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ENERGÍA Y MINERÍA
OilPrice: Guía de perforación para la minería y el oil & gas
ENERNEWS/MINING PRESS/Oil Price
29/11/2019

TOM KOOL

Perforar en su sentido más amplio es cualquier proceso que implica hacer un agujero circular en un material sólido o una superficie dura usando una herramienta aburrida. Con miles de aplicaciones en todas las industrias, la perforación es sin duda uno de los mayores inventos de la civilización humana.

 

 

¿Qué es una perforadora?

Una máquina de perforación es cualquiera de una variedad de dispositivos utilizados para perforar. Todos los tipos de máquinas de perforación cuentan con una broca que elimina partes del material en el que perfora para hacer un agujero. Esta broca generalmente gira alrededor de su eje para lograr esto.

Existen varios tipos comunes de máquinas de perforación utilizadas en talleres, fábricas y sitios de construcción, en función del trabajo para el que se utilizan:

- Prensa de perforación sensible vertical: este es un tipo de máquina de perforación que se utiliza para trabajos livianos y se opera manualmente.

 

 

- Taladro de columna vertical: un primo de servicio pesado del taladro de columna sensible vertical, puede funcionar manualmente o utilizando una fuente de energía, ya que se utiliza para agujeros más grandes en materiales más duros o más grandes.

- Radial taladro brazo de prensa : Posiblemente el más versátil máquina de perforación en los talleres, los radiales taladro brazo de prensa se mueve sobre el material que debe ser perforado en lugar del operador tenga que mover el material a la posición que para la perforación.

- para usos especiales perforación de máquinas : Estos, como su nombre indica, se utilizan para tareas especiales, tales como la perforación de dos docenas de agujeros a la vez (el taladro de pandillas y el taladro de prensa de husillos múltiples, por ejemplo) o la perforación de agujeros muy pequeños (micro taladro de banco).

Tipos de perforación

Desde microagujeros hasta pozos de petróleo y túneles de minería, los taladros se utilizan para hacer una amplia gama de agujeros. Según el tamaño, distinguimos entre tres tipos principales de perforación:

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Microperforación: este tipo de perforación se refiere a la perforación de agujeros con un diámetro de menos de 0,5 mm. Para diámetros tan pequeños, los perforadores usan taladros de alta velocidad de huso que pueden girar a más de 10,000 RPM.

Perforación profunda: el tipo de perforación que se utiliza en la industria del petróleo y el gas, la perforación profunda se refiere a hacer agujeros que son mucho más profundos que anchos. La relación entre su diámetro y su profundidad es a menudo más de 300: 1.

Trepanning: este es un tipo de perforación donde la relación entre diámetro y profundidad es lo opuesto a la perforación profunda. Estrictamente hablando, ni siquiera es una perforación adecuada, ya que implica que una máquina de corte retire un disco de gran diámetro de una superficie dura, como una lámina de metal, por ejemplo.

Tipos de operaciones de perforación

Fuera de la construcción, los talleres y el hogar, la perforación se usa con mayor frecuencia en minería, ciencia, para tomar muestras de roca o suelo, suministro de agua, y en la exploración y producción de petróleo y gas. En estas industrias, las máquinas de perforación utilizadas son mucho más grandes y se dividen en una de dos categorías: percusivas y rotativas. En base a esta distinción, hay dos tipos principales de perforación industrial:

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La perforación de percusión se utiliza en operaciones mineras para descomponer la roca. Aquí, la industria distingue entre perforación de fondo y perforación de martillo superior.

La perforación en el fondo del pozo involucra un martillo impulsado por aire comprimido a lo largo de una tubería de perforación. La perforación DTH se utiliza para romper rocas más duras. En estos ejercicios, el martillo se une al fondo de la sarta de perforación y golpea la roca con una frecuencia alta.

La perforación con martillo superior es otro subtipo de perforación con percusión, que involucra un equipo con un pistón que entrega la fuerza de percusión a un martillo como en DTH, pero aquí, el taladro también gira alrededor de su eje además de enviar golpes de martillo a la roca que necesita ser perforado a través.

