El gas natural es una mezcla de gas de hidrocarburo natural que consiste principalmente en metano, pero comúnmente incluye cantidades variables de otros alcanos superiores y, a veces, un pequeño porcentaje de dióxido de carbono, nitrógeno y / o sulfuro de hidrógeno.
Se forma cuando las capas de materia vegetal y animal en descomposición se exponen al calor intenso y la presión suministrada por existir bajo la superficie durante millones de años. La energía que las plantas obtuvieron originalmente del sol se almacena en forma de enlaces químicos en el gas.
El gas natural es un combustible fósil que se utiliza como fuente de energía para la calefacción, la cocina y la generación de electricidad. También se utiliza como combustible para vehículos y como materia prima química en la fabricación de plásticos y otros productos químicos orgánicos de importancia comercial. Es un recurso no renovable.
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El gas natural se encuentra en formaciones rocosas subterráneas profundas o asociado con otros depósitos de hidrocarburos en lechos de carbón y como clatratos de metano. El petróleo es otro recurso y combustible fósil que se encuentra muy cerca y con gas natural. La mayoría del gas natural fue creado con el tiempo por dos mecanismos: biogénico y termogénico. El gas biogénico es creado por organismos metanogénicos en pantanos, pantanos, vertederos y sedimentos poco profundos. Más profundo en la tierra, a mayor temperatura y presión, se crea gas termogénico a partir de material orgánico enterrado.
Imagen: Producción de gas natural de países.
Fuente: gas natural
Extracción:
Una vez que un equipo de geólogos y geofísicos de exploración ha localizado un depósito potencial de gas natural, depende de un equipo de expertos en perforación cavar hasta donde se cree que existe el gas natural. Los procesos de perforación de gas natural son en tierra y en alta mar. Los avances tecnológicos han contribuido en gran medida al aumento de la eficiencia y la tasa de éxito para la perforación de pozos de gas natural.
Perforación en tierra:
Perforar en la Tierra con la esperanza de descubrir recursos valiosos no es nada nuevo. De hecho, la excavación de pozos de agua y riego se remonta al comienzo de la historia registrada. Al principio, estos pozos fueron excavados principalmente a mano, luego con piedra en bruto o herramientas de madera. La metalurgia provocó el uso de herramientas de hierro y bronce para profundizar debajo de la superficie de la Tierra, y las innovaciones condujeron a formas más eficientes de eliminar los escombros del agujero recién excavado. La primera instancia registrada de la práctica de ‘perforar’ agujeros en el suelo se produjo alrededor del año 600 antes de Cristo, cuando los chinos desarrollaron una técnica de golpear repetidamente brotes de bambú cubiertos con pedazos de metal en el suelo. Esta tecnología cruda fue la primera aparición de lo que hoy se conoce como ‘perforación de percusión’, un método de perforación que todavía está en uso. Se han realizado muchos avances desde estos primeros implementos de perforación de bambú. Esta sección cubrirá los conceptos básicos de las prácticas modernas de perforación de gas natural en tierra.
Hay dos tipos principales de perforación en tierra. La perforación de percusión, o ‘herramienta de cable’, consiste en levantar y dejar caer una broca de metal pesado en el suelo, perforando efectivamente un agujero a través de la tierra. La perforación de herramientas de cable se usa generalmente para formaciones poco profundas y de baja presión. El segundo método de perforación se conoce como perforación rotativa, y consiste en una broca metálica afilada y giratoria que se utiliza para perforar a través de la corteza terrestre. Este tipo de perforación se usa principalmente para pozos más profundos, que pueden estar bajo alta presión.
1) Perforación de herramientas de cable
La herramienta de cable, o perforación de percusión, es reconocida por muchos como el primer método de perforación empleado para cavar pozos en la tierra con el fin de alcanzar depósitos de petróleo y agua. Este método todavía está en uso en algunos de los pozos poco profundos de la cuenca de los Apalaches, aunque la perforación rotatoria ha asumido la mayor parte de las actividades de perforación modernas.
