. Hoy es posible tratarlos, acondicionarlos y pro- cesarlos ventajosamente y se ha mejorado ex- traordinariamente el rendimiento por barril y la Fig. 6-12. Tanqueros cargando distintos productos en los mue- calidad de los productos. lles del Centro de Refinación Paraguaná, estado Falcón.
- 271. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 271 Fig. 6-13. Por la noche, la iluminación de las instalaciones de la refinería produce la silueta de una urbe con rascacielos. Todo esto se logra mediante la utili- • Para el funcionamiento de inter- zación de plantas y equipos auxiliares, que sa- cambiadores o permutadores de calor, que fa- tisfacen diseños y especificaciones de funcio- cilitan el enfriamiento o calentamiento de flui- namiento confiables, y por la introducción de dos en contracorriente. substancias apropiadas y/o catalizadores que • Para el enfriamiento o refrigera- sustentan reacciones químicas y/o físicas de- ción de líquidos. seadas durante cada paso del proceso. • Para el funcionamiento de equipo rotativo (turbinas, bombas, compresores, venti- La utilización de energía ladores, etc.). Un aspecto común a todas las opera- La energía primaria puede obtenerse ciones de refinación es que requieren energía. del gas natural, de los gases, productos y resi- Esta energía se utiliza y consume de varias ma- duos derivados de las mismas operaciones de neras, por procesos endotérmicos o exotérmicos: la refinería; de la electricidad generada en sitio • Para el calentamiento y la conver- o de otras fuentes. Así como la refinería produ- sión del agua en vapor, o para su enfriamiento. ce energía, representada por una extensa gama • Para el calentamiento de los hi- de productos específicos, también necesita drocarburos hasta sus correspondientes tem- energía para realizar las operaciones mecáni- peraturas de ebullición (factor de caracteriza- cas, eléctricas y químicas requeridas en los ción), o para enfriamiento de los mismos. procesos.
- 272. 272 E l P o z o I l u s t r a d o La generación y el consumo eficiente Mas, se necesita una cierta cantidad de energía en la refinería es renglón económico de calor (energía) para convertir el agua en va- importante de las operaciones. Por tanto, a fe- por. La fuente que transfiere calor al agua puede chas determinadas, se evalúan datos y costos ser el gas natural, los gases o combustibles pro- para cotejar si los índices de generación, utili- ducidos en la misma refinería, o la electricidad. zación y consumo de energía concuerdan con La temperatura y presión, y la calidad la buena práctica y recomendaciones técnicas del vapor, dependen de los procesos y de otros que abarcan estos aspectos de las operaciones. requerimientos adicionales. El vapor necesario Por ejemplo, el agua se utiliza en la puede tener desde presión atmosférica y 100 °C refinería para enfriar (m3 de agua por m3 de hasta 40 kg/cm2 y 300 °C o más. carga de ciertas plantas); para generar vapor Volviendo al caso anterior del agua (m3 de agua por m3 de crudo o de hidrocarbu- requerida, 5.000 m3, si se desea calentar esa ros de carga); y agua adicional para todas las masa (M) de agua al punto de ebullición (100 otras necesidades afines de los procesos y con- °C), se necesitará una cierta cantidad de ener- sumo de todas las instalaciones y dependen- gía (Q). La caloría (Cp) se define como la can- cias de la refinería. tidad de calor requerida para aumentar la tem- El volumen diario de agua requerida peratura de un kilogramo de agua un grado depende de la complejidad de la refinería, o centígrado. Si el agua que entra a la caldera sea el número y tipo de plantas y procesos en tiene una temperatura de 35 °C, y debe ser ca- operación, más un porcentaje adicional para lentada a 100 °C, entonces ∆T es 65 °C. De allí: cubrir usos misceláneos y pérdidas. Así que, si una refinería, cuya capaci- Q = M x Cp x ∆T dad de carga es de 20.000 m3/d (125.800 b/d), y requiere para generar vapor 0,25 m3 de agua/m3 Q = 5.000.000 kg/d x 1 cal/kg/°C x 65 °C de carga, el volumen diario será de 5.000 m3 de agua (58 litros/segundo/día). Q = 325 millones de calorías al día Si el agua costara Bs. 95 por m3, por este solo concepto el monto sería de Bs. 475.000 Como el sistema de generación de diarios, o Bs. 23,75 por m3 de carga. vapor, por razones mecánicas de combustión y otras, no tendrá ciento por ciento de eficiencia, debe tomarse en cuenta este aspecto. Si se considera que su eficiencia es de 80 %, la can- tidad requerida de calorías será mayor. Por tanto: 325 x 106 Q = ___________________ = 406,25 x 106 calorías/día 0,80 Si se opta por utilizar como combus- tible el gas natural, y su poder calorífico es de Fig. 6-14. El manejo y el uso del agua son actividades esencia- 10.000 kilocalorías/metro cúbico, el volumen les en la refinería. de gas requerido será:
