Técnicas de geología en la exploración y desarrollo de campos para la optimización operacional en la industria petrolera.
Jaime Duque, Analista Técnico de Incubación IIGE
La geología del petróleo es una de las ramas de la geología de mayor importancia económica y cuenta principalmente con dos etapas que son: exploración y desarrollo [1]. La geología de exploración de hidrocarburos se basa en lograr la localización de posibles yacimientos; que por su caracterización, se obtiene de la geometría espacial del prospecto, y de la estimación de reservas potenciales. Mientras que, la geología de desarrollo, se basa en la explotación de las reservas de hidrocarburo que han sido encontradas y caracterizadas previamente.
En la exploración de hidrocarburos, el objetivo inicial es identificar un sistema petrolero, que se compone de roca madre, roca reservorio, roca sello y trampa; además, debe existir migración de fluidos y darse en sincronía en un mismo tiempo geológico [2]. De manera que, las condiciones geológicas para que exista acumulación de hidrocarburos son únicas. Ulmishek y Klemme (1990) definieron que existen tres niveles sedimentarios que tienen casi el 70 % de la concentración hidrocarburos en el mundo, correspondientes al periodo Jurásico (25 %), Cretácico (29 %) y al Oligoceno-Mioceno (22 %) [3]. En Ecuador el nivel sedimentario principal está en el Cretácico, en las Formaciones Hollín y Napo, que se encuentran a profundidades mayores a 8 mil pies (2.438 metros); por ello, la investigación y la perforación de pozos constituyen un desafío que requiere de técnicas de carácter geológico para su optimización.
La investigación geológica en exploración, se desarrolla a partir de una secuencia de estudios como: Geología de superficie, que emplea técnicas como descripción de rocas e indicios de petróleo o gas en superficie; Exploración geofísica, para obtener secciones sísmicas que muestran las diferentes capas sedimentarias del subsuelo; Geología del subsuelo, a través de la perforación de pozos exploratorios y de avanzada en donde se obtienen ripios y perfiles eléctricos de pozo; Exploración geoquímica, con análisis químicos para determinar la cantidad, calidad y madurez termal de la materia orgánica que, confirme la presencia de una roca madre (ver figura 1) [2] . Estos datos sirven para determinar si un área es de interés económico, comparado con la dificultad que pueda existir para extraer los hidrocarburos del subsuelo a través de la perforación de pozos.
Figura 1: Técnicas de Geología de Exploración. Modificado de: [4], [5], [6], [7].
En países con historia de producción petrolera como Venezuela, Brasil, Ecuador, entre otros, la investigación geológica de exploración radica en la importancia de incorporar nuevas reservas [8]. En Ecuador, hasta inicios del año 2019, del total de reservas descubiertas, se ha explotado un aproximado de 6.246 millones de barriles y, cuenta con aproximadamente 2.239 millones de barriles de reservas aun disponibles, distribuidas en 1.303 millones de barriles de reservas probadas, 276 millones de barriles de reservas probables y 660 millones de barriles de reservas posibles (ver figura 2) [9]; es decir, del total de reservas de petróleo descubiertas aun quedaría aproximadamente la cuarta parte por ser extraído.
Figura 2: Producción Acumulada- Reservas de Petróleo en Ecuador al 2019 [9]
Definidos los campos petroleros, se planifican campañas de perforación de pozos, que pueden ser de geometría vertical, direccional u horizontal, según como se requiera su llegada al reservorio en el subsuelo [10]. Debido a la profundidad de los yacimientos, en Ecuador los pozos pueden alcanzar una trayectoria de profundidad mayor a 10 mil pies (3.048 metros) y proyección vertical mayor a 8 mil pies (2.438 metros). En vista de ello, la inversión económica en la perforación de un pozo puede variar dependiendo de su complejidad y tiempo; pero según datos analizados del 2014, los costos podrían superar fácilmente los 6.6 millones de dólares por pozo [11]; por ello, se busca optimizar la operación técnica en recursos económicos con el objetivo de evitar problemas operacionales que impliquen perdidas económicas y de tiempo, debido a que se requiere cumplir con una meta de número de pozos perforados anuales [8] para mantener o aumentar la producción.
