Introduccion a la Ingenieria de Petroleos

Petroleum Engineering 101

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Formación del Petróleo La formación del petróleo tomó millones de años. El petróleo es un compuesto de materia orgánica (Hidrógeno y Carbón). La formación del petróleo comienza con la acumulación de materia orgánica en el fondo marino y en los deltas de los ríos. Toneladas de materia orgánica se acumula en estos lugares. Estas acumulaciones se forman de pequeños organismos tales como planton y algas. Al mismo tiempo, este material es cubierto por sedimentos debido a los procesos de erosión de las montañas. Poco a poco estos sedimentos forman capas las cuales son más grandes. En algunos millones de años la materia orgánica esta atrapada bajo miles de pies en el subsuelo. Bajo determinadas condiciones de presión y temperatura la materia orgánica es descompuesta y transformada en hidrocarburos.

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Reservorios de Hidrocarburos La acumulación de sedimentos y la materia orgánica atrapada forman los reservorios. El reservorio es un cuerpo de roca que se encuetra en le subsuelo el cual tiene suficiente porosidad para almacenar los fluidos. Los reservorios son estructuras rodeadas por rocas impermeables. De esta manera los fluidos pueden permanecer en le reservorio. Los reservorios de hidrocarburos pueden contener tres tipos de fluidos: gas, petróleo y agua. Adicionalmente, los reservorios pueden ser clasificados con reservorios de gas o petróleo.

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Tipos de Trampas Geológicas Los reservorios no tienen una forma regular debido a que grandes eventos geológicos han sucedido durante millones de años los cuales han cambiado la forma original de los mismos. De esta manera, los reservorios tienen diferentes formas las cuales hacen que la explotación de hidrocarburos se vuelva más complicada. Los gráficos en este slide indican los diferentes tipos de reservorios de acuerdo a la forma de la estructura.

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Reservorios de Gas y Petróleo Como se mencionó anteriormente, existen dos tipos de reservorios de hidrocarburos. Primero, los reservorios de gas los cuales contienen gas y agua; segundo, los reservorios de petréleo los cuales contienen gas, petróleo y agua. El agua de formación siempre esta presente es los dos tipos de reservorios. Esta agua generalmente es agua atrapada de los oceanos en el proceso de formación de los reservorios. En algunas ocaciones el agua puede estar presente en los reservorios debido a filtraciones de agua de fuentes de agua que se encuentran en la superficie.

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Gas Natural El gas esta siempre presente en los reservorios de hidrocarburos. El gas es el compuesto más simple. Este es una simple cadena de moléculas de hidrocarburos. Los cuatro componentes encontrados en un reservorio son: metano, etano, propano y butano. Los porcentajes mostrados en esta tabla pertenecen al porcentaje de cada compuesto que se encuentra generalmente en un reservorio. Estos valores pueden tener una ligera variación, pero usualmente el tipo de gas que más se encuentra es el metano. El gas esta en estado líquido en el reservorio debido a la alta presión a la que se encuentra el reservorio. Sin embargo, una vez que el gas alcanza la superficie este se encuentra en estado gaseoso. Es importante mencionar que el gas producido por las compañías petroleras es el metano.

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Gas Natural Como fue mencionado anteriormente, el Gas Natural Gas tiene alto contenido de metano. El Gas Natural Gas tiene que ser procesado para ser transportado y manipulado. El Gas Natural Gas tiene que ser licuado lo que significa que tiene que ser transformado en líquido para poder ser transportado. Este proceso enfría el gas a -259 Fahrenheit grados, de esta manera este gas llega a ser líquido. Este gas es llamado Gas Natural Licuado –GNL- el cual es un líquido claro, incoloro e inodoro. Este gas es usado para generación eléctrica y para cocinar. Sin embargo, existe un gas en el mercado llamado Gas Licuado de Petróleo –GLP-. Este gas es producido en las refinerias de petróleo lo que significa que no es gas “natural”.

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Agua de Formación El agua de formación es uno de los tres fluidos presentes en el reservorio. Esta agua siempre es producida con el petróelo y con el gas. Este fluído es muy tóxico debido a su alto contenido de sodio. El agua de mar tiene una concentración de 35,000 ppm de sodio; sin embargo, el agua producida de los reservorios de hidrocarburos tiene una concentración de sodio entre 150,000 y 180,000 ppm. Además, esta agua de formación contiene metales pesados, sales tóxicas y pequeñas gotas de hidrocarburos. La producción de este fluido ha llegado a ser de preocupación para la industria hidrocarburífera debido a que esta agua se tiene que tratar cuidadosamente y el costo de este proceso es elevado. De acuerdo a las leyes ambientales de cada país, esta agua puede ser reinyectada o descargada en el medio ambiente siempre y cuando cumpla con las especificaciones y parámetros químicos.

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Consideraciones del Agua de Formación La producción del agua de formación se incrementa a medida que los reservorios de petróleo y gas son drenados. Los campos de petróleo maduros producen grandes cantidades de agua de formación. En el mayor de los casos, los reservorios de petróleo producen más agua que petróleo. Por ejemplo, los campos de petróleo en el Bloque 16 (Repsol-YPY) en la Amazonía Ecuatoriana producen casi 85% de agua de formación y solo 15% de crude del total de su producción. Esto vuelve la explotación de petróleo más cara porque es necesario perforar pozos de inyección de agua y tratar grandes volúmenes de agua. Esta agua representa una amenaza para el medio ambiente debido a la alta concentración de metales pesados e hidrocarburos. Los derrames de agua de formación son comunes en las operaciones petroleras. Estos derrames pueden causar algunos problemas. Por ejemplo, los derrames de agua destruyen los nutrientes del suelo. Grandes áreas de tierra cultivable han sido dañadas debido a estos derrames. Las personas no pueden usar estas tierras por muchos años. Esto obliga a las personas a deforestar más áreas para acceder a nueva tierra cultivable. Además, la formación de derrames de agua de formación son de gran preocupación en las comunidades locales en el área de influencia. El agua dulce es contaminada por este fluido tóxico y la vida acuática muere debido a la contaminación.

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Riesgos Sociales Los derrames de agua de formación pueden causar muchos problemas sociales. Primero, estos derrames pueden traer problemas de salud a las personas. Los componentes del agua de formación pueden causar muchas enfermedades tales como cancer y problemas de la piel. Los recursos de agua dulce se contaminan con estos derrames por lo que las personas no pueden acceder a estos recursos nunca más. El tratamiento para este tipo de contaminación no son fáciles y son muy costosos. De esta manera, las comunidades locales tienen que pagar por el agua para beber. Por lo tanto, la gente esta obligada a pagar un extra costo por tener agua dulce. Por otro lado, los animales domésticos y los peces serán envenenados por beber esta agua contaminada. Esto es muy peligroso debido a que las personas consumirán estos animales y peces los cuales enfermarán a las personas. Además, estos derrames contaminan las plantaciones lo que causará grandes pérdidas económicas y problemas de salud a la comunidad. Finalmente, la reinyección de esta agua de formación puede ser una solución para prevenir estos problemas socio-ambientales; sin embargo, de acuerdo con algunos estudios, la reinyección del agua de formación puede contaminar acuíferos de agua dulce subterráneos. Este un serio problema porque las personas no podrían saber que estan tomando aguan contaminada con fluidos tóxicos.

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Petróleo El petróleo es un hidrocarburo con cadenas moleculares más complejas y más largas. El petróleo es un hidocarburo el cual contiene un alto porcentaje de carbón (84-87%). Existe un gran variedad de crudos. El petróleo puede ser un fluido liviano como la gasolina o pesado como el asfalto. Adicionalmente, el petróleo tiene un pequeño porcentaje de azufre entre 0.06-2%. De acuerdo a estas características, el petróleo ha sido clasificado en liviano y pesado, y dulce y agrio.

