Los petroleros no fueron los primeros en perforar pozos profundos: 2.000 años atrás lo hacían los chinos para encontrar salmuera, con la cual obtenían sal. Para lograr sus propósitos disponían de un equipo consistente en una estructura de madera, de la cual suspendían por cable una herramienta cortante y pesada. La percusión intermitente sobre el terreno iba horadando sucesivos estratos del subsuelo hasta llegar al objetivo. Este ingenioso sistema permitió perforar hasta más de 900 metros de profundidad, aunque demandaba años completar el trabajo.
En los primeros años de la industria petrolera se utilizaron los mismos principios, de perforación a percusión. Aunque todavía en ciertas circunstancias y principalmente en Estados Unidos se sigue utilizando esta técnica (muy mejorada respecto del siglo pasado) fue universalmente reemplazada por el método de perforación rotativa.
Por lo general, cuando se trata de actividades en tierra la locación a perforar está ubicada en algún sitio de difícil acceso, y hay que realizar importantes trabajos preparatorios antes de instalar el equipo. Casi siempre se deben construir los caminos de acceso, que muchas veces suponen la construcción de puentes y obras viales especiales, desmonte de selvas, o drenaje de pantanos. En algunos casos, todo el equipo de perforación se traslada en helicópteros de gran Porte hasta la locación previamente preparada.
La torre o mástil de perforación conforma la parte más prominente del equipo (por lo general de 40 metros de altura), y está integrada por cuatro grandes columnas de acero de forma rectangular, unidas lateralmente.
En lo alto de la torre o mástil, suspendida de cables, se ubica la cabeza de inyección, conectada con la barra de sondeo. La cabeza de inyección deja pasar un líquido (lodo de perforación) y a la vez permite a la barra de sondeo rotar libremente en el subsuelo. La barra de sondeo -unida en tramos de 9 metros- pasa por un buje maestro ubicado en la mesa rotativa colocada en el piso del mástil o torre. Motores diesel o eléctricos hacen rotar la mesa rotativa y toda la columna de perforación, en cuyo extremo final está el trépano que perfora.
Hay muchos tipos de trépanos, algunos de ellos provistos de diamantes industriales, pero todos operan de la misma forma que un taladro manual utilizado para perforar madera o metal.
Para la perforación de pozos petroleros se utilizan muchos tipos de trépano, que varían por su conformación y contextura según el tipo de roca que deben atravesar.
Cuando el trépano ha penetrado en el subsuelo una distancia similar a los 9 metros de cada barra de sondeo, se detiene la operación y se añade una nueva barra. A medida que se profundiza la perforación, el proceso se repite. Pero tarde o temprano, según la textura y dureza de las rocas atravesadas, el trépano se desgasta, y debe ser reemplazado. Esta operación demanda horas de trabajo, dado que toda la barra de sondeo debe ser llevada a la superficie. Para ganar tiempo la barra de sondeo se va retirando en tramos que incluyen tres tuberías unidas. Estas largas secciones de 27 metros se van apilando a un costado de la torre de perforación. Para comprender lo complicado de esta maniobra, basta imaginar un trépano que llegó a los 3.000 metros de profundidad y debe ser reemplazado. Esto significa llevar a la superficie 3 kilómetros de tuberías de acero, en tramos de 27 metros, cada uno de los cuales debe ser desenroscado y apilado cuidadosamente sobre la torre de perforación. Reemplazado el trépano, las cañerías vuelven a enroscarse y todo el conjunto de la barra de sondeo desciende al fondo del pozo. Esta operación demanda varias horas.
