El pozo ilustrado ingeniería en petróleo
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El pozo ilustrado ingeniería en petróleo

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esto se trata sobre un pozo petrolero los conceptos basicos

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  • 1. I n d i c e G e n e r a l 1Indice General PáginaPrólogo IIntroducción y Reconocimientos 19Capítulo 1 - ¿Qué es el Petróleo?Introducción 35I. 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 38II. 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 d i c e G e n e r a l 3Referencias Bibliográficas 81Capítulo 3 - PerforaciónIntroducción 89I. El Metodo Original de Perforación 89 • El sistema a percusión 89 • Ventajas y desventajas de la perforación a percusión 90II. 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 d i c e G e n e r a l 5IX. Informe Diario de Perforación 134X. Terminación del Pozo 137XI. Clasificación de Pozos Terminados 138XII. Tabla de Conversión 139Referencias Bibliográficas 140Capítulo 4 - ProducciónI. 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 163II. 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 174III. 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 d i c e G e n e r a l 7II. 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 226III. Generación de Hidrocarburos 227IV. Exploración para el Gas 228 • Adelantos técnicos en sismografía 228 • El color: adelanto significativo 230V. Operaciones de Perforación para Gas 231 • Ubicación del yacimiento 231 • Espaciado de pozos 231 • Terminación de pozos 232VI. 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 233VII. Transporte y Entrega del Gas a los Mercados 234 • Transporte 235 • Distribución 236 • Exportaciones de derivados del gas 236VIII. El Precio del Gas 237Referencias 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 d i 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 283VI. 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 291VII. Factores Complementarios 292 • Suministro de crudos y otros hidrocarburos 292 • Almacenamiento 292 • Instrumentación 293 • Seguridad industrial 294VIII. Evolución de la Refinación en Venezuela 294 • Cronología de la refinación en Venezuela 295Referencias Bibliográficas 308Capítulo 7 - PetroquímicaIntroducción 315I. El Crecimiento de la Industria Petroquímica 315 • Insumos para producir gasolinas y caucho sintético (Buna) 318II. 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 d i c e G e n e r a l 11III. 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 383IV. 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 388Referencias Bibliográficas 392Capítulo 9 - Carbón FósilIntroducción 399 • Utilización mundial del carbón 399 • El carbón venezolano 400I. 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 402II. Características del Carbón del Guasare 403III. Conservación del Ambiente e Impacto Regional 403Referencias 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 d i c e G e n e r a l 13I. 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 456Referencias Bibliográficas 458Capítulo 12 - La Gente del PetróleoIntroducción 463I. 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 472II. 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 486III. 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 d i 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 553VI. La Apertura Petrolera 555 • Resultados positivos 555 • Transformación de la corporación 556Referencias Bibliográficas 560ApéndicesIndice de Tablas 567Indice de Figuras 571Indice Consolidado (Onomástico, Geográfico y Analítico) 587
  • 16. P r ó l o g oPrólogo 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 quela tercera versión de “El Pozo Ilustrado” fue editada en diciembre de 1985. Desde esa fecha hasta nuestros días, se han descifrado importantes incógnitas sobre laspropiedades y características de los hidrocarburos, especialmente de los crudos extrapesados, y se handesarrollado 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 yuna significativa ampliación de sus mercados. Igualmente, se han concretado innovadoras condicionespara 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 entrela 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 deresurrección”. 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 puedeamarse 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 lanecesidad 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 saberde petróleo sin la cabal comprensión de su significación para el país. Podría igualmente aseverarse quemientras 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 entodo un conjunto de acciones que estamos concibiendo bajo la denominación de “Programa deEducación Petrolera”. Esta visión se constituirá en un esfuerzo sistemático e integrador, en favor de unmejor conocimiento del petróleo, así como en una opción para reducir la brecha entre el mundopetrolero y la sociedad venezolana. Dentro de ese programa, se contemplan actividades motivacionalesy 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 Educacióny Desarrollo (CIED), brazo estratégico de la corporación dedicado a la educación, al adiestramiento y aldesarrollo de los recursos humanos de PDVSA, sus filiales, el sector complementario y eventualmenteterceros, 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 algunasiniciativas 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 comoun 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 unrecurso 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 deamor por Venezuela y modelo de vocación por el desarrollo de la tecnología y la educación dentro delquehacer 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 ennuestros 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 ondaexpansiva que conmueva el espíritu y el pensamiento de quienes se dediquen a su lectura, divulgacióny aprovechamiento. Luis E. Giusti Presidente PDVSA
  • 18. Introducción y Reconocimientos
  • 19. I n t r o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 19Introducción 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 latrado, 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, laespecialmente a docentes y estudiantes de industria ha logrado mayor productividad, haeducación 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 mediodesempeñado y todavía desempeñará por ambiente y ofrece a sus clientes más atenciónmuchos 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 sólocultura 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 oalrededor del mundo. En Venezuela tenemos sólido.una experiencia petrolera que arranca en 1878 El hombre, mediante sus esfuerzoscon 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, refinardounidenses y británicas, 1885-1911, y las pe- y manufacturar cientos de derivados del gastroleras 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 muyliales 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 profesionalesconformado una escuela de trabajo que se re- y científicos de varias disciplinas ayudaron anueva y ajusta a las exigencias de los tiempos descifrar las incógnitas sobre las propiedadespara 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 t r 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 dehaber 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 Mundial1853, como el aceite de ballena y los aceites (1939-1945), la necesidad de combustibles devegetales, 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 desarrollouso 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 eliluminantes 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 diversificaciónleitará 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 yprima 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 laprogresaron 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 lossubstancias, 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) conformandificar sus arreglos moleculares y cambiar ven- un extenso negocio nacional e internacionaltajosamente 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 unalos adelantos logrados hasta hoy en la refina- de las más dinámicas actividades de la industriación 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 deeste capítulo, el lector apreciará más la secuen- crudos hacia las refinerías del mundo. Luego decia de las operaciones que sustentan el nego- las refinerías salen hacia los mercados de loscio 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 t r o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 23ros en los mercados del mundo, desde el pun- ciones. Se empezó una sostenida y fructíferato de vista interno de cada nación y las rela- labor ministerial que profundizó más y másciones entre países productores/exportadores sobre la riqueza petrolera del país. Se creó ely los países productores/importadores y los Ministerio de Minas e Hidrocarburos en 1950 yimportadores 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 añosinfluyen sobre los precios, como también los se han registrados hechos muy importantes enque 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 uninternacional de los hidrocarburos venezola- nombre: Intevep, cuyos empleados son autoresnos. El capítulo destaca lo que significa el ne- de excelentes investigaciones y aplicacionesgocio del petróleo para el país. tecnológicas petroleras venezolanas. Cientos de El Capítulo 11, Ciencia y Tecno- patentes otorgadas por varios países atestiguanlogía, 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 de1914) 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 detacó como el primer venezolano que se ocupó un país. Fueron fundadores de emporios. Elde 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 resumedar frutos en 1930. Los profesionales ocupados la cadena de actividades que a lo largo de losen los talleres y laboratorios de las empresas años permitieron consolidar esfuerzos y hacerpetroleras, de las universidades, de las empre- frente a los obstáculos que se interponían alsas 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 calidadron 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 tambiéncomenzó 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 t r o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 25petititiva total de la corporación. En este as- Propia o en participación, la producción fue depecto, los estudios y proyectos realizados por 3.530.000 toneladas métricas.Intevep durante 1979-1980 fueron muy impor- En refinación, comenzó a producirtantes: sedimentología y geoquímica, genera- la planta BTX (benceno-tolueno-xileno) en lación 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 Propilenosis 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 deles 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 deextrapesados 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 millonesTabla 13-6. de metros cúbicos diarios de gas. Los logros de PDVSA y sus filiales PDVSA y sus filiales continuaron unaen los primeros diez años de actuación fueron penetración sostenida de mercados durantemuy significativos para el país en todos los 1990-1996. En Europa, en Estados Unidos y enórdenes. La corporación preparó sus planes y Curazao, en 1991, el total de la capacidad deprogramas para el tercer quinquenio, 1985- refinación de crudos llegó a 1.175.220 b/d y en1989, los cuales incluyeron la expansión de la Venezuela a 1.182.000 b/d, lo cual demuestra lainternacionalización de las operaciones me- capacidad de mercadeo de la corporación.diante convenios/arrendamientos/adquisiciones La dinámica petrolera venezolana haen 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 ycomo 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. Losción. 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 dedas produjeron 2.270.000 toneladas métricas y PDVSA y empresas extranjeras comenzaron a1.018.000 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 t r o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 27Vigésima Primera Edición, 1994, y cuya defini- Finalmente, mis deseos son que cadación 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 dede producción y transporte siempre decía gas- El Pozo Ilustrado se debe a la colaboración yducto. Además, gaso-lina, gasó-leo, gaso-il, al estímulo que recibí del personal de lostienen antepuesta la partícula gaso y se puede diferentes departamentos de Lagoven S.A. paraintuir 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 Gómezcuando escribimos poliducto, nos referimos al Carpio († 1997), Gilberto Velarde, Fernandotransporte simultáneo de varios tipos de hidro- Delgado, Freddy Muziotti, José Gouveia, Bere-carburos, debidamente espaciados dentro de la nice Gómez Tolosa, Marianne Marrero, Nohemítubería 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 paraAnaconda, 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 IndustriaVenezolana 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 t r o d u c c i ó n y R e c o n o c i m i e n t o s 29y 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 delas 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 Rosarioservido y animado durante la preparación de Pérez, Zoraida Rodríguez y Julieta Sánchezlos textos para esta cuarta edición. El recuerdo Chapellín, por la búsqueda y obtención deque 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 aportescos 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 contenidoOil 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 deAmerican 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 losgical and Petroleum Engineers (A.I.M.E. Trans- índices.actions), y las publicaciones venezolanas Me- A Varathorn Bookaman y Coromotone, 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 enzuela 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 yCentro Internacional de Educación y Desarro- otra vez, de todo el texto.llo (CIED), en las personas de su presidenteFernando Puig R. y sus directores Luis Cedeño, Efraín E. BarberiiValdis Millers, Nelson Ríos y Armando Izquier-do, como también a Lombardo Paredes, ex Caracas, febrero de 1998presidente, y Enrique Vásquez, ex director, por
  • 30. Sin autores no hay 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)
  • 31. Capítulo 1¿Qué es el Petróleo?
