“UNIVERSIDAD AUTÓNOM A
GABRIEL RENE MORENO”
“FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y
TECNOLOGÍA”
CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA
MANEJO Y DISPOSICION DE LOS RECORTES DE PERFORACION
Presentado por: Christian Fernández Gonzales
Informe Final de Examen de Grado Presentado para optar al Título Académico de LICENCIADO EN INGENIERIA PETROLERA Santa Cruz, julio del 2016
DEDICATORIA
Dedicar este trabajo a mi familia, quienes me han apoyado incondicionalmente en todo momento, momento, me siento bendecido por Dios al haberme dado a estas personas tan especiales en mi vida. Haber llegado hasta este punto no hubiera sido posible sin mi familia a mi lado.
DEDICATORIA
Dedicar este trabajo a mi familia, quienes me han apoyado incondicionalmente en todo momento, momento, me siento bendecido por Dios al haberme dado a estas personas tan especiales en mi vida. Haber llegado hasta este punto no hubiera sido posible sin mi familia a mi lado.
AGRADECIMIENTOS
La culminación del presente trabajo ha sido un reto desafiante por el tiempo que duró la elaboración del mismo. Sin la colaboración, paciencia y consejos de las siguientes personas, realizar este trabajo no habría sido posible. Por lo tanto me gustaría expresar mi profunda gratitud a: La empresa SESIGA BUHOS SA., en especial al Ing. José Vaca Justiniano y la Lic. Yeter Ruiz, por su gran predisposición y apoyo en todo momento. La compañía YPFB PETROANDINA SAM., mediante el Ing. Franz Heredia, quien me dio las directrices generales para elaborar este trabajo. Al Ing. Jean Franco Jiménez, sin su colaboración este trabajo no hubiera sido posible. A un gran amigo, Jorge Ortuño, quien me transmitió sus experiencias de campo. A Sergio Arce, por su valioso aporte para la culminación de este documento.
RESUMEN
Los recortes de perforación son considerados residuos peligrosos de acuerdo a la Norma Boliviana NB 758:2005 Residuos sólidos – Características, listados y definición de residuos peligrosos. Es necesario resaltar que en Bolivia no se cuenta con una
reglamentación específica para la gestión de estos residuos, sin embargo el presente trabajo podrá servir de lineamiento para futuras reglamentaciones. En este documento se describe las prácticas comunes efectuadas por las compañías petroleras en el mundo en el manejo de los recortes de perforación, desde su generación, separación, recolección, transporte, tratamiento y disposición final. También se presentará la jerarquía del manejo de los recortes de perforación que se debe considerar para realizar una gestión de estos residuos amigable con el medio ambiente. De igual manera se realizará una descripción del manejo de los recortes en dos pozos perforados en Bolivia, en uno de ellos se usó lodo base agua, y en el otro, lodo base aceite; con el propósito de verificar las diferencias entre ambos procesos de manejo de los
recortes
de
perforación
generados
en
estos
pozos.
INDICES Tabla de contenido ANTECEDENTES................................................................................................................ 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................................. 1 OBJETIVOS ........................................................................................................................2 Objetivo general ........................................................................................................... 2 Objetivos específicos....................................................................................................2 JUSTIFICACION.................................................................................................................. 2 ALCANCE ............................................................................................................................ 3 Alcance espacial........................................................................................................... 3 Alcance temporal .......................................................................................................... 3 FUENTES DE INFORMACION............................................................................................ 3 CAPÍTULO 1 MANEJO Y DISPOSICION DE LOS RECORTES DE PERFORACION ........ 4 1
DEFINICIONES ............................................................................................................. 4 1.1 Perforación de pozos .............................................................................................. 4 1.2 Fluido de perforación .............................................................................................. 4 1.3 Recortes de perforación .......................................................................................... 5 1.4 Manejo adecuado de residuos sólidos .................................................................... 5 1.5 Residuo peligroso ................................................................................................... 5
2
PROCESO DE LOS RECORTES DE PERFORACION ................................................ 6 2.1 Separación del fluido de perforación ...................................................................... 6 2.1.1 Zarandas ........................................................................................................7 2.1.2 Hidrociclones ..................................................................................................8 2.1.2.1 Desarenadores....................................................................................... 9 2.1.2.2 Desarcilladores .................................................................................... 10 2.1.3 Centrifugas ...................................................................................................10 2.1.4 Limpiador de lodos ....................................................................................... 12 2.1.5 Secador de recortes ..................................................................................... 12 2.2 Recolección y almacenaje de los recortes de perforación .................................... 13 2.2.1 Recolección ..................................................................................................13 2.2.2 Almacenaje de residuos ............................................................................... 13
2.3 Transporte de los recortes de perforación ............................................................ 13 2.4 Tratamiento de los recortes de perforación........................................................... 13 2.4.1 Solidificación y estabilización ....................................................................... 14 2.4.1.1 Solidificación ........................................................................................14 2.4.1.2 Estabilización .......................................................................................14 2.4.2 Biorremediación ............................................................................................ 15 2.4.2.1 Land farming ........................................................................................ 15 2.4.2.2 Land spreading .................................................................................... 18 2.4.2.3 Biopilas ................................................................................................ 20 2.4.2.4 Biorreactores ........................................................................................ 21 2.4.2.5 Compostaje ..........................................................................................21 2.4.2.6 Vermicultura ......................................................................................... 22 2.4.3 Tratamiento térmico ...................................................................................... 24 2.4.3.1 Incineración .......................................................................................... 24 2.4.3.2 Desorción térmica ................................................................................ 24 2.5 Disposición final de los recortes de perforación .................................................... 26 2.5.1 Entierro ......................................................................................................... 26 2.5.1.1 Fosa de recortes .................................................................................. 26 2.5.1.2 Vertederos............................................................................................ 27 2.5.2 Reinyección de recortes ............................................................................... 28 2.5.3 Reciclaje .......................................................................................................30 3
JERARQUIA DEL MANEJO DE LOS RECORTES DE PERFORACION .................... 31
4
MARCO LEGAL .......................................................................................................... 33 4.1 Ley de Medio Ambiente Nº 1333........................................................................... 33 4.2 Ley de gestión integral de residuos N° 755.......................................................... 33 4.3 D.S. 24335 Reglamento Ambiental del Sector Hidrocarburo ................................ 33 4.4 Decreto Supremo N° 2400 .................................................................................... 33
5
MARCO NORMATIVO ................................................................................................ 34 5.1 NB 742:2009 Residuos sólidos – Terminología sobre residuos sólidos y peligrosos. ................................................................................................................... 34 5.2 NB 758:2005 Residuos sólidos – Características, listados y definición de residuos peligrosos .................................................................................................................... 34
5.3 NB 69011:2005 Residuos sólidos peligrosos - Manipulación y almacenamiento temporal de residuos peligrosos.................................................................................. 34 5.4 Documento guía medioambiental: Manejo de residuos en operaciones de exploración y producción (API E5) .............................................................................. 34 CAPÍTULO 2 RESULTADOS ............................................................................................ 35 1
SERVICIO INTEGRAL PARA EL MANEJO Y TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS
SOLIDOS Y SUELOS EMPETROLADOS PARA EL POZO EXPLORATORIO LLIQUIMUNI CENTRO (LQC-X1) ........................................................................................................... 35 1.1 Generalidades ....................................................................................................... 35 1.2 Ubicación .............................................................................................................. 35 1.3 Programa de Perforación Pozo Lliquimuni Centro LQC-X1 .................................. 36 1.4 Alcance del servicio .............................................................................................. 38 1.5 Proceso de los recortes con lodo base agua ........................................................ 38 1.5.1 Almacenaje ................................................................................................... 38 1.5.2 Transporte ....................................................................................................39 1.5.3 Tratamiento ..................................................................................................39 1.5.3.1 Tipo de tratamiento .............................................................................. 39 1.5.3.2 Definición del sitio de tratamiento ........................................................ 40 1.5.3.3 Caracterización de los recortes ............................................................ 40 1.5.3.4 Etapas del tratamiento de los recortes base agua ............................... 43 Preparación del área de tratamiento......................................................... 43 Recepción de residuos sólidos contaminados ......................................... 43 Mantenimiento de la humedad ................................................................. 43 Laboreo de celdas y conformación de biopilas ......................................... 44 Monitoreo Ambiental ................................................................................. 45 Resultados ................................................................................................ 47 1.5.4 Disposición final ............................................................................................ 47 2
TRATAMIENTO BIOLOGICO EX-SITU Y DISPOSICION FINAL DE MATERIAL
SUELO EMPETROLADO PROVENIENTE DE LA PLANCHADA DEL POZO SAL-X9, BLOQUE SAN ALBERTO.................................................................................................. 48 2.1 Generalidades del servicio .................................................................................... 48 2.2 Ubicación del pozo SAL-X9 .................................................................................. 48
2.3 Perforación del Pozo SAL-X9 ............................................................................... 48 2.4 Alcance del servicio .............................................................................................. 51 2.5 Proceso de los recortes con lodo base aceite (OBM) ........................................... 52 2.5.1 Almacenaje ................................................................................................... 52 2.5.2 Transporte ....................................................................................................52 2.5.3 Tratamiento ..................................................................................................52 2.5.3.1 Tipo de tratamiento .............................................................................. 52 2.5.3.2 Definición del sitio de tratamiento ........................................................ 53 2.5.3.3 Caracterización de los recortes ............................................................ 53 2.5.3.4 Etapas en el tratamiento de los recortes base aceite........................... 53 Preparación de celda de tratamiento ........................................................ 53 Recepción de residuos sólidos contaminados ......................................... 54 Inserción de nutrientes ............................................................................. 54 Mantenimiento de la humedad ................................................................. 54 Laboreo de celdas .................................................................................... 55 Monitoreo Ambiental ................................................................................. 55 2.5.4 Disposición final ............................................................................................ 56 ANALISIS CRÍTICO DE LA GESTION DE LOS RECORTES DE PERFORACION .......... 57 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................................... 58 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 60 ANEXOS............................................................................................................................ 61
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1.1.- Clasificación de los fluidos de perforación ................................................. 5 Ilustración 1.2.- Degradación de los recortes de perforación ............................................... 6 Ilustración 1.3.- Zaranda vibratoria ...................................................................................... 8 Ilustración 1.4.- Proceso de remoción de sólidos por hidrociclón ........................................ 9 Ilustración 1.5.- Sección transversal de una centrífuga decantadora ................................ 11 Ilustración 1.6.- Curva tipo de TPH (Hidrocarburos totales de Petróleo) ........................... 17 Ilustración 1.7.- Diagrama de bloques de un proceso de típico de Desorción térmica y muestreo ............................................................................................................................ 25 Ilustración 1.8.- Proceso de inyección de recortes ............................................................ 28 Ilustración 1.9.- Riesgos en un proyecto de reinyección de recortes ................................. 29 Ilustración 1.10.- Jerarquía de manejo de los recortes de perforación .............................. 32 Ilustración 2.1.- Ubicación Pozo LQC-X1 .......................................................................... 35 Ilustración 2.2.- Puntos de asentamiento de revestidores ................................................. 36 Ilustración 2.3.- Diagrama mecánico del pozo ................................................................... 36 Ilustración 2.4.- Contenedores con recortes de perforación .............................................. 38 Ilustración 2.5.- Carguío y transporte de los recortes ........................................................ 39 Ilustración 2.6.- Fosa de recepción de recortes ................................................................. 43 Ilustración 2.7.- Extendido de los recortes sobre la superficie ........................................... 44 Ilustración 2.8.- Secado de los recortes ............................................................................. 44 Ilustración 2.9.- Toma de muestras Buzón Nº 16 .............................................................. 46 Ilustración 2.10.- Muestreo Compuesto ............................................................................. 46 Ilustración 2.11.- Muestra compuesta Buzón Nº 16 ........................................................... 46 Ilustración 2.12.- Ubicación geográfica pozo SAL-X9 ........................................................ 48 Ilustración 2.13.- Corte estructural del pozo SAL-X9 ......................................................... 49 Ilustración 2.14.- Diagrama Mecánico del Pozo SAL-X9 ................................................... 50 Ilustración 2.15.- Descarguío del material térreo ............................................................... 52 Ilustración 2.16.- Campo Land Farming Ñakurutu-Sunchal ............................................... 53 Ilustración 2.17.- Conformación de biopilas ....................................................................... 54 Ilustración 2.18.- Curva TPH Tratamiento material térreo pozo SAL-X9 ........................... 55
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1.- Clasificación de las partículas contenidas en el lodo ......................................... 7 Tabla 2.1.- Estimación de Recortes de Perforación Pozo LQC-X1 ................................... 37 Tabla 2.2.- Línea base ambiental de las biopilas ............................................................... 42 Tabla 2.3.- Estimación de recortes de perforación Pozo SAL-X9 ...................................... 51 Tabla 2.4 .- Seguimiento al contaminante del material empetrolado pozo SAL -X9 ........... 56
INTRODUCCION
ANTECEDENTES En Bolivia, hasta el año 1992, el cuidado del medio ambiente era de carácter opcional para las compañías petroleras debido a la falta de reglamentación en este ámbito. Luego de la aprobación de la Ley del Medio Ambiente Nº 1333, se promueve el desarrollo sostenible en todas las actividades que puedan generar impactos negativos al medio ambiente. Con la aprobación de esta Ley, mediante su Reglamento de Gestión de Residuos Sólidos, se establece una clasificación de residuos sólidos generados en el país y establece de manera general el manejo adecuado de estos residuos. Posterior a la aprobación del Reglamento Ambiental para el Sector de Hidrocarburos (1996), se define los límites máximos permisibles en actividades de la industria petrolera con la finalidad de controlar los niveles de contaminación del medio ambiente, sin embargo la gestión de los recortes de perforación no se encuentra a detalle en dicho reglamento. Es necesario hacer notar que la reglamentación vigente establece solo la manera de disponer de los recortes de perforación, causando el mínimo daño al medio ambiente; además no existe una norma específica o procedimiento que regule un manejo adecuado de los recortes de perforación. Finalmente, podemos concluir que la normativa en materia ambiental en nuestro país está en continuo avance y sigue promoviendo en mayor medida el respeto y cuidado del medio ambiente, permitiendo satisfacer las necesidades del país de manera sostenible.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Durante la perforación de pozos petroleros y/o gasíferos, se generan grandes volúmenes de residuos, tales como, lodos de perforación, agua de lavado de equipos, retorno de cementos, y recortes de perforación. Un manejo integral de los recortes de perforación es de gran importancia ya que después del agua producida, estos residuos sólidos, son los desechos de mayor volumen que se generan en la industria petrolera. Un manejo inadecuado de los recortes de perforación debe ser evitado, ya que éstos poseen propiedades que pueden causar alteraciones a la calidad del suelo, agua y aire, lo que se 1
traduce en costos económicos adicionales para las compañías operadoras en caso de tratamientos inadecuados o disposición contraria a las leyes vigentes.
