Tabla de contenido:
Método de la fuente: Aprovechamiento de la energía interna en un depósito
¿Cuál es la fuerza impulsora detrás de la producción de petróleo en condiciones de yacimiento?
¿Durante cuánto tiempo puede producir agua un pozo?
En este artículo, presentaré brevemente los principales métodos de extracción de petróleo. El petróleo se encuentra en capas de roca porosa (acumuladores). Es en estos acumuladores donde se acumula. Un segundo requisito es que los acumuladores estén cubiertos por un sello impermeable para petróleo y gas; de lo contrario, el gas se evaporará y el petróleo eventualmente se convertirá en betún.
Para extraer petróleo, hay que perforar un pozo. El pozo penetra en el estrato petrolero, y aquí empieza lo divertido: hay que sacar el petróleo a la superficie de alguna manera.
¿Cómo aparece el petróleo en la Tierra? (Parte 1)
Existen tres métodos principales de extracción de petróleo (extracción de pozos): extracción por pozo y extracción mecanizada (con bombas). En ocasiones, también se utiliza el método de elevación por gas, que no utiliza bombas, sino que requiere la inyección de energía externa. Por lo tanto, el método de elevación por gas puede considerarse una transición entre la extracción por pozo y la extracción mecanizada.
Método de la Fuente - Aprovechamiento de la energía interna en un yacimiento:
Cuando se desarrolla un yacimiento petrolífero recientemente, el petróleo que contiene suele estar sometido a alta presión. La presión dentro de la formación se denomina presión de formación y la presión dentro del pozo, presión de fondo. Normalmente, en un pozo cerrado, estos valores se mantienen constantes. En un pozo que opera normalmente, la formación experimenta una depresión: la presión de fondo es menor que la presión de la formación. Por el contrario, en un pozo cerrado, la formación experimenta una depresión: la presión de fondo es mayor que la presión de la formación. Si la presión de la formación es lo suficientemente alta, puede superar la resistencia de la presión atmosférica y expulsar el petróleo. En este caso, se forma una fuente de petróleo.
¿Cuál es la fuerza impulsora detrás de la producción de petróleo en condiciones de yacimiento?
1. Modelo de tapa de tanque:
Los depósitos anticlinales (en forma de cúpula), en particular, tienen una región llena de gas en la parte superior: la capa de gas.
Como todos sabemos, el gas es altamente compresible. Cuando se opera un pozo petrolero, el gas comienza a expandirse, y esta es la fuerza impulsora que impulsa el petróleo a través del pozo hasta la superficie.
En este caso, el yacimiento petrolífero se produce de manera que el gas natural en la roca de cubierta no se escape prematuramente; se incluye en el balance de reservas nacionales y se recupera después de la producción de petróleo.
2. Modelo de gas disuelto:
Además de la capa de gas, el petróleo también contiene gas disuelto. Una mayor presión aumenta la cantidad de gas disuelto. La relación entre el volumen de gas disuelto y el volumen o masa de petróleo en condiciones estándar se denomina fracción de gas (FG). Por ejemplo, si la FG es de 50 metros cúbicos por tonelada, significa que hay 50 metros cúbicos de gas disueltos en cada tonelada de petróleo (en condiciones estándar).
Cuando baja la presión, el gas empieza a ascender en forma de burbujas, arrastrando consigo el aceite. La clave está en asegurar que haya suficientes burbujas y que sean lo suficientemente grandes; de lo contrario, solo ascenderá el gas y el líquido no ascenderá.
El gas natural producido junto con el petróleo se denomina gas asociado. El gas asociado es similar al gas natural convencional, pero con concentraciones más altas. En concreto, contiene más gas licuado de petróleo (GLP, una fracción amplia de hidrocarburos ligeros, con mayor contenido de propano y butano) y condensado (pentano e hidrocarburos superiores). El gas asociado es una materia prima valiosa para la industria petroquímica y una fuente de mezclas de propano y butano que se utilizan como combustible para motores de gas.
3. Modo de presión de agua:
En este modo, la principal fuerza impulsora para desplazar el petróleo al fondo del pozo de producción es la presión del agua marginal. El agua existe en el fondo del yacimiento, ya sea como agua residual de su formación o como un suministro continuo de agua marginal, conectada a la superficie y derivada de fuentes como el agua de deshielo y la lluvia.