Cuando se utiliza una herramienta para perforar una pared aquella se calienta. Por eso, al trépano, se lo enfría con un producto químico especial, denominado "lodo de perforación" y que circula permanentemente desde la cabeza de inyección hasta el fondo del pozo. Llega hasta por debajo de los dientes del trépano en chorros intermitentes, para cumplir después otra misión importante en su retorno a la superficie y en el espacio que media entre la barra de sondeo y las paredes del pozo: en su desplazamiento arrastra todos los fragmentos de roca despedazados por el trépano. El geólogo de pozo estudia entonces cuidadosamente estos "cuttings' para determinar el tipo de roca que está atravesando la perforación. El lodo -que es un producto de altísimo costo- también contribuye evitar el derrumbe de las paredes del pozo antes de que sean entubadas con cañerías de acero y al mismo tiempo evitar las fugas de gas o petróleo que pueden producirse antes de que la perforación llegue a la profundidad final establecida.
Plataforma de Perforación Submarina
Pero la perforación de un pozo petrolero no es sólo una obra de ingeniería de alta precisión: es un trabajo de atención y tensión permanentes para los hombres que integran el equipo. Los costados del pozo pueden estar huecos y el líquido de inyección perderse por las cavidades; el trépano puede quedar aprisionado por sal. Para evitar estos riesgos periódicamente se retira la sarta de sondeo, y se instala en su lugar una cañería de entubación que sostendrá las paredes del pozo. Entre esta tubería y las paredes del pozo se introduce una lechada de cemento, que una vez fraguada sostendrá definitivamente todo el complejo. Por la cañería instalada pasa entonces la sarta de perforación, que seguirá operando con un diámetro más pequeño. A mayor profundidad, se introducirá un segundo tramo de entubación de diámetro inferior al primero y, probablemente, después también un tercero que pasará por el segundo. Así, cuando el pozo esté llegando a su profundidad final, el diámetro del trépano posiblemente no supere los 10 centímetros, aunque la perforación se haya iniciado con un diámetro de 50. Durante todo este proceso se realizan frecuentes cambios de trépano, maniobra que exige otra previa: el retiro de la barra de sondeo. El perforador debe además estar atento, para evitar que la herramienta quede aprisionada en el fondo del pozo o que la sarta se desvíe de la vertical, maniobrando permanentemente con la velocidad de rotación del trépano y el peso de la sarta de sondeo para lograr el correcto equilibrio de toda la operación.
Finalmente, todo el equipo de perforación que casi siempre opera a la intemperie sometido a las inclemencias del tiempo debe estar preparado para enfrentar, controlar y superar las consecuencias de un escape de gas, que puede resultar devastador para el equipo y para los hombres que trabajan con él. Aunque la industria petrolera ha desarrollado sofisticadas técnicas de seguridad para la prevención de este tipo de accidentes, ninguna resulta de utilidad cuando las personas a su cargo, por distracción u olvido, dejan de prestarles atención. Y en el pozo, que es una de las obras de ingeniería de más difícil ejecución en la Tierra, casi siempre sobran los motivos de distracción.
Finalmente, terminado el programa de perforación, es probable que no se encuentre petróleo ni gas natural, o que el volumen de hidrocarburos comprobado no justifique el desarrollo comercial del pozo. Todo el dinero y los esfuerzos invertidos por la empresa habrán sido inútiles y las perforadoras volverán a intentar en otra locación.
Nuevas Tecnologías
Pozos Horizontales
Las nuevas tecnologías nos están conduciendo hacia una incrementada producción del campo con una inversión decreciente de perforación.
Los pozos de alcance extendido pueden alcanzar sus blancos a mas de 8km de la ubicación del pozo. Esta técnica les permite a los operadores explotar el petróleo y los campos en forma satélite de los infraestructuras de superficie. Los campos cercanos a la costa pueden ser desarrollados desde tierra para reducir los costos y minimizar el impacto ambiental.
Pozos Multilaterales
Los pozos multilaterales usan drenajes horizontales múltiples desde un pozo primario para reducir el número de pozos necesarios para drenar el reservorio. Los multilaterales requieren pocos cabezales, reduciendo el costo de las terminaciones submarinas y las operaciones de enlace. La tecnología de pozo delgado reduce la perforación, los costos de terminación y producción a través del uso de pozos pequeños.