La perforación rotatoria es el tipo más popular en la perforación de petróleo y en la perforación de gas, y también se utiliza en la minería. No hay acción de martillo en la perforación rotativa, sino mucha acción giratoria, de ahí el nombre. La broca en un taladro giratorio gira sobre su eje para eliminar trozos de roca y crear un agujero. En los taladros rotativos modernos, tanto la broca como el eje del taladro, colectivamente la sarta de perforación, giran alrededor de sus respectivos ejes.

Una ventaja importante de la perforación rotativa sobre la perforación de percusión es que la broca se puede enfriar agregando fluido al eje de perforación. Esto permite una perforación continua más larga porque la broca no necesita dejar de girar para enfriarse.

Operaciones de perforación en minería

La industria minera distingue entre tres tipos de perforación.

Perforación de exploración: Esto implica perforar para la recolección de muestras de roca. El propósito de recolectar muestras es examinar la calidad de los recursos minerales en la roca. También se llama perforación central, después de la forma de las muestras que se recolectan. Estos son cilindros de roca que se eliminan de la formación con un taladro especial que funciona como una sierra de perforación.

Perforación técnica: la perforación técnica abarca las operaciones de perforación que acompañan el desarrollo de una mina subterránea, incluida la perforación para drenaje, estabilización de taludes y pruebas de cimientos antes de que comience la producción.

Perforación de barrenos : este es el proceso de perforar un hoyo en la roca y llenarlo con explosivos para aflojar la roca y hacer que el mineral sea adecuado para la excavación. La perforación de pozos de voladura, a veces también llamada perforación de producción, se utiliza tanto en la minería de superficie (tajo abierto) como en la minería subterránea, tanto para fines de exploración como de producción.

Maquinaria de perforación en minería

Dependiendo del propósito de la operación de perforación, existen varios tipos de plataformas de perforación utilizadas en la minería, generalmente agrupadas en dos categorías:

- Las plataformas frontales se utilizan para perforar túneles mineros y en minas de mineral de metal. El tamaño del taladro utilizado depende del tamaño de la mina y su profundidad. Algunos de estos equipos están diseñados específicamente para perforar agujeros de voladura y otros están diseñados para operar en túneles muy estrechos. Sin embargo, otros están diseñados para perforar agujeros profundos y excavar toneladas de mineral.

- Las plataformas de empernado , o pernos mineros, son máquinas que pueden perforar agujeros y luego instalar pernos de seguridad en el techo y las paredes de los túneles mineros subterráneos. Algunos de estos están diseñados como plataformas más versátiles que se pueden usar tanto para perforar agujeros para atornillar de seguridad como para perforar agujeros largos, perforar mineral.

La elección de la plataforma de perforación adecuada en la minería depende de una serie de factores, incluido el tipo de roca en la que se perforará, el tamaño del prospecto mineral y el tipo de pozo que el minero desea perforar: exploración, pozo de explosión, pozo de producción o un túnel minero.

Operaciones de perforación en petróleo.

La perforación de petróleo y gas natural se realiza con uno de tres propósitos:

Exploración: cuando se ha identificado un depósito como un prospecto que puede contener cantidades comerciales de hidrocarburos, se debe perforar un pozo de exploración para confirmar o rechazar la presencia de estos hidrocarburos.

Evaluación: Una vez que se ha establecido la presencia de petróleo y gas, se perfora un pozo para ver si realmente están en cantidades que justifiquen la explotación comercial del campo.

Producción: Una vez que se ha confirmado que un prospecto es un campo con petróleo y gas, se perforan pozos de producción en los lugares con mayor concentración de hidrocarburos.