Este es el modo de operación petrolera más eficiente, y su uso eficaz permite la extracción de grandes cantidades de petróleo de la formación. Sin embargo, la operación a largo plazo solo es posible bajo una condición: la inyección externa continua de agua a través de un sistema de pozos de inyección (un sistema que mantiene la presión de la formación); de lo contrario, la fuente de energía se agotaría rápidamente.
4. Presión elástica del agua:
En este modo, el desplazamiento del petróleo se produce debido a la expansión elástica del propio petróleo, el agua que rodea el yacimiento y la estructura de la formación. Esto significa que, bajo la influencia de la roca suprayacente, el petróleo, el líquido y la estructura de la roca se comprimen, aunque sea ligeramente. La elasticidad del líquido y de la propia formación es muy baja. Sin embargo, cuando el sistema hidráulico es grande y la presión de la formación es alta, grandes cantidades de líquido pueden desplazarse desde la formación hacia el pozo debido a la expansión del líquido y la reducción del volumen de poros (fractura). Las propiedades elásticas del líquido y la formación se caracterizan por sus coeficientes de compresibilidad, respectivamente. También existe un modo de gravedad, pero este no proporciona suficiente energía para elevar el petróleo.
¿Hasta cuándo puede seguir brotando agua de un pozo?
Esto depende completamente del yacimiento petrolífero y del método de extracción. En general, cuanto más joven es el yacimiento, más pozos tiene. Sin embargo, la energía se agota rápidamente, en cuestión de meses o incluso años, lo que obliga al uso de métodos de extracción mecanizados, que siempre son más costosos. Hay excepciones, como el yacimiento petrolífero de Tengiz en Kazajistán, que estuvo en producción durante al menos 21 años (1991-2010). Puede que el petróleo siga fluyendo, pero no hemos tenido información al respecto en mucho tiempo.
Los pozos nuevos en yacimientos antiguos también funcionan como pozos de gran caudal. Sin embargo, estos no suelen estar conectados al oleoducto principal de producción, ya que este está presurizado, generalmente a una presión de entre 20 y 25 atmósferas. Un pozo de gran caudal no genera esta presión, por lo que el petróleo no fluye.
En estos casos, se instala un separador de gas para separar el gas del líquido, recoger el aceite en un contenedor y luego incinerar el gas. Esto supone, sin duda, un desperdicio brutal de recursos, pero en algunos casos resulta más económico incinerar el gas asociado y pagar la multa que recolectarlo y utilizarlo.
¿Qué pasa cuando el pozo que brota se seca?
Ahora solo quedaba una cosa por hacer: cambiar a una bomba de varilla de succión para pozos profundos de petróleo. Sin embargo, en algunos casos, cambiar inmediatamente a un sistema de bombeo puede ser problemático. Por ejemplo, en yacimientos de gas natural y petróleo. Las bombas de varilla de succión para pozos profundos de petróleo son bombas de desplazamiento positivo, principalmente de émbolo y centrífugas. Si el coeficiente de gas es alto, la bomba se llenará de aire, o más precisamente, se aireará. Esto significa que la cámara de trabajo se llena de gas, lo que provoca que la bomba funcione en seco y se queme rápidamente.
Para evitar esto, se instala un separador de gas en la unidad de bombeo para eliminar el gas libre. Otro método consiste en utilizar un dispersor, diseñado para descomponer las inclusiones de gas en el fluido de formación, creando una mezcla uniforme de gas y líquido que se suministra a la entrada de la bomba centrífuga sumergible.
Sin embargo, esto no es efectivo si el contenido de gas es alto. Por lo tanto, en estos casos, se utiliza el levantamiento artificial por gas. Este método elimina la necesidad de bajar la bomba y aprovecha de forma más eficaz la energía interna del gas disuelto en la formación. El gas se bombea desde la superficie a través de una serie de tuberías hasta el fondo de la bomba, donde se mezcla con el líquido. El gas inyectado se mezcla con el gas liberado del fluido de formación, formando una mezcla gas-líquido con una densidad que permite que la presión existente en el fondo del pozo sea suficiente para elevar el líquido a la superficie a través del tubo ascendente.
La siguiente sección explorará los principios de funcionamiento de una bomba de varilla de succión de petróleo para pozos profundos.
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