Proceso upstream: perforación

Plataforma de perforación

Las plataformas de perforación varían mucho en tamaño y están situadas offshore o en tierra, desde unidades móviles compactas hasta estructuras permanentes del tamaño de un rascacielos. Una mesa giratoria o, alternativamente, un accionamiento superior hace girar toda la sonda de perforación con la broca colocada en la parte inferior de dicha sonda. Independientemente de su tamaño, ubicación o tipo, estas máquinas tienen un único propósito: perforar profundamente un yacimiento petrolífero para extraer hidrocarburos.

Para que las operaciones sean seguras y eficaces, todas las plataformas de perforación necesitan una miríada de sensores. Abarcan desde los transductores de fuerza de tensión/compresión compensados por temperatura del conjunto del bloque de corona hasta los sensores de nivel y presión de los equipos de fluidos de perforación. Las termorresistencias, con tecnología de película fina para soportar fuertes vibraciones y pulsaciones, ayudan a controlar el estado de las numerosas bombas y motores que hacen posible la perforación de pozos.

Bomba de lodo

A medida que la broca y el tubo de perforación excavan la tierra, una o varias bombas de lodo envían un lodo al interior del pozo a una presión extremadamente alta: más de 7.000 psi (483 bar) en perforaciones profundas. Este lodo de perforación cumple varias funciones:

• Lubrica y enfría la broca de perforación
• Limpia el pozo de recortes de perforación
• Proporciona presión de ecualización para evitar la entrada de fluidos de formación en el pozo

El fluido de perforación vuelve a la superficie a través del anillo, es decir, el espacio entre la barra de perforación y el pozo.

Una bomba de lodo tiene un extremo de potencia con un motor y un extremo de fluido con puertos. Un transmisor de presión de unión de martillo con un grueso elemento de medición resistente a la corrosión se combina con una barrera IS (intrínsecamente segura) para controlar la presión del proceso en los puertos de succión y descarga. Además, un manómetro con junta de membrana proporciona una indicación local de la presión de descarga de la bomba. En algunas configuraciones de bombas de lodo, se utiliza un manómetro para controlar la presión del aceite que lubrica los cojinetes y juntas de la maquinaria.

Sistema de prevención de explosiones y unidad de cierre BOP (Blow Out Prevention)

Las explosiones se producen cuando los fluidos de formación, incluidos los hidrocarburos altamente inflamables, fluyen sin control fuera del pozo. Los preventores de reventones (BOP) y las unidades de cierre de BOP evitan esta peligrosa situación.

La BOP, montada de forma segura en la parte superior del pozo, es un conjunto de válvulas diseñadas para controlar y, en caso necesario, sellar un pozo de petróleo y gas en caso de golpe de ariete (entrada inesperada de fluidos en el pozo). Los manómetros, junto con los transmisores de presión intrínsecamente seguros o a prueba de explosiones, son una parte fundamental de este sistema de control de pozos.

Una unidad de cierre utiliza cilindros de almacenamiento de vejigas de nitrógeno precargadas, fluido hidráulico y bombas eléctricas y neumáticas para generar presión con el fin de accionar múltiples funciones en la pila BOP. Un serie de manómetros, transmisores de presión y sensores de nivel garantizan el correcto funcionamiento de este mecanismo de seguridad cuando es necesario.

Unidad de cementación

La cementación desempeña un papel importante en la perforación. Una vez alcanzada la profundidad deseada, se retira la sonda de perforación y se introduce la sonda de revestimiento. La cementación primaria sella las distintas zonas de la formación -petróleo, gas, agua- del pozo. También rellena el espacio anular para mantener el revestimiento en su sitio, evita que se corroa y lo protege de la presión subterránea. La cementación secundaria sirve para reparar o corregir una cementación primaria o para taponar un pozo agotado.

La unidad de cementación de un equipo de perforación, montada sobre un skid o un semirremolque, recibe agua, cemento seco, lodo y aditivos especiales de los tanques de almacenamiento. A continuación, mezcla los componentes en una lechada de plomo y una lechada de cola, y luego los inyecta en la tubería de revestimiento y los expulsa al espacio anular. Un panel de control en la unidad de cementación permite al operador regular el caudal y la densidad de las lechadas, supervisar la presión y controlar otros parámetros. Una parte integral del control de la presión es el transmisor de presión de la unión del martillo, que está diseñado para presiones extremadamente altas y puede soportar la calidad abrasiva de la mezcla de cemento.