El concepto básico para la perforación de herramientas de cable consiste en dejar caer repetidamente una broca de metal pesado en el suelo, eventualmente romper la roca y perforar un agujero hasta la profundidad deseada. La broca, generalmente un instrumento romo con forma de cincel, puede variar con el tipo de roca que se está perforando. Se usa agua en el pozo para combinarse con todos los recortes de perforación, y se saca periódicamente del pozo cuando este ‘lodo’ interfiere con la efectividad de la broca.
La perforación de herramientas de cable ha tomado históricamente muchas formas. En los primeros días de la perforación de percusión, el equipo era muy crudo en comparación con la tecnología actual.
Se han realizado muchas mejoras desde estos primeros equipos de percusión.
Para obtener información sobre las cubiertas de los pozos y la finalización del pozo, haga clic aquí .
Las innovaciones, como el uso de energía de vapor en la perforación de herramientas de cable, aumentaron en gran medida la eficiencia y el alcance de la perforación de percusión. Las plataformas convencionales de herramientas de cable accionadas por el hombre generalmente se usaban para perforar pozos de 200 pies o menos, mientras que las plataformas de herramientas de cable accionadas por vapor, que consisten en el diseño familiar de torre de perforación, tenían una profundidad de perforación promedio de 400 a 500 pies. El pozo más profundo conocido excavado con perforación de herramientas de cable se completó en 1953, cuando la Corporación de Gas Natural de Nueva York perforó un pozo a una profundidad de 11,145 pies.
A pesar de la importancia histórica de la perforación con herramientas de cable, la actividad de perforación moderna se ha desplazado principalmente hacia los métodos de perforación rotativa. Sin embargo, la base del conocimiento establecido por años de perforación de herramientas de cable es, en muchos casos, directamente transferible a la práctica de la perforación rotatoria.
Imagen: una moderna plataforma móvil de perforación de herramientas de cable. Fuente: Anadarko Petroleum Corporation.
2) Perforación horizontal:
La perforación horizontal es flexible ya que permite la extracción de gas natural que anteriormente no había sido posible. Aunque en la superficie se asemeja a un pozo vertical, debajo de la superficie, el pozo se inclina de manera paralela a la formación de gas natural. Estas patas pueden ir en diferentes direcciones a diferentes profundidades y pueden tener más de una milla de largo horizontalmente, además del pozo vertical que puede estar a miles de pies debajo de la superficie. La perforación horizontal permite que un pozo de superficie se ramifique bajo tierra y aproveche muchos recursos diferentes de gas natural. También permite que el pozo haga contacto con áreas más grandes dentro de formaciones productivas.
Como resultado de los avances en la perforación horizontal, los recursos de gas natural en las cuencas de esquisto han sido más accesibles, lo que ha dado lugar a fuentes más diversificadas de gas natural. La combinación de esto con otras tecnologías, como las imágenes sísmicas, ha contribuido a reducir los costos marginales de operación y capital, lo que a su vez permite a los productores de gas natural extraer de manera más económica el gas natural de los recursos.
Imagen: Pozo horizontal y taladro. Fuente: Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, DOE.
La perforación horizontal también permite el desarrollo de recursos naturales con una mínima perturbación aérea, reduciendo la huella ambiental de las operaciones de gas natural y el costo y la posible alteración de las carreteras existentes u otra infraestructura. Los términos de perforación direccional y perforación horizontal a menudo se usan indistintamente. La perforación direccional se refiere a la perforación inclinada o en ángulo para aumentar el contacto con el recurso. La perforación horizontal es un tipo de perforación direccional. La perforación horizontal utiliza una técnica conocida como fracturación hidráulica para extraer gas natural de formaciones geológicas. // Para más información, visite nuestra sección de fracturación hidráulica. //
Perforación mar adentro:
La perforación de gas natural en alta mar, en algunos casos a cientos de millas de distancia de la masa terrestre más cercana, plantea una serie de desafíos diferentes a la perforación en tierra.
