Búsqueda y aprovechamiento

La mejor señal de la existencia de petróleo es el propio petróleo, reza un dicho pero se puede decir, que existen campos petrolíferos muy grandes y ricos que no mostraban el más mínimo indicio de esta clase en la superficie exterior. Por el contrario, cuando las arenas petrolíferas no están bien impermeabilizadas en la superficie, existen <<indicios>> considerables como para poder propagar el petróleo hacia arriba, mientras que en profundidad no hay ya yacimientos rentables. Los indicios petrolíferos en un sondeo indican que se perfora en un grupo de capas que contienen petróleo, pero no que exista un yacimiento.

La presencia de gas en la superficie sólo se aprecia cuando aparece en agua. El gas húmedo permite suponer la existencia de petróleo. Pueden aparecer trazas de petróleo en el agua de los manantiales o fuentes naturales. Sobre la misma flota entonces una película tornasolada. En cursos fluviales puede ser arrastrada por el agua y permanecer detenida en un recodo de la orilla. Las charcas profundas pueden llenarse lentamente de petróleo pardo. El petróleo asfáltico forma una costra anular ondulada, análoga al alquitrán, alrededor del punto donde brota. En aquellos afloramientos que suministran de un modo continuo petróleo denso o asfalto, podría esperarse la existencia de un  rico yacimiento. Las burbujas de gas que ascienden en el agua pueden estallar dejando una película de petróleo de forma anular, de brillo irisado, que termina por formar una mancha cerrada. El óxido de hierro constituye asimismo, en manantiales pequeños, una grasa viscosa, tornasolada, que al ser raspada da coloración pardusca. Las películas irisadas que forma el óxido de hierro al flotar sobre el agua se rompen, al tocarlas con un palo o junco, en fragmentos angulosos, mientras que el petróleo, por el contrario, lo hace en franjas alargadas; por consiguiente, ambos son siempre de diferenciación fácil. Una película de petróleo parafínico en agua muy fría es también sólida y de fractura angulosa;  si se recoge se ve que es blanca, no de color pardo de hierro. La salida de petróleo en los manantiales puede ser de tal manera abundante, que es posible su explotación.

En los afloramientos, las rocas petrolíferas pueden aparecer formando franjas parduscas (petróleos parafínicos) u oscuras (petróleos asfálticos). Al golpear las areniscas, dan olor a petróleo, y lo mismo ocurre con las concreciones. Las trazas de petróleo existentes en arena se reconocen con éter, eventualmente con cloroformo, evaporando el disolvente sobre un plato.

Métodos de prospección petrolera

Geofísica. La geofísica presta servicios extraordinariamente valiosos para el trabajo de los geólogos. En muchos casos no es posible pensar en una investigación o estudio del terreno sin la colaboración de los geofísicos. Esto resulta particularmente válido en comarcas inaccesibles, compuestas de sedimentos o acarreos jóvenes y sin consolidar. Para aclarar las circunstancias de la sedimentación, en este caso deben realizarse prospecciones de considerables proporciones.

Los métodos más empleados, con mucha diferencia, son los sísmicos y gravimétricos; para lograr una orientación muy general, se realizan también estudios magnéticos debido a la rapidez y economía del método. A menudo pueden reconocerse de este modo, zonas abombadas del subsuelo, y también grandes disturbios. Los métodos eléctricos que se basan en la conductividad de las rocas no han respondido como se esperaba en la prospección del petróleo, ya que en las proximidades de los campos petrolíferos existe gran cantidad de agua salada en las capas del subsuelo. Incluso las aguas marginales son difíciles de delimitar por métodos eléctricos. Los domos salinos pueden determinarse por el método sísmico, hallando sus límites y su posición en profundidad. La gravimetría es un buen auxiliar para la determinación de anticlinales y también puede fijar otras particularidades tectónicas, en particular las fallas. La gravimetría suministra los mejores resultados en terreno llano.

