EL PETRÓLEO
El petróleo es un líquido oleoso bituminoso de
origen natural, inflamable, cuyo color varía de incoloro a negro, y consiste en
una mezcla completa de hidrocarburos con pequeñas cantidades de otros
compuestos. También recibe los nombres de petróleo crudo, crudo petrolífero o
simplemente “crudo”. En la industria petrolera, la palabra "crudo" se
refiere al petróleo en su forma natural no refinado, tal como sale de la
tierra. El petróleo puede estar en estado líquido o en estado gaseoso. En el
primer caso es un aceite y en el segundo es conocido como gas natural. Según la
teoría más aceptada, el origen del petróleo y del gas natural es de tipo
orgánico y sedimentario.
Se forma bajo la superficie terrestre
por la descomposición de organismos marinos. Los restos de animales minúsculos
se mezclan con arenas y limos que caen
al fondo en las cuencas marinas tranquilas. Estos depósitos, ricos en
materiales orgánicos, se convierten en rocas generadoras de crudo. El proceso
comenzó hace muchos millones de años, cuando surgieron los organismos vivos en
grandes cantidades, y continúa hasta el presente. Los sedimentos se van
haciendo más espesos y se hunden en el suelo marino bajo su propio peso. A
medida que van acumulándose depósitos adicionales, la presión sobre los
situados más abajo se multiplica por varios miles, y la temperatura aumenta en
varios cientos de grados. El cieno y la arena se endurecen y se convierten en
esquistos y arenisca; los carbonatos precipitados y los restos de caparazones
se convierten en caliza, y los tejidos blandos de los organismos muertos se
transforman en petróleo y gas natural.
La proporción de los diferentes hidrocarburos que
integran el petróleo crudo varía en cada yacimiento, de lo que resulta la
existencia de petróleos crudos que varían desde un líquido opaco, negro y
grueso, tan pesado como el agua y que contiene muy poco, o nada de los
hidrocarburos que se usan como gasolina, hasta aquellos crudos que pueden contener 40% o más de esos
componentes de la gasolina, de color claro y transparente y con tres cuartos
del peso del agua; en casos extremos, un yacimiento puede producir solamente
hidrocarburos que se convierten en gases al salir a la presión de la
superficie.
Aunque el crudo es solamente una simple mezcla de
tal variedad de hidrocarburos, estos componentes no se separan por si solos,
sino que hay que separarlos por medio de calor gradual, que hace evaporar
primero los hidrocarburos livianos y luego, los más pesados; asimismo se puede
calentar el crudo hasta convertirlo en gas y luego enfriarlo progresivamente,
en cuyo caso los hidrocarburos pesados serán los primeros en convertirse en
líquidos, luego los menos pesados, y así sucesivamente.
El petróleo y sus derivados se emplean para fabricar medicinas,
fertilizantes, productos alimenticios, objetos de plástico, materiales de
construcción, pinturas o textiles y para generar electricidad. Es el más útil y
abundante de los combustibles descubiertos por el hombre en la corteza
terrestre.
Por otro lado, el petróleo y sus derivados tienen un altísimo impacto
ambiental. La extracción, la quema de combustibles fósiles, la producción
masiva de plásticos y los derrames petroleros son el lado oscuro de este
material. Estos inciden negativamente
sobre la vida en el planeta y sobre la estabilidad del clima. Llegan a
ocasionar la destrucción de ecosistemas y el incremento de los gases de efecto
invernadero. Se ha comprobado que el mismo ocasiona el aceleramiento del
calentamiento global, es decir, el cambio climático.
Referencias:
- http://elpetroleo.50webs.com/composicion.htm
- https://www.fullquimica.com/2013/12/origen-del-petroleo-y-teorias-de-su.html
- Lifeder.com
- Fuente: https://www.caracteristicas.co/petroleo/#ixzz6EnJcnziR· ttps://es.blastingnews.com/sociedad/2018/05/la-contaminacion-por-petroleo-un-mal-necesario-002580401.html
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PERFORACION PETROLERA
El análisis de la información obtenida en la exploración permite establecer las áreas que por sus características pueden contener mantos con depósitos de hidrocarburos. Si después de realizar este proceso, las posibilidades de encontrar hidrocarburos son altas, se efectúa la perforación. Ésta puede ser en tierra firme o en el mar. Puede ser vertical, horizontal o direccionada (con cierto ángulo de inclinación). Estos factores dependen de la forma de los yacimientos y del tipo de terreno a perforar.