Equipo de perforación

Para perforar un pozo de petróleo o gas, las compañías de exploración y producción utilizan plataformas de perforación. Existen algunas diferencias entre estos en función de si se utilizan para perforación en tierra o en alta mar, pero tanto las plataformas en tierra como en alta mar comparten sus componentes principales: una broca, una sarta de perforación a la que está unida la broca y una mesa giratoria que gira el sarta de perforación y la broca.

Además de la sarta de perforación y la broca, los equipos de perforación también suelen incluir dispositivos de prevención de reventones, tuberías de perforación, tanques y bombas de lodo, una centrífuga y un conjunto de dispositivos que separan el gas del petróleo y la arena y el agua de los hidrocarburos.

Componentes de la plataforma de perforación

Algunos componentes de las plataformas de perforación varían según la ubicación, en alta mar o en tierra, y según el tipo de perforación a realizar. Sin embargo, independientemente del tipo, todas las plataformas comparten varios componentes básicos.

- Derrick: la torre de acero que soporta la sarta de perforación, la broca y el equipo asociado.

- Drawworks: un conjunto de sistemas conectados a la plataforma para levantar e instalar la sarta de perforación y la broca; el eslabón giratorio, que soporta el peso de la cuerda y la broca, y sella a presión la apertura del pozo; y la mesa giratoria y el kelly, que giran el taladro.Relacionado: La nación del gas natural a la que apunta cada exportador

- Kelly drive : un eje con una forma cuadrada o hexagonal que está conectado a la mesa giratoria a través de un componente similar a un tazón sobre una placa llamado buje. El kelly es hueco para acomodar el agua o el lodo de perforación bombeado al pozo para enfriar la broca.

- Mesa giratoria : el componente que hace girar la sarta de perforación, generalmente compuesta de una cadena y una rueda dentada motriz.

- Giratorio : un mango que se utiliza para bajar la sarta de perforación y soportar su peso mientras gira. Además, un conducto para el lodo de perforación.

- Tubos de perforación : estos tubos se conectan a la Kelly y se bajan al pozo. Son la conexión entre el equipo de superficie en la plataforma y el subsuperficial, es decir, la sarta de perforación y la broca. Después de perforar el pozo hasta la profundidad objetivo, se retiran.

- Conjunto de fondo de pozo : este es el término grupal para la broca y la estructura metálica justo encima de ella, cuyo propósito es proporcionar suficiente fuerza para que la broca rompa la roca.

- Preventor de reventones : El preventor de reventones es un sistema de válvulas que se instala en la abertura del pozo para garantizar la liberación espontánea de petróleo y gas, y también para evitar que las tuberías de perforación y la cubierta del pozo se salgan el pozo cuando aumenta la presión.

- Broca : la broca generalmente está hecha a medida de acuerdo con las características geológicas del prospecto. Los bits se pueden agrupar libremente en tres tipos: bits de rodillos, que aplastan la roca; brocas de diamante, o PDC, que muelen en lugar de aplastar la roca y son más duraderas y más rápidas en roca blanda; y brocas direccionales, que tienen un motor orientable en la parte superior para perforar en diferentes direcciones, principalmente en alta mar, donde un solo pozo puede albergar varios pozos pero también en roca de esquisto bituminoso.

Además de estos componentes esenciales, un sitio de perforación también presenta una fuente de energía, comúnmente un generador diesel, así como un pozo de lodo para el lodo de perforación, una bomba para llevar el lodo al pozo y luego fuera de él, así como una centrífuga para separar sólidos de líquidos durante el proceso de perforación.

Tipos de plataformas de perforación

Las plataformas de perforación, en general, se clasifican en función de la fuente de energía que utilizan, la tubería utilizada para la sarta de perforación y por el método de rotación.

En petróleo y gas, las plataformas de perforación son mecánicas con respecto al suministro de energía. Son abrumadoramente impulsados ​​por un motor diesel.

En cuanto a la tubería, las plataformas de petróleo y gas usan tubería en espiral, una tubería de metal larga y flexible que conecta la torre de perforación al conjunto del fondo del pozo.