- 273. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 273 Las apreciaciones que anteceden son ejemplos sencillos y corrientes de uno de los aspectos de la utilización y costo de ener- gía. Estos, sumados a tantos otros, representan al final lo que cuesta mantener la refinería fun- cionando y, por ende, calcular el costo de ma- nufactura de cada producto. Otros ejemplos de la utilización de la energía son los que corresponden al calenta- miento y ebullición de los hidrocarburos (proce- sos endotérmicos) o los que se efectúan median- te generación de energía (procesos exotérmicos). En el caso de la desintegración del etano, por el proceso de deshidrogenación, para producir etileno y liberar hidrógeno, se re- quiere utilizar energía a razón de unas 1.067 ki- localorías/kilogramo de carga: C2H6 C2H4 + H2 Etano Etileno + Hidrógeno Gas Gas Gas al fraccionador separador Fig. 6-15. En la refinería es básico el calentamiento del crudo para someterlo después a procesos subsiguientes. al recuperador 406,25 x 106 calorías/d de calor V= _____________________________ = 40.625 m3/d despojador 100.000 kilocalorías/m3 regenerador El valor del gas consumido se estima vapor en Bs. 24 por metro cúbico. Así que, el costo del combustible es: catalizador usado Combustible = 24 x 40.625 = 975.000 Bs./día tubería de transferencia del reactor Lo que equivale al siguiente costo aire para combustión carga combinada de combustible por metro cúbico de agua con- catalizador de gas y petróleo vertido a vapor: regenerado 975.000 Cv = _______________ = 195 Bs./m3 Fig. 6-16. Esquema de una unidad original de craqueo catalíti- 5.000 co fluido.
- 274. 274 E l P o z o I l u s t r a d o En el caso de utilizar butileno más cular y, finalmente, la estabilidad, purificación propileno, por el proceso de polimerización, y calidad de la gama de productos. Todas estas para obtener heptano, la reacción libera ener- reacciones y recombinaciones pueden requerir gía a razón de unas 454 kilocalorías/kilogra- la utilización de substancias químicas adecua- mos de carga. das o elementos sólidos (catalizadores) para lograr los fines deseados. C4H8 + C3H6 C7H14 Butileno + Propileno Heptano De los equipos de refinación Gas Gas Líquido Cada refinería presenta al observador un conjunto de recipientes, unidos por una ex- Como se ha observado, en las ope- tensa red de tuberías, que funcionan bajo con- raciones de refinación se manejan presiones, diciones específicas (relaciones P-V-T) de entra- volúmenes y temperaturas (relaciones P-V-T) da y salida de la carga, según las características por las cuales se auspician reacciones químicas de cada proceso y sus equipos auxiliares. y/o efectos físicos y químicos sobre las mo- léculas de los hidrocarburos para lograr la des- Tecnología tilación y separación de productos, la desinte- Los recipientes o vasos, generalmen- gración, modificación y reconstrucción mole- te de forma cilíndrica, se asemejan a grandes y altas torres que a distancia dan la impresión de una silueta de rascacielos. El diseño, la fabrica- productos ción y, finalmente, la erección en sitio de estos recipientes, se hacen tomando muy en cuenta normas, especificaciones y procedimientos téc- reactor nicos que a través de los años han sido proba- dos y aceptados por la industria petrolera, uti- escape de gas lizando sus propios recursos y/o colaboración de empresa de servicios especializados, labo- ratorios, talleres, universidades y asociaciones regenerador de profesionales petroleros y afines. vapor de agua Los detalles de las normas, especifi- caciones y procedimientos se encuentran en subiente del reactor las publicaciones de las siguientes organizacio- nes internacionales: embudo • Instituto Americano del Petróleo de reflujo carga (A.P.I.) del reactor • Sociedad Americana para Pruebas comienzo de Materiales (A.S.T.M.) • Instituto Americano de Ingenieros subiente insuflador de aire de Minas, Metalúrgicos y de Petróleos (A.I.M.E.) • Sociedad Americana de Química Fig. 6-17. Unidad del proceso patentado “Flexicracking”, de (A.Ch.S.). Exxon, para conversión catalítica de un sinnúmero de cargas para reducirles el peso molecular y producir olefinas, gasoli- • Instituto Americano de Ingenieros nas de alto octanaje, destilados medios y otros productos. Químicos (A.I.Ch.E.)