Perforar un pozo es la única forma de tener seguridad de la presencia de hidrocarburos en el subsuelo. A pesar de los avances tecnológicos en las herramientas geofísicas, la certeza se alcanza únicamente después de la perforación.
Una vez detectado un yacimiento y cuantificadas sus reservas de hidrocarburos, se procede al desarrollo del hallazgo, mediante pozos que apuntan a producir esa reserva. Es inevitable la existencia de algunos pozos no productores (pozos secos), dada la variabilidad infinita de la naturaleza. Estudios sísmicos de detalle y de geología de subsuperficie llevan a aminorar estas pérdidas.
De los pozos productores pueden fluir crudo, gas y agua, los cuales son aislados, en los Separadores, atendiendo a razones técnico-económicas y de seguridad. Posteriormente, el crudo se transporta por medio de oleoductos o camiones a los puntos de entrega, el gas a través de gasoductos y el agua se reinyecta o se dispone de ella sin riesgos ambientales.
PRINCIPALES MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DEL PETRÓLEO
El petróleo está compuesto por una mezcla de materiales orgánicos sobre todo hidrocarburos insolubles en agua. Se produce en el interior de la tierra mediante un proceso de transformación de la materia orgánica procedente de sedimentos y que se acumulan en trampas geológicas que se forman de manera natural.
Los procesos que se emplean para la extracción de petróleo dependen en gran medida de factores como la ubicación del yacimiento o las características que presenta este yacimiento. Una vez que se ha detectado una zona con la presencia de petróleo se procede a hacer una perforación de cierta profundidad para llegar hasta él, en algunos casos estas perforaciones pueden ser de hasta 6000 metros.
El proceso de perforación y extracción suele ser sencillo. Se introduce y baja una especie de cañón y se perfora la tubería de revestimiento justo en el punto donde se ha detectado la bolsa. Lo habitual es que el petróleo fluya por los orificios que se han hecho y se pueda extraer mediante una tubería de un diámetro más pequeño. A esta tubería de la denomina tubería de producción.
Se pueden dar dos situaciones:
Que el yacimiento tenga energía propia que habitualmente viene generada por la propia presión subterránea y por los elementos que suelen acompañar al petróleo como son gas y agua. En este caso, el petróleo sale por si solo en el momento de hacer la perforación. Lo que se suele hacer es instalar en la parte superior del pozo un equipo que se denomina árbol de navidad y que está compuesto por una serie de válvulas que sirven para ir regulando el paso del petróleo.
En caso de que el yacimiento no tenga energía propia se usan métodos específicos de extracción. El método más habitual es el balancín mediante el cual a través de un balanceo permanente se acciona una bomba en el fondo del pozo que realizar la succión del petróleo hasta la superficie.
Generalmente el petróleo que se extrae de los pozos suele estar acompañado de sedimentos, agua y gas natural lo que conlleva que previamente se acondicione el entorno para poder hacer la producción, separación y almacenamiento de estos productos. En estos procesos de aprovecha el máximo de elementos posibles, por ello los elementos que se separan del petróleo como el gas natural son utilizados para enviarlo previo tratamiento a los centros de consumo mediante gasoductos.
El petróleo depurado se traslada a tanques de almacenamiento y a oleoductos que lo transportan directamente hacia las refinerías o puertos de exportación. Es importante saber que nunca se puede aprovechar el 100 % del petróleo contenido en un yacimiento, de hecho, la cantidad máxima que suele aprovecharse en estos yacimientos llega solo al 50 % o 60 %.
Sistemas de extracción
Vamos a analizar ahora los principales sistemas que se emplean para la extracción del petróleo en un yacimiento. La única forma de saber si en un lugar donde se prevé que hay petróleo efectivamente lo hay, es mediante la perforación. La primera perforación que se suele llevar a cabo se denomina perforación exploratoria y tiene como finalidad confirmar si realmente existe petróleo en el yacimiento.
Los métodos más empleados para lograr la extracción del petróleo son los siguientes:
Método a percusión.