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Tipos de Petróleo Crudos livianos y pesados estan basados en la densidad (peso del fluido). La densidad de el petróleo esta medida en grados API (American Petroleum Institute). El petróleo es más liviano que el agua. El agua tiene un API de 10. Esto significa que en la mayoría de los casos el petróleo va estar flotando sobre el agua cuando exista un derrame de petróleo. Sin embargo, el petróleo presente en un derrame se va fraccionar en pequeñas gotas las cuales irán al fonde del cuerpo de agua.

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Petróleo Liviano El petróleo liviano tiene una densidad API entre 35 a 45 grados. Este petróleo es muy similar a la gasolina. Es muy fluido, liviano y transparente. La producción de este tipo de petróleo es más fácil que la producción de crudos pesados y no necesita complejos procesos para su separación del agua de formación. Este petróleo es muy caro en el mercado debido a que es fácil de refinar y puede ser obtenido un gran volúmen de gasolina. Sin embargo, las reservas de petróleo liviano han sido depletadas en los últimos años debido a su gran demanda. Finalmente, derrames de petróleo liviano son más fáciles para limpiar debido a que este crudo se puede evaporar más rapidamente que el crudo pesado. Adicionalmente, este crudo no es muy pegajoso por lo que los animales y plantas contaminados con este petróleo tienen más oportunidades de sobrevivir.

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Petróleo Pesado El petróleo pesado tiene una densidad API bajo 25. Este hidrocarburo es bastante viscoso y oscuro. Tiene un gran contenido de alfaltos por lo que su extracción es más difícil debido a su peso. El costo de la extracción de este petróleo y un bajo precion de este en el mercado lo hace un hidrocarburo no muy atractivo para las compañías petroleras . Para transportar este crudo pesado es necesario mezclarlo con un crudo más liviano. De esta manera la mezcla puede ser transportada a través del oleoducto, pero el precio del petróleo liviano se afectará. Por otro lado, los derrames causados por estos hidrocarburos son difíciles de limpiar ya que este fluido es muy pesado y pegajoso. El proceso de limpieza es muy caro y complejo. Los animales que están expuestos a este tipo de petróleo pueden morir más rápido que los contaminados con crudo liviano. Adicionalmente, los crudos pesados pueden ir al fondo del cuerpo de agua más rápido. De esta manera, el tiempo para recuperar el petróleo derramado sobre los cuerpos de agua es más corto que el tiempo para recuperar el petróleo liviano. Hoy en día, existen más reservorios de crudo pesado que reservorios de crudo liviano. El alto precio del crudo en el mercado y la tecnología más avanzada han hecho posible la explotación de estos reservorios. Para refinar este crudo es necesario construir refinerías las cuales puedan procesar este crudo pesado. Esto podría incrementar el costo de los derivados.

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Petróleo Dulce y Agrio El petróleo dulce y agrio esta basado en el contenido de azufre. El petróleo dulce tiene menos que 1% de azufre y el petróleo agrio tiene más de 1% de azufre. Un crudo con alto porcentaje de azufre destruirá los oleoductos y las refinerías. El azufre es muy corrosivo por lo que un crudo con alto contenido de azufre será menos costoso. Existen muchos reservorios que contienen crudo muy liviano pero su contenido de azufre es muy alto. De esta manera, su precio en el mercado será afectado.

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Punto de Referencia del Petróleo Un punto referencial del petróleo es una referencia estándar para poner un precio al petróleo en el mercado internacional. Hay muchos indicadores en le mercado del petróleo. Cada indicador toma una determinada gravedad API y un porcentaje de azufre para obtener una más precisa referencia. Es muy importante mencionar que cada reservorio en el mundo tiene un diferente tipo de crudo por lo que este punto de referencia trata de agrupar el crudo en clasificación más fácil.

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Reservas Las reservas petroleras son un complejo tema en cualquier país productor de petróleo. No existe una clasificación universal o una definición oficial de las reservas hidrocarburíferas. The Society of Petroleum Engineers (SPE) ha tratado de hacer una clasificación la cual ha sido usada en muchos países. El concepto de reservas y la clasificación de las mismas es muy importante ya que el precio del petróleo y las inversiones petroleras estan basados en estos calculos. Adicionalmente, las reservas de petróleo estan consideradas como un secreto de estado en el mayor de los casos; por lo que es muy difícil tener acceso a una información confiable sobre le volumen de estas. De acuerdo a la SPE, “Reservas son aquellas cantidades de petróleo anticipadas para ser comercialmente recuperables del acumulando a una fecha dada.”

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Estimación de Reservas El volumen de las reservas es muy difícil de estimar. Existen metodologías científicas las cuales pueden ser modelos matemáticos, interpretaciones de expertos y software avanzados. La estimación de estas reservas tienen un grado de incertidumbre. No existen valores precisos de las reservas. El valor de las reservas esta cambiando cada momento. La mayoría de los cálculos de las reservas estan basados en datos geológicos e ingeniería. Se podría decir que las reservas de petróleo son más precisas cuando los reservorios han sido desarrollados por algunos años. Sin embargo, el grado de incertidumbre ha generado una clasificación la cual trata de tener un mejor entendimiento de las reservas.

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Diagrama de Reservas Este diagrama indica la clasificación de la SPE adoptada por algunos países para manejar las reservas. Esta clasificación esta basada en dos tipos de reservas: reservas Probadas y No Probadas. Al mismo tiempo, estos dos tipos de reservas tienen una subclasificación. La SPE ha creado precisas definiciones para cada tipo de reservas. Esta clasificación parece ser más clara y coherente.

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Reservas Probadas Reservas que “pueden ser estimadas con razonable grado de seguridad para ser comercialmente recuperables, desde una fecha dada en adelante, desde reservorios conocidos y bajo ciertas consideraciones económicas, métodos operativos, y regulaciones gubernamentales.” (SPE)Reserves that.” Estas reservas estan clasificadas en reservas Desarrolladas y No Desarrolladas.

Desarrolladas “Son aquellas reservas que se esperan recuperar de los pozos existentes incluyendo las reservas “behind pipe”.” (SPE)

No Desarrolladas “Son aquellas reservas que se esperan recuperar de los nuevos pozos sobre campos aun no perforados.” (SPE)

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The developed reserves are classified in Producing and Non-Producing reserves.

Producing “Reserves subcategorized as producing are expected to be recovered from completion intervals which are open and producing at the time of the estimate.”

Non-Producing Non-producing include shut-in and behind-pipe reserves.

Shut-in reserves are those reserves where wells have been drilled, but for some reasons those wells are not working.

Behind-pipe reserves “are expected to be recovered from zones in existing wells, which will require additional completion work or future re-completion prior to the start of production.”

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Management of Reserves The reserve classification seems to be broad. However, the reserves which are managed for any government in order to calculate their economic programs are the Proved Reserves. As it was seen before, those reserves represent a kind of accurate value of the reserve volume which can be exploited right now. Proved reserves will increase or decrease every year depending on the factors mentioned before. Some countries have huge Unproved Reserves; however, those reserves can stay beneath the surface forever because the extraction factor (extracted volume of the total reserves) is very low. This was those reservoirs are not profitable under the current circumstances. Finally, most of the countries do not publish the reserves values because non-renewable natural resources are part of the national security policy. Therefore, we do not know about the real volume of the world reserves. This situation makes the oil price is very volatile.

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Unproved Reserves “Unproved reserves are based on geologic and/or engineering data similar to that used in estimates of proved reserves; but technical, contractual, economic, or regulatory uncertainties preclude such reserves being classified as proved.”

Probable Reserves “Unproved reserves which analysis of geological and engineering data suggests are more likely than not to be recoverable.”

Possible Reserves “Unproved reserves which analysis of geological and engineering data suggests are less likely to be recoverable than probable reserves.”

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Actividades Sobre Tierra y Costa Afuera Las actividades de la industria petrolera estan clasificadas en operaciones sobre tierra y operaciones costa afuera. Ambas actividades usan las mismas etapas para explotar los hidrocarburos.