La plantilla de perforación
Dado que el terreno que se va a perforar no puede proporcionar una base para la perforación en alta mar como lo hace para la perforación en tierra, se debe crear una plataforma artificial. Esta plataforma artificial puede tomar muchas formas, dependiendo de las características del pozo que se perforará, incluida la distancia bajo el agua del objetivo de perforación. Una de las piezas de equipo más importantes para la perforación en alta mar es la plantilla de perforación submarina. Esencialmente, este equipo conecta el sitio del pozo submarino con la plataforma de perforación en la superficie del agua. Este dispositivo, que se parece a un cortador de galletas, consiste en una caja de acero abierta con múltiples agujeros, dependiendo de la cantidad de pozos a perforar. Esta plantilla de perforación se coloca sobre el sitio del pozo, y generalmente se baja a la posición exacta requerida usando tecnología satelital y GPS. Luego se excava un agujero relativamente poco profundo, en el que la plantilla de perforación se cementa en su lugar. La plantilla de perforación, asegurada al fondo del mar y unida a la plataforma de perforación por encima con cables, permite que se realice una perforación precisa, pero permite el movimiento de la plataforma, que inevitablemente se verá afectado por el desplazamiento del viento y las corrientes de agua.
Además de la plantilla de perforación, se instala un dispositivo de prevención de reventones en el fondo del mar. Este sistema, muy similar al utilizado en la perforación en tierra, evita que el petróleo o el gas se filtren en el agua. Por encima del preventor de reventones, un sistema especializado conocido como ‘elevador marino’ se extiende desde el fondo del mar hasta la plataforma de perforación de arriba. El elevador marino está diseñado para alojar la broca y la sarta de perforación y, sin embargo, ser lo suficientemente flexible como para manejar el movimiento de la plataforma de perforación. Las juntas de rótula y de deslizamiento estratégicamente ubicadas en el elevador marino permiten que el pozo submarino no se vea afectado por el cabeceo y balanceo de la plataforma de perforación.
Plataformas de perforación costa afuera movibles
Existen dos tipos básicos de plataformas de perforación en alta mar: las que se pueden mover de un lugar a otro, lo que permite perforar en múltiples ubicaciones, y las plataformas que se colocan de forma permanente. Las plataformas móviles a menudo se usan con fines exploratorios porque son mucho más baratas de usar que las plataformas permanentes. Una vez que se han encontrado grandes depósitos de hidrocarburos, se construye una plataforma permanente para permitir su extracción. Las secciones a continuación describen varios tipos diferentes de plataformas costa afuera móviles.
1) Barcazas de perforación
Las barcazas de perforación se utilizan principalmente para la perforación de aguas poco profundas en el interior. Esto generalmente ocurre en lagos, pantanos, ríos y canales. Las barcazas de perforación son grandes plataformas flotantes, que deben ser remolcadas por remolcadores de un lugar a otro. Adecuadas para aguas tranquilas y poco profundas, las barcazas de perforación no pueden resistir el movimiento del agua que se experimenta en situaciones de grandes aguas abiertas.
2) plataformas elevadoras
Las plataformas elevadoras son similares a las barcazas de perforación, con una diferencia. Una vez que se remolca una plataforma elevadora al sitio de perforación, se bajan tres o cuatro ‘patas’ hasta que descansen en el fondo del mar. Esto permite que la plataforma de trabajo descanse sobre la superficie del agua, en lugar de una barcaza flotante. Sin embargo, las plataformas elevadoras son adecuadas para aguas poco profundas, ya que extender estas patas demasiado profundamente no sería práctico. Estas plataformas suelen ser más seguras de operar que las barcazas de perforación, ya que su plataforma de trabajo se eleva por encima del nivel del agua.
3) plataformas sumergibles
Las plataformas sumergibles, también adecuadas para aguas poco profundas, son como plataformas elevadoras en el sentido de que entran en contacto con el océano o el fondo del lago. Estas plataformas consisten en plataformas con dos cascos colocados uno encima del otro. El casco superior contiene las habitaciones para la tripulación, así como la plataforma de perforación real. El casco inferior funciona de manera muy similar al casco externo en un submarino: cuando la plataforma se mueve de un lugar a otro, el casco inferior se llena de aire, lo que hace que toda la plataforma flote. Cuando la plataforma se coloca sobre el sitio de perforación, el aire sale del casco inferior y la plataforma se sumerge en el fondo del mar o del lago. Este tipo de plataforma tiene la ventaja de la movilidad en el agua, sin embargo, una vez más, su uso se limita a las áreas de aguas poco profundas.