En los trabajos de geología de desarrollo se realizan estudios previos y durante la perforación. Inicialmente, se interpretan modelos geológicos para la ubicación de un nuevo pozo de desarrollo que garantice una producción de hidrocarburos lo más óptima posible. Posteriormente, se enfoca en la optimización de las operaciones de perforación para llegar al objetivo, que es el yacimiento. Las principales técnicas de apoyo al análisis geológico durante la perforación de pozos, se desarrollan con la unidad de geología, el control geomecánico y a partir de la lectura de registros eléctricos (LWD, Logging While Drilling) ensamblados en las herramientas de perforación (ver figura 3), los mismos que se detallan a continuación.
En la unidad de geología del pozo, se realizan análisis de: control litológico, registro de parámetros de perforación, registro de cromatografía de gases y análisis de hidrocarburos [10]. El control litológico consiste en la interpretación de las rocas perforadas a través de los ripios, lo que operacionalmente ayuda a advertir de la presencia de rocas muy duras que pueden dañar seriamente las herramientas de perforación. El registro de parámetros de perforación permite la identificación de condiciones anómalas como pérdidas de fluido en litologías permeables, atascos de tubería, falta de limpieza del hoyo, diferencial de presiones en formaciones porosas y disminución de la tasa de perforación.
En el registro de la cromatografía de gases se realiza el análisis de las concentraciones y el tipo de gases para determinar el tipo de hidrocarburo en el yacimiento y, en el caso de existir altas concentraciones de gas, se alerta sobre posibles arremetidas de pozo o incendios catastróficos. Los análisis de hidrocarburos presentes en el pozo consisten en realizar una prueba de fluorescencia de hidrocarburo impregnado con disolvente sobre ripios o granos de arena a través del corte, lo cual permite conocer el tipo de hidrocarburo y movilidad en los poros del yacimiento.
Figura 3: Técnicas de Geología de Desarrollo en Perforación de Pozos. Modificado de: [12], [13], [14].
El control geomecánico consiste en un análisis de estabilidad del pozo, a través del estudio de los cortes o ripios de perforación y datos de trayectoria del pozo; empleando un software que establece curvas gráficas que indican las zonas críticas de inestabilidad. Este tipo de análisis ha sido implementado cada vez más en la perforación debido a que, la existencia de varios pozos preexistentes en campos desarrollados, obliga a que los nuevos pozos a perforar deban alcanzar una geometría más compleja para evitar el choque/colapso con ellos.
En cuanto a los registros eléctricos ensamblados en las herramientas de perforación (LWD), consideradas de detección, evalúan las propiedades de las formaciones geológicas como tipo de roca, topes de las diferentes formaciones geológicas, ambientes de depósito, profundidad y presencia de hidrocarburos en el yacimiento, durante la perforación [15]. En pozos horizontales este tipo de registros permite realizar una perforación segura dentro del reservorio, ya que se puede conocer si se está perforando horizontalmente la roca con petróleo; lo que favorece para la producción de hidrocarburos.
Finalmente, es importante mencionar que las técnicas geológicas empleadas en la exploración y desarrollo de campos pueden requerir de una inversión económica considerable; sin embargo, en relación al beneficio que se obtiene de estas, su costo sería cubierto al poco tiempo por una producción de hidrocarburos optimizada. No obstante, en el caso de Ecuador, se han registrado menores costos en operaciones como la perforación de pozos, en comparación con otros países de la región debido a facilidades logísticas [11], pero que además está relacionado a la optimización en las operaciones de perforación, incluyendo las técnicas de apoyo geológico.