Este método está ya casi en desuso y consiste en la utilización de trépano pesado que unido a una barra de referencia aumenta su peso. Esta barra se sujeta con un cable de acero conectado a un balancín. A través del balancín se trasmite un movimiento alternativo de subida y bajada que es accionado por un motor. Con cierta frecuencia se procede a retirar el trépano para sacar los materiales o detritos mediante una herramienta denominada cuchara. La gran desventaja de este método es que es un proceso muy lento y esto hace que cada vez se use menos. De hecho, su utilización se hace únicamente en yacimientos muy pequeños.
Método a rotación.
Este método es algo más complejo que el anterior ya que mediante el trépano que es hueco, se atornilla a una serie de tubos de acero que forman lo que se llama las barras de sondeo. Estas barras giran impulsadas por una mesa rotativa que se encuentra en la base de la torre y que está unida por una transmisión mediante cadena con los motores del cuadro de maniobras.
La llamada mesa rotativa presenta un agujero cuadrado en el centro en el que se desliza una columna de perforación que desciende a medida que el trépano avanza. En la parte más alta de la torre hay aparejos que hacen posible levantar y bajar los equipos. Es precisamente el movimiento de la mesa rotativa lo que hace que se ponga en marcha la perforación. Cuando es necesario se agregan nuevas barras de sondeo que se enroscan y miden en torno a 9 metros.
Una vez que la perforación se ha llevado hasta los 100 o 150 metros se entuba el pozo mediante una cañería metálica y cemento de fraguado rápido (proceso de cementación) de forma que se eviten derrumbes debido a filtraciones de las napas de agua que habitualmente se atraviesan.
Perforación submarina
En muchos casos para poder aprovechar mayores yacimientos de petróleo se hacen excavaciones y perforaciones sobre el mar. Se trata de equipos que se instalan en una plataforma situada lejos de la costa en aguas de profundidad de hasta varios cientos de metros. Existen diferentes tipos de plataformas, algunas son flotantes y otras están ancladas al fondo marino sobre pilotes. Estas segundas resisten bien a las olas y el viento, así como a los hielos. Con independencia de los métodos empleados para la extracción dependiendo de los materiales y de la zona, se suelen elegir los materiales y el equipo de perforación más adecuado.
Fracking
El fracking es una técnica para extraer petróleo y gas de manera no convencional que ha ganado protagonismo en los últimos años. El incremento de la producción a través de este sistema ha permitido a los norteamericanos equilibrar el saldo entre lo que producen y lo que consumen, llegando incluso a levantarse la prohibición de exportar petróleo vigente en dicho país desde la crisis de los años setenta.
En qué consiste el fracking
El fracking o fracturación hidráulica es un sistema mediante el cual se explotan los yacimientos atrapados en rocas poco porosas y poco permeables, como las pizarras. Estos depósitos suelen estar situados a grandes profundidades (entre 400 y 5.000 metros), y distribuidos en pequeños poros o burbujas dentro de las rocas, por lo que para liberarlos se hace necesario romper las capas de pizarra, para que puedan fluir hacia arriba.
Para fracturar la roca, tras hacer un agujero vertical, se hace una perforación horizontal de varios kilómetros de largo a través de la cual se inyecta agua a presión mezclada con arena y algunos aditivos químicos. Una vez conseguida la fracturación, el fluido (petróleo o gas) asciende a la superficie junto con la mezcla de agua y otros aditivos, así como algunas substancias que puedan haber estado atrapadas en las rocas.
El sistema dio sus primeros pasos a mediados del siglo pasado, aunque su difusión ha sido propiciada por dos factores complementarios: el alto precio alcanzado por el crudo en los últimos años y las mejoras en la propia técnica. Ambos aspectos han permitido que cada vez fuese más rentable extraer crudo mediante este método, alcanzando el equilibrio a partir de un precio de alrededor de 70 dólares, o incluso por debajo de 35 en algunas explotaciones.
Una técnica no exenta de polémica
El gran aumento de crudo obtenido a través de este procedimiento ha propiciado que los países de la OPEP hayan iniciado una batalla para doblegar a los productores de fracking, aumentando la oferta de crudo muy por encima de la demanda para bajar los precios. Esto ha provocado que muchos pequeños productores estadounidenses hayan tenido que reorganizar sus estructuras o hayan quebrado, al no soportar unos precios tan bajos ni poder refinanciar sus deudas. Esta “guerra del petróleo” está causando también cierta inestabilidad en las bolsas, pues muchos inversores no saben a qué atenerse.