OBJETIVOS Objetivo general Realizar una sistematización de los métodos actuales utilizados por las compañías petroleras para el proceso de manejo y disposición de los recortes generados durante la perforación de pozos petroleros.
Objetivos específicos
Realizar un análisis crítico sobre el manejo y disposición de los recortes de perforación.
Identificar los procesos a los cuales son sometidos los recortes de perforación desde su generación hasta su disposición final.
Analizar los tratamientos actuales para la remediación de estos residuos, previos a su disposición final.
Analizar de manera cualitativa los métodos existentes para la disposición final de los recortes de perforación.
Establecer una jerarquía de gestión de los recortes de perforación.
Comparar la gestión de los recortes de perforación base agua con los recortes base aceite.
JUSTIFICACION Justificación económica: La disposición final de los sólidos generados durante la perforación y en especial los recortes de perforación,
tiene gran importancia ya que el mal manejo e incorrecta
disposición de estos residuos pueden traer serios problemas ambientales traducidos en sanciones económicas para las compañías petroleras.
2
Justificación social: Las grandes cantidades de recortes que se generan durante la perforación de un pozo petrolero trae consigo la necesidad de que las compañías
petroleras elaboren un
programa de gestión de estos residuos con la finalidad de preservar el medio ambiente.
Justificación técnica: La remoción de los recortes es de gran importancia en la perforación de los pozos, ya que si estos no son removidos del sistema de circulación traerán consigo muchos problemas los cuales deberán ser evitados. Un análisis de los métodos actuales para el manejo y disposición de los recortes generados durante la perforación nos permitirá identificar la manera más adecuada para la disposición de estos residuos de manera responsable, tanto con la sociedad y con el medio ambiente.
Justificación personal: Mi motivación de realizar este trabajo es originada a razón de crear mi propia compañía de servicios de gestión medio ambiental en la industria petrolera.
ALCANCE Alcance espacial El área de trabajo son los pozos petroleros y/o gasíferos que se encuentran en la etapa de perforación.
Alcance temporal El estudio se inició en fecha 23 de marzo de 2016 hasta la conclusión del informe final en fecha 03 de mayo de 2016.
FUENTES DE INFORMACION Para la recolección de información se utilizó fuentes primarias y secundarias lo cual implicó la revisión de documentos, archivos electrónicos, y entrevistas a profesionales especialistas en el manejo de los recortes de perforación; de esta manera se pudo describir dicho proceso. 3
CAPÍTULO 1 MANEJO Y DISPOSICIÓN DE LOS RECORTES DE PERFORACION 1
DEFINICIONES
1.1 Perforación de pozos Un método de avance de la perforación de un pozo que se basa en el movimiento circular continuo del trépano para fracturar la roca en el fondo del pozo. Este método, que se hizo conocido después del descubrimiento del campo East Texas a cargo de "Dad" Joiner en 1930, es mucho más eficiente que el método alternativo de perforación con herramientas operadas con cable. La perforación rotativa es un proceso prácticamente continuo, porque los recortes son removidos a medida que los fluidos de perforación circulan a través del trépano y hacia la superficie. Las operaciones con herramientas operadas con cable son discontinuas y la remoción de los recortes es ineficiente. Esta diferencia en eficiencia se vuelve particularmente significativa a medida que la profundidad del pozo se incrementa. (SCHLUMBERGER, 2016)
1.2 Fluido de perforación Cualquiera de una serie de fluidos líquidos y gaseosos y mezclas de fluidos y sólidos (en forma de suspensiones de sólidos, mezclas y emulsiones de líquidos, gases y sólidos) utilizados en operaciones de perforación de pozos de sondeo en la tierra. Es sinónimo de "fluido de perforación" en el uso general, aunque algunos prefieren reservar el término "fluido de perforación" a los "lodos" más sofisticados y bien definidos. Se ha intentado clasificar los fluidos de perforación de muchas maneras, a menudo produciendo más confusión que esclarecimiento. Un esquema de clasificación, tenido en cuenta aquí, se basa únicamente en la composición del lodo distinguiendo el componente que define con claridad la función y el rendimiento del fluido: (1) a base de agua, (2) no a base de agua y (3) gaseoso (neumático). Cada categoría tiene una variedad de subcategorías que se superponen entre sí considerablemente. (SCHLUMBERGER, 2016)
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Ilustración 1.1.- Clasificación de los fluidos de perforación
BASE NO ACUOSA
FLUIDO SINTETICO
BASE DIESEL
BASE AGUA
BASE ACEITE
ARCILLA
ARCILLA Y
MINERAL
COLOIDAL
POLIMERO
NEUMATICOS
POLIMERO
GAS SECO
NIEBLA
ESPUMA
LODO GASIFICADO
Elaboración propia a partir de (SCHLUMBERGER, 2016)
1.3 Recortes de perforación Trozos pequeños de roca que se fracturan debido a la acción de los dientes del trépano. Los recortes se separan a partir del sistema de lodo líquido en las zarandas vibratorias y son monitoreados en cuanto a composición, tamaño, forma, color, textura, contenido de hidrocarburos y otras propiedades por el ingeniero especialista en registros de lodo, el registrador de lodo y el personal en sitio. El registrador de lodo generalmente captura las muestras de recortes para el proceso subsiguiente de análisis y archivado. (SCHLUMBERGER, 2016)
1.4 Manejo adecuado de residuos sólidos Son aquellas acciones realizadas por el generador, mediante el almacenamiento, separación y entrega de sus residuos a un operador autorizado, o su recolección y transporte hacia las instalaciones de tratamiento y/o disposición final cuando corresponda, en el marco de la normativa vigente. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015)
1.5 Residuo peligroso Son aquellos que conllevan riesgo potencial al ser humano o al ambiente, por poseer cualquiera de las siguientes características, corrosividad, explosividad, inflamabilidad, patogenicidad, bioinfecciocidad, radiactividad, reactividad y toxicidad. (NB 742 Residuos sólidos - Terminología sobre resiudos sólidos y peligrosos, 2009) 5
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PROCESO DE LOS RECORTES DE PERFORACION
2.1 Separación del fluido de perforación Alguna de las funciones del fluido de perforación o lodo son: controlar las presiones de las formaciones, lubricar al trépano, estabilizar las paredes del pozo, y transportar los recortes a la superficie. El lodo es bombeado desde la superficie hacia el pozo por el interior de la sarta de perforación, sale por las boquillas del trépano y retorna a la superficie a través del espacio anular (espacio existente entre las paredes del pozo y la sarta de perforación). A medida que el trepano perfora la formación, va generando los recortes los cuales ingresan al sistema del lodo y son llevados a superficie. El lodo para ser bombeado nuevamente
al pozo, debe ser acondicionado separando los sólidos
indeseables (recortes). (Drilling Waste Management Information System, 2016) El lodo debe circular a través del equipo de control de sólidos, el cual tiene la función de separar los sólidos indeseables y devolverle al lodo sus propiedades originales para que pueda ser bombeado nuevamente al pozo. Si el lodo no es reacondicionado correctamente, empezará a modificar sus propiedades para el cual fue diseñado y no cumplirá con sus funciones, esta alteración de sus propiedades es originada por la degradación de los recortes de perforación, lo que significa que al recircular los recortes causará que los sólidos vayan disminuyendo su tamaño y sea cada vez más difícil de removerlos. (MI SWACO, 2004) Ilustración 1.2.- Degradación de los recortes de perforación
(MI SWACO, 2004)
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Los sólidos que pueden contener los fluidos de perforación se clasifican según su tamaño como se muestra en la siguiente tabla: Tabla 1.1.- Clasificación de las partículas contenidas en el lodo CLASIFICACION DE LAS PARTICULAS EN EL LODO DE PERFORACION
CATEGORIA
TAMAÑO(μm)
TIPOS DE PARTICULAS
COLOIDAL
<2
Bentonita, arcillas, recortes ultra finos
LIMO
2-74
barita, limo, recortes finos
ARENA
74-2000
arena, recortes
GRAVA
>2000
recortes, grava, guijarros
Elaboración propia en base a (ASME Shale Shaker Committee, 2005)
El equipo de control de sólidos básicamente está conformado por los siguientes equipos:
Zarandas.
Hidrociclones (desarenadores y desarcilladores.)
Centrífugas.
Limpiadores de lodo.
Secadores de recortes.