  • 32. C a p í t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 33Indice PáginaIntroducción 35I. 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 38II. 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
  • 33. 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
  • 34. C a p í t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 35Introducción Desde el principio, las emanaciones de hidrocarburos se designaron con nombres La etimología de la palabra petróleo, del idioma vernáculo donde aparecían. Lapetro=roca y oleum=aceite, gramaticalmente Sagrada Biblia contiene referencias al petróleosignifica aceite de roca. Si este aceite se anali- en su forma más cruda y se le menciona comoza 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 tanhidrocarburos son gaseosos, líquidos, semisóli- abundantes que los romanos lo designarondos 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 aFig. 1-1A. La presencia de burbujas de gas y la iridiscencia y flui- nombres de campos petroleros como Menedez 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 deFig. 1-1B. Mediante las actividades de exploración y per- California en el océano Pacífico y en las deforación la industria petrolera estudia la corteza terrestre y elsubsuelo para buscar, ubicar, cuantificar y producir yacimien- Louisiana y Texas en el golfo de México.tos de gas y/o petróleo con fines comerciales.
  • 35. 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
  • 36. C a p í 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 lastienen 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 geológicasabundancia de algas y otras plantas marinas en sugiere que estos organismos microscópicosla costas, mares y océanos representa suficien- tienen parte en el origen del petróleo.te material para formar petróleo si se procesanadecuadamente. La teoría del carbón Además, partiendo de la formación Por experimentos de laboratorio sedel carbón, se ha concebido que las plantas ha determinado que por destilación de tiposterrestres son tan abundantes en las bahías de carbón lignítico y bituminoso se obtienencerradas, lagunas y pantanos, que tienen todos hidrocarburos equivalentes a los componenteslos 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 sey 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 presionesrio. Aunque la mayoría de los depósitos petro- y temperaturas adecuadas.líferos se encuentran en estratos marinos, tam- Esta teoría tiene un buen grado debién hay depósitos que se forman en sedimen- validez si se considera que en muchos campostos 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 temperaturaen el subsuelo, a determinadas profundidades, son todos factores que contribuyeron a la generación del gas natural y/o petróleo(hidrocarburos).
  • 37. 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
  • 38. C a p í 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 inrepresentado por 1/1.000 partes de petróleo, situ (en sitio) porque no todo el volumen deentonces 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)
  • 39. 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.
  • 40. C a p í t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 41hidrocarburos. Además, aparte de los elemen- halagadores que sus clientes desplegaron lostos 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 Despachosolo como carburante para aprovechar su alto de Hacienda y Relaciones Exteriores envió alpoder calorífico de combustión (por ejemplo, doctor José María Vargas, el 17 de septiembreen 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 Vargasde 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 ymido pero se necesita un cilindro (tanque) los usos de la materia en la conservación demuy 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 otrasde 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 albustión interna, también habría obstáculos: es gobierno a cerciorarse de las modalidades desólido 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 que3.482 °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 hadebe a que, por razones obvias, internacional- proseguido con la investigación y el análisismente la industria petrolera maneja ambos sis- científico y tecnológico aplicado de las milestemas, según las exigencias. Además, la fuente de combinaciones maravillosas que se produ-preponderante de publicaciones petroleras la cen por estos dos elementos en la constituciónconstituye los Estados Unidos de América. de los hidrocarburos. Muchos investigadores y autores estiman que más de 3.000 compuestosMaravillosas combinaciones de carbono e del carbono y el hidrógeno pueden existir enhidrógeno el petróleo. Por tanto, la química petrolera to- Antes de que se hicieran los primeros davía representa un extenso campo de estudiointentos (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 esasanálisis 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 esomendaciones del profesor Silliman fueron tan en muy pequeñas cantidades.
  • 41. 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.
  • 42. C a p í t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 43Antoine 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 gassados 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 obtenidosgrados 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 dela primera ecuación se obtendrá que la grave- 40,9 °API a 15,56 °C (60 °F)”. (Fuente: Gacetadad específica =1 corresponde a la del agua; Oficial de la República de Venezuela, Añoen 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 conrespecto al agua. Un crudo de 10 °API tiene lamisma gravedad específica que el agua. La clasificación de crudos por rangode 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.
  • 43. 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.
  • 44. C a p í 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 muestranpresenta el tiempo en segundos para que un sus características y contenido. Estos ejemplosflujo de 60 centímetros cúbicos salga de un re- tienen el propósito de llamar la atención sobrecipiente 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 laperatura 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 medidaductos 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 extracciónTodo 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 unconstituirá la esencia de su calidad como mate- análisis reciente. En las refinerías, los crudosria prima y su precio, según el mercado. son analizados periódicamente en el laborato- rio para mantener un registro de sus carac-
  • 45. 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
  • 46. C a p í 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 asfaltosFig. 1-10. Torre de destilación.
  • 47. 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
  • 48. C a p í 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 venezolanosLos siguientes ejemplos de análisis de crudos venezolanos dan idea de sus características, contenido y rendimiento.Nombre Boscán Boscán Lagunillas Guara Ruiz Pirital Sta. RosaEstado Zulia Zulia Zulia Anzoátegui Guárico Monagas AnzoáteguiOrigen del dato Richmond Richmond Mene G. Fomento Atlantic Fomento FomentoGravedad °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 0,10Visc. SSU a 100 °F - 90.000 1.000 188 52 49,3 34,0Fecha 3-3-48 1956 1942-45 30-11-42 1957 1945 1942Factor 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 12,35Promedio 11,65 11,40 - 11,57 11,70 11,76 11,83Base I IN - I I I IPPérdida % - - 0 - 0,5 0,9 1,0Gasolina % a 300 °F 1,6 1,8 4,0 15,0 11,0 18,7 37,8Claro 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 49,0Claro 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 53,3Calidad - - buena buena - buena excelenteResid. reform. O.N. 85,2 89,0 96,0 89,5 88,0 84,0 87,0 Boscán Boscán Lagunillas Guara Ruiz Pirital Sta. RosaMaterial 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 buenaQuerosén 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 buenaDest. 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 excelenteMaterial 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 excelenteMaterial 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 20,3Lubricantes 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 - - -
  • 49. 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.