- 275. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 275 Fig. 6-18. Mediante la utilización de modernas aplicaciones de la informática, los refinadores mantienen el control diario del funcionamiento de las plantas y el rendimiento de las operaciones. • Sociedad Americana de Ingenieros El alto contenido de azufre, la pre- Mecánicos (A.S.M.E.) sencia de sulfuro de hidrógeno, sal, la hume- • Asociación Americana de Refina- dad, ácidos utilizados en los procesos, atacan dores de Petróleo (N.P.R.A.). todo el equipo de refinación, el equipo auxi- • Asociación Nacional de LP-Gas (N liar y la red de tuberías. De allí que la corro- LPG A). sión sea combatida constantemente mediante • Asociación de Procesadores de la utilización de equipos hechos de metales re- Gas Natural (N.G.P.A.) sistentes y la práctica de un mantenimiento • Y otras fuentes, como las revistas preventivo eficaz. especializadas, que cubren tópicos de actuali- Los aceros que se usan para fabricar dad e informan sobre el estado de la tecnolo- equipos de refinación representan un extenso gía y procesos de refinación, expuestas en reu- surtido de aleaciones de níquel y hierro, cro- niones de asociaciones, mesas redondas, foros, mo y níquel, molibdeno; aleaciones de cobre, jornadas técnicas, congresos y exposiciones. manganeso, vanadio, silicón y otras. Por tanto, la necesidad de emplear Metalurgia aleaciones especiales para fabricar los equipos Como a la refinación corresponde significa precios más altos que se justifican por procesar crudos y gases de características muy el funcionamiento y la durabilidad más eficien- especiales, que a veces son de cierta corrosivi- tes y prolongadas. dad y también el empleo de substancias quími- cas corrosivas, los metales que se usan para fa- V. Los Procesos de Refinación (B) bricar los equipos necesarios tienen que res- ponder a normas de metalurgia específicas que Cada proceso tiene sus características y garanticen durabilidad y buen funcionamiento. equipos para producir determinado número de productos. La refinería puede contar con un
- 276. 276 E l P o z o I l u s t r a d o seleccionado número de procesos para satisfa- La carga que entra a la torre de des- cer la variedad de productos requeridos por la tilación atmosférica se somete previamente a clientela. temperatura de unos 350 °C en un horno De cada planta salen productos ter- especial. El calentamiento del crudo, como se minados o productos semielaborados que para observó en el análisis hecho por el profesor impartirles sus características y calidad finales Silliman, permite que, por orden del punto de son procesados en otras plantas. ebullición de cada fracción o producto, se des- prendan de las cargas, y a medida que se con- Procesos de destilación densan en la torre salen de ésta por tuberías Los procesos de destilación atmos- laterales apropiadamente dispuestas desde el férica y destilación al vacío son clásicos en la tope hasta el fondo. Ver Figura 1-10, p. 47. refinación. La diferencia entre el proceso at- La torre lleva en su interior bandejas mosférico y el de al vacío es que este último circulares que tienen bonetes que facilitan la permite obtener más altas temperaturas a muy condensación y recolección de las fracciones. bajas presiones y lograr la refinación de frac- Además, al salir los productos de la torre pasan ciones más pesadas. por otras torres o recipientes auxiliares para continuar los procesos. Ver Figura 6-34, p. 284. gasolina liviana propano torre de destilación despropanizadora fraccionadora estabilizador butano carga calentador (horno) mezcla de crudos base mixta, nafténico, parafínico Fig. 6-19. Cada proceso de refinación tiene por fines específi- cos amplificar la comercialización de los crudos y de los co- rrespondientes productos logrados. Todo esto se fundamenta en una investigación tenaz. Fig. 6-20. Otra instalación para destilación atmosférica.