2.1.1 Zarandas Las zarandas son la primera línea de defensa en el sistema de remoción de sólidos. Se ha comprobado que son un método sencillo y confiable para remover grandes cantidades de recortes gruesos del fluido de perforación. En fluidos no densificados, la función de las zarandas es reducir los sólidos que se cargan en el equipo corriente abajo, mientras que en fluidos densificados es el principal dispositivo de remoción de sólidos y se utiliza para remover todos los recortes que son más gruesos que el material densificante. Es básicamente para lograr este último propósito que se desarrollaron zarandas de movimiento lineal y tamiz fino. Las zarandas son los únicos equipos mecánicos que remueven los sólidos haciendo una separación basado en el tamaño físico de las partículas. El lodo de perforación pasa a través de las mallas vibratorias de la zaranda y es recirculado hacia los tanques de lodo. Los recortes permanecen encima de las mallas, la acción vibratoria de las zarandas mueven los recortes hacia la parte baja de la zaranda 7
donde pueden ser recolectados y almacenados en un tanque o fosa para su posterior tratamiento o disposición final. Por lo general se usan dos series de zarandas. La primer serie (zarandas primarias) usan mallas más gruesas con la finalidad de remover los recortes de mayor tamaño, La segunda serie utiliza mallas más finas para la remoción de partículas más pequeñas. Los recortes separados se encuentran impregnados con el fluido de perforación; la experiencia de campo dice que el volumen de lodo que recubre los recortes separados es aproximadamente igual al volumen de los mismos recortes. (BAKER HUGHES , 1998) Ilustración 1.3.- Zaranda vibratoria
(MI SWACO, 2004)
2.1.2 Hidrociclones Los hidrociclones, clasificados como desarenadores o desarcilladores, son dispositivos cónicos de separación de sólidos en los cuales la energía hidráulica se convierte en fuerza centrífuga. El lodo es alimentado tangencialmente por una bomba centrífuga a través de la entrada de alimentación al interior de la cámara de alimentación. Las fuerzas centrífugas así desarrolladas multiplican la velocidad de decantación del material de fase más pesado, forzándolo hacia la pared del cono. Las partículas más livianas se desplazan hacia adentro y arriba en un remolino espiral hacia la abertura de rebasamiento de la parte superior. La descarga por la parte superior es el sobre flujo o efluente; la descarga de la parte inferior es el flujo inferior. El flujo inferior debe tomar la forma de un rociado 8
fino con una ligera succión en el centro. Una descarga sin succión de aire es indeseable. La ilustración 1.4 muestra el proceso del hidrociclón. Las medidas de los conos y la presión de la bomba determinan el corte obtenido. Las presiones menores dan por resultado una separación más gruesa y capacidad reducida. Ilustración 1.4.- Proceso de remoción de sólidos por hidrociclón
(BAROID, 2000)
Aun cuando los hidrociclones son efectivos para remover los sólidos de un fluido de perforación, su uso no se recomienda para fluidos que contengan cantidades grandes de materiales ponderados o lodos que tengan costosas fases de fluido. Cuando los hidrociclones son usados con estos fluidos, no solamente serán removidos los sólidos de perforación indeseables, sino también el material densificante juntamente con el fluido base, lo que puede alcanzar un costo prohibitivo. (BAROID, 2000)
2.1.2.1 Desarenadores Los desarenadores se componen de una batería de conos de 6 ó más pulgadas. Aunque los desarenadores pueden procesar grandes volúmenes de lodo por un cono único, el
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tamaño mínimo de partículas que se puede remover está en la gama de los 40 micrones (con conos de 6 pulgadas). (BAROID, 2000)
2.1.2.2 Desarcilladores Los desarcilladores se componen de una batería de conos de 4 pulgadas o menos. Dependiendo del tamaño del cono se puede obtener un corte de tamaño de partículas de entre 6 y 40 micrones. (BAROID, 2000)
2.1.3 Centrifugas Una centrífuga decantadora se compone de una vasija cónica horizontal de acero que gira a alta velocidad usando un transportador tipo doble tornillo sinfín. El transportador gira en el mismo sentido que la vasija externa, pero a velocidad un poco menor (Ver ilustración 1.5). Un aspecto importante del funcionamiento de la centrífuga es la dilución de la lechada que es alimentada al interior de la unidad. La dilución de la lechada reduce la viscosidad del caudal alimentado y mantiene la eficiencia separadora de la máquina. Cuanto mayor sea la viscosidad del lodo base, tanto mayor dilución será necesaria (lo común son 2 a 4 galones de agua por minuto). La viscosidad del efluente (líquido saliente de la centrífuga) debe ser de 35 a 37 segundos por cuarto de galón para una separación eficiente. Si la viscosidad baja de 35 segundos por cuarto, es porque se está agregando demasiada agua. Esto causará turbulencia dentro de la vasija y reducirá la eficiencia. Se deben seguir estrictamente las recomendaciones de los fabricantes relativas a índices de alimentación de lodo y velocidades de la vasija. (BAROID, 2000)
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Ilustración 1.5.- Sección transversal de una centrífuga decantadora
(BAROID, 2000)
Para sistemas de baja densidad debe usarse un equipo único de unidad centrífuga para desechar el total de los sólidos. La función principal de una centrífuga no es controlar el porcentaje total de sólidos de un sistema, sino mantener en ese sistema propiedades de flujo aceptables y deseables. Se recomiendan dos centrífugas trabajando en serie para los siguientes sistemas:
Emulsión inversa (p.ej., sistemas de lodo sintético y base aceite).
Sistemas de alta densidad, base agua.
Sistemas base agua en los que el fluido base es costoso (p.ej., salmueras).
Circuito cerrado.
Cero descarga.
La primera unidad centrífuga se usa para separar la barita y retornarla al sistema de lodo. La segunda unidad procesa el flujo de líquido en exceso de la primera unidad, descartando todos los sólidos y retornando la porción líquida al sistema de lodo. Nota: En la eficiencia de una centrífuga influyen el peso del lodo y la viscosidad del lodo. Durante el funcionamiento de la centrífuga, el flujo inferior debe ser analizado
11
regularmente para determinar la cantidad de sólidos de bajo peso específico y barita que son removidos y retenidos. (BAROID, 2000)
2.1.4 Limpiador de lodos El limpiador de lodo es un dispositivo de separación de sólidos que reúne un desarcillador y un dispositivo cribador. El limpiador de lodo remueve los sólidos por medio de un proceso de dos etapas. Primero, el fluido de perforación es procesado por el desarcillador. Segundo, la descarga del desarcillador es procesada por una zaranda de alta energía y de malla fina. Este método de remoción de sólidos es recomendado para lodos que contengan considerables cantidades de materiales densificantes o que tengan costosas fases de fluidos. Nota: Cuando se esté recuperando material ponderado con un limpiador de lodo, hay que tener en cuenta que todos los sólidos finos que pasen por la criba del limpiador son también retenidos en el lodo. Con el tiempo, este proceso puede conducir a una acumulación de sólidos finos. (BAROID, 2000)
2.1.5 Secador de recortes Los secadores de recortes son utilizados para reducir el contenido líquido de los recortes de perforación a un nivel que permita descargarlos al medio ambiente o como preparación para biorremediación. El criterio de descarga podría ser económicamente factible pero las regulaciones ambientales en
muchos países prohíben descargar directamente los
recortes. Los secadores también son utilizados para disminuir perdidas de lodo en las zarandas. Este equipo es capaz de retener y retornar fluidos de perforación costosos cuando la situación amerita. (SCOMI GROUP, 2016) Se han desarrollado diferentes secadores de recortes con mucho éxito a través del tiempo. Hoy en día el porcentaje de sintéticos en los recortes se ha reducido al 3% o menos. Los objetivos de los secadores de recortes son: -
Reducir el porcentaje de sintéticos a menos de 3%.
-
Recuperar el lodo sin sólidos. 12
-
Reducir los costos de dilución.
-
Mejorar el sistema de transporte de los recortes, así como reducir el espacio requerido.
-
Reducir los costos de tratamiento y desecho.
(PREZI, 2016)
2.2 Recolección y almacenaje de los recortes de perforación 2.2.1 Recolección Operación consistente en recoger los residuos generados para ser transportados a instalaciones de transferencia, tratamiento o a un sitio de confinamiento o disposición final. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015)
2.2.2 Almacenaje de residuos Etapa de la gestión operativa de los residuos en la que los residuos son contenidos en un recipiente de forma temporal hasta su entrega al servicio de recolección para su posterior tratamiento o disposición final. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015)
2.3 Transporte de los recortes de perforación Etapa de la gestión operativa mediante el cual los residuos son trasladados desde los puntos de recolección hasta las instalaciones de tratamiento o disposición final, con la frecuencia y equipos necesarios. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015)
2.4 Tratamiento de los recortes de perforación Conjunto de operaciones encaminadas a la transformación de los residuos por métodos mecánicos,
biológicos,
físico-químicos
o
térmicos,
de
los
residuos
para
el
aprovechamiento de los recursos contenidos en ellos o para reducir su peligrosidad; asimismo, a las operaciones realizadas para la disposición final segura de los residuos en rellenos sanitarios. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015) 13
2.4.1 Solidificación y estabilización 2.4.1.1 Solidificación Son las técnicas utilizadas para encapsular los recortes y convertirlos en sólidos de alta integridad estructural. La encapsulación podría llevarse a cabo en partículas finas (micro encapsulación) o de una gran cantidad de recortes (macro encapsulación). La solidificación no necesariamente utiliza interacción química entre los recortes y los reactivos solidificantes. La finalidad de la encapsulación es de evitar la migración de los contaminantes líquidos que tienen los recortes, disminuyendo el área de superficie expuesta a filtraciones de tal manera que los sólidos quedaran aislados dentro de una capsula impermeable. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.4.1.2 Estabilización Se refiere a aquellas técnicas que reducen el peligro potencial de los recortes convirtiendo los contaminantes en sus formas menos solubles, móviles o toxicas. La naturaleza física y el manejo de características de los recortes no necesariamente son alterados con la estabilización. Los recortes se estabilizan con cal viva, permitiendo que se retire humedad y el recorte quede encapsulado con carbonato de calcio. Básicamente este proceso consiste en que los recortes son mezclados con cal (1ton/100 bbls aprox.) hasta que el óxido de calcio pase a carbonato de calcio. Se toma CO2 atmosférico (aireación) y se hace reaccionar con la cal viva (CaO) para obtener carbonato de calcio (CaCO3). Al finalizar este proceso el recorte lixiviará lixiviará agua limpia espontáneamente. La estabilización es muy útil para recortes impregnados con lodos base agua y pequeñas cantidades de aceite; para recortes impregnados con lodos base aceite no se recomienda usar cal viva ya que el proceso mencionado anteriormente no es estable con el tiempo y se produce lixiviación de hidrocarburos. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
14
2.4.2 Biorremediación También conocido como tratamiento biológico o biotratamiento. Este tratamiento hace el uso de bacterias
para degradar biológicamente los recortes contaminados con
hidrocarburos en residuos no tóxicos. El objetivo de la biorremediación es acelerar el proceso natural de descomposición de los recortes impregnados con lodos base aceite mediante el control de parámetros, tales como oxígeno, temperatura, humedad y nutrientes. Este tratamiento se puede realizar en el mismo lugar de generación de los residuos (in situ) o fuera del sitio de origen (ex situ). Los métodos de biorremediación más utilizados por las compañías petroleras son: land farming, land spreading , biorreactores y compostaje. (Drilling Waste Management Information System, 2016) Conjunto de operaciones encaminadas a la transformación de los residuos orgánicos a través de procesos biológicos mediante compostaje, lombricultura o biodigestión. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015) Proceso para el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos. Se utilizan bacterias existentes en el suelo o bacterias artificiales con adición de nutrientes para descomponer las cadenas de hidrocarburos en cadenas más sencillas. Este tratamiento puede realizarse mediante la aplicación de un proceso de mezcla activado por maquinarias o un proceso que implique únicamente el esparcimiento del suelo contaminado. (Reglamento Ambiental para el Sector de Hidrocarburos - RASH, 1996)
2.4.2.1 Land farming Es la aplicación controlada y repetida de los residuos contaminados con petróleo en la superficie del suelo, usando microorganismos propios del suelo para biodegradar naturalmente los hidrocarburos, diluir y atenuar metales, y transformar y
asimilar
componentes de los desechos. (Drilling Waste Management Information System, 2016). Es la técnica más usada para la biorremediación de los lodos contaminados con hidrocarburos y de otros desechos de la industria petrolera. Se realiza trasladando los contaminantes a un suelo no contaminado, el cual ha sido preparado con anterioridad para evitar su contaminación y la de las aguas subterráneas con sustancias que puedan 15