Además, el fracking cuenta con muchos detractores, puesto que algunos de los aditivos químicos que se utilizan pueden ser tóxicos o incluso cancerígenos y, a pesar de que se realiza un recubrimiento de cemento para evitar filtraciones a los acuíferos, existe cierto riesgo de que éstas se produzcan. Por otra parte, se han detectado casos en los que se ha incrementado la actividad sísmica debido a las fracturas realizadas en la roca y a las explosiones que se emplean para ello.
REFERENCIAS
- https://www.ecopetrol.com.co/wps/portal/es/ecopetrol-web/productos-y-servicios/productos/gas-natural/Informaci%C3%B3n%20General/cadena-de-valor-del-gas-natural/perforacion/!ut/p/z0/04_Sj9CPykssy0xPLMnMz0vMAfIjo8ziLQIMHd09DQy9DZwt3QwcjTwsQxw9g4ICLE30C7IdFQFceN_H/
- https://blog.selfbank.es/fracking-una-nueva-tecnica-para-extraer-petroleo/
MECANISMOS DE PRODUCCIÓN DE YACIMIENTOS
Al concluir la fase de perforación, se tiene un hoyo que puede tener entre mil y ocho mil metros de profundidad, formado por tres o más tuberías, una dentro de la otra, las cuales se recubren con un cemento especial contra las paredes del hoyo. Para comunicar el yacimiento con el pozo, se utiliza un cañón perforador, equipado con balas o proyectiles a chorro, el cual se baja mediante un cable eléctrico y se coloca frente a la roca petrolífera. Este cañón se hace explotar y los proyectiles atraviesan la tubería y penetran la roca, abriendo conductos para los fluidos desde el yacimiento hacia el pozo. Se tiene así un pozo productor, cuya configuración más sencilla está formada por una tubería revestidora y una tubería productora.
Yacimiento
El yacimiento de hidrocarburos es una acumulación de gas o petróleo en las rocas del subsuelo, formado por plegamientos o deslizamientos, como resultado de fenómenos físicos y químicos que ocurrieron en la corteza terrestre hace miles de millones de años. Un Yacimiento es una acumulación de crudo o gas en una roca porosa. El petróleo no forma lagos o lagunas subterráneas, siempre se encuentra impregnado en los poros de estas rocas. Las fuerzas de compresión ejercen la presión natural del yacimiento, y ésa es la energía que va a impulsar a los fluidos una vez que se establezca una diferencia de presión entre el yacimiento y la superficie al comenzar la etapa de producción, a través de los pozos en desarrollo.
Pozos Petroleros
El Pozo Exploratorio: es la primera perforación que se hace en una región para saber si existe o no petróleo. Cuando el pozo exploratorio hace un descubrimiento, se perforan otros para delimitar el área del hallazgo. Asimismo, por medio de estudios geológicos y geofísicos, es posible presumir condiciones favorables para la existencia de hidrocarburos en el subsuelo.
El pozo de producción: constituye el paso decisivo para determinar el valor de los hidrocarburos contenidos en el yacimiento. Una vez establecidos los parámetros de producción, se procede a perforar el pozo. En el negocio p petrolero, una empresa puede explotar varios pozos, formando un campo petrolero.
Para que un yacimiento de hidrocarburos produzca, es decir que los fluidos del yacimiento fluyan a superficie, es necesario que exista una fuente de energía que contribuya significativamente en la producción de los fluidos. Las diferentes formas en que el yacimiento genera dicha energía se conoce con el nombre de mecanismos naturales y mecanismos artificiales. Entre los Mecanismos de Producción Natural podemos mencionar:
Compresibilidad de la roca y de los fluidos.
Al disminuir la presión en el yacimiento la roca porosa tiende a comprimirse ocasionando de esta manera una disminución del espacio poroso, forzando a los fluidos a desplazarse desde un punto de mayor presión a un punto de menor presión, este punto de menor presión se encuentra donde esta perforado el pozo y de esta manera los fluidos llegan a la superficie. Este mecanismo ocurre para cualquier valor de presión en el yacimiento. La recuperación por expansión de líquido está en el orden de 3% del petróleo original existente en el yacimiento.