- 277. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 277 crudo desasfaltado lubricante liviano recuperación de propano gasóleo gasolina pesado blanca destilado querosén pesado medio torre desasfaltadora de fraccionamiento pesado gasóleo con propano torre torre al vacío torre al vacío carga de propano líquido calentador carga de asfalto gasóleo liviano recuperación de propano carga calentador betún reducido asfáltico crudo betún asfáltico Fig. 6-21. Flujograma de destilación al vacío. Fig. 6-22. Flujograma de desasfaltación con propano. Cuando la temperatura de ebullición ventes. Muchos de estos tipos de procesos es- de ciertos hidrocarburos es superior a 375 °C se tán protegidos por el registro comercial de mar- recurre a la destilación al vacío o a una combi- ca o patente de invención. nación de vacío y vapor. La carga con que se La desasfaltación con propano se alimenta el proceso al vacío proviene del fondo utiliza para extraer aceites pesados del asfalto de la torre de destilación atmosférica. para utilizarlos como lubricantes o como carga a otros procesos. Este proceso se lleva a cabo Desasfaltación en una torre de extracción líquido-líquido A medida que se obtienen los pro- ductos por los diferentes procesos, muchos de Refinación con disolvente ellos requieren tratamiento adicional para remo- Los productos que salen de la torre verles impurezas o para aprovechar ciertos hi- de vacío (destilados, lubricantes livianos, me- drocarburos. Para estos casos se emplean sol- dios y pesados) y de la torre desasfaltadora lubricante liviano descerado lubricante medio descerado lubricante pesado descerado residuo pesado desasfaltado recuperación de disolvente carga disolvente torre desasfaltadora destilado lubricante exudada dura liviano carga procedente parafina con propano blando medio medio de Fig. 6-23 pesado dura crudo media desasfaltado blanda aceite recuperación de disolvente exudado lubricante (extracto) Fig. 6-23. Flujograma de refinación con disolvente. Fig. 6-24. Flujograma de la planta de exudación.
- 278. 278 E l P o z o I l u s t r a d o residuo pesado desasfaltado liviano destilados disolvente medio lubricantes pesado desparafinados liviano lubricantes medio refinados gas pesado descerados propano filtro aceite refinado descerado para cilindros refrigerador rotatorio de máquinas de vapor liviano destilado medio propano lubricante pesado líquido a planta disolvente de exudación parafina cruda dura residuo blando Fig. 6-25. Flujograma del proceso de desceración o desparafinación con disolvente. medio (residuo desasfaltado) pueden ser tratados con Los productos que salen de esta disolvente. planta (aceite exudado, exudaciones blanda, media y parafina exudada dura) son tratados Desceración o desparafinación más adelante con ácido y arcilla y pasados por con disolvente filtros y exprimidoras (prensa). Desde los tiempos de extracción ru- dimentaria del aceite y/o grasa de las lutitas bi- Proceso térmico continuo (“Thermofor”) tuminosas se han empleado métodos diferen- con utilización de arcilla tes para descerar o desparafinar los destilados Varios procesos de crepitación cata- del petróleo. Muchos de estos métodos son lítica (descomposición térmica molecular) tie- mecánicos: exprimidoras (prensa); exudación nen uso en los grandes complejos refineros. (con vapor); asentamiento por enfriamiento, o De igual manera, los procesos para desulfu- centrífugación. Los más modernos utilizan di- ración de gasolinas. Casi todos estos procesos solventes que mezclados con los destilados de tienen sus características propias y aspectos es- petróleo y posteriormente sometidos a enfria- pecíficos de funcionamiento. El