Geoquímica. En 1938 se empezaron a emplear métodos de investigación geoquímica. El aire del suelo fue aspirado a través de sondas de 1-2 m de largo y estudiado con aparatos muy sensibles con vistas a determinar posibles trazas de hidrocarburos. En todas partes, con la única excepción de las regiones desérticas, se apreciaron en las capas más superiores del suelo pequeñísimas cantidades de hidrocarburos. En campos petrolíferos, sólo sobre sus márgenes, el contenido de hidrocarburos era mayor que el término medio del terreno en cuestión. En sondeos profundos se ha utilizado también este método de búsqueda de indicios, apreciándose la proximidad al horizonte petrolífero por un aumento del contenido en metano de las rocas arcillosas. Cuando se trataba de petróleos pesados, 250 a 500 m por encima del yacimiento se apreciaba un aumento sorprendente del contenido en pentano u otros hidrocarburos pesados.

Ubicación de Sondeos

Hay que distinguir entre sondeos de exploración y sondeos de explotación en los campos ya reconocidos como petrolíferos. El primero es cometido de los geólogos. Una vez determinadas las posibilidades de la región por medio de estudios de facies, por la edad y clase de las capas y eventualmente por analogía con campos petrolíferos próximos, hay que hallar las estructuras adecuadas. Hay que considerar todas las posibilidades de existencia de trampas petrolíferas. Deben preferirse estructuras cerradas antes que abiertas, ya que, en las abiertas, el petróleo puede haberse difundido en la superficie exterior. La investigación geológica puede no ser lo bastante exacta. Allí donde la superficie no sea suficientemente clara, hay que recurrir a calcitas y sondeos de exploración poco profundos, o al auxilio de la geofísica. Los sondeos superficiales determinan la estructura, facilitando así la ubicación de un sondeo profundo. En todas las circunstancias son preferibles los sondeos con testigo continuo para estudiar las condiciones de la estratificación.

En la actualidad, los sondeos de investigación se realizan con instalaciones especiales, pequeño diámetro (entubados solo hasta las proximidades de la superficie) y la mayor obtención posible de testigos. A causa de la rapidez del trabajo, los sondeos de exploración son más baratos que los de explotación, de mayor sección  y con entubados.

Lodo de perforación. El lodo es de gran importancia para el trabajo de perforación. En general se utilizan lodos densos para evitar erupciones de petróleo o gas y para combatir la degradación del terreno o las arenas sueltas. Se componen de una suspensión de arcilla en agua. Para hacer inofensivas presiones de gas muy elevadas o por contener capas de terreno que aprietan mucho, es viable el empleo de lodos pesados, para lo que se agrega a la arcilla baritina, hematites u otros minerales metálicos finamente molidos (puede alcanzarse un peso específico de 2,25). Tales lodos densos y pesados podría sedimentarse rápidamente cuando las bombas no trabajan, y el petróleo quedaría <congelado>, es decir, aprisionado. Esto se evita mediante la adición de bentonita, o preparados de bentonita que poseen la propiedad de solidificarse rápidamente formando un gel cuando el lodo queda en reposo, el cual se licua nuevamente a la menor agitación. Este tipo de lodo penetra también  con mayor dificultad en las arenas petrolíferas. Asimismo lubrica las paredes del pozo. También se puede impedir la penetración del lodo en  las arenas agregando resinas. La preparación de los lodos adecuados se ha convertido en una rama especial de las técnicas de perforación de sondeos. Asimismo se utilizan lodos de petróleo crudo, también en adición de arcilla, etc.

Las muestras o ripio obtenidos durante la perforación deben estudiarse escrupulosamente en diferentes aspectos; deben describirse petrográficamente, determinando su contenido en microfósiles y minerales pesados en el laboratorio. Todos estos datos sirven para establecer correlaciones y para el reconocimiento de horizontes-guía.

En testigos de rocas-almacén se determina su porosidad y permeabilidad. Su contenido en petróleo se reconoce por extracción, por tratamiento con agua hirviendo o con lámpara de rayos ultravioleta.

Imagen tomada de: Dr. Phil. Walter E. Petrascheck
y Carlos Castells “Yacimientos y Criaderos”
Ediciones Omega, S.A. de C.V. Casanova, 220 Barcelona, 1965

 

En roca dura, el petróleo aparece en las grietas. Si casualmente el pozo no corta ninguna grieta, permanece seco. Cabe provocar una voladura en la roca dura, lo que hace que a menudo se consiga una producción petrolífera.