  • 50. C a p í t u l o 1 - ¿ Q u é e s e l P e t r ó l e o ? 5112. 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.
  • 51. Capítulo 2Exploración
  • 52. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 55Indice PáginaI. Los Comienzos 57 • La teoría anticlinal 58 • Geología aplicada 58II. 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 65III. 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 68IV. Métodos Eléctricos de Exploración 70 • Distintos caminos para encontrar petróleo 72V. Métodos Petrofísicos Modernos 72VI. Geoquímica 73VII. Exploración Aérea y Espacial 74VIII. Exploración Costafuera 75IX. Aplicación de Métodos de Exploración en Venezuela 76Referencias Bibliográficas 81
  • 53. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 57I. Los Comienzos Desde tiempos inmemoriales lasgentes utilizaron los rezumaderos de hidrocar-buros como fuentes de aprovisionamiento paravarios menesteres. El gas incendiado en el mis-mo sitio de su aparición sirvió para alumbraren muchos lugares de la Tierra. El primer gas-ducto, hecho de troncos huecos de madera,para llevar gas a Fredonia, estado de NuevaYork, 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 desarrollaronmétodos 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 agostopunto de partida del esfuerzo por establecer la de 1859, perforado por Edwin L. Drake.industria petrolera comercial y formal, el pozoterminado como productor el 28 de agosto de Pennsylvania, llegó a la profundidad de 21,21859 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 deTitusville, 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.
  • 54. 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.
  • 55. C a p í 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 quefuturas 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 anitas del subsuelo. Entraron a formar parte de programar con más certeza las campañas delas 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, lade 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,
  • 56. 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
  • 57. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 61esa 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 sudepósito o yacimiento natural definitivo. Se constató que el petróleo provienede formaciones o estratos de diferentes edadesgeológicas. Algunas formaciones de ciertasedades son improductivas y formaciones deotras edades muy prolíficas. En la Tabla 2-1, Eltiempo geológico y la columna de las forma-ciones, se anotan sucesivamente incidentesfundamentales que marcan la evolución denuestro planeta. Particularmente importante enel proceso evolutivo de la vida vegetal y ani-mal durante todo el desarrollo del planetaTierra. 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 rocasperíodos 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, lastres clases de rocas. Todas son de interés geo- corrientes de agua, las olas, y por acción delógico y están comprendidas en todo estudio sustancias químicas disueltas en el agua.geológico general. El interés del explorador pe- En general, las rocas sedimentariastrolero 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 grandesenfriamiento 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. Portipo intrusivas o plutónicas y extrusivas o vol- su capacidad como almacenadoras y extensióncánicas. Son del tipo intrusivas, entre otras, el geográfica y geológica como rocas productorasgranito, la granodiorita y la sienita. Estas rocas sobresalen las arenas, las areniscas, las calizastienen una estructura de tipo granítico muy y dolomitas; aunque también constituyen fuen-
  • 58. 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.
  • 59. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 63tes 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 demación por la acción del calor, por efectos de hidrocarburos.la presión o por acción química para producirrocas 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 pizarraen esquistos, la arena cuarzosa en cuarcita o laarena arcósica en neis.Propiedades físicas de las rocas De la acumulación de datos teóricosy aplicaciones prácticas, tanto en el laboratoriocomo en trabajos de campo, se ha logrado ca-talogar una variedad de propiedades, de cons-tantes y de relaciones acerca de las rocas quecomponen los estratos geológicos. Ejemplo: • La aplicación de la sismología de-pende de la propagación de ondas, graciasa 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 lasson 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 rocas4.880 - 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 deke) 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, ciertasfuerza (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 lamen o deforman, según fuerzas de tensión, de minería de roca dura empezaban a presenciarcompresión, 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.
  • 60. 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 %.
  • 61. C a p í 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 producciónlos granos, a la compactación, cementación que de hidrocarburos de las formaciones. Tambiénlos une y a otros factores, la porosidad medida hay registros o perfiles que permiten interpretaren laboratorio o por otros métodos analíticos los resultados de trabajos que se hacen durantede 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. Laporosidad de las rocas petrolíferas puede acu- III. Métodos Geofísicos de Exploraciónsar, generalmente, entre 10 y 25 %. Los métodos y equipos geofísicosMedición de la porosidad empezaron a formar parte de los recursos téc- En el laboratorio se utilizan procedi- nicos disponibles al explorador petrolero en lamientos e instrumentos, porosímetros, para segunda década del siglo XX. Sus aplicacionesmedir 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 susgranos y el volumen de los poros. Mediante la El gravímetroaplicación de métodos analíticos se obtienen El objetivo principal de los estudiosdos 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 depermite apreciar la configuración irregular de masa determinada. Pero como la Tierra no eslos granos de las muestras y llegar a la deter- una esfera perfecta y no está en reposo ni esminación del volumen efectivo de poros, lo homogénea y tiene movimientos de rotación yque 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, eltrumentos 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 lasmotivas que quedan plasmadas como curvas en rocas subterráneas. Las medidas son anotadasun registro o perfil para luego ser interpretadas y posteriormente se confeccionan mapas quecualitativa y/o cuantitativamente para evaluar, en representan la configuración lograda.
  • 62. 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.
  • 63. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 67do ventajosamente para detectar estructuras, papel va dispuesto sobre un elemento que girafallas 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 ondasto 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 dees afectada por campos magnéticos creados por las ondas y sus variaciones con respecto a lainstalaciones 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 décadamedir y registrar las vibraciones terrestres a ni- del siglo XX en Europa y Estados Unidos. Paraveles someros o profundos que puedan pro- la década de los treinta, la sismología habíaducirse por hechos naturales como temblores ganado ya suficiente aceptación como técnicay 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 undispositivo muy bien balanceado y en suspen- La sismología de refracciónsión que puede oscilar con gran sensibilidad El fundamento físico de funciona-bajo el impulso de vibraciones externas. En un miento de refracción sismológica está asociadoextremo, el dispositivo lleva una plumilla que a la teoría óptica. La propagación de la ondamarca 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 sismologíaFig. 2-11. Vehículos de diseño y tracción especial se emplean de reflexión semeja al cálculo de la distancia aen las tareas de exploración sismográfica petrolera. que se encuentra un cañón, si se mide el tiem-
  • 64. 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.
  • 65. C a p í 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 losestratos y regresa luego a la superficie, es un aspecto básico nuales para luego elaborar los planos o mapaspara 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 antiguanamita 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, losridades venezolanas, además de las medidas nuevos resultados han sido sorprendentes.de seguridad durante el uso en el campo. Las Otra contribución técnica de nitidezdetonaciones espantaban a la fauna terrestre y y rapidez es la elaboración en blanco y negrocuando se hacían levantamientos sísmicos en o a color de los planos o mapas del subsueloaguas, 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 preparaciónlera promovió a lo largo de los años adelantos de los dibujos a color requería mucho máse innovaciones en las operaciones de campo. tiempo. Hoy, la diferencia en productividad esFue eliminada la dinamita y en su lugar se de- notable.sarrolló la pistola para detonar aire comprimi-
  • 66. 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.
  • 67. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 71 cables polea malacate registradorzyQPAy@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 elFig. 2-16. Representación esquemática de los componentes del pozo o la propagación hecha desde el pozoprimer equipo de registro eléctrico de pozos, inventado por loshermanos Conrad y Marcel Schlumberger. puede ser captada en la superficie.
  • 68. 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.
  • 69. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 73 Esta parte de la Geofísica, por susfundamentos científicos y tecnológicos, se haconvertido en una rama especializada que enla industria se le denomina Petrofísica. Tieneaplicación en muchos aspectos de los estudiosy 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 producirlos 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 decias 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 yflexión 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. Geoquímicadad, saturación y permeabilidad de las rocas. • Deducción de la presencia de flui- El análisis químico de muestras deldos 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.
  • 70. 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.