proceso que miento permiten la cristalización de la cera y muestra la Figura 6-26 tiene por objeto pro- su separación por filtración. (Ver Figura 6-25). ducir lubricantes de ciertas características y es alimentado por los productos semielaborados Exudación de parafina que salen de las plantas de procesos con disol- En la secuencia de procesos que se ventes (refinación y desparafinación). viene explicando, aquellos residuos blando, medio y parafina cruda dura que salen del fil- Tratamiento con ácido-arcilla tro rotatorio de desceración, se pueden puri- A medida que ha progresado la ficar más utilizando una planta de exudación. ciencia y la tecnología de la refinación, ha co- brado importancia el uso de substancias quími-
- 279. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 279 de la planta carga al vacío lubricante liviano de bajo índice de viscosidad de desparafinación lubricante liviano de alto lubricante medio de bajo índice de viscosidad índice de viscosidad lubricante mediano de A.I.V. lubricante pesado de bajo índice de viscosidad de la planta ácido sulfúrico lubricante pesado de A.I.V. lubricante liviano lubricante pesado para de índice medio mezcla de aceites para motores transportador de arcilla lubricante medio arcilla percolador cal lubricante liviano de índice medio de índice medio transportador de arcilla lubricante mediano de índice medio lubricante pesado lubricante pesado de índice medio de índice medio quemador exprimidor O de arcilla exudación de parafina despojador agitador agitador de la planta de nafta TLA filtro tipo prensa parafina blanda y sedimentos S refinada agua vapor parafina mediana de ácidos desechos refinada arcilla TLA torre lavadora de arcilla S secadora parafina pesada refinada Fig. 6-26. Proceso térmico continuo (“Thermofor”) con utiliza- Fig. 6-27. Proceso de tratamiento con ácido-arcilla. ción de arcilla. cas (ácidos) para contribuir al tratamiento de tores de asfalto, un asfalto burdo. Por contacto los crudos y derivados. Entre los ácidos son prolongado con la atmósfera, el petróleo ema- varios los que se utilizan en los procesos: áci- nado se oxidaba y la gente lo utilizaba para ca- do sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido fluorhí- lafatear embarcaciones, para ciertas aplicacio- drico, ácido fosfórico. nes en la construcción de viviendas, para im- La utilización de ácidos trae el as- permeabilizar objetos y embalsamar cadáveres pecto de corrosión de los equipos y para que y hasta como substancia medicinal. éstos sean más durables y funcionen mejor hay Hoy continúan los asfaltos teniendo que recurrir al uso de metales y aleaciones aplicaciones muy útiles, gracias a la refinación, apropiadas para su fabricación, y durante las que los elabora de acuerdo a especificaciones operaciones la implantación de un programa determinadas para ser utilizados en las indus- muy estricto de mantenimiento. trias de la construcción, vialidad, revestimien- En el tratamiento ácido-arcilla, el ácido sulfúrico actúa como un removedor de gasóleo material asfáltico y resinoso, y la arcilla sirve pesado para absorber esos materiales. La purificación planta de exudación y tratamiento final de la carga se efectúa en un agitador que contiene más arcilla y cal, y en el asfalto exprimidor, tipo prensa. de asfalto La carga que alimenta a esta etapa de la refinación proviene de las plantas de des- tilación al vacío, desparafinación con disolven- te y de exudación de parafinas. calentador aire Oxidación de asfalto carga carga (crudo reducido) (residuos pesados) Las emanaciones o rezumaderos pe- trolíferos (menes) fueron los primeros produc- Fig. 6-28. Oxidación de asfalto.