Liberación de Gas en Solución
Ocurre en los yacimientos donde todo el gas se encuentra disuelto en el petróleo y por lo tanto, no existe un casquete de gas libre. A medida que se extraen fluidos por los pozos productores, la presión del yacimiento se reduce y el gas disuelto se expande generando la fuerza que empuja al petróleo. Es el mecanismo de recuperación más común, con una eficiencia de recobro en el orden de 25% del petróleo original existente en el yacimiento. Cuando existen condiciones adecuadas de las rocas y los fluidos, puede dar origen a un casquete de gas secundario que contribuye al aumento de la recuperación. En este tipo de mecanismo es muy importante controlar la relación entre la cantidad de gas y petróleo que se produce, con el objeto de no desperdiciar energía y promover, cuando se justifique, la formación de un casquete secundario de gas.Segregación Gravitacional
En algunos yacimientos con mecanismo de impulsión por gas disuelto, la inclinación de la roca es bastante pronunciada y ese factor facilita que el petróleo se desplace bajo la acción de la gravedad hacia la parte inferior. Al mismo tiempo, ocurre la migración de gas libre hacia la parte alta, formándose un casquete de gas secundario. Ese doble efecto de desplazamiento del petróleo y la formación de un casquete contribuyen a mejorar el porcentaje de recuperación, el cual bajo condiciones óptimas puede alcanzar 40% del petróleo presente en el yacimiento.Empuje por Capa de Gas
En muchos campos descubiertos en el mundo, se determinó que ya existía una capa de gas al inicio de su explotación, por lo que uno de los mecanismos de empuje se reconoce que es debido a esta capa de gas. Por otro lado, si el yacimiento ha reducido su presión original hasta niveles por debajo de la presión de saturación, se dice que el petróleo contenido en el mismo se encuentra saturado y por lo tanto, se va a empezar a desprender gas libre en la formación; dependiendo del espesor de la misma y la inclinación de las capas, se puede generar una capa de gas que se conoce como casquete de gas secundario. Al haber una caída de presión en el yacimiento la capa de gas se expande de manera tal que empuja el hidrocarburo al pozo productor. Cabe mencionar que este mecanismo ocurre solo cuando la presión del yacimiento está por debajo de la presión de burbujeo.Empuje Hidráulico
Ocurre cuando existe una capa de agua por debajo de la zona de petróleo, la cual puede ser original del yacimiento o provenir de un afloramiento que la alimenta desde la superficie. Aunque el agua es poco compresible, los grandes volúmenes que existen en el subsuelo acumulan una cantidad considerable de energía que, actuando en forma de pistón, de abajo hacia arriba, empuja los fluidos a través de los poros de las rocas, los eleva por la tubería productora del pozo y los desplaza por las instalaciones de superficie hasta las estaciones de recolección. Es uno de los mecanismos de empuje más eficientes, con un nivel de recuperación que puede llegar a 80% del petróleo original existente en el yacimiento. La vigilancia y control estricto de la producción de los pozos es un requisito indispensable para la eficiencia de este mecanismo, a fin de mantener la uniformidad del efecto de pistón y evitar la canalización o conificación del agua desde la capa acuífera hacia los pozos cercanos, con lo cual se aislarían volúmenes importantes de hidrocarburos.Mecanismos de Producción Artificiales
En la mayoría de los yacimientos, el pozo comienza a producir por flujo natural, ya que inicialmente la presión existente en el subsuelo es suficiente para impulsar los fluidos en su trayectoria a través de los poros y canales de la roca, en su ascenso por la tubería vertical o inclinada del pozo y en el desplazamiento por la tubería de flujo hasta la estación de recolección. Esa presión natural, sin embargo, se va debilitando a medida que se extraen los fluidos del yacimiento y pierde paulatinamente su fuerza impulsora, entonces se hace necesario aplicar técnicas de levantamiento artificial, con el objeto de mantener los pozos en producción. Entre las técnicas más utilizadas se encuentran el levantamiento por gas y el levantamiento con bombeo mecánico. La escogencia se hace aplicando criterios técnicos y económicos que consideren: las condiciones del yacimiento, las instalaciones mecánicas, las propiedades y características de los fluidos, el mecanismo de impulso del yacimiento, y la disponibilidad de fuerza eléctrica y gas de alta presión.
