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Hablemos de ingeniería petrolera

“Recuperación de pozos”

Por Saraly Miranda de los Santos

Un tema del que poco se habla y es muy importante dentro de la industria de los hidrocarburos son los métodos de recuperación, los cuales son necesarios involucrar en la vida útil de los yacimientos para lograr tener un mayor tiempo de vida; primero es importante entender a qué nos referimos con métodos de recuperación.

Dentro de los diferentes tipos de recuperación podemos encontrar los métodos de recuperación primarios, en donde se usará la energía natural del yacimiento. Cada uno contará con un empuje y expansión natural tanto de líquido como gas, se contará también con la segregación natural y con las entradas de agua que tenga dicho yacimiento.

La recuperación del aceite se dará gracias a que el gradiente de presión será tan alto que obligará al aceite a fluir hacia el exterior, pero esto sucederá siempre y cuando el espacio que va dejando libre el aceite sea ocupado por otro material para que así el gradiente de presión se mantenga alto y el aceite siga fluyendo. Este tipo de recuperación se tiene gracias a alguno de los siguientes mecanismos:

Empuje por gas en solución: lo que sucede aquí es que el gas liberado no va a fluir a los pozos, sino que se acumulará formando pequeñas burbujas las cuales por la declinación de la presión llegarán a formar una fase continua lo que ayudará a que el flujo del gas llegue al pozo. El gas liberado llena totalmente el espacio desocupado por el aceite producido. En este caso mientras que la permeabilidad al aceite disminuye la permeabilidad al gas aumentará por lo que el gas fluirá más fácilmente que el aceite debido a que es más ligero, menos viscoso y su trayectoria es por la parte central de los poros.

Recuperado de: https://www.slideserve.com/suki-weaver/fundamentos-de-ingenier-a-de-yacimientos-propiedades-volum-tricas-de-los-fluidos

Empuje por la expansión del líquido y la roca: usualmente ocurrirá en yacimientos bajosaturados. El aceite, el agua congénita y la roca se expandirán lo que ayudará a que el aceite sea desalojado del yacimiento. En este tipo de empuje la liberación de gas disuelto ocurrirá en la tubería de producción, la saturación prácticamente no variará, la porosidad, permeabilidad y viscosidad disminuirán ligeramente, gracias a estas circunstancias el índice de productividad se mantendrá constante

Recuperado en: https://www.emaze.com/@ATZZTCTI

Empuje por casquete gaseoso: consiste en una invasión de la zona de aceite por gas lo cual provocará el desplazamiento del aceite hacia los pozos productores, para que esto suceda se necesita una alta saturación de gas y un continuo crecimiento de la zona que esté ocupada por el casquete de gas. La recuperación de este tipo de yacimientos va del 20 % al 40 % del aceite contenido y en caso de que exista segregación se puede llegar a recuperar más del 60 %.

                Recuperado de: https://www.emaze.com/@ATZZTCTI

Empuje por entrada de agua: El agua será el agente principal debido a que será la encargada de invadir y desplazar el hidrocarburo, desde las fronteras hasta los pozos productores, si el empuje es lo suficientemente fuerte para mantener la presión del fluido permitirá que el aceite sea casi totalmente recuperado por el desplazamiento con agua. La recuperación varía entre el 35 % y el 75 % del volumen original de aceite en el yacimiento.

Recuperado de: https://www.emaze.com/@ATZZTCTI

Empuje por segregación gravitacional: este tipo de empuje puede ser considerado como una modificación de todos los demás, aquí la segregación gravitacional es la tendencia del aceite, gas y agua que se distribuye por el yacimiento conforme a sus densidades. Estos yacimientos tendrán condiciones propicias a la segregación de sus fluidos.

Recuperado de: https://www.emaze.com/@ATZZTCTI

Combinación de empujes: Durante la vida útil los yacimientos no solo presentan un único mecanismo de desplazamiento. Por ejemplo se puede tener un yacimiento en el que al inicio presente un empuje por gas disuelto, después presente un empuje por gas asociado, después de un tiempo en el que el yacimiento deja de contar con estas características se puede contar con una entrada de agua para tener el empuje necesario hacia la superficie.  

Recuperado de: https://www.emaze.com/@ATZZTCTI

Cuando el yacimiento ya no cuenta con esta energía natural se tiene que recurrir a los métodos de recuperación secundaria los cuales ayudarán a incrementar la energía natural y esto se dará por medio de inyección de diferentes fluidos, los cuales pueden ser tanto agua, gas y una combinación de estos dos. Sin embargo para ciertos yacimientos de aceite pesado en arenas y lutitas estos métodos no son suficientes por lo que se deben de aplicar métodos de recuperación mejorada de aceite (EOR).