producirse durante el tratamiento. Para ello se efectúa el diseño del lugar donde se depositan los contaminantes, aislando el material de tratamiento del área no contaminada con una tela impermeable (geo-membranas). Para empezar el procedimiento, se hace una búsqueda y selección de bacterias nativas aisladas de las muestras de suelos que se encuentran contaminados, ya que estas tienen la capacidad catabólica para crecer bajo las condiciones físico-químicas y de estrés a las que están sometidas, y tendrán un mejor desempeño a la hora de la biorremediación. Además de una búsqueda general, se realiza una específica a través de medios selectivos y diferenciales, en la cual se pretende aislar ciertos morfotipos como las Pseudomona sp y bacterias lactosa positivas –bacterias capaces de utilizar la lactosa –, debido a su bien conocida actividad degradadora de hidrocarburos. Luego, estas diluciones son sembradas en diferentes medios de cultivo donde grandes familias de morfotipos se hacen presentes; éstas varían en densidad y diversidad. Estos datos de densidad y diversidad son de gran valor. Primero, porque nos indican acerca de la calidad microbiana del suelo, ya que un suelo que tiene gran número de morfotipos, es un suelo que tiene vida y por ende presenta una buena prospección para la biorremediación debido a su posible alta actividad microbiana. Segundo, porque aquellos morfotipos que se encuentren en mayor número serán seleccionados por su habilidad para sobrevivir a la presión selectiva del contaminante y para usarlo como fuente de energía y carbono, pues por eso están creciendo. Ya seleccionados los morfotipos se conforma un consorcio o pool de microorganismos degradadores de hidrocarburos y, utilizando la estrategia de bioaumentación, se hace una producción a mayor escala y en proporciones estratégicas de estos. En esta producción debe tenerse en cuenta el volumen de suelo contaminado para biorremediar, la concentración del contaminante y las clases de morfotipos que se aislaron. La formulación de un pool microbiano permite combinar y complementar sus funciones metabólicas para que colectivamente biodegraden un compuesto. En muchos casos algunos morfotipos sólo pueden realizar una parte de toda una cadena de reacciones químicas para llegar a compuestos que puedan ser fácilmente utilizados por los organismos del mismo consorcio u otros que estén presentes en el ambiente. Además, al estar en grupo los morfotipos pueden tolerar los cambios físico-químicos que se den en el ambiente durante el proceso de biorremediación. Cabe aclarar que se necesita un análisis más profundo para la identificación de los morfotipos que serán usados en la biorremediación, ya que alguno de 16
estos puede ser patógeno para plantas, animales o el hombre por el proceso de bioaumentación. Sin embargo, partimos del principio de que son morfotipos ambientales, los que inmediatamente se acabe su fuente de alimento bajan a un número que no cause disturbio en el ambiente. Además se realiza una cuidadosa revisión de reportes de enfermedades de origen bacteriano en la zona. El pool que se formuló es aplicado en el suelo contaminado por técnicos e ingenieros ambientales para dar inicio a la biorremediación. Durante el tratamiento se hace el monitoreo de las poblaciones microbianas, con el fin de determinar si la cantidad inicial de microorganismos aumenta o disminuye después de ser adicionado al suelo contaminado. Así mismo se realiza la determinación de TPHs –hidrocarburos totales de petróleo –, con el fin de observar si hubo o no degradación (Ver ilustración 1.6). Ilustración 1.6.- Curva tipo de TPH (Hidrocarburos totales de Petróleo)
(VARGAS, 2004)
La transformación de los compuestos orgánicos en el ambiente está influenciada por un número de factores que se pueden agrupar en aquellos que afectan el crecimiento y metabolismo de los microorganismos y aquellos que afectan al compuesto en sí mismo. La biodegradación de los hidrocarburos está asociada con el metabolismo y crecimiento microbiano, y por lo tanto cualquiera de los factores que afectan al crecimiento microbiano puede influenciar la degradación. La degradación aeróbica de los hidrocarburos es 17
considerablemente más rápida que el proceso anaeróbico, de modo que la oxigenación será necesaria para mantener las condiciones aeróbicas para una rápida degradación. Un suelo con una estructura abierta favorecerá la transferencia de oxígeno y un suelo anegado de agua tendrá un efecto contrario. La temperatura afecta el crecimiento microbiano, así que a bajas temperaturas la degradación será lenta. Así mismo el pH del suelo y la solubilidad del compuesto que debe ser degradado afectan el crecimiento bacteriano. La contaminación por hidrocarburos también puede estar asociada con altos niveles de metales pesados, que pueden inhibir el crecimiento microbiano, dependiendo de la concentración y tipo de metales. Otro factor crucial es la accesibilidad del compuesto para su degradación en el interior del suelo, la cual está afectada por la estructura del mismo, su porosidad, composición y por la solubilidad del compuesto. Algunos compuestos pueden ser adsorbidos por arcillas y por lo tanto pueden ser invulnerables a la degradación. Para superar este problema se han añadido surfactantes a suelos contaminados con el objeto de mejorar la accesibilidad de los hidrocarburos. Los surfactantes son sustancias que contienen un segmento liposoluble –soluble en aceite –, y otro hidrosoluble –soluble en agua –, lo cual permite solubilizar el hidrocarburo desde la arcilla. Por otra parte, la presencia de un gran número de microorganismos autóctonos en el suelo, capaces de degradar hidrocarburos será claramente una ventaja, porque evita la adición específica de microorganismos no autóctonos, que aunque degradadores, podrían no funcionar por no estar adaptados a las condiciones físico-químicas del lugar. (VARGAS, 2004)
2.4.2.2 Land spreading En el tratamiento de land spreading , los procesos son similares a los de land farming , donde los procesos naturales del suelo son usados para biodegradar los componentes orgánicos que se encuentran en los residuos. Sin embargo, en land spreading , solo se aplica una sola vez los residuos a una parcela de la tierra. El objetivo es disponer los residuos en la manera que preserve las propiedades químicas, biológicas, y físicas del subsuelo por la limitación de la acumulación de los contaminantes y proteger la calidad de la superficie y el agua sub-superficial. El área donde se realiza el land spreading es determinada en base a una tasa calculada de carga que considera la concentración
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absoluta de sal, hidrocarburos, metales, nivel de pH después de mezclar con el suelo. Los recortes de perforación son esparcidos en la tierra e incorporados a la zona superior del suelo (típicamente entre 6 y 8 pulgadas del suelo superior) para mejorar la volatilización y biodegradación de los hidrocarburos. La tierra es manejada así que el sistema del suelo pueda degradar, transportar, y asimilar los componentes de los recortes. Cada sitio de land spreading es generalmente usado solo una vez. Optimización de operaciones de land spreading : La adición de agua, nutrientes, y otros (ejemplo estiércol, paja) pueden incrementar la actividad biológica y aireación del suelo y prevenir el desarrollo de condiciones que podrían promover la lixiviación y movilización de contaminantes inorgánicos. Durante periodos de condiciones extendidas de sequía, el control de humedad podría ser también necesario para minimizar el polvo. El laboreo periódico de la mezcla (para incrementar la aireación) y adiciones de nutrientes puede mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos, aunque en la práctica no todos los proyectos de land spreading incluyen un laboreo repetido. Después de aplicar los residuos, las concentraciones de hidrocarburos son monitoreadas para medir el avance y determinar la necesidad de mejoramiento de los procesos de biodegradación. Consideraciones de implementación: ya que los sitios de land spreading reciben solo una aplicación de recortes, el potencial para la acumulación de los compuestos de los recortes es reducido (en comparación con el tratamiento de land farming , donde los recortes son aplicados repetidamente). Aunque recubrimientos y monitoreo de lixiviados no son requeridos en el tratamiento de land spreading, la topografía del sitio, hidrología, y la composición física y química de los recortes y la mezcla resultante de recortes y suelo debería ser evaluada, con tasas de aplicación controlada de los recortes para minimizar la posibilidad de fugas. Experimentos realizados en Francia mostraron que después de esparcir los recortes base aceite sobre tierras de cultivo, seguido de arar, laborear, y fertilizar, aproximadamente 10% de la cantidad inicial de aceite permanecía en el suelo. Efectos fitotóxicos sobre germinación de semillas y brotes no fueron observados, pero el rendimiento de cosechas de maíz y trigo disminuyó un 10% (Smith, 1999). Rendimientos de otras cosechas no fueron afectados. El porcentaje de reducción de hidrocarburos y el rendimiento de las cosechas varían de sitio a sitio dependiendo de muchos factores (ejemplo: periodo de tiempo después de la aplicación, tipo de hidrocarburo, química del 19
suelo, temperatura). Las ventajas del tratamiento de land spreading bajo costo de tratamiento y la posibilidad del método podrían mejorar las características del suelo. Land spreading es efectivamente
más usado para recortes de perforación que contienen
niveles más bajos de hidrocarburos y sales. Preocupaciones potenciales incluyen la necesidad de grandes área; el proceso de degradación relativamente lento (la tasa de biodegradación es controlada por las propiedades recibidas de biodegradación de los componentes de los recortes, temperatura del suelo, contenido de agua del suelo y el contacto entre los microorganismos y los recortes); y la necesidad de pruebas, análisis y muestras. También, altas concentraciones de sales solubles o metales pueden limitar el uso del land spreading . Cuando se evalúa el land spreading como una opción de manejo de recortes de perforación, varios detalles deberían ser considerados. Estos incluyen características topográficas y geológicas de áreas extensas, actuales y probables actividades futuras alrededor del sitio de disposición; datos hidrológicos (ubicación, tamaño, dirección del flujo para los cuerpos de agua superficiales existentes y acuíferos útiles); patrones naturales o existentes de drenaje, características medioambientales sensibles como humedales, áreas urbanas, sitios históricos o arqueológicos y hábitats protegidos; la presencia de especies en peligro de extinción e impactos potenciales en la calidad del aire. Recortes de perforación con altos niveles de hidrocarburos y sales podrían no ser apropiado para un tratamiento de land spreading . (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.4.2.3 Biopilas Llamadas también bioceldas, son el lugar físico donde es factible realizar un tratamiento semi-intensivo. Implica acumular el suelo contaminado en pilas o celdas de hasta 3.0 m de altura. Se realiza la estimulación aeróbica de los microorganismos degradadores existentes en el mismo mediante un control adecuado y exhaustivo de las condiciones necesarias como aireación mecanizada, contenido de humedad, presencia de nutrientes, etc. Habitualmente las biopilas se ubican sobre una base impermeable para impedir la migración del contaminantes hacia la sub – superficie. También se las cubre para reducir el efecto hacia el medio de la evaporación del contaminante y por otro lado protegerla de las precipitaciones pluviales. (MONTAÑO, 2015)
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2.4.2.4 Biorreactores Los biorreactores trabajan de acuerdo a las mismas reacciones biológicas anaeróbicas que suceden en el land farming y compostaje, pero estas reacciones ocurren en un recipiente abierto o cerrado. Este ambiente acelera la tasa de biodegradación permitiendo un mejor control de la temperatura y otras condiciones que afectan la tasa de biodegradación. Los procesos del biorreactor son típicamente operados como un lote o procesos discontinuos. En un biorreactor, los nutrientes son añadidos a una lechada de agua y residuos, y la inyección de aire o mezclado mecánico intenso del reactor que provee el oxígeno. Este mezclado mecánico resulta en un significativo contacto entre los microorganismos y los componentes del residuo, causando que estos residuos sean degradados. Para acelerar la puesta en marcha del sistema, la introducción de microbios capaces de degradar los constituyentes orgánicos de los residuos podría ser útil, aunque algunas compañías no han tenido experiencias favorables con agentes infecciosos. Muchos de los aditivos usados por los biorreactores son comúnmente productos agrícolas, restos de plantas o animales. Una vez se ha alcanzado el nivel de tratamiento deseado, y dependiendo de los constituyentes, los líquidos podrían ser reusados, transportados a una planta de tratamiento de aguas, inyectados o descargados. Los sólidos podrían ser enterrados, aplicados a los suelos, usados como relleno, o tratados para estabilizar metales que puedan contener. En los biorreactores, las condiciones de operación (temperatura, nutrientes, concentración, PH, transporte y mezcla de oxigeno) pueden ser monitoreadas y controladas fácilmente. Procesos biológicos óptimos aseguran una mejor tasa de biodegradación y permiten reducir los requerimientos de espacio comparados con el compostaje y land farming . Sin embargo, el capital, costos de operación y mantenimiento de los biorreactores son elevados comparados con otros tratamientos biológicos. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.4.2.5 Compostaje En el compostaje, los residuos se mezclan con agentes de carga tales como virutas de madera, paja, cáscaras de arroz, para aumentar la porosidad, facilitando una mejor aireación potencial para la degradación biológica. Los agentes de carga proporcionan una 21