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Las Etapas de la Industria Petrolera Existen cuatro principales etapas por las cuales la explotación sobre tierra y costa afuera se llevan a cabo. Estas etapas son exploración, perforación, producción y post-producción (comercialización). Cada una de estas etapas presenta diferentes procedimientos así como diferentes problemas sociales y ambientales.

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Las Etapas de la Industria Petrolera El transporte de hidrocarburos es un tipo de etapa que esta presente entre las etapas de producción y post-producción. La etapa de transporte ha sido una etapa sensible dentro de la industria ya que esta causa graves problemas ambientales.

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Exploración Esta es la primera etapa de la industria hidrocarburífera. Para derasarrollar un campo de petróleo o gas es necesario obtener información básica del reservorio. De esta manera, los mecanismos de exploración ayudan a tener una idea general del reservorio. Esta información que se obtiene es prácticamente la información de la composición de la roca, su geometría y el tipo de fluído que se encuentra en la misma. Primero, la exploración decodifica el tipo de roca que se encuentra en el reservorio. Estos tipos de roca pueden ser por ejemplo, arenisca, caliza, arcilla y otras más. Segundo, la geometría de la roca puede ser determinado en este proceso. Es muy importante saber la forma de la trampa dentro de la cual se encuentra el petróleo. Como se vió anteriormente,existen muchos tipos de reservorios. El perfil de los pozos de petróleo depende de la configuración del reservorio principalmente. De esta manera, las companias petroleras pueden estimar cuanto podría costar la perforación y que tipo de tecnología deberían utilizar paa perforar estos pozos. Finalmente, los fluídos contenidos en el reservorio pueden ser revelados en esa etapa de exploración. En este punto, las compañías pueden saber si el reservorio contiene petróleo o gas y que tan grandes podrían ser estas reservas.

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Métodos de Exploración Los mecanismos o métodos de exploración estan basados en el Método de Sísmica. Este método crea temblores de tierra los cuales causan ondas de sonido. El propósito de la sísmica es medir y registrar la energía que viaja a través de la formación. De esta manera, usando una adecuada tecnología el sonido reflejado en el subsuelo es grabado en la superficie. Existen dos métodos muy bien conocidos para crear estas ondas de sonido. Estos son el Vibroseis y la Sísmica con Explosivos.

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Ondas de Sonido Estas figura indica como el sonido viaja a través del subsuelo. Tanto el vibroseis como los explosivos causan estas ondas de sonido. Las ondas tendrán un diferente tiempo de viaje a través de la roca dependiendo del tipo de la misma. El tiempo que le toma viajar a una onda en uan arenisca será muy diferente al tiempo que toma viajar la misma onda en una caliza. Si la roca es más dura el tiempo de viajar de la onda será más rápido debido a la baja porosidad de la misma.

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Vibroseis Este método usa un “camión vibrador” el cual tiene dos platos pesados sobre el mismo. Estos platos presionan la superficie y provocan vibraciones causando temblores de tierra. Este método es usado comunmente en áreas donde existen vías de acceso. Adicionalmente, estos camiones son usados en ciudades o lugares poblados donde sería imposible utilizar explosivos. El vibroseis no es usado en áreas remotas.

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Explosivos El uso de explosivos en la etapa de exploración es más común que otros métodos. Este método usa pequeñas cantidades de explosivos para crear tremores de tierra. Es necesaro perforar huecos pequeños (12 metros) para installar estos explosivos. Además, muchos geófonos tienen que ser instalados alrededor de los explosivos. De esta manera, estos geófonos pueden grabar las ondas de sonidos. Este método de usar explosivos es muy común en lugares inaccesibles. Ese método ha sido usado en la selva Amazónica por todas las compañías petroleras.

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Geófonos Son pequeños sensores de precisión pormedio de los cuales las ondas de sonido son transformadas en datos. Estos sensores miden el movimiento de la tierra los cuales son convertidos en señales eléctricas. Es necesario utilizar cientos de sensores pequeños para cubrir un área determinada. Para mejorar la calidad de la transmisión de datos en necesario usar más sensores.

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Arreglos de los Geófonos El arreglo de los explosivos y geofónos para las operaciones de sísmica depende de algunos factores tales como el clima, la topografía, la calidad de los datos, la calidad de los mapas y otros factores más. La figura en la parte superior indica un arreglo realizado por las compañías en Ecuador. La distancia entre cada explosivo purde ser de 60 metros usualmente y la la distancia entre los geófonos de 20 metros. La frecuencia de detonación depende del tiempo usado para procesar los datos.

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Exploración Costa Afuera La exploración costa afuera es muy similar a la exploración sobre tierra firme. El método usado en el mar crea ondas de sonido usando pistolas de aire. Estas pistolas remplazan a los explosivos. Para grabar las ondas de sonido y transformarlas a datos se usan hidrófonos. Los hidrófonos son geófonos los cuales pueden flotar en el agua los cuales estan cubiertos con materiales impermeables. Todos los equipos de grabación y el personal se encuentran en una embarcación la cual viaja a través de toda la zona a ser explorada.

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Mapas La etapa final de la exploración es la creación de los mapas. Los mapas indican las principales caracterízticas geológicas del reservorio. La calidad y tipos de mapas estan basados en la calidad del proceso de exploración. Existen dos tipos de mapas: dos dimensiones (2D) y tridimensionales (3D). Los mejores mapas son los 3D ya que estos son bien detallados y son fáciles de intrepretar. Sin embargo, el costo de producir estos mapas es más elevado porque se necesita mayor cantidad de explosivos, geófonos y frecuencia de disparos. Además, es necesario usasr más avanzados softwares y equipos. La principal diferencia entre estos mapas es el número de dimensiones espaciales por medio de las cuales son representados.

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La Exploración y los Riesgos Ambientales Existen algunos problemas ambientales relacionados a las actividades de exploración. La construcción de campos y helipuertos son parte de los más serios problemas ya que es necesario limpiar muchas áreas de bosques para construir estas facilidades. Cientos de trabajadores tienen que ser ubicados en las áreas de exploración para llevar a cabo dichas actividades. No se puede evitar la construcción de helipuertos ya que son el principal medio de transporte para las personas y la maquinaria. Las explosiones y las vibraciones pueden dañar los ecosistemas frágiles y sensibles como por ejemplo en las áreas tropicales. La exploración implica muchas explosiones las cuales causan mucho ruido y vibraciones las cuales pueden ahuyentar a los animales fácilmente. Se ha dicho que la sísmica es uno de los métodos más usados ya que evita abrir caminos de accesos; sin embargo, es necesario abrir muchos caminos y senderos para instalar los explosivos y los geófonos. Esto causa perturbación de los ecosistemas frágiles y sensibles, y la regeneración de estas áreas a las condiciones normales toma su tiempo. Todos estos problemas mencionados pueden causar una deforestación agresiva de estas áreas en la mayoría de los casos. Por otro lado, las operaciones de exploración costa afuera pueden causar muchos problemas a la población de peces. La población de peces y arrecifes de coral pueden ser considerablemente perjudicados debido a a las explosiones con las pistolas de aire. De acuerdo con algunos científicos, el sonido emitido por las pistolas de aire afectan algunas especies de los mamíferos tales como ballenas y delfines ya que estos animales son muy sensibles al ruido.