4) plataformas semisumergibles
Las plataformas semisumergibles son el tipo más común de plataformas de perforación en alta mar, que combinan las ventajas de las plataformas sumergibles con la capacidad de perforar en aguas profundas. Una plataforma semisumergible funciona según el mismo principio que una plataforma sumergible: a través del ‘inflado’ y ‘desinflado’ de su casco inferior. Sin embargo, la principal diferencia con una plataforma semisumergible es que cuando el aire sale del casco inferior, la plataforma no se sumerge en el fondo del mar. En cambio, la plataforma está parcialmente sumergida, pero aún flota sobre el sitio de perforación. Al perforar, el casco inferior, lleno de agua, proporciona estabilidad a la plataforma. Las plataformas semisumergibles se mantienen en su lugar mediante enormes anclas, cada una de las cuales pesa más de 10 toneladas. Estos anclajes, combinados con la porción sumergida de la plataforma, aseguran que la plataforma sea lo suficientemente estable y segura para ser utilizada en aguas turbulentas en alta mar. Las plataformas semisumergibles se pueden usar para perforar en aguas mucho más profundas que las plataformas mencionadas anteriormente.
5) Drillships
Los buques de perforación son exactamente como suenan: barcos diseñados para llevar a cabo operaciones de perforación. Estas embarcaciones están especialmente diseñadas para llevar plataformas de perforación a lugares de aguas profundas. Un buque de perforación típico tendrá, además de todo el equipo que normalmente se encuentra en un gran barco oceánico, una plataforma de perforación y una torre de perforación ubicadas en el centro de su cubierta. Además, los buques de perforación contienen un agujero (o ‘moonpool’), que se extiende a través del barco a través del casco, lo que permite que la sarta de perforación se extienda a través del barco hasta el agua. Los buques de perforación a menudo se utilizan para perforar en aguas muy profundas, que a menudo pueden ser turbulentas. Los buques de perforación utilizan lo que se conoce como sistemas de ‘posicionamiento dinámico’. Los buques de perforación están equipados con motores eléctricos en la parte inferior del casco del barco, capaces de impulsar el barco en cualquier dirección. Estos motores están integrados en el sistema informático del barco, que utiliza tecnología de posicionamiento satelital, junto con sensores ubicados en la plantilla de perforación, para garantizar que el barco esté directamente sobre el sitio de perforación en todo momento.
Plataformas de perforación y producción en alta mar
Como se mencionó, las plataformas móviles se usan comúnmente para perforar pozos exploratorios. En algunos casos, cuando los pozos exploratorios encuentran depósitos de gas natural o petróleo comercialmente viables, es económico construir una plataforma permanente desde la cual se pueda completar, extraer y producir el pozo. Sin embargo, estas plataformas grandes y permanentes son extremadamente caras y generalmente requieren grandes depósitos de hidrocarburos esperados para ser económicos de construir. Algunas de las plataformas en alta mar más grandes se encuentran en el Mar del Norte, donde debido al clima inclemente casi constante, son necesarias estructuras capaces de soportar vientos fuertes y grandes olas. Una plataforma permanente típica en el Mar del Norte debe ser capaz de soportar velocidades de viento de más de 90 nudos y olas de más de 60 pies de altura. En consecuencia, estas plataformas se encuentran entre las estructuras más grandes construidas por el hombre. Hay varios tipos diferentes de plataformas permanentes en alta mar, cada una útil para un rango de profundidad particular.
1) Plataformas fijas
En ciertos casos, en aguas poco profundas, es posible unir físicamente una plataforma al fondo del mar. Esto es lo que se muestra arriba como una plataforma de plataforma fija. Las ‘patas’ están construidas con concreto o acero, se extienden hacia abajo desde la plataforma y se fijan al fondo marino con pilas. Con algunas estructuras de hormigón, el peso de las patas y la plataforma del fondo marino es tan grande que no tienen que estar físicamente unidas al fondo marino, sino que simplemente descansan sobre su propia masa. Hay muchos diseños posibles para estas plataformas fijas y permanentes. Las principales ventajas de este tipo de plataformas son su estabilidad, ya que están unidas al fondo marino y su exposición al movimiento es limitada debido a las fuerzas del viento y del agua. Sin embargo, estas plataformas no se pueden usar en aguas extremadamente profundas, simplemente no es económico construir patas por tanto tiempo.