porosidad adecuada para permitir la aireación incluso cuando se tiene alta humedad. Se puede adicionar estiércol o residuos agrícolas con la finalidad de incrementar la capacidad de retención de agua de la mezcla de residuos e incrementar las trazas de nutrientes. La adición de nitrógeno y los fertilizantes a base de fósforo y oligoelementos minerales también pueden mejorar la actividad microbiana y reducir el tiempo requerido para lograr el nivel deseado de biodegradación. Esta técnica es muy similar al land farming , pero puede ser mucho más eficiente. Con los sistemas de compostaje, los residuos tratados son contenidos en facilidades de compostaje donde sus propiedades pueden ser controladas y monitoreadas. Las mezclas de residuos, suelo (para proveer de bacterias autóctonas), y otros aditivos son ubicados en pilas para ser cultivadas para aireación, o colocados en contenedores o plataformas para permitir que el aire pueda ingresar a la mezcla de compostaje. Para optimizar las condiciones de biodegradación, la mezcla es mantenida entre 40 a 60% de agua en peso. Las temperaturas elevadas (30 a 70ºC) en las mezclas incrementan el metabolismo microbiano. Sin embargo, si la temperatura excede los 70 ºC, las células pueden morir. La aireación puede ayudar a controlar los niveles de oxígeno y la temperatura de la mezcla. El compostaje en contenedores cerrados tiene la ventaja de controlar las emisiones a la atmósfera. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.4.2.6 Vermicultura Es el proceso en el cual se usan lombrices para descomponer residuos orgánicos en materiales capaces de suministrar nutrientes necesarios para favorecer el crecimiento de las plantas. Por muchos años, las lombrices han sido usadas para convertir residuos orgánicos en fertilizantes. Recientemente, este proceso ha sido probado en el tratamiento de ciertos residuos de perforación base sintética con mucho éxito (Norman et al. 2002). Los investigadores en Nueva Zelanda han llevado a cabo experimentos para demostrar que los gusanos pueden facilitar la rápida degradación de los fluidos de perforación a base de hidrocarburos y, posteriormente, procesar los minerales en los cortes de perforación. Ya que las lombrices (abono) tienen importantes propiedades fertilizantes, el proceso puede proporcionar un método de eliminación de recortes de perforación alternativa. En los experimentos, los recortes de perforación se mezclan con aserrín para
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facilitar el transporte, enviado al sitio del tratamiento, mezclados con la hierba no digerido, mezclado con agua, y se aplican a las camas de lombrices. La alimentación consiste en aplicar la mezcla como materia prima para las hileras, que están cubiertas para excluir la luz de la cama sin fin y protegerla de inundaciones. Sistemas de riego controlados son usados para corregir el contenido de humedad durante los períodos de escasez de precipitaciones. El material de alimentación se aplicó a las hileras, en general, una vez por semana, a una profundidad media de 15 a 30 mm. Las lombrices "trabajan" en la parte superior de cada hilera, consumen el material aplicado durante un período de 5 a 7 días. La lombriz fertilizante orgánica resultante se cosecha y es envasada para su distribución y uso como fertilizante beneficioso y acondicionador de suelos. Los experimentos mostraron disminuciones en la concentración de hidrocarburos a partir de 4,600 mg / kg por debajo de 100 mg / kg en menos de 28 días, con menos de 200 mg / kg restante después de 10 días. El mecanismo biológico específico responsable de estas disminuciones no se conoce. Las hipótesis incluyen la degradación microbiana dentro de las camas de lombrices, condiciones aeróbicas favorables generadas por la madriguera y las acciones de mezcla de las lombrices, y el consumo metabólico de los hidrocarburos por los mismas. Los resultados también indicaron la degradación completa de los recortes (originalmente 5-10 mm de diámetro) y sin mortalidad detectable entre las lombrices. La ocurrencia de aumento de las concentraciones de metales pesados y las indicaciones de bioacumulación en la lombriz a tasas de aplicación más altas y alimentación, sería necesario realizar un estudio o el uso de materiales alternativos de ponderación (Getliff et al., 2002). La porción óptima aparente de recortes en el material de alimentación es de 30 a 50%. Un factor importante para el éxito es el uso de fluidos de perforación diseñados para la biorremediación y la tecnología de la vermicultura. Fluidos base de tipo parafina, combinada con nitrato o fases de salmueras de acetato, permiten a las lombrices añadir valor a los recortes que ya se encuentran relativamente limpios debido al diseño específico de los fluidos (Getliff et al., 2002). (Drilling Waste Management Information System, 2016)
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2.4.3 Tratamiento térmico Sistema de tratamiento que usa procesos térmicos mediante los cuales se modifican las propiedades de los residuos para su aprovechamiento energético o para su disposición final. El tratamiento térmico solo será considerado aprovechamiento energético si éste se realiza con un alto grado de eficiencia energética o si se substituyen combustibles fósiles de acuerdo con las mejores técnicas disponibles. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015)
2.4.3.1 Incineración Consiste en la oxidación o combustión de los recortes de perforación con la finalidad de eliminar
sus componentes orgánicos. Estos residuos son sometidos a temperaturas
entre 1200 a 1500 ºC, obteniéndose un material prácticamente inerte (cenizas). La incineración es típicamente usada para eliminar residuos orgánicos que son altamente tóxicos, altamente inflamables, resistentes a la descomposición biológica, o son de alto riesgo para salud humana y para el medio ambiente. Por otra parte, la incineración no es conveniente cuando los recortes tienen componentes metálicos ya que se oxidaran y serán emitidos a la atmosfera a través de los vapores generados. Su principal desventaja es que el material resultante es un material inerte y se emite a la atmósfera grandes cantidades de gases de efecto invernadero (CO2, NOx). (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.4.3.2 Desorción térmica Es un proceso de destilación de los recortes de perforación. Estos residuos son sometidos a temperaturas entre los 300ºC y 500ºC con el objetivo de que el agua y los hidrocarburos sean evaporados y condensados para luego ser separados en un separador bifásico y recuperados. El agua es el primer componente en evaporarse, lo que permitirá disminuir el punto de ebullición de los hidrocarburos, por lo tanto se requiere menor consumo de energía.
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Ilustración 1.7.- Diagrama de bloques de un proceso de típico de desorción térmica y muestreo
(DONNER, 2010)
En la actualidad existen los siguientes tipos de unidades de desorción térmica:
Unidades tipo tambor , usan un tambor rotatorio que es calentado por quemadores. Unidades tipo tornillo, circula fluido caliente a través de las cavidades del tornillo y la carcasa.
Limpiador termo mecánico de recortes , usa fricción para calentar los recortes. Unidades de desorción química, en las cuales se mezclan los recortes con ácidos para generar calor. Las unidades tipo tambor y tipo tornillo son calentados de manera indirecta. Esto requiere que la temperatura de la fuente de calor indirecto sea mayor que la temperatura necesaria para el proceso, para conseguir la evaporación del agua y el aceite contenido en los recortes. Por lo tanto, estas unidades requieren mayor energía para tratar los recortes que la unidad termo mecánica. Para garantizar un buen tratamiento de los recortes, la alimentación de las unidades de desorción necesita ser continua. Si la tasa de alimentación es reducida o es interrumpida, 25
la temperatura podría incrementarse dando lugar al cracking del aceite. Por otro lado si la tasa de alimentación se incrementa, la temperatura podría disminuir demasiado causando que el tratamiento sea ineficiente ya que el aceite no podría ser removido de los recortes. En las unidades de desorción térmica el nivel de oxigeno es crítico, ya que debe ser mantenido por debajo de 8% para evitar la combustión.
La principal ventaja de la
desorción térmica es que el aceite recuperado puede ser reutilizado para preparar un nuevo lodo de perforación. En el caso de que el aceite se descompuso ( cracking ) y no pueda ser reusado, este puede ser utilizado como combustible en los quemadores de las unidades. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.5 Disposición final de los recortes de perforación Etapa de la gestión operativa de los residuos que consiste en depositar de forma permanente los residuos en un espacio físico. (Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755, 2015)
2.5.1 Entierro El entierro es la colocación de los residuos en fosas o vertederos. Enterrar los recortes es una de las técnicas más comunes de disposición de los recortes de perforación y lodos. Generalmente, los recortes son enterrados en la misma fosa de reserva usada para la recolección y almacenaje temporal de los recortes y lodos de perforación, una vez estos hubieran sido tratados previamente. La fosa de entierro es un método barato y no requiere de equipos sofisticados, ni tampoco necesita que los recortes sean transportados desde la locación del pozo, por lo que muchos operadores optan por esta práctica. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.5.1.1 Fosa de recortes El uso de fosas recubiertas es de gran uso para el manejo de residuos de perforación. Durante las operaciones de perforación, los recortes separados de las zarandas son enviados a una fosa llamada fosa de reserva situada en las proximidades de la torre de perforación. Generalmente la fosa se encuentra abierta a la atmosfera, por lo que también acumula agua de lluvia y agua utilizada para lavar el equipo de perforación. La ubicación
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estratégica de las fosas ayuda a minimizar derrames de materiales de desecho. Las fosas deben ser recubiertas para evitar la contaminación del suelo. Al final de la perforación del pozo, cualquier producto de hidrocarburo que se encuentre flotando en la fosa es recuperado, así como también el agua que se encuentra acumulada para su tratamiento si es necesario o su inyección. Los recortes remanentes son cubiertos en la misma fosa usando tierra virgen, la superficie es clasificada para prevenir la acumulación de agua, y el área es reforestada con especies nativas para reducir la erosión potencial y promover la completa recuperación del área del ecosistema. La fosa de reserva deberá ser cerrada tan pronto sea posible siguiendo los procedimientos de cierre en cada región. Para los residuos con componentes de concentraciones ligeramente mayor que los límites permisibles para el entierro tradicional en fosa, los recortes son mezclados con suelo limpio del lugar, para diluir y reducir las concentraciones a niveles aceptables y luego son enterrados. Los costos para el entierro de los recortes en la fosa dependen del volumen de suelo requerido para ser mezclado y disminuir las concentraciones de aceite y grasa dentro de los limites (ejemplo < 3.0% en peso), costos de excavación de la fosa, y costos de carga y traslado de los recortes. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
2.5.1.2 Vertederos Pueden ser utilizados para la disposición de los recortes de perforación y otros residuos de los campos petroleros. En algunas circunstancias, estos vertederos no se encuentran cerca a la ubicación del campo y pueden recibir los residuos de otros campos. Por otro lado, las compañías petroleras que generan grandes cantidades de residuos construyen sus propios vertederos. Por ejemplo, TotalFinaElf diseñó y construyó un vertedero controlado para disponer de los residuos inertes en un área remota en Libia, donde otras alternativas de manejo no estaban fácilmente disponibles. En este vertedero, un recubrimiento se colocó en el fondo para prevenir la contaminación del suelo, así también se colocó permanentemente un recubrimiento en la superficie que recubría los residuos en periodos en que no se perforaban los pozos; este recubrimiento permanecería después de que el vertedero sea cerrado. (Drilling Waste Management Information System, 2016) 27
2.5.2 Reinyección de recortes En una operación típica de reinyección de recortes (CRI, por sus siglas en ingles), los recortes se mezclan con agua, se procesan mediante trituración u otra acción mecánica para formar una lechada viscosa estable, se bombean en un pozo establecido exclusivamente para eliminación de residuos, o a través del espacio anular existente entre las cañerías de revestimiento de un pozo activo y se introducen bajo presión en las formaciones. Este proceso crea fracturas hidráulicas en la formación la cual es capaz de almacenar la lechada. Al finalizar el programa de inyección, el pozo o el espacio anular es sellado con cemento. Este tipo de disposición de los recortes de perforación es bastante común en pozos costa afuera (off-shore). (GEEHAN, 2007) Ilustración 1.8.- Proceso de inyección de recortes
(GEEHAN, 2007)
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Cuando la lechada está lista para la inyección, la formación es preparada para recibir la lechada. Primero, agua limpia es inyectada rápidamente para presurizar el sistema e iniciar el fracturamiento de la formación. Cuando la formación esté admitiendo agua libremente (presión de fractura), la lecha comienza a ser bombeada al pozo. Una vez que toda la lecha fue inyectada a la formación, se bombea agua con el objetivo de limpiar el pozo de los sólidos que pueda contener aún. La presión en la formación declinará gradualmente debido a la migración de la fase liquida de la lechada, y la fase solida quedara almacenada en las fracturas y poros de la formación. Una ventaja de la reinyección de los recortes es que permite continuar perforando el pozo mientras se realiza la inyección. (GEEHAN, 2007) Ilustración 1.9.- Riesgos en un proyecto de rein yección de recortes
(GEEHAN, 2007)
Los proyectos de reinyección diseñados en forma deficiente, plantean el riesgo de que los materiales residuales fuguen nuevamente hacia la superficie a través de fracturas naturales, a lo largo de los planos de falla, o siguiendo fisuras mal cementadas en el pozo hacia la superficie (izquierda). Dependiendo del peso específico del residuo inyectado, parte del material puede llegar a la superficie. Con la ingeniería correcta y la roca sello adecuada, el residuo queda contenido dentro de la zona de inyección (derecha). (GEEHAN, 2007) 29
2.5.3 Reciclaje Disposición sobre terreno como material de relleno: Un uso de los recortes es estabilizar las superficies que están sujetas a ser erosionadas, tales como caminos o sendas. Esta opción requiere de tratamiento previos como; concentración de sólidos/deshidratación, solidificación/estabilización y probablemente de solidificación.