Este es el caso en las plataformas petroleras. Sin embargo, existe una marcada diferencia entre la perforación en tierra y en alta mar cuando se trata de tipos de plataformas. Para los sitios en tierra, la mayoría de las plataformas se parecen. En alta mar, todo depende de la profundidad a perforar.

En alta mar, hay ocho tipos de plataformas de perforación que se utilizan en diferentes rangos de profundidad.

Plataformas fijas: las plataformas fijas reciben su nombre de las patas de acero u hormigón que las unen al fondo marino. Estas plataformas se utilizan en aguas poco profundas de hasta 1.700 pies, o 530 metros.

Plataformas elevadoras: estas plataformas tienen patas como plataformas fijas, pero estas patas pueden elevarse para mover la plataforma de un lugar a otro y luego bajarse para unirla nuevamente al fondo marino. Un subtipo de plataformas fijas, las plataformas elevadoras también se utilizan principalmente en aguas poco profundas.

Torres compatibles: son similares a las plataformas fijas pero con una torre más estrecha (el equivalente en alta mar de la torre de perforación) para que la plataforma pueda moverse lateralmente con el viento y las olas. Esta mayor flexibilidad los hace adecuados para mayores profundidades que las plataformas fijas de hasta 3.000 pies o aproximadamente 900 metros.

Plataformas semisumergibles: los semisubmers son estructuras flotantes que se colocan sobre patas con forma de pontón que están sumergidas en el agua. Son la plataforma elegida para ubicaciones de perforación con condiciones climáticas adversas, y se pueden usar en aguas poco profundas y profundas con profundidades de hasta 10,000 pies o 3,000 metros.

Según el tipo de anclaje utilizado, los semi-submarinos pueden ser: plataformas de pata de tensión y estrella de mar, que están conectadas al fondo marino con patas de acero flexibles; y plataformas de mástil, que flotan en el agua sobre un casco cilíndrico hueco que mantiene la plataforma en su lugar.

FPSO: los sistemas flotantes de producción, almacenamiento y descarga son el tipo más versátil de plataformas de perforación en alta mar. Pueden operar en aguas poco profundas o de profundidad media, como semisumergibles, o ir a aguas ultra profundas como un buque de perforación. Sin embargo, debido a que combinan la producción con el almacenamiento y la descarga, se usan con mayor frecuencia en aguas de profundidad media de hasta 6,000 pies, o 1,800 metros, donde esta combinación tiene el mayor sentido económico.

Drillships: Drillships se utilizan para perforar en aguas profundas donde los semi-submarinos no pueden operar. Para mantenerse en su lugar, el buque de perforación utiliza varios tipos de anclaje. Los tipos de anclaje incluyen múltiples anclajes y posicionamiento dinámico: un sistema de hélices y propulsores que mantienen una embarcación en su lugar automáticamente a través de un programa controlado por computadora.

El proceso de perforación

Antes de pasar a las etapas del proceso de perforación de pozos, aquí hay una descripción general rápida de los tipos de pozos que perforan las compañías de exploración y producción de petróleo y gas. Distinguen entre:

Pozo Wildcat: el primer pozo perforado en un nuevo prospecto, uno que ha sido claramente definido en términos de geología como un prospecto de petróleo y gas, pero que se encuentra fuera de cualquier campo conocido de petróleo y gas.

Pozo de evaluación: un pozo perforado para determinar la extensión y el tamaño de un descubrimiento realizado mediante imágenes sísmicas; en otras palabras, evaluar las características de un depósito de hidrocarburos probado.

Pozo de producción : un pozo perforado en los puntos dulces de un campo con reservas comerciales probadas de petróleo y / o gas para extraer los hidrocarburos con fines comerciales.

El proceso de perforación se puede dividir libremente en tres etapas principales: preparación, spudding y finalización.

Preparación

En tierra, la parcela de tierra en la que se perforará el pozo debe nivelarse para que la tripulación pueda ensamblar la torre de perforación, y se deben construir carreteras para incorporar todo el equipo de perforación.