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La Exploración y los Riegos Sociales Existen algunos riesgos sociales relacionados a las operaciones de exploración. Estas actividades de exploración necesitan cientos de trabajadores. La mayor parte de estas personas no estan preparadas para trabajar en lugares donde la naturaleza es frágil y sensible. Muchas de estas personas perturban estos ecosistemas y destruyen las plantas y matan a los animales. La no presencia de vías de acceso obligan a utilizar los ríos como vías para el transporte y comunicación. Este tráfico sin control en los ríos es una amenaza para las comunidades indígenas en el área de influencia. La presencia de colonización comienza una vez que las personas tienes acceso por los ríos. Esto causará muchos conflictos sociales entre las comunidades indígenas y los grupos de colonos. Finalmente, el uso de explosivos y otro tipo de materiales en estas operaciones contaminan los recursos de agua dulce los cuales son el principal recurso de agua para beber para las comunidades locales. La contaminación de estos recursos significa un costo extra para estas comunidades ya que ellos tienen que pagar por la limpieza de estos recursos o ellos tienen que comprar agua potable.

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Operaciones de Perforación Una vea que el reservorio ha sido descubierto a través de las operaciones de exploración la siguiente etapa es perforar los pozos productores. La perforación puede ser en tierra firme o costa afurera. Estas operaciones agrupan muchos procesos por medio de los cuales es necesarion usar complejos procedimientos y tecnologías de perforación. Perforar un pozo de gas o petróleo es un proceso por medio del cualse debe determinar el perfil del pozo, el tipo de lodo a ser utilizado y otras consideraciones más. Es muy importante mencionar que la tecnología de perforación esta mejorando cada día para de esta manera tener pozos más largos y profundos.

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Tipos de Pozos Los pozos pueden ser clasificados de acuerdo a etapas y perfiles. De acuerdo a las etapas los pozos pueden ser exploratorios y de desarrollo.

Pozos Exploratorios Los pozos exploratorios son los primeros pozos que se perforan una vez que la etapa de exploración ha concluido. Estos pozos son muy costosos y en muchos de los casos no se encuentran hidrocarburos en los reservorios. Además, estos pozos son muy costosos ya que debido a las regulaciones ambientales esta prohibida la construcción de vías de acceso a estos pozos. De esta manera, el movimiento de materiales y personal para estas operaciones se lo hace a través de helicópteros. Finalmente, la perforación de estos pozos toma más tiempo de lo normal debido a que es necesarion realizar un analisis detallado de todos los aspectos geológicos de el reservorio.

Pozos de Desarrollo Una vez que la presencia de hidrocarburos es confirmada con el pozo exploratorio, el siguiente paso es perforar los pozoa de desarrollo para producir los hidrocarburos del yacimiento. Muchos pozos serán producidos para producir petróleo para lo que será necesarion construir carreteras y facilidades de producción. En el caso de los pozos de desarrollo el perfil del pozo será muy importante ya que de esto dependerá la accesibilidad al reservorio.

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Perfil del Pozo El perfil del pozo es el perfil del pozo para llegar hasta el reservorio. Este diseñp dependerá de la forma del reservorio, la accesibilidad, presupuesto de la compañía, tecnología disponible y regulaciones ambientales. En algunos casos, las regulaciones ambientales pueden demandar perforar pozos con perfiles determinados; sin embargo, la estructura del reservorio puede ser muy compleja para ese perfi por lo cual no se podrían cumplir con estas exigencias ambientales.

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Tipos de Perfiles de Pozos Los principales tipos de perfiles son: verticales, direccionales, horizontales and multilaterale.

Pozos Verticales Estos pozos son baratos y fáciles de perforar y estos no necesitan una tecnología avanzada. Usualmente, los pozos exploratorios tienen un perfil vertical. Sin embargo, los pozos de desarrollo no pueden ser desarrollados como pozos verticales ya que estos no son la mejor alternativa para protteger el medio ambiente. Es necesario limpiar bastas areas para perforar estos pozos verticales. Al mismo tiempo, cada sitio de estos pozos necesita una vía de acceso. Finalmente, estos pozos verticales no producen grandes cantidades de hidrocarburos ya que su área de dreanje es muy pequeña. Hoy en día, es muy importante que los pozos puedan producir grandes volumenes de hidrocarburos debido a la elevada demanda de los mismos en el mercado internacional.

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Pozos Direccionales Estos no son muy costosos y difíciles de perforar. No son tan costosos debido a que usan tecnología estándard. Estos pozos son usados para alcanzar reservorios en lugares inaccesibles. Estos pozos pueden producir volúmenes más grandes de petróleo que los verticales. Además, estos pozos son usados para perforar reservorios con complejas formas. Este perfil de pozo puede ser una alternativa para disminuir la degradación ambiental debido a que estos pueden alcanzar reservorios que se encuentran en ecosistemas frágiles sin instalar el equipo dentro de estos lugares. Finalmente, los pozos direccionales son parte de la perforación en racimo la cual ha sido implementada para minimizar la degradación ambiental.

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Pozos Horizontales Los pozos horizontales están llegando a ser más comunes cada día ya que estos tienen ventajas económicas y ambientales. Estos son costosos porque se debe utilizar tecnología avanzada para la perforación de dichos pozos. Sin embargo, el área de drenage de estos pozos es mucho más grande que el área de drenage de los pozos verticales o direccionales. De esta manera, estos pozos producen grandes volúmenes de hidrocarburos. Así, estos pozos generarán altas ganancias económicas en un corto plazo lo cual permite que sean pagados fácilmente. Por otro lado, el perfil de estos pozos es una de las mejores alternativas para proteger el medio ambiente especialmente en áreas frágiles y sensibles. Un horizontal puede reemplazar algunos pozos verticales y direccionales. Finalmente, los pozos horizontales son parte de la perforación en racimo la cual minimiza la degradación ambiental en ecosistemas sensibles especialmente.

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Tecnología Horizontal La tecnología horizontal esta basada en la sección horizontal del pozo. Cada año existen pozos con secciones horizontales más largas. Esto ayuda a que se perforen menos pozos verticales y direccionales. Además, los pozos horizontales más largos podrían evitar invadir ecosistemas sensibles. Sin embargo, la perforación de pozos horizontales significa usar equipos más grandes y costosos lo cual incrementa el costo de la perforación. Adicionalmente, existen otras consideraciones que se toman en cuenta tales como la geología y la litología del reservorio. Por ejemplo, los pozos con una sección horizontal bien larga son difíciles de maniobrar y peroforar en presencia de arenas poco consolidadas. Eneste caso, es necesario usar fluidos de perforación muy costosos para evitar problemas en el proceso de perforación. Por lo tanto, la decisión final de perforar un pozo horizontal dependerá de la producción diaria ya que solo pozos con una alta producción de hidrocarburos pueden amortizar estas operaciones en un corto tiempo.

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Pozos Multilaterales Estos pozos consisten en un pozo piloto del cual salen ramales o secciones horizontales. Estos pozos son muy costosos y necesitan avanzada tecnología. En muchos de los casos, los pozos multilaterales son perforados para específicos tipos de reservorios. Estos pozos pueden ser una de las mejores alternativas para proteger el medio ambiente de las operaciones de perforación. Estos pozos pueden reemplazar muchos pozos direccionales y verticales.

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Pozos Multilaterales Estas figuras indican el perfil de los pozos multilaterales. Existen muchas configuaraciones las cuales estan relacionadas a la forma de la estructura del reservorio.

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Sistema de Perforación en Racimo Este arreglo de pozo trata de agrupar tantos pozos como sea posible en una determinada área. De esta manera, no será necesario limpiar más áreas para construir las plataformas de perforación solo para un pozo. Hoy en día, muchas compañías estan aplicando este sistema en areas donde existen frágiles y sensibles ecosistemas. Por ejemplo, la mayoría de la compañías multinacionales en Ecuador han implementado este sistema en la selva Amazónica para perforar sus pozos. Al mismo tiempo, este sistema puede ser desarrollado solo perforando pozos direccionales u horizontales.