Los métodos de recuperación mejorada serán por procedimientos que usen fuentes de energía que provenga del exterior, o materiales que no son producidos por los medios convencionales. Estos sistemas son clasificados por:

Térmicos: Este tipo de métodos son utilizados en yacimientos que tienen aceite de muy alta viscosidad debido a que los aceites con estas características reaccionan muy bien a altas temperaturas. Casi el 60 % de los yacimientos con aceite de muy alta viscosidad serán recuperados con este sistema.

  • Estimulación con vapor: Uno de los métodos con mayor éxito dentro de la recuperación mejorada será esta estimulación. Consiste en inyectar el vapor a un alto ritmo pero en un corto tiempo. Lo que sucederá aquí será que el vapor remojará al aceite y esto ayudará a que fluya o que pueda ser bombeado de una manera más fácil. Este proceso se puede repetir hasta que deja de ser económicamente rentable. 

Recuperada de: https://elpetroleoysusavances.wordpress.com/2016/12/01/recuperacion-termica-para-crudos-pesados-a-traves-de-procesos-de-estimulacion-iavcefp/

Combustión in-situ: Se inicia con una combustión o desplazamiento con lumbre y la inyección de aire para mantener la combustión. Dentro de este proceso podemos encontrar también la combustión progresiva en donde se usará inyección de agua y aire, debido a que son los fluidos más baratos y abundantes. Debido a la combustión que se tendrá alrededor del 10 % del aceite original se quema, esta zona llega a adquirir una temperatura de aproximadamente 600°C.

Recuperada de: http://combustioninsitu.blogspot.com/2010/07/los-procesos-de-combustion-in-situ-han.html

Inyección de vapor: El vapor será continuamente inyectado para ayudar a reducir la viscosidad del aceite y así mover el fluido hacia la superficie, es así como se formará una zona de vapor que irá avanzando lentamente.

Recuperada de: http://avibert.blogspot.com/2012/10/inyeccion-ciclica-de-vapor-douglas.html

No térmicos: Este tipo de métodos consisten en la inyección de un solvente o gas que sea miscible con el aceite. El fluido desplazante utilizado puede ser un solvente hidrocarburo el cual tendrá la capacidad de mezclarse con el aceite. Por ejemplo gas enriquecido, propano o gas licuado de petróleo.Empuje de gas: El principal elemento en este método será inyectar CO2 al yacimiento; a diferencia del empuje de gas por vaporización este método cubrirá un rango más amplio de componentes por lo que este gas es aplicable en un rango más amplio de yacimientos a una presión miscible más alta.

Inyección de miscibles: Se inyectará hidrocarburo ligero para formar una invasión miscible. Podemos encontrar tres métodos efectivos en este tipo de inyección: usando un bache de gas licuado de petróleo, método de gas enriquecido y método de empuje de gas a alta presión.

Inyección de químicos: Por lo general se inundará el pozo con nitrógeno y gas de combustión, serán usados estos componentes debido a lo económico que son. Se decidirá si se ocupan componentes miscibles o inmiscibles esto dependerá de la presión y composición del aceite.

Extracción de Shale Gas

Por Saraly Miranda de los Santos

Para entender en qué consiste la extracción de shale gas es esencial partir de donde se genera.

La roca que servirá como roca generadora de los hidrocarburos es la lutita, la cual es la más abundante en toda la Tierra, siendo su función principal en los hidrocarburos para así dar paso a la migración de estos y al final actuar como sello para el entrampamiento de petróleo y gas en los yacimientos. 

Las lutitas no habían sido consideradas importantes en los procesos de perforación, al contrario en muchas ocasiones eran consideradas como un estorbo, sin embargo con ayuda de Geólogos e Ingenieros se conocieron nuevas características de dichas rocas. Las cuales son ricas en materia orgánica y tienen el potencial para actuar no solo como fuentes de hidrocarburos sino también como un yacimiento que puede ser explorado y explotado.

El auge de este tipo de exploración en yacimientos de lutita es la lutita Barnett Texas. Para lograr que se volviera un proyecto económicamente viable, se necesitaron aproximadamente 20 años de experimentación. Es aquí cuando se da a conocer por primera vez la estimulación por fracturamiento hidráulico y perforación horizontal.

Cuando encontramos un depósito de lutitas y este es rico en materia orgánica con un alto potencial para la producción de hidrocarburos, éste será conocido como un yacimiento no convencional y los recursos de este serán recursos no convencionales. Algunas de las características más importantes para darles esta denominación son:

  • Tendrá que ser un yacimiento con una permeabilidad inferior a los 0.1 mD.
  • Actuará al mismo tiempo como yacimiento y como fuente de hidrocarburo.
  • El pozo deberá ser estimulado mediante tratamientos de fracturamiento hidráulico, perforación horizontal, multilateral o alguna otra técnica no convencional.