En varios países del
mundo no permiten disponer los recortes como relleno. Cuando es aceptado, los operadores deben obtener el permiso de la autoridad regulatoria y el propietario antes de disponer de los recortes. Algunas jurisdicciones limitan la difusión de los recortes solo en caminos de tierra, mientras que otros pueden permitir que los recortes sean difuminados por caminos o carreteras de tierra públicas. Los operadores deben asegurarse de que los recortes no sean depositados cerca de los ríos o en pendientes pronunciadas. Los recortes deben cumplir con los límites permisibles antes de ser dispuestos en los suelos. (Drilling Waste Management Information System, 2016) Reuso de recortes como material de construcción: Después de que los recortes hubieran sido debidamente tratados, estos pueden ser utilizados como agregados o rellenos de hormigón, ladrillos, o bloques de manufactura. Otras aplicaciones posibles son en la fabricación de cementos, taponamiento en abandono de pozos. La economía de este enfoque rara vez definida en el valor del producto terminado, si no que puede ser más barato que otros tratamientos. (Drilling Waste Management Information System, 2016) Restauración de zonas húmedas o pantanosas: Otra nueva aplicación para los residuos de perforación es su uso como sustrato para la restauración de los humedales costeros. El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha financiado diversos proyectos para poner a prueba la viabilidad de tratamiento de recortes y utilizarlos para ayudar a restaurar los humedales dañados en Louisiana. La primera fase del trabajo consistía en experimentos en invernaderos, en los cuales varias especies de plantas de los humedales eran plantadas en los recortes tratados. Los resultados indicaron que los recortes propiamente tratados permiten el crecimiento de la
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vegetación propia de los humedales. Este método de disposición de los recortes en humedales continua siendo desarrollado. (Drilling Waste Management Information System, 2016) Uso de recortes como combustible: Varias pruebas han sido realizadas en el Reino Unido usando los recortes impregnados con lodos base aceite como combustible de una planta de energía. Los recortes fueron mezclados con carbón en pequeñas proporciones. Las cenizas obtenidas de la combustión eran similares a las que se obtenían de quemar solo carbón. (Drilling Waste Management Information System, 2016)
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JERARQUIA DEL MANEJO DE LOS RECORTES DE PERFORACION
La jerarquía del manejo de residuos expone una secuencia óptima en el manejo de residuos (Ver ilustración 1.10). La primera opción y la más preferida es la reducción de la fuente. Este proceso consiste en las actividades que reducen o eliminan ya sea la generación del residuo en la fuente o liberación de un contaminante de un proceso. La siguiente opción es el reciclaje, el cual consiste en la recuperación de componentes útiles de los residuos para reuso, o el uso o reuso de un residuo como un sustituto de una materia prima o como materia prima de un proceso industrial. Tanto la reducción de la fuente y reciclaje comprenden una disminución del residuo. Las dos últimas opciones, y las menos preferidas de la jerarquía son el tratamiento y la disposición. Un manejo efectivo de residuos es un proceso continuo dentro del cual el plan de manejo puede ser revisado como nuevas prácticas de manejo de residuos, u opciones tecnológicas de disposición responsable son identificadas. En las últimas décadas, los operadores han usado enfoques que minimizan el volumen y/o la fracción tóxica de los residuos generados, y técnicas de disposición que ofrecen protección al medio ambiente y seguridad pública. La jerarquía de manejo de residuos de 3 niveles, los cuales son disminución de los residuos, tratamiento y disposición, son normalmente seguidos por el operador en su oferta para controlar y manejar residuos de perforación de la manera más medioambientalmente amigable posible.
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Implementaciones exitosas del plan de manejo de residuos requiere que el personal que genera y maneja los residuos sea oportunamente informado sobre las opciones disponibles que existen en cuanto a la gestión de residuos. La aplicación de esta estrategia disminuye la cantidad de desechos que requieren de disposición final. La primera y más importante acción en la jerarquía de manejo de los residuos es reducir el volumen de los desechos. El siguiente paso es reciclar o reusar los residuos o materiales contenidos en los residuos. Solo después de haber llevado acabo los pasos anteriores, los residuos remanentes deberán ser tratados y darles una disposición final adecuada. Al seguir esta jerarquía tanto el volumen de los residuos a ser dispuestos son disminuidos y los costos de tratamiento y disposición final serán disminuidos. (ONWUKWE, 2012)
Ilustración 1.10.- Jerarquía de manejo de los recortes de p erforación
Elaboración propia a partir de (ONWUKWE, 2012)
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MARCO LEGAL
4.1 Ley de Medio Ambiente Nº 1333 OBJETO DE LA LEY ARTICULO 1º.- La presente Ley tiene por objeto la protección y conservación del medio ambiente y los recursos naturales, regulando las acciones del hombre con relación a la naturaleza y promoviendo el desarrollo sostenible con la finalidad de mejorar la calidad de vida de la población.
4.2 Ley de gestión integral de residuos N° 755 Artículo 1. (OBJETO). La presente Ley tiene por objeto establecer la política general y el régimen jurídico de la Gestión Integral de Residuos en el Estado Plurinacional de Bolivia, priorizando la prevención para la reducción de la generación de residuos, su aprovechamiento y disposición final sanitaria y ambientalmente segura, en el marco de los derechos de la Madre Tierra, así como el derecho a la salud y a vivir en un ambiente sano y equilibrado.
4.3 D.S. 24335 Reglamento Ambiental del Sector Hidrocarburo ARTICULO 1. El presente Reglamento tiene por objeto regular y establecer los límites y procedimientos para las actividades del sector hidrocarburos que se lleven a efecto en todo el territorio nacional, relativas a: exploración, explotación, refinación e industrialización, transporte, comercialización, mercadeo y distribución de petróleo crudo, gas natural y su respectiva comercialización, cuyas operaciones produzcan impactos ambientales y/o sociales en el medio ambiente y en la organización socioeconómica de las poblaciones asentadas en su área de influencia.
4.4 Decreto Supremo N° 2400 ARTÍCULO 1.- (OBJETO). El presente Decreto Supremo tiene por objeto complementar y modificar el Reglamento Ambiental para el Sector Hidrocarburos, aprobado por Decreto Supremo N° 24335, de 19 de julio de 1996 y sus modificaciones.
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MARCO NORMATIVO
5.1 NB 742:2009 Residuos sólidos – Terminología sobre residuos sólidos y peligrosos. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN: Esta norma, define los términos más empleados en las normas de residuos sólidos municipales y peligrosos.
5.2 NB 758:2005
Residuos sólidos – Características, listados y definición de
residuos peligrosos OBJETO: Esta norma define las características de los residuos especiales peligrosos, así como los criterios para su identificación.
5.3 NB 69011:2005 Residuos sólidos peligrosos - Manipulación y almacenamiento temporal de residuos peligrosos OBJETO: Esta norma establece los requisitos mínimos que deben cumplir las Unidades generadoras de residuos peligrosos, en cuanto a su manipulación y almacenamiento temporal al interior de sus predios.
5.4 Documento guía medioambiental: Manejo de residuos en operaciones de exploración y producción (API E5) Este documento refleja el continuo compromiso de nuestra industria con la protección medio ambiental. Esta norma provee orientación para la minimización de los impactos ambientales directos e indirectos de los sólidos generados en actividades típicas de exploración y producción (E&P), las cuales incluyen exploración, perforación, terminación y reparación de pozos, producción de campo, y operación de plantas de gas.
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CAPÍTULO 2 RESULTADOS 1
SERVICIO INTEGRAL PARA EL MANEJO Y TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS SOLIDOS Y SUELOS EMPETROLADOS PARA EL POZO EXPLORATORIO LLIQUIMUNI CENTRO (LQC-X1)
1.1 Generalidades Este servicio
consistió específicamente en el manejo ambientalmente seguro
(almacenamiento temporal, transporte, tratamiento y disposición final adecuada) de los residuos sólidos generados durante la perforación del pozo Lliquimuni Centro LQC-X1, para el cumplimiento de la legislación ambiental vigente y aplicable en nu estro país.
1.2 Ubicación El pozo exploratorio Lliquimuni Centro LQC-X1, está ubicado en el Bloque Lliquimuni, mismo que se encuentra ubicado en el Sub Andino Norte, municipios de Teoponte y Alto Beni, Provincias Larecaja y Caranavi del Departamento de La Paz. Ilustración 2.1.- Ubicación Pozo LQC-X1
Fuente YPFB PETROANDINA SAM.
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1.3 Programa de Perforación Pozo Lliquimuni Centro LQC-X1 Según el programa general de perforación proyecto Lliquimuni Centro LQC-X1, se definió la arquitectura del pozo como se observa en la ilustración 2.3, conociendo los diámetros de los trépanos y las profundidades de asentamiento de las cañerías de revestimiento, fue posible estimar el volumen de recortes que se generarían y de esta manera estimar los costos del servicio de manejo de recortes de perforación. Ilustración 2.2.- Puntos de asentamiento de revestidores
Ilustración 2.3.- Diagrama mecánico del pozo
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El volumen de recortes a generar durante la perforación del pozo LQC-X1 es aproximadamente de 1832m 3 ó 11527 Bbls (Tabla 2.1), considerando hinchamiento de estos residuos y ensanchamiento del agujero ( washouts). Dicho volumen de residuos genera la necesidad de realizar 153 viajes usando un camión con capacidad de 12 m 3, a fin de realizar el transporte de estos residuos hacia las áreas de tratamiento y disposición final; utilizándose en este caso la técnica conocida como “land spreading y biopila mecanizada”, mediante la cual estos son dispersados e incorporados al suelo. Tabla 2.1.- Estimación de Recortes de Perforación Pozo LQC-X1
Se debe tomar en cuenta que este volumen estimado de recortes puede diferir al volumen de residuos generados durante la perforación, ya que esta estimación fue realizada usando datos de profundidades de asentamiento programadas; sin embargo, permite estimar los costos de la gestión de estos residuos sólidos. NOTA: El valor del factor de corrección, oscila entre 2 ó 3, y es debido a los derrumbes de las formaciones inestables, hinchamiento de las arcillas, humectación entre otros. Este factor se multiplica al volumen del pozo perforado.