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Diagrama Básico de las Operaciones de Perforación Este diagrama indica el proceso básico de perforación. 1. La broca corta la formación. La perforación de la formación genera cortes de perforación los cuales tienen que ser sacados del hueco. 2. Para sacar estos cortes de perforación es necesario inyectar fluidos a través de la sarta de perforación. Este fluido es llamdo lodo de perforación. 3. El lodo de perforación empuja los cortes a la superficie. 4. Una vez que esta mezcla de cortes y lodo alcanzan la superficie esta mezcla debe ser separada en lodo y cortes de perforación nuevmanete. El lodo de perforación trabajoen un sistema cerrado ya que este es muy tóxico y puede contaminar el medio ambiente. De esta manera, el lodo de perforación debe ser usado tantas veces como sea posible en el mismo pozo. Esto previene el tratamiento y descarga de este fluido tóxico al medio ambiente en forma muy seguida. 5. La mezcla de lodo y cortes es procesada dentro de un sistema mecánico el cual esta basado en vibraciones y mallas. Este sistema separa los cortes del lodo de perforación. El lodo va hacia los tankes de tratamiento donde los parámetros son reestablecidos y controlados para ser usado nuevamente. Por otro lado, los cortes son dispuestos en una piscina donde deben ser lavados y deben estar listos para ser enterrados en una locación específica. 6. Los cortes de perforación tienen que ser deshidratados previo a ser enterrados y estos deben ir en una piscina la cual este recubierta con membranas plásticas llamadas “liner”.

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Cortes Los cortes son pequeños pedazos de roca que son generados debido a la acción de perforación del pozo. La composición de estos cortes de perforación variará dependiendo el tipo de formación. Grandes volúmenes de cortes son generados en las operaciones de perforación.

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Dispocisión de los Cortes de Perforación en la Piscina Una vez que los cortes de perforación son sacados del lodo y estan limpios estos deben ser puestos en una piscina. Las piscinas para ripios de perforación tienen que tener un liner. Estas membranas previenen filtraciones de los cortes de perforación a través de la base de la piscina. Estas filtraciones pueden contaminar el suelo y los recursos hídricos. Después de que los cortes son depositados en la piscina estos son enterrados con tierra fértil. Es importante mencionar que los ripios serán enterrados en piscinas cubiertas o no cubiertas dependiendo de las regulaciones ambientales de cada país.

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Lodo de Perforación Es una mezcla de fluídos y solidos usada en la perforación de pozos. El lodo saca los cortes de perforación a la superficie. Existen muchos tipos de lodos de perforación. Sim embargo; existe una clasificación general de estos fluídos. Hay lodos base agua y no base agua.

Lodos Base Agua Estos fluidos son compatibles con el medio ambiente ya que estos tienen componentes biodegradables los cuales no causan graves impactos ambientales. La fase líquida de estos fluidos es agua. Estos fluidos pueden ser usados muchas veces en diferentes pozos. El uso de estos lodos dependerá de a litología del reservorio y de la profundidad del hueco.

Lodos No Base Agua Este tipo de lodos contaminan el medio ambiente ya que su fase líquida contiene hidrocarburos tales como diesel y petróleo. Estos hidrocarburos hacen esta mezcla muy tóxica y volatil. Es muy difícil tratar estos fluídos después de ser usados en las operaciones de perforación. Los cortes de perforación se contaminan con estos hidrocarburos por lo que hay que tomar ciertas medidas para diponer estos ripios en las piscinas. Estos fluidos son usados cuando la formación es muy pegajosa tal como lutita o como arcilla las cuales no permiten tener una perforación adecuada del hoyo. Además, estos fluídos son usados en seccions de hoyo bien pequeñas ya que es aquí donde la sarta de perforación se queda pegada. En algunos lugares donde existen regulaciones ambientales estrictas el uso de estos lodos deber ser monitoriado por un representante del área ambiental.

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Descarga de los Fluídos de Perforación La descarga de estos fluídos al medio ambiente es un asunto muy sensible. Estas descargas dependerán de las regulaciones ambientales de cada país. Los lodos de perforación tienen dos componentes: componentes sólidos y componentes líquidos. Estos componentes son separados añadiendo químicos. Una vez que los componentes están separados cada uno de estos componentes son tratados de una forma distinta. Los componentes sólidos son tratados con carbonato de calcio para balancear su PH. Al mismo tiempo, el carbonato de calcio seca los sólidos para ser dispuestos en la piscina posteriormente. Para disminuir el riesgo de toxicidad de estos cortes estos seran mezclados con suelo nativo. Usualmente, la mezcla es dos partes de suelo nativo por una parte de cortes o tres partes de suelo nativo por uan parte de cortes. Finalmente, los sólidos secos son enterrados es piscinas cubiertas o no cubiertas con liner.

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Descarga de Lodo de Perforación Los componentes de los fluídos son tratados con ácido hidroclórico hasta alcanzar los parámetros exigidos por la regulación ambiental. Una vez que los fluidos lacanzan estos parámetros estos fluidos son descargados al medio ambiente on re’inyectados en pozos para desechos.

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Descarga del Lodo de Perforación La descarga de los parámetros y límites máximos dependerá de la regulación ambiental de cada país. La tabla en la parte superior indica los valores y los parámetros de las descargas que demanda el Ministerio del Ambiente del Perú. Las compañías petroleras pueden descargar cualquier fluido el cual cumpla con dichas especificaciones. Por otro lado, estos fluidos pueden ser re-inyectados en la formación simpre y cuando no contaminen las fuentes de agua dulce. Sin embargo, el costo de re-inyección podría ser muy alto para las compañías petroleras por lo que estas decidirán descargar estos fluidos al medio ambiente. Es importante mencionar que el uso de estos parámetros y límites es un asunto muy controversial. Estos parámetros podrían ser altamente peligrosos para los ecosistemas sensibles. Por ejemplo, la concentración de metales pesados y grasas no tendrán el mismo efecto en aquellos ríos de caudales grandes que en aquellos ríos de caudales pequeños. Adicionalmente, la temperatura de descarga podría afectar a muchas de las especies que habitan estos ríos ya que muchas de estas especies son muy sensibles a los pequeños cambios de temperatura en el agua.

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Perforación Costa Afuera Estas operaciones son muy similares a las en tierra firme. Todas estas operaciones estan localizadas en una sola plataforma. Estas plataformas tienen los estándares de seguridad más altos tanto de seguridad para el personal como para el medio ambiente. La operaciones costa afuera son muy costosas y estas aplican la tecnología más avanzada en la industria petrolera. La tecnología desarrollada para estas plataformas esta basada para operar en condiciones climatica muy severas y grandes profundidades como por ejmeplo en el Mar del Norte y en las Costas de Brasil. De esta manera, existe una amplia clasificación de las plataformas para perforar costa afuera.

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Plataformas Costa Afuera Fotografías generales de algunas plataformas de perforación costa afuera.

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Operaciones de Perforación Costa Afuera La demanda de hidrocarburos a nivel mundial esta incrementando cada día. Esto ha incentivado la exploración de nuevas reservas en los océanos para encontrar nuevos reservorios. México, Brasil, y Noruega son buenos ejemplos de la explotación de grandes reservorios de hidrocarburos en el mar.

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Environmental Risks for Drilling Operations In order to drill wells is necessary to built access roads, camps, heliports and well pads which will cause and aggressive deforestation. Fresh water sources and land sources can be polluted because drilling mud and chemicals are used in this operation. Fresh water from rivers and ponds is used for developing drilling activities. This is a very sensitive issue because there have been many fresh water sources which has been affected because of these operations. For instance, many ponds have been dried in the Amazon jungle because drilling operations has taken their water. The drilling operations are activities which are present in most of time in the hydrocarbon projects. Oil companies have to explore and find more reserves every determined time because they have to fulfill a production quota imposed by the governments. This way, those companies need to built new drilling platforms, camps and facilities.

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Riesgos Ambientales en las Operaciones de Perforación Esta tabla indica como las compañías petroleras estan perforando continuamente para mantener su producción estable. Esto es un serio problema ambiental ya que una gran cantidad de pozos serán perforados en el futuro lo que implica limpiar nuevas áreas para peforar. Por ejemplo esta tabla indica como la compañía Repsol-YPF en Ecuador ha incrementado el número de pozos para mantener su producción.