Tanque de lodo

Los tanques de lodo son grandes recipientes multisegmentados para tratar, mezclar y almacenar el fluido a medida que una bomba de lodo hace circular dentro y fuera de un pozo durante la perforación. Tras regresar a la superficie, el lodo usado se bombea a través de varios compartimentos del tanque activo:

1. Tanque de aspiración a la espera de filtrado

2. Sistema de control de sólidos para separar los residuos de perforación (virutas de roca, arena, etc.)

3. Desgasificador para eliminar el aire atrapado y el gas natural

4. Tanque químico para tratamiento adicional, si es necesario

5. Agitador para rehomogeneizar la mezcla

Tras la limpieza, el lodo de perforación está listo para su reutilización. Los tanques de reserva almacenan el lodo sobrante y también el lodo pesado para patadas (kicks) y otras emergencias.

Los sensores de nivel permiten a los operarios controlar el fluido en cada uno de estos compartimentos. Pero lo más importante es que la medición del nivel puede revelar problemas durante las operaciones de perforación:

• Un aumento de volumen indica que está entrando agua o fluidos de formación (petróleo, gas) en el pozo.
• Una pérdida de volumen indica que el lodo de perforación está entrando en la formación a través de grietas.

Cualquier sensor de nivel utilizado en depósitos de lodo debe ser apto para zonas peligrosas. El instrumento también debe ser resistente, ya que el lodo de perforación suele ser corrosivo, viscoso y abrasivo con sólidos en suspensión. En los tanques de lodo pueden utilizarse muchos tipos de sensores de nivel, pero la opción más robusta y que no requiere mantenimiento es un transmisor de presión sumergible intrínsecamente seguro que puede utilizarse para medir tanto la densidad del fluido como la presión hidrostática. Un accesorio antiobstrucción proporciona estabilidad y protección adicional contra lodos, turbulencias y daños físicos.

Depósitos de agua

En una perforación, una bomba de lodo inyecta un fluido en el pozo para lubricar y refrigerar la broca, limpiar el pozo de recortes de perforación y proporcionar la presión de compensación que impide que los fluidos de formación entren en el pozo. Esta mezcla especializada es de base acuosa o oleosa, dependiendo de la formación geológica, las consideraciones económicas, la normativa medioambiental, la finalidad deseada del lodo y otros factores.

Independientemente del líquido utilizado como fase continua, el agua es casi siempre un componente (en porcentajes variables) del lodo de perforación. El agua se almacena en enormes depósitos, lista para ser conducida a los tanques de lodo y mezclada con otros componentes.

Los sensores de presión sumergibles miden con precisión y fiabilidad el nivel de los depósitos de agua de una perforación, garantizando que el agua no rebose y que el depósito no se quede seco. Un WIKA LevelGuard ^TM ofrece estabilidad adicional para el sensor de presión y protege aún más el instrumento de turbulencias y tensiones.

Choke manifold

Los chole manifolds son una parte importante del sistema de control de pozos de un equipo de perforación. Durante un golpe, el preventor de reventones (BOP) se cierra mientras el fluido de formación y el lodo de perforación que fluyen desde el anillo se desvían a la línea de estrangulamiento y a través del conjunto de tuberías, accesorios y válvulas del colector. El choke manifold purga el lodo de perforación más ligero para mantenerlo por debajo de la MAASP (presión superficial máxima admisible en el anillo), mientras que el lodo pesado del tanque de lodo de reserva se bombea al pozo para recuperar el control del pozo. Las vías alternativas en el choke manifold permiten a los usuarios redirigir el caudal según sea necesario cerrando y abriendo válvulas. Algunos manifolds se accionan manualmente, mientras que otros se controlan hidráulicamente (a distancia).

Los manómetros y transmisores de presión (partes integrantes de un sistema de chocke manifold) - están situados en varios lugares, entre ellos:

• Donde la línea del chocke se encuentra con el manifold (una línea)
• Cuando el manifold descarga fluidos a un pozo y/o a un tanque de lodo (líneas múltiples)

Para garantizar la fiabilidad y la seguridad, los sensores de presión montados en un colector de estrangulamiento deben cumplir los siguientes requisitos:

• Alta precisión y mínimo tiempo de respuesta
• Resistencia a la corrosión y a la abrasión
• Alta protección contra la intemperie ( grado IP)
• Homologación para zonas peligrosas (intrínsecamente seguras, a prueba de explosiones, etc.)