  • 71. C a p í 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 lazación de la aerofotogeología depende mucho tecnología para la exploración costafuera hande las buenas condiciones atmosféricas para evolucionado acordes con las exigencias. Losrealizar los vuelos. El avión también se utiliza equipos para la adquisición de datos han sidopara hacer estudios aéreogravimétricos y aéreo- objeto de rediseños e innovaciones para sermagnetométricos, 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 propagacióncio han facilitado con los satélites, cohetes y y captación de ondas son producto de técnicasnaves 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 detonacióntes 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 continuaen tierra pueden utilizarse costafuera. Y entre de operaciones costafuera siempre está sujetalos métodos disponibles, el más empleado ha a cambios del tiempo, pero gracias también asido el sismógrafo. los adelantos obtenidos en las técnicas meteo- Naturalmente, trabajar en aguas lla- rológicas, la programación de la navegaciónnas, semiprofundas o profundas, cerca o lejos puede hacerse hoy en base a los boletines dede las costas o en mar abierto, conlleva enfren- pronóstico del tiempo que emiten los centrostarse a un medio ambiente distinto a tierra y estaciones de observación ubicadas en tantasfirme. 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 geológicaFig. 2-20. Esquema de un levantamiento sísmico costafuera.
  • 72. 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.
  • 73. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 77garantiza plenamente la existencia de las acu- ciones petrolíferas sería fácil, pero la naturale-mulaciones petrolíferas comerciales deseadas. za es caprichosa, algunas veces, y tratándoseHasta ahora, cada método, dentro de su técni- de petróleo, muy caprichosa.ca y expectativas de resolución, lo que ofrece Prácticamente, todos los métodos dees una opción para indicar que las condiciones prospección petrolera han sido utilizados en ely posibilidades que ofrece el subsuelo para el país, desde el más elemental (observación deentrampamiento 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 ención definitiva de esas posibilidades la dará la diseño y construcción de sismógrafos, comobarrena de perforación y la evaluación econó- también la adquisición, el procesamiento y lamica del descubrimiento se encargará de decir interpretación de datos obtenidos mediantesi 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 MeneGrande, estado Zulia.
  • 74. 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
  • 75. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 79 Tabla 2-2 continuaciónAño Campo,estado Profundidad Método metros1947 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, Sismógrafo1948 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 Sísmico1949 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 Estructural1950 Alturitas, Zulia 5.195 Sísmico1951 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 Sísmico1953 La Paz, Zulia 2.710 Geología de Subsuelo (Basamento) Ingeniería de Yacimientos Mara, Zulia 3.255 Geología de Subsuelo (Basamento)1954 Manresa, Monagas 793 Sísmico1955 Urdaneta, Zulia 3.499 Sísmico, Geología de Subsuelo1957 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, Sísmico1958 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 Sísmico1960 Acema, Monagas 3.820 Geología, Sísmico1963 La Ceibita, Anzoátegui 3.011 Sísmico Páez, Barinas 2.854 Sísmico1965 Hato, Barinas 2.911 Geología, Sísmico
  • 76. 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.
  • 77. C a p í t u l o 2 - E x p l o r a c i ó n 81Referencias Bibliográficas1. 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.
  • 78. 82 E l P o z o I l u s t r a d o 12. JARCHOW, Craig M.; CATCHINGS, Rufus D.; LUTER, William J.: “How Washington crew got good, thrifty seis- mic in bad data area”, en: Oil and Gas Journal, June 17, 1991, p. 54. 13. Journal of Petroleum Technology: “Seismic Technology: New Trends for New Demands”, January 1996, pp. 22 - 30. 14. KARTSEV, A.A. et al.: Geochemical Methods of Pros- pecting and Exploration for Petroleum and Natural Gas, University of California Press, 1959. 15. LAHEE, Frederic H.: Field Geology, McGraw-Hil Book Company, Inc., New York, 1941. 16. NETTLETON, Lewis L.: Geophysical Prospecting for Oil, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1940. 17. Oil and Gas Journal Special: A. “Annual Geophysical Report”, Sept. 17, 1990, pp. 49 - 67; November 4, 1991, pp. 51-70. B. “Surface Exploration Technology”, June 6, 1994, pp. 47 - 76. C. “Applied Geophysics”, October 24, 1994, pp. 43 - 79. 18. PRATT, Wallace; GOOD, Dorothy: World Geography of Petroleum, Princeton University Press, 1950. 19. SCHLUMBERGER - SURENCO S.A.: Evaluación de Forma- ciones en Venezuela, Caracas, mayo 1980. 20. SMALES, A.A.; WAGER, L.R.: Methods in Geochemistry, Interscience Publishers Inc., New York, 1960. 21. UREN, Lester C.: Petroleum Production Engineering and Oil Field Development, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1956. 22. WHEELER, Robert R.; WHITE, Maurine: Oil - From Pros- pect to Pipeline, Gulf Publishing Company, Houston, 1958.
  • 79. Capítulo 3Perforación
  • 80. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 85Indice PáginaIntroducción 89I. El Metodo Original de Perforación 89 • El sistema a percusión 89 • Ventajas y desventajas de la perforación a percusión 90II. 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
  • 81. 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
  • 82. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 87VII. Arremetida, Reventón e Incendio 132VIII. Problemas Latentes durante la Abertura del Hoyo 133IX. Informe Diario de Perforación 134X. Terminación del Pozo 137XI. Clasificación de Pozos Terminados 138XII. Tabla de Conversión 139Referencias Bibliográficas 140
  • 83. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 89Introducción 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 Perforaciónmentos rudimentarios manuales, se remonta atiempos inmemoriales. En ocasiones, la bús- El sistema a percusiónqueda de aguas subterráneas tropezaba con la La industria petrolera comenzó eninconveniencia de hallar acumulaciones pe- 1859 utilizando el método de perforación atrolíferas 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 adicionalrica, para utilizar el petróleo como fuente de metálica fuerte para darle más peso, rigidez yenergía, 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 efectivovenido marcando logros y adelantos en la di- el momento de impacto (altura x peso) de laversidad 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 PaleozoicoFig. 3-1. Columna geológica de las cuencas sedimentarias del lago de Maracaibo, Barinas-Apure y Oriente.
  • 84. 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
  • 85. C a p í 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 13Figs. 3-3 y 3-4. Componentes del equipo de perforación a percusión.
  • 86. 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-
  • 87. C a p í 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 4Fig. 3-6. Componentes del taladro de perforación rotatoria.
  • 88. 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
  • 89. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 95garanticen la realización de las operaciones sin La transmisión de fuerza la hace elriesgos 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 eltema de izaje son: perforador puede seleccionar según la magni- tud de la carga que representa la tubería en unEl malacate momento dado y también la ventaja mecánica Ubicado entre las dos patas traseras de izaje representada por el número de cablesde la cabria, sirve de centro de distribución de que enlazan el conjunto de poleas fijas en lapotencia para el sistema de izaje y el sistema cornisa de la cabria con las poleas del bloquerotatorio. Su funcionamiento está a cargo del viajero.perforador, quien es el jefe inmediato de la El malacate es una máquina cuyascuadrilla 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 hebrascipal, de diámetro y longitud proporcionales exteriores torcidas también que recubren otrasegún 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 ollados 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 ramalesdos, la potencia que le transmite la planta de puede ser a la izquierda o a la derecha, perofuerza motriz puede ser aplicada al carreteprincipal o a los ejes que accionan los carretesauxiliares, utilizados para enroscar y desen-roscar la tubería de perforación y las de reves-timiento o para manejar tubos, herramientaspesadas u otros implementos que sean necesa-rios llevar al piso del taladro. De igual manera,la fuerza motriz puede ser dirigida y aplicada ala rotación de la sarta de perforación. Fig. 3-9. Configuración y disposición de los elementos del ca- ble de perforación.
  • 90. 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.
  • 91. C a p í 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 pararoldana 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 solocornisa- es el cable vivo o móvil, que se enro- cable, el cable móvil es continuo. La velocidadlla o desenrolla del malacate al subir o bajar el de ascenso es igual en el cable que sujeta elbloque 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, descartandofatiga 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 porque 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-1sin embargo, está en tensión y esto es aprove-chado para colocarle un dispositivo que sirve donde N representa el número de cables entrepara indicar al perforador el peso de la tubería. el bloque fijo y el viajero. Entonces: Cuando por razones de uso y des- 1 1 1gaste es necesario reemplazar el cable móvil, E = _______ = ________ = ______ = 1 ó 100 %se procede entonces a desencajarlo del mala- 1,04N-1 1,040 1cate, cortarlo y correrse el cable entre la polea Si el sistema tuviese cuatro cablesfija y el bloque viajero, supliendo cable nuevo entre los bloques, su eficiencia en velocidaddel carrete de almacenamiento. sería reducida: Generalmente, el número de cablesentre el bloque fijo y el bloque viajero puede 1 1 1 E = _______ = ________ = ______ = 0,8889ser 4, 6, 8, 10, 12 o más, de acuerdo al peso 1,044-1 1,043 1,125máximo 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 cuatrotoneladas, según sus dimensiones y especifica- metros en el malacate.ciones. Forma parte del bloque viajero un asa Con respecto a la fuerza de tensiónmuy 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
  • 92. 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.