El fracturamiento hidráulico también ayuda a generar permeabilidad en la roca la cual, como se dijo con anterioridad, posee muy poca permeabilidad natural. Sin embargo algunas de las complicaciones que se tenían con este método era que producía tasas de flujo de producción elevadas y en consecuencia se tenía una caída muy rápida. Por esta razón se tuvo que recurrir a una nueva tecnología para tener un contacto directo con éste, y así tener un mayor control. Fue así como se llegó a la perforación horizontal, gracias a esto se tuvo la capacidad de perforar pozos horizontales con un mayor alcance, esto permitió tener contacto con un mayor volumen de roca.

Con ayuda de estas dos tecnologías fue como las compañías que operaban con la lutita Barnett lograron obtener grandes volúmenes de hidrocarburos procedentes de lutitas generadoras. Es así como la producción de gas de lutita de Barnett pasó a ser la extensión o formación productora más grande de EUA contribuyendo con el 7% de todo el gas producido en los 48 estados contiguos ese año.

A diferencia de las extensiones productivas convencionales, los recursos no convencionales cubren una extensa superficie y habitualmente no están confinados a una estructura geológica. Por lo que para su extracción se recurrirá a la fractura hidráulica llamada fracking, en donde desde un pozo perforado en formaciones rocosas se inyectará a grandes presiones de millones de galones de fluido (agua) para así crear canales en la roca. Se inyectan aproximadamente entre 4 y 10 millones de litros de agua mezclados con arena y aditivos los cuales permitirán mejorar la suspensión de los granos arenosos en el agua. Después de que esta mezcla llegue hasta la última fractura abierta regresará a la superficie ya con el gas confinado para así salir al exterior. Los granos de arena que fueron introducidos con el agua se quedan encajados en las grietas y las mantienen abiertas para que el gas pueda seguir escapando de las rocas.

El procedimiento explicado anteriormente se encuentra demostrado en la siguiente imagen:

Método de la extracción de gas por fracking | Aguas residuales ...

Recuperado de: https://www.utilityteam.co.uk/fracking-drilling-down-into-the-facts/what-is-fracking-diagram/(08/04/2020)

Este procedimiento tiene ciertos riesgos y desventajas que se deben tomar en cuenta. Debido a las grandes cantidades de agua que se necesitarán para realizar la extracción se buscarán mantos acuíferos, los cuales serán contaminados así como los depósitos de agua superficiales. Para todo este procedimiento se necesitarán usar grandes volúmenes de agua potable lo cual afectará a la población que se encuentre cerca de esta zona. Las fracturas hidráulicas que provocarán emanaciones de gas a la superficie también son un problema importante.

Uno de los ejemplos más conocidos actualmente son todas las denuncias que llegó a recibir la Agencia de Protección Ambiental, una de ellas por quitarle los cargos a una gasífera la cual estaba siendo acusada de contaminar agua potable para realizar fracking. La Agencia de Protección Ambiental no hizo más por la población que estaba siendo afectada; lamentablemente estas personas llegaron a tener problemas como que el agua empezara a arder si se le acercaba un cerillo. Algunas de las investigaciones que se hicieron arrojaron que el metano en los niveles descubiertos era potencialmente explosivos o inflamables, y el benceno encontrado podía llegar a causar cáncer y anemia si se ingería o inhalaba. Las familias recurrieron a liberar el gas que pasa por su pozo todos los días para evitar que la contaminación del agua fuera mayor.

Las gaseras explican que este es un muy buen negocio debido a que producen grandes cantidades de gas gracias a que este procedimiento es muy barato. Es así como nos podemos dar cuenta de que existe un inherente conflicto de intereses, así como la falta de políticas para que este tipo de situaciones en las que se compromete a largo plazo el desarrollo humano en el ámbito social, económico y ecológico sean tomadas en cuenta.

Para México el mayor potencial de recursos no convencionales de hidrocarburo es el shale gas y shale oil. En septiembre de 2015 se realizó un informe por la Energy Information Administration (EIA) del Department of Energy (DOE) de los Estados Unidos de América, quienes estimaron que México cuenta con recursos potenciales de shale gas de 545 billones de pies cúbicos (Tcf) y 13 mmmb de shale oil y condensado. Gracias a este estudio se pudieron identificar cinco provincias potencialmente productoras de shale gas y condensados en México en 8 formaciones.

Al ver estas cifras nos podemos dar cuenta de lo importante que es empezar a trabajar en impulsar la profesionalización del personal de dependencias gubernamentales y del poder legislativo para que no se tengan más casos como lo sucedido en Texas (EUA) en donde no se le da importancia al impacto negativo que recibe la sociedad y el ámbito ecológico. Entender que si solo se piensa en las ganancias y no se busca un equilibrio para responder eficazmente a los problemas de sostenibilidad en México no logrará tener ese crecimiento y no aprovecharemos de forma adecuada nuestros recursos.

Fuentes