Pese a los numerosos recursos disponibles, la búsqueda del petróleo está todavía ligada a riesgos. Con gran diferencia, la mayoría de los sondeos realizados se emplean para la explotación de regiones ya conocidas como petrolíferas. Únicamente un pequeño porcentaje se destina a la exploración de nuevas comarcas.

Energía de los yacimientos. Tanto el gas como el petróleo se encuentran siempre en el subsuelo sometidos a presión, con grandes diferencias hacia arriba o hacia abajo, debido a la presión hidrostática a esa profundidad. Estas condiciones de presión son válidas, cuando las aguas marginales comunican de alguna manera con la superficie exterior. Cuando es este principio el que domina en el campo petrolífero, entonces, y debido a la producción la presión disminuye en el yacimiento temporalmente, pero después de mantener cerrado el pozo durante un período más o menos largo se regenera de nuevo debido a la entrada de agua. El petróleo es empujado hacia el pozo por la presión del agua (wáter drive). La altura del afloramiento arenoso respecto a la del campo petrolífero y las resistencias debidas al rozamiento en el yacimiento son las que provocan las diferencias mencionadas con la presión normal.

Si predomina el principio volumétrico, entonces es el gas libre, comprimido y el que está en disolución, la fuente de energía (gas drive). La compresión de los gases es debida a la compacidad cada vez mayor de la roca a causa del peso de las capas superiores o a las presiones tectónicas alcanzando valores más elevados que los suministrados por el régimen hidráulico. Durante la producción de petróleo, la presión y también la producción, disminuyen gradualmente hasta anularse. El gas ocupa el lugar del líquido. En los campos de gas se pueden calcular las reservas existentes midiendo la caída de presión que ocasiona la extracción de una cantidad determinada de gas.

Presión en el yacimiento. En un principio, el petróleo fluye del pozo y el gas sale libremente, a menudo con gran fuerza. La presión del gas que sale y la del petróleo que surge libremente puede medirse con un tubo de Pitot. Esta presión es característica de un yacimiento, pero en la actualidad apenas si se mide, ya que se procura evitar la salida libre de gas o petróleo. La presión en el yacimiento disminuye en el transcurso de la explotación, siempre que no se regenere por la entrada posterior de aguas marginales.

En un yacimiento, puede existir al mismo tiempo que el petróleo y agua, algo de gas libre en forma de pequeñas burbujas. Además, en el petróleo siempre hay disuelta una determinada cantidad de gas, debido a la presión del yacimiento. El metano posee una solubilidad diferente en los diversos tipos de petróleo. Puede determinarse experimentalmente para presiones diferentes, y hay que tomar en consideración el aumento de temperatura en el subsuelo. Este gas disuelto reduce la viscosidad del petróleo. El propano y otros hidrocarburos más altos son ya líquidos a las presiones y temperaturas reinantes en las profundidades. La cantidad de gas que el petróleo puede admitir a la presión del yacimiento es el gas disuelto. El resto es el gas libre. Alrededor del pozo en producción se forma una zona en la que la presión en el yacimiento disminuye hacia el mismo. En esta zona,  el petróleo libera gas. Se forma, por consiguiente, una espuma, que es más viscosa que el líquido puro. Esto, y la adhesión del petróleo en los capilares del yacimiento son la causa de que la presión aumente a partir del pozo, incluso cuando éste está cerrado. Esta variación de presión en los capilares que contienen líquidos y burbujas gaseosas se conoce en física con  el nombre de efecto Jamin.

Explotación de los campos petrolíferos

Por razones económicas hay que esforzarse por explotar un campo lentamente, con los menos sondeos posibles, aun cuando razones comerciales, como el aprovechamiento rápido de una coyuntura favorable, hagan pensar algunas veces de otra forma.

El principio más importante es la conservación de la energía del yacimiento, por lo que debe mantenerse sobre todo el gas que suministra dicha energía. En ningún caso debe explotarse la capa superior o montera de gas, y de ninguna manera ha de dejarse escapar libremente el gas del yacimiento, lo que se logra mediante una correcta colocación del entubado de producción o montando boquillas en el mismo.