  • 93. C a p í 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 deesta sarta mientras se le enrosca otro tubo paraseguir ahondando el hoyo, o sostener el pesode la sarta cuando sea necesario para desen-roscar toda la sarta en parejas o triples para sa-carla toda del hoyo. Además, la colisa tieneque aguantar cargas muy pesadas durante lametida de la sarta de revestimiento en el hoyo. Por tanto, y según la capacidad deltaladro, 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 que500 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 extraccióngenerales de ancho, largo y altura de la mesa hasta sacar toda la sarta del hoyo.rotatoria varían según especificaciones y surobustez puede apreciarse al considerar que su temas componentes del taladro. Por medio depeso 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, quela 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 delpaso de barrenas y tuberías de revestimiento. tubo conector que se proyecta de su base seEsta 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 su445, 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 presión271/2, 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 ytencia de manera exclusiva acoplándole una poseer rolineras y pista de rodaje resistentes aunidad 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 deplanta motriz del taladro, a través del malacate,perforación del taladro. La junta por sí solapor 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 taladroLa junta giratoria no se detienen. Hay innovaciones que son La junta giratoria tiene tres puntos muy especiales. Tal es el invento de la juntaimportantes de contacto con tres de los sis-
  • 94. 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,
  • 95. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 101en 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 trayectoriaLa 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 oinferior va enroscada la sarta de lastrabarrena pandeo que más allá de la tolerancia mecánicay 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 puedenmiento 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 demiento rotatorio la colisa por medio de la junta una cuantiosa inversión.kelly, la cual va enroscada al extremo superiorde la sarta. El número de revoluciones por mi- La barrena de perforaciónnuto 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 hoyodel peso de la sarta que se deje descansar que se intente hacer. Y como en las tareas desobre 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 diámetroEn concordancia con esta acción mecánica de que va desde 610 hasta 1.068 milímetros, 24 adesmenuzar las rocas actúa el sistema de cir- 42 pulgadas, y seis rangos intermedios, paraculación del fluido de perforación, especial- comenzar la parte superior del hoyo y metermente 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 desalga por la barrena en el fondo del hoyo y 1.080 a 1.575 kilogramos, lo cual da idea de laarrastre hasta la superficie la roca desmenu- robustez de la pieza.zada (ripio) por el espacio anular creado por El otro grupo de barrenas, de 36la 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 26sarta 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 barrenasAdemás, 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 lasresponder a las condiciones de perforación sartas de revestimiento requeridas. Por otradadas por las propiedades y características de parte, las características y grado de solidez delas 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 barrenasclinada u horizontal. Estos parámetros indicarán más adecuado que debe elegirse. Generalmen-
  • 96. 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.
  • 97. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 10328 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 cuerpohasta ahora es el tipo más utilizado para perfo- de la barrena, también son usadas con éxito enrar 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 configuracióntres 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 apropiadamenteintegrales o los de forma esférica, semiesférica la barrena para cortar determinado tipo de rocao 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 elroca 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 introducidoda 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 muchosmenuzarla. Por tanto, el encaje del cono en el años se realizan intentos por perfeccionar laeje tiene que ser muy seguro para evitar que el turboperforadora. Este método es radical en elcono se desprenda. El movimiento rotatorio sentido de que la sarta de perforación no rotaeficaz 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 fondocuales 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 sey las características de los orificios o boquillas intenta que, sin sacar la tubería, el elementofijas o reemplazables por donde sale el fluido cortante de la barrena puede ser reemplazadode perforación a través de la barrena, han sido a medida que la parte en contacto con la rocaobjeto de modificaciones técnicas para lograr acuse desgaste y no sea efectivo el avance paramayor 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 perforaciónapreciará 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 permanezcay desgaste que imponen a las diferentes partes más tiempo efectivo ahondando el hoyo. En la
  • 98. 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
  • 99. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 105ahondar el hoyo. Además, la dosificación del El tipo de rosca en la espiga y cajapeso sobre la barrena podía regularla el perfo- (macho y hembra) en los extremos de cadarador por medio del freno del malacate, de lastrabarrena es muy importante. Al enroscar elacuerdo 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 dese mantenga lo más verticalmente posible, acuerdo con la fuerza de torsión recomendadacontrolando 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, lobombeado. que podría tornarse en una difícil tarea de pes- Los lastrabarrena, como todo el equi- ca con consecuencias impredecibles. En lapo 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 laPetróleo (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 elcromio 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 de13,25 metros. La gama de diámetros externos la roca y la velocidad de rotación, puede serva 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 unFig. 3-18. Enrosque y metida de un tubo en el hoyo. buen hoyo y al menor costo posible.
  • 100. 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.
  • 101. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 107longitud, diámetro externo e interno, recalcado En Oriente, la perforación profundainterior o exterior o ambos; punto cedente de en áreas conocidas y nuevas tuvo éxito entensión 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 regiónprincipales 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 Tajalímentalmente del diámetro y de la profundidad 4.560 metros.del hoyo como también de las características y Toda esta actividad indica que en elcomportamiento de los estratos que ha de des- país hay experiencia y capacidad para realizarmenuzar la barrena. la perforación de pozos profundos, al igual que La selección se hace aún muchísimo en las áreas de operaciones más destacadas delmás importante para áreas donde se dificulta mundo. Los pozos profundos de exploración demantener el hoyo recto, debido al buzamiento nuevos yacimientos son costosos. En 1990 ay al grado de dureza e intercalación de estratos profundidad promedio de 5.059 metros el costodiferentes. 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 accióncorrosiva 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 perforaciónroscas, el adecuado transporte, arrume y ma- El sistema de circulación del fluidonejo 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: elel hoyo son tareas importantes para conservar equipo que forma el circuito de circulación yla 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 circulacióncuantiosa 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 determinadoyos 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 laque desde 1980 hizo Lagoven en el Zulia son bomba, el tubo de paral, la manguera, la juntade las más profundas registradas en Venezue- rotatoria, la junta kelly, la sarta de perforaciónla: Urdaneta 5.740 metros; Cabimas 5.049 me- (compuesta por la tubería de perforación y latros; Sur-Oeste-Lago 5.263 metros; Tía Juana sarta lastrabarrena) y la barrena para ascender5.379 metros; Aricuaisá 5.685 metros; Alturitas a la superficie por el espacio anular creado por5.263 metros; San Julián 5.635 metros, donde la pared del hoyo y el perímetro exterior de laCorpoven 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 descargafundidad final llegó a 5.678 metros. hacia el cernidor, que separa del fluido la roca
  • 102. 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
  • 103. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 109descarga; tipo de vástago para el émbolo y em- El paral y la junta rotatoria se unenpacadura, 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 juntade 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 dela bomba. tensión ajenos al propio peso de la manguera La bomba está sujeta a fuertes exi- o agudas curvaturas en sus extremos que lagencias mecánicas de funcionamiento, las cua- conectan al subiente y a la junta giratoria. Porles se hacen más severas en perforaciones pro- tanto, la longitud de la manguera puede serfundas. 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. Losresistencia 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 porde sus componentes puede ser de 7 a 22 metro. La presión de trabajo es de 282 y 352toneladas. 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, lalación 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 seuna 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
  • 104. 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.