- 280. 280 E l P o z o I l u s t r a d o gasolina a planta de gas gas a separadora de H 2 S gas gas gasolina gasolina (descomposición térmica) torre fraccionadora torre de expansión (descomposición térmica) torre de producción gasóleo torre fraccionadora torre de reacción de coque de aceite pesado calentador residuo coque de descomposición calentador aceite liviano calentador carga carga crudo reducido gasóleo pesado Fig. 6-29. Flujograma del proceso de descomposición térmica. tos, pinturas y aplicaciones misceláneas en descubrió y apareció al instante (1861) que hi- muchas otras industrias menores. drocarburos más pesados (combustóleos) y En este ejemplo, la carga para pro- naftas podían producir derivados más livianos ducción de asfaltos en la refinería puede ob- (querosén, gasolinas y otros) que eran imposi- tenerse de la planta de alto vacío (residuos pe- ble de desprenderse a menores temperaturas. sados) o de la planta de destilación atmosféri- Esta observación acrecentó la pro- ca (crudo reducido) que prepara la carga para ducción de querosén, que para la fecha era el la planta de descomposición catalítica en lecho producto de más consumo. El desarrollo y la fluido. (Ver Figura 6-28). tecnificación del proceso, así como ramifica- ciones del mismo, tomaron auge en el período Descomposición térmica 1910-1921. La limitación de generación de altas Al proceso de descomposición o de- temperaturas durante el primer análisis de des- sintegración molecular o crepitación térmica se tilación de petróleos (Silliman, 1855) no permi- le bautizó “cracking”, onomatopéyicamente cra- tió lograr la descomposición molecular. Sin queo, craquear. (Ver Diccionario de la Lengua embargo, con la erección de las primeras plan- Española, Real Academia Española, 1970). tas de destilación se logró obtener temperatu- Fundamentalmente, la carga para es- ras más altas y por falla, error u omisión se te proceso la constituyen gasóleo pesado y/o
- 281. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 281 gasolina gas destilado reactor torre de fraccionamiento despojador regenerador (preparación de carga) evaporador al vacío gasóleo pesado gasóleo liviano catalizador gastado catalizador regenerador vapor aire para asflato destilado vapor reducido crudo emulsión de cal carga calentador gasóleo pesado carga crudo reducido Fig. 6-30. Flujograma del proceso de descomposición térmica catalítica fluida. crudo reducido, suplidos por otras plantas de las siones (3,50-7,0 atmósferas) controladas de refinerías. Las temperaturas para la descompo- acuerdo a los requerimientos de cada recipiente. sición térmica están en el rango de 200-480 °C y Como su nombre lo indica, el ele- presión de hasta 20 atmósferas. La descomposi- mento más importante en este tipo de proceso ción térmica se aplica también para la obtención es el catalizador, cuya función es actuar como de etileno, a partir de las siguientes fuentes: eta- un absorbente para depurar la carga de mate- no, propano, propileno, butano, querosén o ria indeseable y obtener del craqueo de gasó- combustóleo. Las temperaturas requeridas están leos y aceites diesel, gasolinas de alto octanaje. en el rango de 730-760 °C y presiones bajas de El catalizador puede ser hecho de arcillas, me- hasta 1,4 atmósferas. (Ver Figura 6-29). tales o material sintético en forma granular, de pelotas, de pastilla, de cápsulas, etc. Descomposición térmica catalítica fluida El diseño y elaboración de cataliza- Las mejoras e innovaciones logradas dores es una importante rama de las operacio- en los procesos de descomposición térmica, se nes de refinación catalítica. Todavía no se ha obtuvieron muy especialmente durante y des- producido el catalizador ideal. Las característi- pués de la Segunda Guerra Mundial (1939-1945). cas tales como tamaño de partículas, grado o El proceso utiliza un catalizador, aire comprimi- calidad del material, propiedades absorbentes, do y vapor, a temperaturas (120-535 °C) y pre- capacidad de absorción y regeneración, son,
- 282. 282 E l P o z o I l u s t r a d o hidrógeno gas recirculación de hidrógeno torre estabilizadora torre fraccionadora reactor reactor reactor separador de gas calentador calentador calentador carga querosén gasolina de motor gasolina pesada Fig. 6-31. Flujograma del proceso de reformación catalítica. además del costo, importantes en la selección cación sea muy extensa para tratar gasolinas y de catalizadores. El catalizador puede perma- producir aromáticos. necer fijo, en forma de filtro en el recipiente o La reformación catalítica cubre una puede incluirse a través de la carga o emplear- variedad de aplicaciones patentadas que son se un polvillo que se hace mover como un flui- importantes en la manufactura de gasolina do utilizando un chorro de aire o hidrocarbu- (“Ultraforming”, “Houdriforming”, “Rexforming” ros vaporizados. (Ver Figura 6-30). y otros). La carga puede provenir del proce- Reformación catalítica samiento de crudos nafténicos y parafínicos El proceso de reformación catalítica que rinden fracciones ricas en sustancias aro- representa un gran avance en el diseño, utili- máticas. Por la reformación catalítica se logra zación y regeneración de los catalizadores y la deshidrogenación y deshidroisomerización del proceso en general. Los catalizadores de de naftenos, y la isomerización, el hidrocra- platino han permitido que mayores volúmenes queo y la ciclodeshidrogenación de las parafi- de carga sean procesados por kilogramos de nas, como también la hidrogenación de olefi- catalizador utilizado. Además, se ha logrado nas y la hidrosulfuración. El resultado es un hi- mayor tiempo de utilización de los catalizado- drocarburo muy rico en aromáticos y por lo res. Esta innovación ha permitido que su apli- tanto de alto octanaje. (Ver Figura 6-31).