Los pozos de lodo y los pozos de almacenamiento necesitan ser excavados para cualquier sólido separado del líquido en el proceso de perforación. En algunas jurisdicciones, los pozos de lodo están prohibidos y el lodo usado se recoge en depósitos de metal que deben reunirse durante la etapa de preparación.

Finalmente, la tripulación construirá lo que en la industria se llama bodega: el lugar donde se perforará el pozo y donde se ensamblará toda la maquinaria de perforación.

En alta mar, nada de esto se aplica. Allí, todo sucede en y desde la plataforma, donde el equipo de perforación se entrega por aire o en bote, y se instala en la plataforma desde donde se baja la sarta de perforación al agua y al fondo del mar.

Spudding

Esto es cuando comienza la perforación real. Comienza con la perforación de un agujero conductor: un agujero poco profundo de entre 100 y 200 pies, o 30-40 metros que está cementado en su lugar o revestido con la llamada carcasa del conductor (tubería de acero). El propósito del orificio del conductor es evitar que la parte superior del pozo se derrumbe sobre sí misma.

Perforación

Una vez que el orificio del conductor está en su lugar y revestido, comienza la perforación propiamente dicha. La torre de perforación se ensambla sobre el pozo y se ensambla el equipo de perforación.

La perforación adecuada se lleva a cabo en etapas. La primera etapa de perforación propiamente dicha es perforar un agujero de unos 300-500 pies, o 100-250 metros, cuyo objetivo es sellar primero el pozo de los acuíferos superficiales en el área y estabilizar la parte superior del pozo.Relacionado: Los mercados mundiales de GNL están dando vueltas al desagüe

Esto se hace instalando la carcasa del pozo (tubos de acero) en el pozo y luego vertiendo cemento a través de la sarta de perforación. Una vez que el cemento llega al fondo del hoyo, se empuja hacia arriba a lo largo de los lados de la cubierta, fijando el pozo en su lugar y aislándolo de los acuíferos. Este proceso de revestimiento y cementación se repite para cada etapa del proceso de perforación.

Esta primera etapa de perforación adecuada es la más importante porque es la etapa en la que se instala el dispositivo de prevención de reventones en el tubo de la carcasa para evitar que se derrame el pozo. Una vez hecho esto y se activa la BOP, la perforación continúa hasta la profundidad deseada. En la perforación de petróleo de esquisto bituminoso y en la perforación de gas de esquisto bituminoso, hay una etapa adicional de perforación lateral, también llamada direccional u horizontal, una vez que se alcanza la profundidad máxima deseada.

Durante el proceso de perforación, se inyecta agua, o más comúnmente, lodo de perforación, en el pozo para enfriar la broca y también para eliminar los cortes de roca que produce la broca y que, si se acumulan a su alrededor, la obligarían a deja de perforar. Estos esquejes se recogen en pozos o depósitos en la superficie.

Una vez que se ha perforado, entubado y cementado la última sección del pozo, el pozo está terminado y listo para comenzar a producir. El pozo convencional típico permanece abierto, lo que significa que el extremo del pozo permanece abierto en el depósito de hidrocarburos y fluyen hacia arriba.

Los pozos no convencionales, por otro lado, deben perforarse para permitir que los hidrocarburos comiencen a fluir. Esto se llama completar el pozo entubado e implica una etapa adicional en el proceso de perforación, durante el cual se inserta una pistola de perforación en el pozo para perforar la carcasa, por lo que el líquido de fracturación hidráulica se puede bombear a través de los agujeros y fracturar la roca de esquisto circundante para liberar los hidrocarburos.

La perforación de un pozo de petróleo lleva varios meses y continúa durante todo el día. Es un proceso complejo, laborioso, que a menudo se realiza en entornos desafiantes, como aguas profundas o incluso el Ártico. Sin embargo, toda la industria del petróleo y el gas depende de este proceso, al igual que gran parte del suministro mundial de energía.


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