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1.4 Alcance del servicio El servicio integral para el manejo y tratamiento de los residuos sólidos y suelos empetrolados generados durante las operaciones de perforación del pozo LQC-X1, estuvo a cargo de la compañía de servicios SESIGA BUHOS SA, la cual realizó las siguientes actividades: -
Transporte de recortes y residuos al sitio de tratamiento.
-
Tratamiento de recortes Base Agua (WBM) y otros residuos (Buzón Nº 16, buzón Nº 20).
-
Caracterización (pruebas de laboratorio) necesarias para el tratamiento de recortes base agua y otros residuos.
-
Disposición final de los residuos tratados (Buzón Nº1, buzón Nº 10)
1.5 Proceso de los recortes con lodo base agua 1.5.1 Almacenaje Consistió en el almacenamiento temporal de los recortes, suelos y otros residuos de perforación en contenedores para posteriormente proceder al transporte del volumen acumulado hasta el centro de acopio en el área asignada para este propósito, SESIGA BUHOS SA propuso utilizar contenedores de 3 o 4 caras, así como la maquinaria adecuada que consistió en una pala cargadora o Retro- Excavadora. Ilustración 2.4.- Contenedores con recortes de perforación
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1.5.2 Transporte El transporte se realizó en función al residuo (recortes impregnados con lodo base agua), se utilizó camiones volquetas las cuales estaban debidamente acondicionados con el objeto de prevenir cualquier tipo de derrame y/o contingencia, además en cada camión volqueta SESIGA BUHOS SA dotó de un equipo básico de control de derrames, capacitando a los conductores en atención a derrames. El volumen total transportado de recortes desde el inicio del proyecto hasta la finalización de la perforación del pozo fue de 4470,12 m3. Ilustración 2.5.- Carguío y transporte de los recortes
1.5.3 Tratamiento 1.5.3.1 Tipo de tratamiento SESIGA BUHOS SA, usó la siguiente metodología para el tratamiento de los recortes:
Caracterización organoléptica, física, química y microbiológica de los lodos base agua, estableciendo la línea base ambiental.
Pre tratamiento físico: homogeneización y estructuración de los lodos base agua.
Tratamiento biológico: land spreading - biopila mecanizada .
El proceso que se realiza en el tratamiento de estos recortes de perforación consiste en realizar la estructuración y homogenización mediante el mezclado constante con suelo
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orgánico y conformación de biopilas para promover mayor aeración y su correspondiente vaporización y secado mediante el volteo mecanizado.
1.5.3.2 Definición del sitio de tratamiento SESIGA BUHOS SA, definió llevar adelante el tratamiento ex-situ de los recortes impregnados con lodos base agua en propiedades privadas aledañas a la planchada del pozo LQC-X1, a las cuales se las identificó de la siguiente manera: -
Buzón Nº 16 (área de tratamiento).
-
Buzón Nº 20 (área de tratamiento).
Para alcanzar las metas y objetivos propuestos, se planteó realizar las siguientes actividades: - SESIGA
BUHOS SA, acondicionó y definió en sus instalaciones de
almacenamiento temporal, tratamiento y disposición final asignadas para dicho efecto. -
Traslado de los lodos base agua a las áreas de tratamiento.
-
Tratamiento de los lodos base agua, aplicando las técnicas de biorremediación de land spreading y biopila mecanizada.
-
Análisis de calidad ambiental de los recortes con lodos base agua, para garantizar la efectividad del tratamiento aplicado.
1.5.3.3 Caracterización de los recortes En cumplimiento a lo establecido en el art. 34 del Reglamento Ambiental para el Sector de Hidrocarburos (RASH), se realizó la caracterización de los recortes de perforación, con la finalidad de definir la línea base ambiental de los contaminantes y de esta manera monitorearlos constantemente durante el periodo de duración del tratamiento. El objetivo de la caracterización de los recortes al inicio del tratamiento permite establecer el punto de partida del proyecto y de esta manera poder realizar un mejor seguimiento a los contaminantes presentes en los recortes de perforación base agua y así poder definir las medidas correctivas necesarias para poder disminuir las concentraciones de los
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contaminantes por debajo de los límites máximos permisibles definidos en el DS. 2400. La línea base ambiental de ambas biopilas se encuentra detallada en la tabla 2.2. El uso potencial de los suelos de las áreas de disposición final fue la agricultura, por tal motivo es que se consideraron los límites máximos permisibles para suelo agrícola establecidos en el DS. 2400 (Ver anexo1). En la tabla 2.2 se puede verificar que las concentraciones de los contaminantes en los recortes de perforación no son superiores a los límites máximos permisibles, sin embargo en el Programa General de Perforación Proyecto Lliquimuni Centro (LQC-X1) se estableció que los recortes generados usando lodo base agua serian tratados usando la técnica de Land spreading y en caso de que se observen recortes (ripios), con impregnación de hidrocarburos mayor a los límites permisibles, este volumen sería separado del resto, y posteriormente tratado aplicando una técnica de biotratamiento (Land farming , compostaje). Durante la perforación del pozo, no se generaron recortes impregnados con hidrocarburos mayores a los límites máximos permisibles, por lo tanto, todo el volumen de recortes generados fueron tratados mediante la técnica de land spreading y biopila mecanizada.
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Tabla 2.2.- Línea base ambiental de las biopilas LINEA BASE AMBIENTAL Análisis
Unidad
limite maximo Biopila 1 Biopila 2 permisible
Características Materia seca %(m/m) Metales Arsénico (As) mg/kg 12 Cobalto (Co) mg/kg 40 Molibdeno (Mo) mg/kg 5 Níquel (Ni) mg/kg 50 Plomo (Pb) mg/kg 100 Hidrocarburos Monoaromáticos Benceno mg/kg 0.05 Tolueno mg/kg 0.1 Etilbenceno mg/kg 0.1 o-Xileno mg/kg m,p-xileno mg/kg Xilenos (sum) mg/kg 0.1 BTEX (suma) mg/kg TPH volátil TPH volátil C6-C8 mg/kg TPH volátil >C8-C10 mg/kg TPH volátil (C6-C10) mg/kg TPH TPH (C10-C12) mg/kg TPH (C12-C16) mg/kg TPH (C16-C21) mg/kg TPH (C21-C30) mg/kg TPH (C30-C35) mg/kg TPH (C35-C40) mg/kg TPH Suma (C10-C40) mg/kg 200 Hidrocarbros Aromáticos Policíclicos, HAP Naftaleno mg/kg 0.1 Acenaftileno mg/kg 100 Acenafteno mg/kg 15 Fluoreno mg/kg 340 Fenantreno mg/kg 40 Antraceno mg/kg 28 Fluoranteno mg/kg 40 Pireno mg/kg 0.1 Benzo(a)antraceno mg/kg 0.1 Criseno mg/kg 12 Benzo(b)fluoranteno mg/kg 12 Benzo(k)fluoranteno mg/kg Benzo(a)pireno mg/kg 0.1 Dibenzo(ah)antraceno mg/kg 1.2 Benzo(ghi )peri leno mg/kg 40 Indeno(123cd)pireno mg/kg HAP 10VROM (suma) mg/kg HAP 16 EPA (suma) mg/kg
69.6
50.2
6.5 14 1.9 33 18
6.6 15 1.8 28 17
<0.050 <0.050 <0.050 <0.050 <0.050 <0.10 <0.25
<0.050 <0.050 <0.050 <0.050 <0.050 <0.10 <0.25
<0.60 <0.60 <1.2
<0.60 <0.60 <1.2
<3.0 <5.0 6.5 31 18 <6.0 62
<3.0 <5.0 9.5 26 13 <6.0 54
<0.010 <0.010 <0.010 <0.010 0.013 <0.010 0.012 0.011 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.10 <0.16
<0.010 <0.010 <0.010 <0.010 0.017 <0.010 0.019 0.017 0.017 0.017 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.10 <0.16
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1.5.3.4 Etapas del tratamiento de los recortes base agua Preparación del área de tratamiento Consistió en la operación de preparación de las fosas de recepción, de acuerdo al volumen de residuo contaminado a recepcionar.
Recepción de residuos sólidos contaminados La recepción de los recortes con lodo base agua, se realizó aplicando el procedimiento operativo, descrito en el manual de operaciones de SESIGA BUHOS SA, una vez aplicado este procedimiento se procedió a la descarga de los recortes de perforación y proceder a esparcirlos en capas delgadas comprendidas entre 30 a 50 cm de espesor. Ilustración 2.6.- Fosa de recepción de recortes
Mantenimiento de la humedad Durante el tiempo de tratamiento de los recortes contaminados se mantuvo el porcentaje de humedad en las biopilas aproximadamente en un 40 %, mediante aspersores o mangueras. Mantener la humedad de las biopilas fue de vital importancia para poder conseguir un exitoso proyecto de biorremediación ya que esta debería permitir el crecimiento de las bacterias y de esta manera estos microorganismo puedan alimentarse de los contaminantes de los recortes de perforación.
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Laboreo de celdas y conformación de biopilas El laboreo se realizó para airear el suelo e incorporar el residuo en la matriz del suelo. Mediante el laboreo se incrementó el contacto microorganismos, nutrientes y contaminantes, así se mejoró la biodegradación. En el laboreo y volteo de suelo también se redistribuyó el contaminante, produciéndose una mejor homogeneidad en los niveles de contaminación. La razón primordial para el laboreo es el incremento de la tasa de difusión de oxígeno, que es necesario para la degradación aerobia, y que disminuye a profundidades superiores a 30 cm, dependiendo de la estructura del suelo y de su textura. El laboreo de la celda se realizó con un tractor agrícola equipado con una rastra de disco, siendo su frecuencia de laboreo (remoción con el tractor agrícola que permite la oxigenación) de la celda de con intérvalos de tres días. Ilustración 2.7.- Extendido de los recortes sobre la su perficie
Ilustración 2.8.- Secado de los recortes
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Monitoreo Ambiental Para el monitoreo de la celda de biorremediación se tomó una línea base de tratamiento, la misma indica el grado de contaminación del contaminante a monitorear (TPH). Una vez establecida la línea base, fue necesario esperar un ciclo de degradación biológica, estimado en tres meses, posteriormente al ciclo de degradación biológica en la cual los microorganismos habían comenzado su actividad microbiana degradando el material contaminado, se realizó un muestreo para sus respectivos análisis de laboratorio de los parámetros de TPH (hidrocarburos totales de petróleo), microbiológico cuyo objetivo era de interpretar la curva de crecimiento microbiano y de actividad bacteriana. En el anexo 1 de este documento se muestra el ANEXO 7 del D.S. N° 2400 tabla 7.3.4, son los límites máximos permisibles para suelos en función del uso actual o potencial del Reglamento Ambiental para el Sector de Hidrocarburos (RASH), en el cual se regirá el tratamiento aplicando la técnica del Land spreading y biopila mecanizada. Por lo tanto se deberá realizar los siguientes análisis de laboratorio: -
TPH (Hidrocarburos totales de petróleo)
-
BTEX, Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xilenos.
-
PAHS, Hidrocarburos Poliaromáticos.
-
Metales Pesados.
- Microbiológico. -
pH Quincenal.
- Temperatura. -
Conductividad Eléctrica (contenido de sales).
- Humedad.
Durante el tiempo de tratamiento SESIGA BUHOS SA realizó la inserción de oxígeno mediante el laboreo así como el mantenimiento del porcentaje de humedad adecuado en la celda mediante riego.
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Ilustración 2.9.- Toma de muestras Buzón Nº 16
Ilustración 2.10.- Muestreo Compuesto
Ilustración 2.11.- Muestra compuesta Buzón Nº 16
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Resultados El ultimo monitoreo de las biopilas se efectuó en fecha 22-03-2016 donde se vuelve a verificar el cumplimiento de los límites máximos permisibles para suelo agrícola, ya que los terrenos donde se llevó a cabo el tratamiento de los recortes serían destinados a la actividad agrícola. Los resultados de laboratorio obtenidos se pueden verificar en el Anexo 2 de este documento.
