Cementación de pozos en AP

Capítulo I:     Generalidades

Introducción  

Debido al incremento en la demanda mundial de hidrocarburos y a que la producción de estos en ambientes convencionales se ha visto limitada, la industria petrolera mundial se enfrenta a la necesidad de buscar yacimientos ubicados a varios kilómetros de la costa y muy por debajo del lecho marino. De acuerdo al extenso tirante de agua, a este tipo de ambientes se les ha denominado Ambientes de Aguas Profundas y Ultraprofundas.

Las principales diferencias que se presentan al cementar pozos en aguas profundas con respecto a pozos terrestres o de aguas someras son: el costo, que es generalmente más alto, debido la complejidad y dificultad que representa realizar operaciones en aguas profundas y ultraprofundas, la existencia de un doble gradiente térmico (se explicará posteriormente), el manejo de ventanas operativas estrechas (se explicará posteriormente) que representan un problema en cuanto a la densidad de los fluidos que circulan en el pozo, la presencia de riesgos someros ya sea por influjo somero de agua o de gas o por la presencia de hidratos de gas en la formación (cada uno será explicado posteriormente) y por ultimo esta la forma en que se evalúa la cementación del revestidor superficial, que es por medio de un vehículo de operación remota (ROV, por sus siglas en ingles) el cual observará retorno de cemento al lecho marino.

El presente capitulo tiene como fin proporcionar un conocimiento general para un mejor entendimiento de los capítulos siguientes a través de algunas definiciones.

Conceptos Generales

Aguas Profundas

¿A qué parámetros de profundidad del tirante de agua específicamente se les puede denominar aguas profundas y/o ultraprofundas?

Hay varios conceptos que definen cuando se trata de un ambiente de aguas someras, profundas o ultraprofundas.

Pemex (Petróleos Mexicanos) define que el tirante de aguas someras es menor a los 500m, de manera que para aguas profundas el tirante de agua va de 500 a 1500m, por consiguiente para aguas ultraprofundas el tirante de agua es de 1500m en adelante

Según el American Petroleum Institute (API, por sus siglas en ingles) se considera que se trata de un ambiente somero hasta cuando la profundidad del tirante de agua llega a los 609.7m (2000ft). Así que para aguas profundas el tirante de agua va de 609.7m (2000ft) hasta 1829.2m (6000ft). Propiamente el tirante de agua en aguas ultraprofundas es de 1829.2m (6000ft) en adelante.

Para el Minerals Management Service (MMS, por sus siglas en ingles), hoy extinto y reemplazado por Bureau of Ocean Energy Management (BOEM, por sus siglas en ingles) y Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE, por sus siglas en ingles) el tirante de agua para ambientes someros es menor a 304.8m (1000ft), en aguas profundas el tirante de agua va de 304.8m (1000ft) hasta 1829.2m (6000ft), y lógicamente se trata de aguas ultraprofundas cuando el tirante de agua supera los 1829.2m (6000ft).

La Drilling Engineering Association (DEA, por sus siglas en ingles) considera que el tirante de agua correspondiente a aguas someras es de 457.2m (1500ft), por lo tanto en aguas profundas y ultraprofundas se tendrá un tirante de agua mayor a los anteriormente mencionados 457.2m (1500ft).

En el Mar del Norte de Noruega generalmente se considera aguas profundas al existir un tirante de agua mayor a 609.7m (2000ft), aunque cabe mencionar que para la Universidad de Stavanger (Noruega), el tirante de agua para aguas someras llega hasta 914.6m (3000ft) por lo que para aguas profundas el tirante de agua parte de los 914.6m (3000ft) hasta los 2134.1m (7000ft), de manera que para aguas ultraprofundas el tirante de agua es mayor a 2134.1m (7000ft).

Para Petrobras (paraestatal brasileña), el tirante de agua para aguas someras es menor a 400m (1300ft aproximadamente), para aguas profundas el tirante de agua va de 400m a 1000m (3280ft) y por último, el tirante de agua correspondiente a aguas ultraprofundas es mayor a los 1000m (3280ft) anteriormente mencionados.

Historia de la Perforación Marina

La industria petrolera remonta sus orígenes al año de 1859 con la perforación del pozo Drake en el condado de Crawford, Pensilvania, Estados Unidos, con el objetivo específico de obtener petróleo, para disponer de él en grandes cantidades.

El 4 de mayo de 1869 Thomas F. Rowland patento un aparato perforador submarino, que consistía en una plataforma y un bote. Casi cien años después en los años 40’s y 50’s sería el equipo dominante usado en las actividades de perforación marina.

Más tarde en ese mismo año Samuel Lewis patento otra máquina de perforación submarina que consistía en un mecanismo de perforación colocado sobre el casco de un barco que una vez en el agua seria sostenido por seis pilares ajustables sobre el suelo marino. Esta máquina de perforación se convertiría en el principio básico de las plataformas modernas jackup que se construirían un siglo después.    

La exploración se inicio en el siglo XIX con algunos pozos perforados después de 1897, fuera de la costa de California en la playa de Summerland en Santa Barbara, Estados Unidos.  

En 1910 se realiza la primera perforación exitosa en el lago Ferry en Caddo Parish, Luisiana, Estados Unidos.  

En 1924 se inicio la exploración en la costa del Lago Maracaibo, Venezuela. Un año más tarde se comenzaron a perforar pozos sobre islas artificiales en el Mar Caspio en Azerbaiyán (después Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas URSS).

En 1947 se perforo con una plataforma fija el primer pozo a 14.5 km alejado de la costa en Ship Shoal en la costa de Luisiana, Estados Unidos. La perforación de este pozo marco el inicio de la perforación de pozos marinos.

Dos años más tarde fueron perforados varios pozos usando la primera plataforma movible, una barcaza sumergible diseñada por John Hayward.

Unos años después en 1953 un navío de carga llamado Submarex fue adaptado con una torre de perforación terrestre unida al navío, creando así el primer barco perforador.

El interés por la exploración en aguas profundas se inicia a finales de los años 70’s por efecto del primer shock petrolero (alza brusca en el precio del petróleo). Como consecuencia de lo anterior a mediados de los años 80’s se descubrieron y desarrollaron campos con grandes cantidades de petróleo en Brasil y en el Golfo de México.          

Doble Gradiente Térmico

Una de las características más representativas de ambientes de aguas profundas es la existencia del doble gradiente térmico, esto significa que en superficie se tendrá una temperatura generalmente alta de 25°C aprox. que irá disminuyendo a medida que la profundidad del tirante de agua aumente hasta llegar a ser de 4°C a 0°C aprox. en el lecho marino, una vez en este punto, la temperatura nuevamente aumentará de manera gradual a medida que aumente la profundidad en la formación, de esta manera se genera otro gradiente de temperatura. La figura no.  ilustra este comportamiento.

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