- 283. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 283 a planta de gas H2S líquido magro torre de absorción de absorción despojadora planta carga de azufre gas con hidrógeno sulfuroso azufre líquido rico de absorción Fig. 6-32. Flujograma para extracción de azufre. Extracción de azufre La extracción de azufre del petróleo y de sus derivados, del gas natural y gases pro- ducidos en la refinería representa un impor- tante porcentaje del azufre que se consume en el mundo. El azufre se utiliza en procesos y preparación de compuestos para muchas otras industrias: química, metalúrgica, caucho sinté- tico, agricultura (insecticidas, herbicidas y fun- gicidas), pulpa y papel, farmacéutica y explo- sivos. En construcción de vías se ha experi- mentado para utilizarlo como recubrimiento de Fig. 6-33. Azufre a granel, producto de la desulfuración. Centro carreteras. de Refinación Paraguaná, estado Falcón.
- 284. 284 E l P o z o I l u s t r a d o gasolina y gas separador compresor tratamiento químico craqueo querosén fracción pesada craqueo gasoil fracción pesada horno base de lubricantes fraccionamiento residuos pesados al vacío torre de fraccionamiento Fig. 6-34. Productos de la refinación de hidrocarburos.
- 285. C a pí t u l o 6 - R e f i n a c i ó n 285 gas residual gas gas licuado polimerización gasolina de motor gasolina de aviación hidroformación gases polimerización gasolina o alquilación de motor fraccionamiento combustible de aviación tratamiento químico querosén combustible polimerización de aviación o alquilación querosén fraccionamiento aceite combustible industrial (Diesel oil) neutralización gasoil filtro prensa (desparafinación) tratamiento ácido aceites lubricantes parafinas solventes aceite combustible oxidación asfalto
- 286. 286 E l P o z o I l u s t r a d o VI. La Refinación y la Demanda de 56 % de crudos livianos y medianos y 44 % de crudos pesados y extrapesados. En los años de Productos siguientes, a partir de 1978, las filiales opera- doras de PDVSA continuaron expandiendo sus Originalmente, el tren de procesos programas de exploración y en 1994 las reser- de una refinería es concebido para responder vas probadas de crudos sumaron 64.878 mi- a la demanda de determinados productos por llones de barriles y las de gas 3.967 millones determinados mercados. Sin embargo, al correr de metros cúbicos, que representan 24.000 mi- del tiempo, los cambios de disponibilidad de llones de barriles de petróleo equivalente. los tipos de crudos que conforman la dieta bá- La relación reservas/producción del sica de la refinería, como también los cambios país está asegurada holgadamente por sesenta en la demanda de productos o la ampliación años. Sin embargo, no obstante la importancia de los mercados que se atienden, siempre de las cifras mencionadas antes, el negocio apuntan hacia la reorientación del patrón de exige mantener programas de exploración refinación. acordes con las perspectivas de la industria pe- Circunstancias como las menciona- trolera mundial. das antes son responsables por las modifica- Durante esos años también se prosi- ciones del patrón de refinación a lo largo de guió con el desarrollo de la Faja del Orinoco y los años en las refinerías venezolanas: El Pali- las reservas recuperables de petróleo pesado/ to, Puerto La Cruz, Amuay y Cardón. extrapesado del área sumaron 270.000 millones Por ejemplo, al 31 de diciembre de de barriles. Esta cifra es fenomenal. Equivalente 1977, el cambio en la disponibilidad de crudos a 5,8 veces toda la producción acumulada de venezolanos indicó que las reservas probadas petróleo del país durante 1914-1994. Mas, en de 18.035 millones de barriles se componían relación con la producción de crudos de 1994, las reservas probadas de la Faja son suficientes para 282 años de abastecimiento. Por tanto, el reto está en comercializar al máximo este volu-