1.5.4 Disposición final Al término de la degradación biológica mediante la técnica del land spreading y biopila mecanizada, y una vez verificado que el suelo contaminado se encontraba dentro del valores permisibles de los parámetros monitoreados (reportes de análisis de laboratorio) se procedió a la disposición final, para tal efecto se realizó: Disposición final del suelo tratado en el buzón Nº 1. Disposición final del suelo tratado en el buzón Nº 10. Una vez se hizo la disposición de los suelos tratados en los buzones 1 y 10 se firmó las actas de conformidad con los propietarios de estos terrenos, dando por culminado el manejo de estos residuos.
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2
TRATAMIENTO BIOLÓGICO EX-SITU Y DISPOSICION FINAL DE MATERIAL SUELO EMPETROLADO PROVENIENTE DE LA PLANCHADA DEL POZO SAL-X9, BLOQUE SAN ALBERTO.
2.1 Generalidades del servicio PETROBRAS BOLIVIA S.A. dispone de pasivos ambientales provenientes de la planchada del pozo SAL-X9, Bloque Petrolero San Alberto producto de la perforación del pozo, los que requerían ser transportados y tratados ex-situ.
2.2 Ubicación del pozo SAL-X9 El pozo SAL-X9 se encuentra ubicado al Noroeste de la planta de gas de San Alberto, con coordenadas X: 410796m Y: 7579008 Z: 1389m Ilustración 2.12.- Ubicación geográfica pozo SAL-X9
2.3 Perforación del Pozo SAL-X9 YPFB en 1988, en base a interpretaciones de mapas de geología de superficie e integrando información geológica de niveles productores en el territorio argentino, se da inicio con la perforación exploratoria del pozo profundo SAL-X9, alcanzando una profundidad de 4518.5 mbbp, y penetrando 199 metros en la formación Huamampampa. 48
Ilustración 2.13.- Corte estructural del pozo SAL-X9
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Una vez confirmada la alta productividad de gas en niveles profundos de la formación Huamampampa (perforación pozo SAL-X10), se determinó buscar dichos niveles productores en el Pozo SAL-X9 y realizar la profundización del mismo con el fin de incrementar las reservas de la Formación Huamampampa (reservorio H2). Las operaciones de profundización del pozo iniciaron en fecha 25 de octubre de 1998, mediante un side track (desviación) desde 4379m (KOP) y se alcanzó la profundidad de 4564,5 m. Ilustración 2.14.- Diagrama Mecánico del Pozo SAL-X 9
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Tabla 2.3.- Estimación de recortes de perforación Poz o SAL-X9
NOTA: El valor del factor de corrección, oscila entre 2 ó 3, es debido a los derrumbes de las formaciones inestables, hinchamiento de las arcillas, humectación entre otros. Este factor se multiplica al volumen del pozo perforado.
2.4 Alcance del servicio Transportar material térreo empetrolado proveniente de la locación de Pozo San Alberto SAL-X9 hacia las instalaciones del Campo “Ñakurutu -Sunchal” dando cumplimiento a las condiciones ambientales y realizar el tratamiento de los mismos para poder realizar su disposición final.
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2.5 Proceso de los recortes con lodo base aceite (OBM) 2.5.1 Almacenaje El material empetrolado se encontraba almacenado en las instalaciones del Pozo San Alberto SAL-X9 en el área de pileta OBM, misma que estaba bajo techo.
2.5.2 Transporte El carguío del material térreo empetrolado se realizó en las instalaciones del Pozo San Alberto SAL-X9 en el área de pileta OBM, recortes de perforación. El transporte se realizó desde el pozo San Alberto SAL- X9 hasta las instalaciones del Campo “Ñakurutu -Sunchal”, ubicado en la Provincia Gran Chaco en la primera Sección Municipal Yacuiba, en la Comunidad Sunchal. Se realizaron 118 viajes transportando un total de 1696 m3 de material térreo empetrolado. Se realizó la descarga del material empetrolado y paralelamente a esta actividad, se realiza la conformación de las biopilas en el área acondicionada para el tratamiento. Dicha actividad se desarrolló desde el 29/05/2015 hasta 12/07/2015. Ilustración 2.15.- Descarguío del material térreo
2.5.3 Tratamiento 2.5.3.1 Tipo de tratamiento El tratamiento innovador que se está utilizando es una combinación de land farming y biopila mecanizada. 52
2.5.3.2 Definición del sitio de tratamiento Se definió realizar el tratamiento del material térreo en el Campo de land farming “Ñakurutu-Sunchal”, ubicado en la Provincia Gran Chaco en la primera Sección Municipal
Yacuiba, en la Comunidad Sunchal, debido a la cercanía al pozo SAL-X9. Ilustración 2.16.- Campo Land Farming Ñakurutu-Sunchal
2.5.3.3 Caracterización de los recortes Al inicio del tratamiento en fecha 10-06-2015 se realizó el respectivo análisis del material térreo empetrolado y se definió la línea base ambiental (Ver anexo 3), donde se pudo verificar un TPH de 24900 mg/kg
2.5.3.4 Etapas en el tratamiento de los recortes base aceite. Preparación de celda de tratamiento Consiste en la operación de preparación de la celda y/o parcela de acuerdo al volumen de residuo contaminado con hidrocarburo a recepcionar.
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Recepción de residuos sólidos contaminados La recepción del suelo contaminado con hidrocarburos, se realiza aplicando el procedimiento operativo, descrito en el manual de operaciones del campo Land farming de SESIGA BUHOS SA, una vez aplicado este procedimiento se procede a la descarga de los suelos contaminados con hidrocarburos y proceder a esparcirlo en capas delgadas comprendidas entre 30 a 50 cm de espesor. Ilustración 2.17.- Conformación de biopilas
Inserción de nutrientes Durante el proceso de tratamiento se insertará estiércol vacuno, bagazo de caña como nutriente orgánica y úrea como nutriente inorgánica, de acuerdo al requerimiento de la biopila, el cual va sujeto a la evolución del contaminante en cada biopila
Mantenimiento de la humedad Durante el tiempo estimado de tratamiento del suelo contaminado con hidrocarburo se mantuvo el porcentaje de humedad en la celda aproximadamente el 40 %, mediante aspersores o mangueras.
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Laboreo de celdas El laboreo es necesario para airear el suelo e incorporar el residuo en la matriz del suelo. Mediante el laboreo se incrementará el contacto microorganismos, nutrientes y contaminantes, así se mejora la biodegradación. En el laboreo y volteo de suelo también se redistribuye el contaminante, produciéndose una mejor homogeneidad en los niveles de contaminación. La razón primordial para el laboreo es el incremento de la tasa de difusión de más oxígeno, que es necesario para la degradación aerobia, y que disminuye a profundidades superiores a 30 cm, dependiendo de la estructura del suelo y de su textura. El laboreo de la celda se realizará con un tractor agrícola equipado con una rastra de disco, siendo su frecuencia de laboreo (remoción con el tractor agrícola que permite la oxigenación) de la celda con intervalos de tres días.
Monitoreo Ambiental Para el monitoreo de la celda de Biorremediación se debe tomar una línea base de tratamiento, la misma indica el grado de contaminación del contaminante a monitorear (TPH). Ilustración 2.18.- Curva TPH Tratamiento material térreo pozo SAL-X9
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Tabla 2.4 .- Seguimiento al contaminante del material empetrolado pozo SAL-X9 FECHA DE
TPH (mg/kg)
MUESTREO
Límite máximo permisible
10/06/2015
24900
200
10/09/2015
5060
200
04/02/2016
3500
200
Una vez establecida la línea base es necesario esperar un ciclo de degradación biológica, estimado en dos meses, posteriormente al ciclo de degradación biológica en la cual los microorganismos han comenzado su actividad microbiana degradando el material contaminado, se debe realizar un muestreo para sus respectivos análisis de laboratorio de los parámetros de TPH, BTEX, PASH´s y microbiológico que tiene por objetivo interpretar la curva de crecimiento microbiano y de actividad bacteriana.
2.5.4 Disposición final Al término de la degradación biológica mediante la técnica de Landfarming y biopila mecanizada, y una vez verificado que el material terreo empetrolado, se encuentra dentro del valor permisible de los parámetros monitoreados (reportes de análisis de laboratorio) se procederá a su disposición final, para tal efecto se utilizarán dos posibles técnicas: -
Reutilización: Al término de la degradación biológica del suelo contaminado, que en el mismo se encuentran los microorganismos adaptados al medio, para su reutilización en el inicio de un nuevo tratamiento de degradación biológica, se la realiza con una relación de 1/5.
-
Relleno: Mejoramiento de caminos vecinales de la Comunidad Sunchal.
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ANALISIS CRÍTICO DE LA GESTION DE LOS RECORTES DE PERFORACION El equipo de control de sólidos, juega un papel muy importante en la gestión de los recortes de perforación, es por eso que una mejor separación de los recortes del lodo de perforación, reduce considerablemente los volúmenes de recortes generados; por lo tanto debe funcionar con la mayor eficiencia posible. Los tratamientos biológicos de los recortes de perforación, necesitan mayor tiempo y son dependientes de las condiciones climáticas. Sin embargo, han dado buenos resultados en la recuperación de estos residuos y de esta manera ser incorporados al suelo sin ningún inconveniente. El uso de geo-membranas en el tratamiento de estos residuos, permite un mejor control de parámetros críticos tales como
humedad, oxigenación, actividad microbiana,
reduciendo el tiempo y costos de tratamiento de los recortes de perforación. La combinación de los biotratamientos, land farming y biopila mecanizada, permite un mejor control de los parámetros críticos y más aún si se usan geo-membranas para recubrir las biopilas, y tratar mayores volúmenes de recortes. El tratamiento de land spreading , en la medida de lo posible, no es recomemdado en zonas lluviosas, ya que el exceso de humedad mitiga considerablemente la actividad de los microorganismos causando extensión de los tiempos de tratamientos.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES Mediante la realización de este trabajo se puede concluir:
La gestión de los recortes de perforación involucra los siguientes procesos: separación de los recortes del fluido de perforación, almacenamiento temporal, transporte, tratamiento y disposición final.
Los métodos más usados para tratar los recortes de perforación en Bolivia son las técnicas de biorremediación en especial land farming, land spreading y biopilas mecanizadas.
Es de vital importancia el control de los parámetros oxigenación, humedad, temperatura y contenido de materia orgánica, ya que depende de estos el incremento de la población y actividad de los microorganismos, lo cual es sinónimo de éxito en el tratamiento de los recortes de perforación.
Las leyes y normas en materia de manejo de residuos sólidos se encuentran en un proceso de actualización y mejora continua, con la finalidad de utilizar métodos y técnicas innovadoras para preservar y/o mejorar la calidad del medio ambiente, promoviendo un desarrollo sostenible en las actividades petroleras que se realizan en el territorio boliviano.
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RECOMENDACIONES Al finalizar este trabajo se puede llegar a las siguientes recomendaciones:
Para reducir costos de transporte y tratamiento se recomienda normar y promover la jerarquía del manejo de los recortes de perforación, lo que implica reducir los volúmenes de sólidos generados, reusar los residuos, tratar los sólidos que no pueden ser reusados y finalmente realizar la disposición final.
Para que los lodos y sus aditivos no causen impactos negativos al medio ambiente, se recomienda reducir la concentración de componentes tóxicos, lo que haría más sencillo el tratamiento de los recortes de perforación.
Para reducir el tiempo de tratamiento, se recomienda el uso de geo-membranas para recubrir las biopilas.
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BIBLIOGRAFÍA
Reglamento Ambiental para el Sector de Hidrocarburos - RASH. (1996).
Ley de Gestion Integral de Residuos Nº 755. (2015).
NB 742 Residuos sólidos - Terminología sobre resiudos sólidos y peligrosos.
(2009).
ASME Shale Shaker Committee. (2005). Drilling Fluids Processing Handbook.
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ANEXOS
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ANEXO 1: Límites Máximos Permisibles para suelos en función al uso actual o potencial - Concentraciones en mg/kg de materia seca
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ANEXO 2: Resultados obtenidos en el tratamiento de los recortes de perforación provenientes del pozo LQC-X1
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