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Riesgos Ambientales (Costa Afuera) Estas actividades causan altos niveles de ruido el cual puede afectar a ciertos mamíferos marinos ya que estos son sensibles al ruido. Las área de pesca artesanal también se ven afectadas debido al incremento de las temperaturas del agua alrededor de las plataformas de perforación y oleoductos. Pequeñas variaciones de temperatura en el agua pueden afectar a ciertas especies marinas. Además, han sido vistas ciertas colisiones entre grandes mamíferos y embarcaciones. Finalmente, los derrames en costa afuera pueden afectar enormes áreas de los ecosistemas marinos.

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Riegos Sociales debido a las Operaciones de Perforación Existe prescencia de fuerza laboral. Estas operaciones requieren cientos de trabajadores para estas operaciones. En muchos de los casos, las personas quienes estan involucradas en estas operaciones deciden quedarse en estas áreas para siempre lo cual crea colonización e invasión de las áreas naturales. Además, existen desplazamientos de personas debido a la construcción de estas plataformas. Muchos grupos de personas han sido afectadas con estos problemas. En otros casos, los descubrimientos de los reservorios se lleva a cabo en áreas donde habitan pequeñas comunidades indígenas las cuales tienen que abandonar sus tierras debido a estas operaciones. Por otro lado, la degradación de los recursos hídricos no solo representa un daño ambiental sino que también llega a ser un problema social. Antes de las operaciones de perforación la gente local tenía suficients recursos hídricos para cubrir sus necesidades básicas; sin embargo, luego de estas actividades todos estos recursos estan contaminados. De esta manera, la gente local no tiene acceso a estos recursos nunca más. De esta manera estas personas tienen que comprar agua limpia lo cual es un costo extra para su economía. Como fue mencionado anteriormente, las operaciones de perforación involucran un fuerza laboral considerable, de esta manera las compañías petroleras emplean a las personas del área de influiencia para bajar sus costos de operación. Esta situación hace que las comunidades locales dependan de estas actividades. Esta dependencia llegar a ser un serio problema ya que en el caso de las comunidades indígenas estan ponen a un lado sus costumbres, cultura y estilos de vida tradicionales para trabajar en estas compañías. Una vez que las operaciones terminan, estas comunidades en la mayoría de los casos no pueden volver a recobrar su estilo de vida tradicional. De esta manera estas personas tienen que migrar a las grandes ciudades. Finalmente, las operaciones de perforación costa afuera afectan la pezca artesanal debido al incremento del tráfico marino. Estas operaciones necesitan que muchas personas sean transportadas diariamente asi como maquinaria desde la costa hacia las plataformas y viceversa. Este tráfico causa ruido y movimiento inusual de el agua por lo que muchas especies marinas evitan permanecer en esta area. De esta manera, las personas de las localidades cercanas a estas operaciones tienen menos recursos marinos para satisfacer sus necesidades alimenticias.

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Producción La fase de producción is la fase por medio de la cual el crudo del reservorio es tratado en superficie para ser separado del gas y agua de formación. La etapa de producción comienza en la cabeza del pozo (parte del pozo en superficie). Cualquier procedimiento desde el pozo la cabeza del pozo hasta el almacenaje final del petróleo es parte de la etapa de producción. Las operaciones de producción agrupan complejos procesos para separar los tres fluidos que fluyen del los reservorios. Los diseños de las facilidades de producción dependerán del grado API y del contenido del agua de formación.

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Procesos de Producción Este es un diagrama el cual explica las etapas de producción las cuales son dos: La primera, los pozos petroleros. Existe una etapa llamada “completación” por medio de la cual el pozo es preparado para la producción. Los pozos necesitan ser conectados a los oleoductos para transportar el petróleo a las facilidades de producción. Es importante entender que una vez que el pozo es perforado este comienza a producir el crudo inmediatamente. Sin embargo, en muchos de los casos el crudo no puedo alcanzar la superficie debido a que la presión del reservorio no es suficientemente fuerte como para empujar los fluídos fuera del mismo. Segundo, las facilidades de producción son el lugar donde el crudo es procesado para separarlo del gas y le agua de formación. Estas facilidades estan formadas por tanques, tuberías, oleoductos, tanques de lavado, separadores de petróelo, agua y gas, y torres de gas. Los procesos en las facilidades de producción son más complejos cuando el petróleo es más pesado y tiene bastante agua de formación. El agua de formación causa corrosión, por lo que los oleoductos y tanques deben estar protegidos contra este problema.

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Facilidades de Producción Las facilidades de producción estan diseñadas para separar el crudo del gas y agua de formación. Luego de este proceso el petróleo es almacenado en grandes tanques en los cuales el petróleo esta listo para ser comercializado. El agua de formación esta lista para ser reinyectada en estas etapas, y el gas es quemado aquí.

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Cabezal del Pozo Esta figura indica cuando el pozo esta en producción. Una vez que el reservorio es alcanzado el petróleo comienza a producir los fluidos. El pozo tiene que ser probado lo que significa que es necesario saber la presión del reservorio. La presión del reservorio determinará si es necesario o no instalar un mecanismo para levantar el petróleo desde el reservorio hasta la superficie. Una vez que el pozo esta listo para entrar en producción el cabezal tiene que ser instalado. Esta herrmienta esta en el tope del pozo y es por aquí que el flujo del pozo puede ser controllado y en caso de emergencia el pozo puede ser cerrado.

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Los Mecanismos de Recuperación del Petróleo Después de que el reservorio del petróleo o gas es alcanzado en muchos de los casos el petróleo puede llegar a superficie. Sin embargo, reservorios con una pobre presión son más comunes hoy en día. Además, la presión natural del reservorio se depleta muy rápidamente. De esta manera, es muy necesario installar cualquier tipo de mecanismo para empujar el petróleo hacia la superficie. Es importante mencionar que la presión del reservorio podría tener variaciones de acuerdo a la densidad y porcentage del gas en la formación. Esto significa que los reservorios de petróleo pesado no tienen suficiente presión de reservorio para empujar este petróleo. Finalmente, existen tres tipos de mecanismos de recuperación: primario, secundario y terciario.

Recuperación Primaria La recuperación primaria se refiere a aquellos reservorios que pueden producir petróleo con su propia presión natural. Con el mecanismo de recuperación primaria, el gas y el agua de formación empujan el petróleo a la superficie. Sin embargo, esta presión no puede ser mantenida todo el tiempo por lo que la presión del reservorio declina rápidamente. De esta manera será necesario instalar un mecanismo externo para empujar el petróleo hacia la superficie. Estos mecanismos externos pueden ser bombeo mecanico o eléctrico, o sistemas de levantamiento por medio de gas.

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Recuperación Primaria La unidad de bombeo de balancín es uno de los sistemas más populares a lo que se refiere recuperación primaria. Este mecanismo consta de una bomba la cual trabaja con una unidad mecánica. Este sistema bombea el petróleo hacia la superficie cuando el reservorio a perdido la presión natural. Este mecanismo es usado más para el bombeo de crudos livianos. Muchos de los reservorios a nivel mundial usan este sistema para recuperar los hidrocarburos. Sin embargo, los reservorios que contienen crudo pesado necesitan bombas eléctricas. Estas bombas eléctricas son muy costosas y su mecanismo es muy frágil.

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Recuperación Secundaria Este tipo de recuperación trata de producir el petróleo remanente de la fase de recuperación primaria. El principal propósito de esta recuperación secundaria es incrementar la presión natural del reservorio usando un mecanismo externo. Dentro de los mecanismos más comunes estan la inyección de gas o agua de formación. Sin embargo, existen otros mecanismos más complejos y más caros para recuperar el petróleo.