  • 105. C a p í 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 tenerdel hoyo. más peso que el agua, o sea mayor gravedad De allí la importancia de las buenas específica, de acuerdo con la presión que encualidades 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 cuyaun 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 mínimova 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 seen 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 sólidosen el fluido afecta la calidad del revoque, ya (1) Gradiente esperadoque lo hace menos impermeable. De igual ma- 540nera, la excesiva filtración hacia la formación = _______ = 0,1475 kg/cm2/metroen el caso de una lutita muy bentonítica e 3.660hidrofílica causa que la formación se hinche y, 0,1475por ende, se reduzca el diámetro del hoyo. Tal Gravedad específica = _________ = 1,475 0,1reducción puede ocasionar contratiempos a lasarta de perforación. En casos extremos, la hin- El fluido debe pesar 1,475 kg/litrochazón puede degenerar en la inestabilidad dela pared del hoyo y hasta desprendimientos. • Controlar por medio del peso del (2) Gradiente favorecidofluido la presión de las formaciones que corta 540 + 25 565la barrena. = __________ = _______ = 0,17 kg/cm2/metro Generalmente la presencia de gas, 3.660 3.360petróleo y/o agua en una formación significa 0,17que pueden estar a baja, mediana, alta o muy Gravedad específica = ______ = 1,7alta presión. A medida que el hoyo se profun- 0,1diza se espera mayor presión. Sin embargo, la El fluido debe pesar 1,7 kg/litroexperiencia y las correlaciones regionales depresiones sirven para dilucidar las posiblessituaciones 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-
  • 106. 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.
  • 107. C a p í 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 salobreo agua salada (salmuera) o un tratamiento desulfato de calcio. Muchas veces se requiere un fluidode pH muy alto, o sea muy alcalino, como esel caso del hecho a base de almidón. En general, la composición y la pre-paración del fluido son determinadas según laexperiencia 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 materialesy aditivos que se emplean como anticorrosivos, gredientes añadidos y al comportamiento delreductores o incrementadores de la viscosidad, fluido.disminuidores de la filtración, controladores del Además, personal especializado enpH, 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 contratistafactantes, controladores de lutitas deleznables o de perforación, o de una empresa de servicioemulsificadores 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 lasrectamente 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 debenticos, preparación, utilización y mantenimiento añadirse para mantenimiento y control físico yde 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 paraza de pozos. El progreso y las aplicaciones en guardar fluido de reserva; tolvas y tanquesesta 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 altapecialidad 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 laPerforación” 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 aespacio referente a las características, a los in- incrementarse.
  • 108. 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-
  • 109. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 115trabarrena, estabilizadores, centralizadores, tube- • En casos de impedimentos natu-ría de perforación) y la selección de magnitud rales o construcciones que no permiten ubicarde 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 unvelocidad 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 hoyoy 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 detoria del hoyo con respecto a la vertical, hasta perforación contener el flujo desbordado. Enllegar al objetivo. En cada punto se opta por el las operaciones costafuera un reventón es uncambio de inclinación, lo cual requiere una po- contratiempo muy serio por sus implicacionessible desviación de 3 ó 5 grados por 30 metros de contaminación, peligro a la navegación yperforados, o de mayor número de grados y tra- dificultades inherentes a las operaciones demos 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 adversasción 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 delhoyo. En la práctica, para mostrar el rumbo, in-clinación y desplazamiento lateral del hoyo sehace un dibujo que incluye la profundidad des-viada medida, PDM, y la profundidad verticalcorrespondiente, 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 Bdesviación de pozos en los últimos quinceaños, conjuntamente con las modernas aplica- Cciones de la computación electrónica en las Doperaciones petroleras, han contribuido eficaz- desplazamientomente a la perforación y terminación de pozos PVC PDM objetivodireccionales, 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 hoyoreccional se utiliza ventajosamente en las si- hoyo para mostrar la trayectoria intencionalmente desviado.guientes circunstancias: de la barrena de perforación.
  • 110. 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
  • 111. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 117 45° B ° A 60 CFig. 3-27. (A) espesor del estrato productor penetradoverticalmente. (B) el mismo estrato productor penetradodireccionalmente a un ángulo de 45°. (C) estrato penetra-do a un ángulo mayor utilizando el taladro inclinado, portratarse 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 Ela ventaja de que el intervalo productor penetrado hori- Dzontalmente logra tener varias veces el espesor naturaldel estrato.metros, hasta lograr la trayectoria deseada del ficaciones permiten, respectivamente, que lahoyo o cambiar de rumbo y/o inclinación para penetración horizontal en el estrato productorllegar al objetivo con el ángulo final acumula- tenga longitudes de 305 a 915 metros, de 305do, según el plan de perforación. Estas con- a 610 metros, y de 122 a 213 metros. Pues, sonsideraciones determinan si el pozo será cla- muy importantes los aspectos mecánicos quesificado de radio largo de curvatura de 854 a facilitan o entorpecen la entrada y salida de la305 metros con ángulo de 2 a 6 grados por tra- sarta de perforación del hoyo y finalmente lamo 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 lametros o finalmente de radio corto de curvatu- Tabla 3-3 muestran la magnitud de variosra cuya longitud es de 6 a 12 metros y 1,5 a 3 parámetros de los diferentes tipos de pozosgrados por tramo de 30 metros. Estas tres clasi- desviados intencionalmente. Tabla 3-3. Características de pozos desviados Profundidad, m Desplazamiento Angulo Penetración Tipo de pozoPDM PVC horizontal, m máximo; acumulado en estrato, m5.534 2.393 4.598 72° - Ultradesviado8.763 2.970 7.291 83° - Ultradesviado 915 Taladro 30° 1.585 3°/30 m; 60° - Inclinado 567 414 4°/30 m; 45° - Inclinado1.868 824 1.257 90° 610 Horizontal 2.892 1.268 2°/30 m; 90, 5° 330 HorizontalObservaciones: 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, elescogido 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 elespesor vertical del estrato productor. (Ver Figura 3-27).
  • 112. 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.
  • 113. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 119mo perforado y ángulo máximo acumulado gestión comercial. De entonces acá, la manerarequerido para llegar al objetivo. Control de normal de perforar y terminar el pozo gasíferotodos 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 desviacióndesplazamiento con respecto al hoyo vertical fortuita del hoyo, resultante de las condicioneshipotético. geológicas de las formaciones y de los factores • Programa de medición de todos mecánicos de la perforación, hizo tomar notaaquellos 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 sesuperficie y/o en la parte inferior de la sartacomenzó a perfeccionar desde 1930 y se utilizade 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 horizontaldetectar si contiene trazas o volúmenes apre- del pozo ha traído adelantos y cambios conciables de gas y/o petróleo o agua, si la hay; respecto al pozo vertical, empezando por laavance 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 elpara evitar derrumbes y estar alerta ante posi-espesor de la formación, mientras que en elbles atascos o enchavetamientos de la sarta de horizontal la barrena penetra por el centro delperforación. 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 verde perforación de éstas para obtener valores con la facilidad de meter y sacar la sarta dede 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 inferiorcada uno de los hoyos y especificaciones de la del hoyo son mayores. Esto crea más roce, máscementación 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 duranteseñar 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 verticalron 137 años del nacimiento de la industria de (KV) se miden en la dirección indicada en lalos hidrocarburos en los Estados Unidos como Figura 3-28A.
  • 114. 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-
  • 115. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 121ción 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) queforación o el cemento por obstrucciones en el contrarresta, en caso necesario, las presioneshoyo. subterráneas durante la perforación y luego Los revestidores y su cementación sirven también como asiento del equipo depueden representar entre 16 y 25 % del costo control (cabezal) que se instalará para manejarde 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 delhoyo y asegurar la continuidad eficaz de la Factores técnicos y económicosperforación, 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 pesomeros 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 sartasagua dulce, aprovechables para usos domésti- deben diseñarse de tubos del menor pesocos y/o industriales en la vecindad del sitio de aceptable. Sin embargo, todos los elementos yperforación. 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.
  • 116. 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.