Perforación Coiled Tubing
En algunos ambientes, la perforación coiled tubing ofrece ventajas económicas sobre la perforación convencional a través de tubos unificados. También tiene un menor impacto en el ambiente y mejora la seguridad en el pozo.
Dentro de los mayores beneficios del CTD (Coiled Tubing Drill), se encuentra la habilidad de perforar bajo balance. La perforación bajo balance, puede prevenir durante la perforación la presencia de capas de interés y evitar el daño del reservorio. También puede incrementar el ritmo de de penetración del trépano durante la perforación.
Perfiles eléctricos
Cuando se perfora un pozo, y especialmente si es de exploración, se trata de obtener la mayor cantidad posible de información del subsuelo. Esto se logra con la ayuda de los perfiles eléctricos.
Para tal fin se utilizan distintos instrumentos montados en una sonda que se baja al pozo mediante un cable-conductor. Este cable de acero normalmente tiene 7 conductores eléctricos que sirven para alimentar eléctricamente a los equipos de pozo y al mismo tiempo recibir en superficie los datos leídos por las diferentes sondas.
A medida que se va recogiendo el cable, la sonda va midiendo y las lecturas que son enviadas a superficie a través del cable, se registran en cintas magnéticas, que posteriormente serán utilizadas para la interpretación de los datos. Las unidades de perfilaje son Laboratorios portátiles que disponen de computadoras para el registro e interpretación de los perfiles de pozo.
De la interpretación de estos perfiles se obtienen datos de porosidad, contenido de fluidos, y tipos de litologías. Una correcta evaluación se logra mediante la combinación de los datos obtenidos en los distintos perfiles realizados en el pozo.
LWD – una visión más clara de las formaciones
La perforación y el perfilaje simultáneo mejora la habilidad del Operador de perforación, para tomar decisiones efectivas en tiempo real en la crítica fase de la perforación.
Las mediciones LWD le permiten al geólogo seleccionar los puntos para bajar el casing y, detectar y cuantificar las zonas potenciales cuando estas son interceptadas, e identificar los límites del fluido en tiempo real mientras se perfora. Las nuevas mediciones de imagen y perforación (IWD) hacen posible la detección de la fractura y la determinación del buzamiento. La perforación en tiempo real y los datos del perfilado pueden ser integrados en las workstations con datos sísmicos en 3D.
Esta visión mas clara del pozo y su posición dentro del reservorio le brinda al operador una fuente de información que mejora la toma de decisiones a medida que la perforación progresa, reduciendo el riesgo en áreas que son geológicamente complejas o bien no son muy conocidas.
Operaciones Entubación y Terminación
Una vez terminada la perforación del pozo y después de realizar una evaluación del potencial productivo del mismo, se procederá a realizar las operaciones de Entubación y Terminación.
Para asegurarnos de la buena calidad de la cementación, es necesario realizar, una vez fraguado el cemento (entre 18 y 24 horas después), un perfil de Control de Cemento (CBL-VDL), que nos permitirá evaluar las características de aislación entre las diferentes capas productoras del pozo.
Finalmente habrá que poner en producción el pozo, para lo cual se deberá punzar (agujerear el casing) con cargas explosivas. Se punzarán solamente las capas que de acuerdo con datos Geológicos y mediante la Interpretación de Perfiles a pozo abierto, son de interés productivo.
En la figura adjunta se ha esquematizado una operación de punzamiento mediante el disparo de un cañón de cargas huecas. Estas cargas perforan el casing, el cemento y la pared del pozo, llegando hasta 15 a 18 pulgadas desde la pared interna del casing.
A través de estos huecos (de 12 a 36 por metro), fluye el petróleo (o gas en el caso de capas gasíferas), hacia el pozo para ser extraído a superficie.
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