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Inyección de Gas y Agua Este mecanismo podría ser uno de los más populares sistemas para recuperar el petróleo del reservorio una vez que la presión del reservorio se ha depletado completamente. Gas o “agua pura” tiene que ser reinyectada en la formación. El propósito de esta reinyección de fluido es empujar el petróleo a la superficie. El gas o agua van a incrementar la presión del reservorio. La gráfica indica que un pozo de inyección de agua ha sido perforado. Los fluidos como gas o agua son inyectados en este pozo. Estos fluídos van a empujar los hidrocarburos y crear un tipo de presión natural nuevamente. Finalmente, el pozo productor de petróelo tiene que usar un mecanismo primario para bombear este petróleo a la superficie.

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Recuperación Terciaria La recuperación terciaria es llamada“Recuperación de Petróleo Mejorada” – RPM-. El propósito de esta fase es tratar de recuperar el petróleo remanente de la fase secundaria. Estos mecanismos aplicados en reservorios muy maduros los cuales estan en su etapa final. La recuperación terciaria dependerá de la tecnología disponible. El más común de los mecanismos usado en la recuperación de petróleo mejorada son: dióxido de carbono y otros gases de inyección, estimulación del reservorio por medio de calor y utilización de bacterias. Nueva tecnología esta por aparecer en un futuro cercano. La disponibilidad de esta tecnología dependerá de los precios del petróleo y de la demanda mundial..

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Dióxido de Carbono y otros Gases de Inyección Este método de recuperación terciaria es uno de los más populares sistemas. CO2 es reinyectasdo a través del pozo de inyección. De esta manera, el gas estará en contacto con los fluidos del reservorio. El CO2 reduce la viscosidad del petróleo atrapado lo cual hace que este pueda fluir con mayor facilidad.

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Estimulación del Reservorio por Calentamiento Esta tecnología es más usada para los hidrocarburos pesados e hidrocarburos que estan atrapados en la roca del reservorio. Vapor es inyectado a través del pozo para que este tenga contacto con los fluidos del pozo. Las altas temperaturas de este vapor disolverán los hidrocarburos pesados. De esta manera, la densidasd API se incrementará y la producción de estos hidrocarburos será más fácil. Esta técnica es un tipo de combustión interna.

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Recuperación de Petróleo Mejorada por medio de Bacterias Este método hace que las bacterias las cuales son inyectadas en el reservorio disminuyan la viscosidad del petróleo. Esta reducción de la viscosidad del petróleo es debido a que estas bacterias producen dióxido de carbono en el reservorio. La reducción de la viscosidad significa un mejoramiento de la gravedad API. De esta manera, la producción del reservorio va ha incrementarse en un gran porcentaje.

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Facilidades de Producción Estas figuras son una vista general de las facilidades de producción. Aquí se puede ver que estas facilidades de producción tienen bastantes contenedores, tanques, tuberías y torres de gas.

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Facilidades de Producción Esta imagen indica la magnitud del desbroce de áreas para construir las facilidades de producción. Miles de metros cuadrados se deben limpiar para contruir estas facilidades. Es imposible en la mayoría de los casos reducir esta área para la construcción ya que muchos procesos necesitan tanques y compartimientos. El tamaño de las facilidades de producción dependerá del volúmen de producción, tipo de petróleo (liviano y pesado) y del volumen del agua de formación.

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Quema de Gas La calidad del gas que se obtiene en la facilidades de producción tiene una calidad muy baja. Este gas no tiene suficiente poder calorífico o poder de combustión. De esta manera, este gas es quemado en las facilidades de producción. Además, no existe mucha presencia de gas en los reservorios de petróleo. Al mismo tiempo, el volumen de gas para reservorios de crudo pesado es más bajo que el volumen encontrado en los reservorios de crudos livianos. En algunos países este gas no puede ser quemado debido a las regulaciones ambientales por lo que este gas debe ser reinyectado. Esto significa que este gas podría ser usado como un mecanismo de recuperación secundaria.

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Environmental Risks There are some environmental problems related to the production stage. One of the main problems is that vast areas of forests have to be deforested for building production facilities. Once the facilities are operating appear another problems such as rupture of tanks, vessels and pipes which creates oil/formation water spills. In addition, fresh water sources and land can be polluted because production operations. There are many toxic fluids that productions facilities create. It is important to mention that those plants or facilities after a rainstorm or rainfall generates polluted water which can goes trough the soil polluting fresh water sources in some cases. Furthermore, the constant burning of gas is creating toxic emission to the environment. Those emission become more dangerous when the production facilities are located into fragile and sensitive ecosystems. Finally, offshore production activities can affect marine ecosystems due to presence of noise and oil spills.

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Social Risks The social risks present in this stage are similar to those problems present in other stages. There is a presence of work force. Those operations require hundreds of workers in order to operate the production facilities. In some cases, people who are involved in these activities decide to stay in these areas forever which creates colonization and invasion of those areas. The most sensitive case is when people can have access to lands in fragile ecosystems. Displacement of people of people for building huge production facilities is another problem. Many groups of people have been affected by this problem. In many cases, the production facilities have to be built in places where there are human settlements because those areas are very close to the production fields. This way, communities have to leave their land due to this operations. On the other hand, degradation of fresh water sources are not only an environmental problems this degradation becomes a social problem, too. Before the production activities, people have free access to fresh water sources in order to cover their basic necessities; however, rivers and ponds are polluted after these operations. This way, local people do not have access to those sources anymore which implies buying fresh water. This is an extra cost for their economy. Furthermore, production operations involved a large labor force, so oil companies hires local people in order to minimize their costs of operation. This situation makes indigenous communities depend on the oil activities. This dependency becomes a serious problem because indigenous communities put aside their culture and traditional life style in order to work with those companies.

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Post-Production This is the stage by which oil is ready for being commercialized and refined. This oil crude is completely “clean”. This means this hydrocarbon does have formation water. In some cases, there is still a very low percentage of water ( < 1%). This water is decanted on the tank’s bottom. Those thanks have valves by which this water can be evacuated.

Commercialization Commercialization is a stage where oil is transported from the storage tanks to the tankers or other distribution facilities. The oil is priced by the benchmark crude oil in this stage.

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Refined Oil refining is the industrial process by which oil is turned into an array of derivates. At the beginning, the oil refineries where use for getting gasoline, diesel and bunker. However, the world depends on oil derivates today, so the refineries are producing limitless types of derivates. In addition, advantage technology and processed make that refineries can transform heavy oil in very valuable products. It is important to know that light oil will need a single heating process in order to get many derivates. This is why this kind of crude is expensive in the oil market. Finally, as it was mentioned before, content of sulfur into the oil is very important because sulfur cause corrosion and refinery facilities will suffer many damage with this kind of oil (sour oil).

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This picture shows the different kinds of oil primary derivates that can get from the oil refining. These array of products are classified from light derivates such as gasoline, aircraft fuel and liquefied petroleum gas to heavy derivates like bunker, greases, lubricants and asphalts.

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Oil Refined Process Oil derivates are taken out from crude oil by distillation. Distillation is the process by which oil is heat. The oil goes trough a furnace in which the oil reaches a high temperature. After that, the oil goes to the tower of distillation. In this tower, the derivates has to reach a certain temperature in order to be separated. The lightest derivates are coming from a single evaporation. Those derivates are as vapor which will be cooled later in order to get liquid derivates. The most heavy derivates will be into the bottom of the tower and they will be separated applying higher temperatures. However, there are new processes by which lighter derivates can be gotten from heavier oil. The most common process is called catalytic process. In this process, the heavy oil molecules are broken in smaller chains. This way, it is possible to have more light derivates from heavy oils.

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Environmental Risks The most common environmental risks related to the Post-Production are air pollution and water pollution.