2) torres conformes
Las torres conformes son muy parecidas a las plataformas fijas. Cada uno consiste en una torre estrecha, unida a una base en el fondo marino y que se extiende hasta la plataforma. Esta torre es flexible, a diferencia de las patas relativamente rígidas de una plataforma fija. Esta flexibilidad le permite operar en aguas mucho más profundas, ya que puede ‘absorber’ gran parte de la presión ejercida sobre él por el viento y el mar. A pesar de su flexibilidad, el sistema de torre conforme es lo suficientemente fuerte como para soportar condiciones de huracán.
3) Plataformas Seastar
Las plataformas Seastar son como plataformas de patas de tensión en miniatura. La plataforma consta de una plataforma flotante, muy similar al tipo semisumergible discutido anteriormente. Un casco inferior se llena de agua durante la perforación, lo que aumenta la estabilidad de la plataforma contra el viento y el movimiento del agua. Sin embargo, además de esta plataforma semisumergible, las plataformas Seastar también incorporan el sistema de patas de tensión empleado en plataformas más grandes. Las patas de tensión son tendones largos y huecos que se extienden desde el fondo marino hasta la plataforma flotante. Estas patas se mantienen bajo tensión constante y no permiten ningún movimiento hacia arriba o hacia abajo de la plataforma. Sin embargo, su flexibilidad permite el movimiento de lado a lado, lo que permite que la plataforma resista la fuerza del océano y el viento, sin romper las piernas. Las plataformas Seastar se usan típicamente para depósitos de aguas profundas más pequeños, cuando no es económico construir una plataforma más grande. Pueden operar en profundidades de agua de hasta 3,500 pies.
4) Sistemas de producción flotante
Los sistemas de producción flotante son esencialmente plataformas de perforación semisumergibles, como se discutió anteriormente, excepto que contienen equipos de producción de petróleo, así como equipos de perforación. Los barcos también se pueden usar como sistemas de producción flotantes. Las plataformas se pueden mantener en su lugar a través de anclas grandes y pesadas, o mediante el sistema de posicionamiento dinámico utilizado por los buques de perforación. Con un sistema de producción flotante, la cabeza del pozo se une al fondo marino una vez que se completa la perforación, en lugar de unirse a la plataforma. El petróleo extraído se transporta a través de elevadores desde esta boca de pozo a las instalaciones de producción en la plataforma semisumergible. Estos sistemas de producción pueden operar en profundidades de agua de hasta 6,000 pies.
5) Plataformas de pierna de tensión
Las plataformas de patas de tensión son versiones más grandes de la plataforma Seastar. Las patas largas y flexibles están unidas al fondo del mar y suben hasta la plataforma. Al igual que con la plataforma Seastar, estas patas permiten un movimiento significativo de lado a lado (hasta 20 pies), con poco movimiento vertical. Las plataformas de patas de tensión pueden operar a alrededor de 7,000 pies.
6) Sistema submarino
Los sistemas de producción submarina son pozos ubicados en el fondo del mar, en lugar de en la superficie. Al igual que en un sistema de producción flotante, el petróleo se extrae en el fondo marino y luego se ‘ata’ a una plataforma de producción ya existente. El pozo es perforado por una plataforma móvil, y en lugar de construir una plataforma de producción para ese pozo, el gas natural y el petróleo extraídos son transportados por una tubería ascendente o incluso submarina a una plataforma de producción cercana. Esto permite que una plataforma de producción colocada estratégicamente sirva a muchos pozos en un área razonablemente grande. Los sistemas submarinos se usan típicamente a profundidades de 7,000 pies o más, y no tienen la capacidad de perforar, solo extraer y transportar. Ejemplo aquí.
7) Plataformas Spar
Las plataformas Spar se encuentran entre las plataformas offshore más grandes en uso. Estas enormes plataformas consisten en un cilindro grande que soporta una plataforma de plataforma fija típica. El cilindro no se extiende hasta el fondo marino, sino que está atado al fondo por una serie de cables y líneas. El cilindro grande sirve para estabilizar la plataforma en el agua y permite que el movimiento absorba la fuerza de los posibles huracanes. Ejemplo aquí.
Fuente: Naturalgas.org