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Referencias Bibliográficas
[1]
V. Hernán, «La geología en la busqueda del petróleo,» Universidad EAFIT, vol. 27, nº 84, pp. 77-82, 1991.
[2]
Lorenzo G. E & Morato M. A., Geología del Petróleo, Santa Elena: UPSE, 2018.
[3]
Ulmishek, G. F., & Klemme, H. D., Depositional controls, distribution, and effectiveness of world's petroleum source rocks, Denver: US Geological Survey., 1990.
[4]
B. Romans, «Friday Field Foto #76: Thin-bedded turbidites (special repost).,» Clastic Detritus, 30 01 2009. [En línea]. Available: https://clasticdetritus.com/2009/01/30/friday-field-foto-76-thin-bedded-turbidites-special-repost/. [Último acceso: 05 07 2021].
[5]
KSMservices, «Adiestramiento: Curso de Exploración Sísmica de Hidrocarburos en Yacimientos Heterogéneos.,» KSMservices, 2019. [En línea]. Available: https://ksmservicesla.com/cursos/curso-de-exploracion-sismica-de-hidrocarburos-en-yacimientos-heterogeneos/?doing_wp_cron=1628184477.9826869964. [Último acceso: 05 08 2021].
[6]
J. Guayapero, «1era clase en Perforación de Pozos Petroleros Explicados por el Profesor Yanco.,» Steemit. , 01 2018. [En línea]. Available: https://steemit.com/spanish/@yanco/1era-clase-en-perforacion-de-pozos-petroleros-explicados-por-el-profesor-yanco. [Último acceso: 05 08 2021].
[7]
J. Kostelnik, «Geochemistry of the Marcellus Shale—a primer on organic geochemistry.,» Penn. Geol, vol. 1, nº 40, pp. 3-13, 2010.
[8]
Asociación de la Industria Hidrocarburífera del Ecuador, «El Petróleo en Cifras,» AIHE, Quito-Ecuador, 2019.
[9]
Ministerio de Energía y Recursos Naturales No Renovables, «Informe Anual del Potencial Hidrocarburífero del Ecuador,» DDOY - CC, Quito, 2019.
[10]
Hawker, D., Vogt, K., & Robinson, A. , Datalog Manual de Perforación: Procedimientos y Operaciones en el pozo., Calgary, Alberta, Canada: DATALOG, 2001.
[11]
EADIC, «Perforación de pozos petroleros : Sus costos en América Latina,» 26 09 2015. [En línea]. Available: https://www.eadic.com/perforacion-de-pozos-petroleros/. [Último acceso: 06 07 2021].
[12]
DATALOG, «Mud Logging.,» DATALOG COLOMBIA SAS. , [En línea]. Available: http://www.datalogcolombia.com/new_desing/html/es/serv.asp. [Último acceso: 05 08 2021].
[13]
Peña, D. & Márquez, F., «GENERACIÓN DEL MODELO GEOMECÁNICO 3D DEL YACIMIENTO C-INF VLC-363, APLICADO AL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE HOYO.,» de Jornadas de Investigación-Encuentro Académico Industrial, Universidad Central de Venezuela, 2018.
[14]
W. E. TRADE, «Perforación inteligente,» World Energy, 04 10 2019. [En línea]. Available: https://www.worldenergytrade.com. [Último acceso: 05 08 2021].
[15]
Bargach, S., Falconer, I., Maeso, C., Rasmus, J., Bornemann, T., Plumb, R., ... & Rohler, H. , «LWD en tiempo real: Registros para la perforación.,» Oilfield Review., 2001.
[16]
J. E. Gómez Herrera, «Metodología para el análisis del riesgo petrolero y toma de decisiones. Caso de estudio Franja Norte de Crudos Pesados, sector Guanabo-Seboruco, Cuba.,» de III CONGRESO CUBANO DE PETROLEO Y GAS (PETROGAS´2011), La Habana-Cuba, 2010.
Fuente: IIGE