Air Pollution There are a lot of evaporation of volatile hydrocarbons from crude oil to the air. Refineries are working 24/7, so those facilities are polluting the air constantly. The most common gases release to the environment trough these operations are SOx which is content into the oil and it is released when the oil is heated, and NOx which is released due to the heating process. In addition, considerable quantities of particulates from process heat are released into the air. Moreover, refineries release H2S from sulfur recover operations. In most of the cases, about 75% of total emissions by weight is released to air.

Water Pollution The refining processes produce big quantities of wastewater from desalting, distillation, and cracking operations. About 24% of total wastewater emissions is released to the environment. In addition, many of the processes in the refineries apply cooling processes. This way large quantities of water are used for those cooling processes. In many cases, the water use in those processes are taken from fresh water sources.

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Transportation The transportation stage represents the backbone of the oil industry. Transportation is the link for the production and commercialization stages. Transportation systems embraces an array of pipelines, tankers and trucks. At the same time, transportation is the stage where most of the oil spills are present. This way, high standards have been applied in this process.

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Transportation This diagram shows a classification of the means of transportation in the hydrocarbon industry. The main classification embraces pipelines, tankers, and trucks. There are some kinds of pipelines which are classified according their use. The main pipelines are those huge pipes which transport high volumes of oil and gas from the main production facilities to the commercialization ports or zones. On the other hand, there are small systems of pipelines which transport the hydrocarbons from the oil wells stations to secondary and primary production facilities. It is important to mention that there are some systems of formation water pipelines. Those systems connect the production facilities to the water disposal wells stations. This way, the formation water taken out from the oil in the production facilities is transported trough these pipelines and re-injected into the formations again.

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Maine Pipelines The main pipelines transport oil/gas to the main ports or stations. Those pipelines have a large diameter and they get across long distances. The main pipelines have to cross mountains, rivers, lakes and an intricate topography. This way, the route design for a main pipeline has to consider many important factors. Those factors are the geology of the area and kind of fluid being those one of the most important. Laying of those pipelines are very expensive and complex. Today, the environmental regulations demand to make many important considerations in order to built pipelines. For instance, pipelines in fragile and sensitive ecosystems have to get across these areas under the surface and rivers. In addition, advanced technology have to be applied for monitoring those pipes in order to halt just on time any oil spill.

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Secondary Pipelines The secondary pipelines are systems that are connected to the main pipelines and production facilities. Those systems of pipelines transport oil, gas and water. Those pipelines have small diameter and they do not get across large distances. According to some environmental regulations, those secondary pipelines have to get across fragile and sensitive areas under the surface.

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Protection of Pipelines Pipeline systems can be a threat for the environment. Those pipes can be broken suddenly and oil or formation water spills can cause huge environmental disasters. This way, the hydrocarbon industry has developed methods and materials in order to prevent these pipelines ruptures. The main factor that causes most of ruptures and failures of these pipelines systems is the corrosion. Therefore, there are some methods for protecting the pipelines against corrosion. Those methods are: Cathodic Protection Internal treatments with chemicals External surface covering with liner External surface covering with special paints Use of “pigs” Good practices of welding

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Cathodic Protection This method applies electric current to the surface pipeline in order to avoid corrosion. Nodes are installed on the pipeline every certain distance. Those nodes transmit a very low electric current constantly. This was, corrosion due to the interaction between the iron and oxygen is avoided. Most of the main pipelines have this system in order to protect their outer surface. Cathodic protection has to be monitoring constantly because sometimes the nodes are not working. Pipelines can use some protections at the same time.

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Internal treatments with chemicals Some chemicals can be added to oil/formation water for protecting the internal surface of pipelines. Those chemicals work like anti-corrosives and biocides. Anti-corrosives create a greasy film on the internal surface; thus corrosion can be avoided. Biocides avoid formation of bacteria into the pipe. Bacteria generates sulfur which is very corrosive. Those chemicals are injected into the pipelines constantly. At the same time, some tests are performed in order to verify in those products are working or not. The dose of these chemicals can be modified many times according to the presence of bacterias.

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External Surface Covering with Liner External corrosion on pipelines is a tough problem for them. Cathodic protection can prevent for a while external corrosion; however, it is necessary to use additional methods in order to prevent pipelines ruptures. Covering pipelines with liner is a good option because with this protection method pipelines are wrapped with liner –plastic membranes or layers- which can protect the pipeline against an aggressive corrosion. There are many types of materials which have been created in order to protect those pipes. Those material or liners have to resist high temperatures and high levels of humidity.

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External Surface Covering with Special Paints In many cases before covering the pipelines with liner, pipelines are painted with special paints which can avoid corrosion. In other cases, pipelines are only painted with those paints and they are not covered with liner. Those special paints can avoid corrosion for a short time. Those are not too effective as liner. On the other hand, this method consists in apply three layers of paint. The first layer is the most important paint because these has especial chemicals which are going to prevent the corrosion. The second layer is a protection for the primary paint; and finally the third layer is a paint which shapes a kind of plastic layer. This way, this final layer will protect the pipeline from the weather because water, dust and sun can not reach the primary layer in some years,

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“Pigs” A pig is a tool that is sent down a pipeline and propelled by the pressure of the fluids. Pigs clean the internal surface of pipelines. There are many kinds of pigs in the market. Most of the pigs are rubber body and they have many brushes around them. Those brushes remove the oxide and solid deposits, so the internal surface will be clean and ready for applying biocide and anticorrosion fluids which can adhere better to the internal surface.

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Good Practices of Welding Welding is a technique by which pipes are bonded for shaping a pipeline. The welding practices can help preventing ruptures of pipelines in a near future. Many pipelines have presented failure because the welding practices were poor and they were not monitored. People who weld pipelines have to have a broad knowledge and international certifications.

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Welding Considerations As it was mentioned before, the welding practices are very important in order to avoid pipelines present failures and ruptures by which the environment can be degraded. Low quality welding can cause corrosion and pipelines ruptures. In order to prevent this low quality of welding there are some procedures which can apply. Welding has to be inspected carefully applying some techniques such as penetrating inks and X-rays analysis. Penetrating inks are some inks which have to be apply over the welding. Before those inks are apply, the inks are going to disclosure cracks and imperfections. This way, the welding has to be remove and a new welding has to be made in order to guarantee the quality of this procedure. Finally, X-rays analysis have to be done, so welders will be able to see any tiny imperfection within the welding.

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Tankers Tankers are the main means of transport for exporting oil crude and derivates. Those tankers are designed taking into account high safety standards. However, those vessels are a threat for the environment because any accident from those tankers can spill millions of gallons on the see.

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Trucks Trucks are small units which can transport oil/gas and derivates. Those units are used for local deliveries because they have a small capacity. In addition, trucks are use most in the cases for transporting derivates such as gasolina, gas, diesel and so on.

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Environmental Risks There are some environmental risks related to the transportation activities. Pipeline ruptures are common due to lack of maintenance. Corrosion can destroy those pipe very fast. This is way the preventive maintenance of pipeline is very important. High temperatures of pipelines can affect sensitive and fragile ecosystems. Many animals are very sensitive to these temperature changes. Earthquakes and other geological phenomena can destroy pipelines easily. It is not easy building pipelines in areas free of geological phenomena which affect those pipes. For this reason, it is important to do a well detail study of the local geology. Oil spills from pipelines are not easy to control. The magnitude of those spills will depend on the pipeline size and the quality of spill control system that the company has implemented. However, in most of the cases millions of oil barrels are spilt because of pipelines ruptures. Finally, tankers are one of the biggest threats for ocean ecosystems because one spill coming from those vessels can destroy and pollute wide areas.

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Social Risks People who are living in the pipeline path have to be move to other places. Explosion of pipelines are a threat for people. Moreover, landscape of areas where pipeline is crossing is affected. This is an acute problem for tourist places because landscape is very important in order to performance this business. Finally, people in the local area have problems of water, so they have to pay for drinking water. Land pollution because of oil spills is common and people do not have arable land anymore.

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Introduccion a la Ingenieria de Petroleos

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