  • 117. C a p í 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 tuberíala 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 arecordar 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 tuberíasa su vez y en su oportunidad es el que limita son del tipo sin costura, traslapada por fusiónla escogencia del diámetro de ciertas herra- en horno y soldada eléctricamente, utilizandomientas 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 deseaes raro que una sarta pueda hacer la doble obtener se designa con una letra, seguida porfunción 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, ycogidos para la sarta intermedia son: 219, así sucesivamente).244,5, 258, 298,5 milímetros (85/8, 95/8, 103/4 y Las regulaciones y recomendaciones113/4 pulgadas, respectivamente). aplicables a la fabricación de tubos para las operaciones petroleras, especifican, dentro deLa 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 porproteger los estratos productores de hidrocar- unidad de longitud, la escala de longitud delburos contra derrumbes, de evitar mediante la tubo, el tipo de roscas, el tipo de conexión, laadecuada cementación la comunicación entre resistencia a la elongación, al aplastamiento yel intervalo petrolífero y estratos gasíferos su- al estallido. Tales normas y recomendacionesprayacentes 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 mayortriple, la sarta final sirve asimismo de tubería exactitud en el diseño y fabricación de tubosde 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 vidapetrolífero, según la escogencia de la termina- productiva.ción empleada. La serie de diámetros más comunes Elongaciónpara la sarta final incluye los de 114,3, 127, El primer tubo revestidor, o sea el139,7, 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 alrespectivamente). colgador de la tubería revestidora.
  • 118. 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
  • 119. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 125nes de profundidad del hoyo, al tipo de cada zapata siempre se deja a cierta distancia delsarta: tubos todos de iguales especificaciones o fondo del hoyo. La mezcla que se desplaza porcombinaciones de tramos de tubos de dife- la zapata asciende por el espacio anular hastarentes características: peso, resistencia, roscas. cubrir la distancia calculada que debe quedarPara 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 formacionesespecializadas. tomasen cemento, la mezcla no llegase a la su- perficie, entonces el relleno del espacio anularCementación 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 paracla 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 queproducción 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 formacionestidora, 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 fluidosFunciones 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 contracemento 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 AplastamientoFig. 3-31. Representación de efectos de la presión en los revestidores.
  • 120. 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.
  • 121. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 127Aditamentos 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 laLa 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, lale 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 flotadoren su descenso hasta la profundidad donde se Para reforzar la función de la zapatava 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 oque el fluido de perforación en el hoyo entre cuello flotador. La unión permite el flujo por laen 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, queanular. Esto le imparte a la sarta cierta flotación fluidos del hoyo entren a la tubería. La uniónque 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 queva al hoyo.
  • 122. 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.
  • 123. C a p í 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 ubicadosen tierra pero cercanos a la costa indujeron las El ambienteposibilidades de extensión hacia aguas llanas. El ambiente más allá de la costa yTal 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 odel 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 generanoperaciones; las instalaciones; los requerimien- chubascos de agua o de viento, remolinos ytos de personal capacitado; los equipos, mate- huracanes, con el consiguiente encrespamien-
  • 124. 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
  • 125. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 131en 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 eldocenas 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 dede 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. Condios oceanográficos para conocer los factores respecto al manejo de materiales, los taladrosque en el sitio afectan las condiciones del mar, tienen incorporadas grúas para manejar todosu 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 máspersonal y disposiciones de salvaguarda de las mar adentro, han requerido de innovacionesinstalaciones. 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 aguasnecesidades 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 sidomiento, 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 paraFig. 3-37. Modernos equipos para perforación costafuera. disponer de esos desechos. En el caso de prue-
  • 126. 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.
  • 127. C a p í 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, lasarta y el espacio anular. La magnitud del vo- arremetida de gas es la más espectacular. Sulumen adicional de fluido descargado da idea fluidez, su rapidez de ascenso, inflamabilidadde la gravedad de la situación. La apreciación o posible contenido de sulfuro de hidrógenoprecoz 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 seres 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 deMaracaibo. • Derrumbes de las formaciones.
  • 128. 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-
  • 129. C a p í 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 dekilogramos. 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/omandar 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 laskg/cm 2. operaciones, y servirá al personal del taladro • Velocidad de las bombas, embola- para evaluar la normalidad de la perforación odas/minuto. detectar alguna anormalidad. • Densidad del fluido de perfora-ción, entrante/saliente, kg/litro.
  • 130. 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.
  • 131. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 137X. 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. DíasFig. 3-42. Ejemplos esquemáticos de incidencias y progreso en la perforación (tres locaciones en el mismo campo).
  • 132. 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
  • 133. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 139XII. 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 deel Sistema angloamericano, de pesas y medi- Energía y Minas.das. Como la fuente tecnológica petrolera más Tabla 3-8. Tabla de conversión. Valores equivalentes aproximadosVolumen Metro cúbico Galón americano Litro Barril americano Pie cúbicoMetro cúbico — 264,170 1.000,000 6,2898 35,315Galón americano 0,0038 — 3,785 6,0238 0,134Litro 0,0010 0,264 — 0,0063 0,035Barril americano 0,1589 42,00 158,988 — 5,615Pie cúbico 0,0283 7,481 28,317 0,1781 —Peso Kilogramo Libra Tonelada Tonelada Tonelada métrica larga cortaKilogramo — 2.205 0,0010 0,00098 0,0011Libra 0,454 — 0,0005 0,00045 0,0005Ton métrica 1.000.000 2.204,620 — 0,98421 1,1023Ton. larga 1.016,050 2.240,000 1,0161 — 1,1200Ton. corta 907,185 2.000,000 0,9072 0,89286 —Superficie Hectárea km2 Acre Longitud Metro Pulgada PieHectárea — 0,010 2,47 Metro — 39,37 3,281Km2 100,00 — 247,10 Pulgada 0,025 — 0,083Acre 0,41 0,004 — Pie 0,305 12,00 —Calor Kilocaloría BTU Kilovatio-horaKilocaloría — 3,97 0,0012BTU 0,2252 — 0,0003Kilovatio-hora 859,600 3.412,75 —Kilovatio-hora 3.210,000 a/ — —a/ Factor correspondiente a la conversión de energía hidroeléctrica en Venezuela.
  • 134. 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.
  • 135. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 14114. Drilling Associated Publishers, Dallas, Texas, mensual.15. FINCHER, Roger W.: “Short-Radius Lateral Drilling: A Completion Alternative”, en: Petroleum Engineer Interna- tional, February 1987, p. 29.16. GASSETT, Paul L.: “Drilling Today: A Candid Look at Costs, Training and Technology”, en: World Oil, October 1980.17. Horizontal Wells Series: 1. LANG,William J.; JETT, Marion B.: “High expectations for horizontal drilling becoming reality”, en: Oil and Gas Journal, September 24, 1990, pp. 70-79. 2. NAZZAI, Greg: “Planning matches drilling equipment to objectives”, en: Oil and Gas Journal, October 8, 1990, pp. 110-118. 3. JONES, Warren: “Unusual stresses require attention to bit selection”, en: Oil and Gas Journal, October 22, 1990, pp. 81-85. 4. HARVEY, Floyd: “Fluid program built around hole cleaning, protecting formation”, en: Oil and Gas Journal, November 5, 1990, pp. 37-41. 5. TAYLOR, Michael; EATON, Nick: “Formation evalua- tion helps cope with lateral heterogeneities”, en: Oil and Gas Journal, November 19, 1990, pp. 56-66. 6. WHITE, Cameron: “Formation characteristics dictate completion design”, en: Oil and Gas Journal, December 3, 1990, pp. 58-64. 7. MATSON, Ron; BENNETT, Rod: “Cementing horizon- tal holes becoming more common”, en: Oil and Gas Journal, December 17, 1990, pp. 40-46. 8. BLANCO, Eduardo R.: “Hydraulic fracturing requires extensive disciplinary interaction”, en: Oil and Gas Jour- nal, December 31, 1990, pp. 112-117. Conclusion of Series
  • 136. 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.
  • 137. C a p í t u l o 3 - P e r f o r a c i ó n 14330. MOORE III, W.D.; STILWELL, Jim: “Offshore Report”, en: Oil and Gas Journal, May 8, 1978.31. MOORE, Steve D.: “High - Angle Drilling Comes of Age”, en: Petroleum Engineer International, February 1987, p. 18.32. MOORE, Steve D.: “The Hows And Whys of Downhole Drilling Motors”, en: Petroleum Engineer International, August 1986, p. 38.33. NAZZAI, Greg: “Extended - Reach Wells Tap Outlying Reserves”, en: World Oil, March 1993, p. 49.34. Ocean Industry, Houston, Texas, mensual.35. Offshore, Tulsa, Oklahoma, mensual.36. Oil and Gas Journal: - “Horizontal drilling taps coal seam gas”, March 14, 1983, p. 35. - “Group project aims to extend limits of directional drilling”, July 18, 1983, p. 42.37. Petroleum, Maracaibo, estado Zulia, mensual.38. PETZET, G. Alan: “Research efforts aims to trim drilling cost, boost recovery”, en: Oil and Gas Journal, July 18, 1983, p. 41.39. RANDALL, B.V.; CRAIG, Jr., J.T.: “Bottom Hole Assemblies Rated for Rigidity/Stickability”, en: Oil and Gas Journal, October 2, 1978.40. RAPPOLD, Keith: “Use Of LWD Tools To Improve Downhole Navigation On The Rise”, en: Oil and Gas Journal, December 18, 1995, p. 25.41. SUMAN, Jr., George O.; ELLIS, Richard E.: “Cementing Oil and Gas Wells”, en: World Oil, March 1977.42. Transactions, Society of Petroleum Engineers of the A.I.M.E., Dallas, Texas, anual.