Levantamiento por Gas
Consiste en introducir, mediante compresores, gas de alta presión de una fuente externa en la tubería productora, ya sea directamente por su extremo inferior o mediante válvulas especiales colocadas a diferentes profundidades en dicha tubería, las cuales abren y cierran respondiendo al nivel de la columna de petróleo y la presión del gas. El gas inyectado por el anillo se mezcla con la columna de petróleo y la impulsa hacia la superficie, por la fuerza de expansión del gas.
Bombeo:
-Bombeo mecánico, el cual utiliza una bomba reciprocante colocada en el extremo inferior de la tubería productora.
-Bombeo hidráulico, en el cual se utiliza petróleo bombeado a alta presión para operar una unidad de bombeo colocada en el fondo del pozo. -Bomba eléctrica sumergible, impulsada por un motor eléctrico conectado a la fuente de energía eléctrica en la superficie.
-Bomba de cavidad progresiva, colocada en el fondo del pozo, la cual trabaja por rotación de una especie de tornillo sin fin, utilizando el principio de Arquímedes. Su movimiento rotacional es trasmitido desde la superficie por un motor eléctrico a través de cabillas similares a las del bombeo mecánico.
Recuperación Adicional
En los primeros tiempos de la Industria Petrolera, los operadores tenían escasos conocimientos del subsuelo. Extraían petróleo sin mayor control hasta agotar los mecanismos de producción primaria por flujo natural y por levantamiento artificial. Después abandonaban los pozos y el campo. Se ha podido comprobar que con ese procedimiento se producía sólo una pequeña fracción del petróleo existente en los poros de las rocas y quedaba un volumen considerable sin recuperar, que en muchos casos representaba hasta 80% del petróleo original acumulado en el yacimiento. Con el fin de contrarrestar el agotamiento de la energía natural y mantener la efectividad de los mecanismos impulsores, se desarrollaron técnicas de recuperación secundaria.
Técnicas de recuperación secundaria
Consisten en inyectar al yacimiento agua o gas bajo presión, cuyo efecto de desplazamiento ha demostrado ser sumamente efectivo en el aumento de la recuperación del petróleo. Actualmente, estas técnicas son parte integral del proceso de producción, desde el comienzo de la explotación de un yacimiento. La inyección de agua o gas se efectúa a través de pozos de inyección, cuya ubicación depende del tipo de yacimiento y de las características de las rocas y fluidos. Para esto se apoya en modelos de simulación computarizados y experimentales que permiten predecir con bastante precisión el comportamiento y la evolución de los diferentes parámetros involucrados. En algunas condiciones, la inyección de agua o gas no es aplicable o no es satisfactoria, y ello ha conducido al empleo de técnicas de recuperación mejorada.
Técnicas de Recuperación Mejorada:
Con esta aplicación se modifican ciertas propiedades del petróleo en el yacimiento o de los fluidos inyectados a fin de mejorar la efectividad de su desplazamiento. En los yacimientos de petróleo pesado y viscoso se ha logrado un aumento apreciable de la recuperación, mediante la aplicación de calor con agua caliente, vapor de agua y la generación directa de fuego en el subsuelo, inflamando el petróleo y manteniendo la combustión con inyección de aire. En yacimientos de petróleo mediano y liviano se inyectan solventes y productos químicos, conjuntamente con el gas o agua, con el objeto de reducir las fuerzas capilares que promueven la adhesión del petróleo a las rocas, reducir la viscosidad del petróleo para facilitar su movilidad o aumentar la viscosidad del fluido inyectado para mejorar la efectividad de su empuje. Investigaciones más recientes han abierto nuevas posibilidades de recuperación mejorada, tales como la inyección controlada de microorganismos (bacterias) en el yacimiento, las cuales mejoran el desplazamiento del petróleo hacia los pozos productores, así como la calidad del mismo.
Referencias bibliográficas
La industria Venezolana de los Hidrocarburos. Caracas 1982, 2 volúmenes.
PDVSA.OM. Mecanismos de producción.
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