  • 138. 144 E l P o z o I l u s t r a d o 43. UREN, Lester C.: Petroleum Production Engineering Development, fourth edition, McGraw-Hill Book Compa- ny, Inc., New York, 1956. 44. WALKER, Scott H.; MILLHEIM, Keith K.: “An Innovative Approach to Exploration and Exploitation Drilling: The Slim-Hole High Speed Drilling System”, en: Journal of Petroleum Technology, September 1990, p. 1.184. 45. WEISS, Walter J.: “Drilling Fluid Economic Engineering”, en: Petroleum Engineer, September 1977. 46. World Oil: - “Composite Catalog”, Oil Field Equipment and Serv- ices, 1982 - 1983, 5 volúmenes, 9.052 páginas - “Drilling Today and Yesterday”, October 1978. - “Drill Bit Classifier”, September 1992. 47. Zumaque, Sociedad Venezolana de Ingenieros de Petró- leos, Caracas, trimestral.
  • 139. Capítulo 4Producción
  • 140. C a p í t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 147Indice PáginaI. 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 163II. 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 174III. 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
  • 141. 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
  • 142. C a p í t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 149I. 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; eltratos e intervalos seleccionados son conside- comportamiento y velocidad de penetraciónradas satisfactorias y el pozo ha sido provisto de la barrena; y la información e interpretaciónde los aditamentos definitivos requeridos y, de alguna prueba de producción hecha con lapor 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 informaciónde núcleos convencionales o de pared; el aná- para evaluar y correlacionar las perspectivaslisis continuo e interpretación del posible con- del pozo dependen de si la perforación es deFig. 4-1. Desarrollo de las inmensas acumulaciones de petróleo de la Faja del Orinoco. Operaciones de perforación en el áreade Cerro Negro, estado Monagas.
  • 143. 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
  • 144. C a p í t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 151le cataloga como de flujo natural, pero si lapresión es solamente suficiente para que elpetróleo llegue nada más que hasta cierto nivel hoyoen el pozo, entonces se hará producir por cementomedio del bombeo mecánico o hidráulico opor levantamiento artificial a gas. tubería de producción Además de las varias opciones para revestidorterminar el pozo vertical (Figuras 4-2 a 4-11, obturadorrespectivamente), ahora existen las modalida-des de terminación para pozos desviados nor-malmente, los desviados de largo alcance, losinclinados y los que penetran el yacimiento en intervalosentido horizontal. productor perforacionesTerminación vertical sencilla La terminación sencilla contempla,generalmente, la selección de un solo horizon-te productor para que descargue el petróleohacia 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 eldel hoyo, consiste en que el revestidor sea ca- fluido. Por tanto, esta etapa de terminaciónñoneado a bala o por proyectil a chorro, para puede tornarse crítica.abrir tantos orificios (perforaciones) de determi- Luego de cañoneado el intervalo onado 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 básicomedios, se escoge de acuerdo al diámetro del de terminación sencilla, como se muestra en larevestidor, que generalmente puede ser de 127 Figura 4-2, la tubería de producción lleva en sua 178 milímetros y diámetros intermedios con- parte inferior una empacadura adecuada quevencionales. El diámetro del proyectil común- se hinca contra la pared del revestidor. La partemente es de 6 a 19 milímetros, con incremen- superior de la sarta se cuelga del cabezal deltos convencionales para diámetros intermedios pozo y del cabezal sale la tubería de flujo quedeseados 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, enneralmente 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 instalancambiarlo totalmente por un fluido especial. dispositivos, tales como un manómetro para ve-
  • 145. 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.
  • 146. C a p í t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 153caso se puede elegir una instalación que por Terminación vertical tripledebajo del obturador superior tenga una deri- Cuando se requiere la producciónvación a semejanza de una Y, que permite in- vertical independiente de tres estratos se optavertir 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 deuno 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 verticaldoble básica. doble invertida. tuberías tuberías de producción de producción obturador intervalo C obturador intervalo B intervalo B obturador obturador intervalo intervalo A AFig. 4-9. Terminación vertical Fig. 4-10. Terminación verti- Fig. 4-11. Terminación vertical triple con tres tuberías.doble con dos tuberías. cal triple.
  • 147. 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
  • 148. C a p í 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 metrosFig. 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 educciónde varillas se mete en la tubería de educción existe un diámetro adecuado de varillas, parahasta 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 hidráulicopulido, 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, seno 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-
  • 149. 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.
  • 150. C a p í t u l o 4 - P r o d u c c i ó n 157red de pozos del sistema. De igual manera, longitud de cada tubo para el Rango 1 es deexisten 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 - 32los pozos: gas-petróleo-agua, y efectuar su se- pies, inclusive). Para cada diámetro hay unaparación, 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 uniónmiento. Pues, ambas por sí y en conjunto, ade- o niple, de mayor diámetro que el cuerpo delmás 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 tuboseficaz y durabilidad de cada sarta son garantía debe formar un empalme hermético, las roscasde 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 porlos 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 acoplamientoliso 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 correspondenrespectivamente a 3/4, 1, 11/4, 11/2, 21/16, 23/8, Fig. 4-16. Muestras de tubería de educción con empalme sin27/8, 31/2, 4 y 41/2 pulgadas. Generalmente, la recalce y con recalce.
  • 151. 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.
  • 152. C a p í 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 trayectoriatecnología de la terminación de pozos hori- del hoyo en la formación de pequeño espesorzontales han sido espectaculares. Prácticamen- y de contacto crítico petróleo/agua, donde late, en todas las áreas petrolíferas del mundo se columna petrolífera es muy corta.hace hoy un gran número de pozos horizon- • Fracturamiento y empaque contales. Sin embargo, como se verá, por razones grava.operacionales, el pozo horizontal definitiva- • Terminación en hoyo desnudo omente no sustituye al pozo vertical. Cada cual con tubería calada. Utilización de obturadorestiene 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 ejerciciosburos 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 horizontalesrivadas 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, índiceszontal, entre cuyos aspectos destacan: la longi- de productividad y otros factores.tud de la tubería, que a veces puede ser muylarga; centralización de la tubería; características Tubería continua o devanada de educcióndel 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 industriahoyo, de manera de evitar escurrimiento del ce- petrolera el uso de la tubería continua demento y dejar ciertos tramos de la parte supe- educción o tubería devanada, especialmenterior 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 echarondo 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 depositadotal mediante las técnicas de “Medición Mientras por el fluidose Perfora” (MMSP). de perforación • Utilizar tubería devanada para ha- tuberíacer ciertos perfiles. descentrada • Aplicaciones de fluidos de perfo-ración y de terminación, apropiadamente dosi-ficados para aumentar la capacidad y eficienciade horadación de la barrena, disminución de la asentamiento de sólidosturbulencia del flujo del fluido, mantenimientode sólidos en suspensión, y notable reducción Fig. 4-17. Cementaciones defectuosas afectan la integridad dede filtrado hacia la formación. la terminación del pozo horizontal.
  • 153. 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.
  • 154. C a p í 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, “Fórmulasespecificaciones técnicas incluidas en la serie y Cálculos para Tuberías de Revestimiento, dede 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 fabricaciónparámetros 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, bajomos que se emplean cuando para este tipo de ciertas condiciones de la modalidad de flujotubería 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 tuberíasbración del diámetro y al proceso de templado hasta de 3,5 pulgadas de diámetro normalrápido. 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)
  • 155. 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.