Conforme aumenta la profundidad, sube la presión en el yacimiento y se eleva la extracción. En profundidad hay más gas disuelto en el petróleo, lo que, juntamente con la temperatura creciente, reduce la viscosidad. Por eso se evita cortar las capas petrolíferas a menos de 100 m de profundidad. Por la misma razón, los sondeos más profundos pueden distanciarse más entre sí que los que llegan a una profundidad menor. Cuánto más permeable sea la arena y más fuerte el buzamiento de las capas, tantos menos pozos son necesarios para la explotación.

Una extracción demasiado rápida puede conducir a la formación de canales dentro del yacimiento, lo que puede tener como consecuencias un ascenso irregular por el pozo, la formación de digitaciones del gas o de las aguas marginales impidiendo que prosiga la entrada de petróleo en el pozo. Para realizar una explotación racional debe limitarse a menudo la extracción. Cuando la producción es demasiado rápida, la disminución de presión de la arena puede hacer que se manifieste el efecto Jamin, con lo que las burbujas de gas formadas en la arena alrededor del pozo cierran el camino a nuevas afluencias de petróleo. Otra consecuencia puede ser la obturación del paso debido al depósito de cera o parafina en la arena de las inmediaciones del pozo, cuya eliminación es casi imposible.

Durante la producción debe observarse una relación petróleo-gas, prescrita en la actualidad por las jefaturas mineras de muchos países. En diversas regiones se tolera como máximo la extracción de una cantidad de gas 250 veces mayor que la de petróleo, que, con el transcurso del tiempo, va aumentando gradualmente hasta llegar a 1000. Una disminución lenta de la presión en el fondo garantiza una producción óptima.

No dejar escapar gas libre alguno equivale a conservar la presión. Producir correctamente es mantener constante la presión  en el fondo con el pozo cerrado.

 

Extracción

Primero se busca un yacimiento de petróleo; se hace un sondeo  en el lugar que se cree tiene posibilidades de contener petróleo (pozo de exploración); al ser descubierto un yacimiento (se encuentra en uno de cada diez pozos de exploración) hay una posibilidad de 1 a 100 de que sea lo suficientemente grande como para que valga la pena hacer una extracción.

La extracción del petróleo se hace basándose en las características propias de cada yacimiento. Se monta una torre metálica de 40-50 metros de altura que sostendrá los equipos,  y el subsuelo se taladra con un trépano que cumple una doble función: avance y rotación.

Tanto el trépano como la barra que lo acciona tienen conductos internos para que circule una suspensión acuosa de bentonita - arcilla amarillenta de adhesividad apropiada. Esta suspensión enfría el trépano y arrastra el material desmenuzado hacia la superficie.

Los pozos generalmente tienen una profundidad de 1000 a 5000 m (y hasta de 8000 m). Antes se perforaba verticalmente pero ahora se trabaja en cualquier dirección usando barras articuladas. Estos dispositivos permiten “dirigir” al trépano, sorteando obstáculos.

 

Reservas mundiales de petróleo

Se puede encontrar petróleo y gas natural en todos los continentes distribuidos de forma muy irregular. Enormes campos petrolíferos que contienen alrededor de la mitad del petróleo mundial se encuentran en el Oriente Próximo. También existen grandes cantidades de petróleo en el Golfo de México, Mar del Norte y el Ártico (tanto en Alaska como en Rusia). Se piensa que debe haber notables reservas en las plataformas continentales, aunque por diversos problemas la mayoría de ellos no están todavía localizados y explotados.

Imagen tomada de: https://cidta.usal.es/contamin_agua/www1/www1.ceit.es/Asignaturas/
Ecologia/Hipertexto/07Energ/120PetrolGas.htm

                    

Es muy difícil estimar para cuantos años tendremos petróleo y gas natural ya que depende de muchas variables desconocidas. No se sabe cuántos depósitos nuevos se van a descubrir, tampoco cual va a ser el ritmo de consumo, porque es probable que cuando vayan escaseando y sus precios suban se busque con más empeño otras fuentes alternativas de energía y su ritmo de consumo disminuya. Por esto las cifras que se suelen dar son muy poco fiables.

En 1970, había reservas conocidas de petróleo para unos 30 años (hasta el año 2000), y de gas natural para unos 40 años. En cambio en 1990, había suficientes depósitos localizados de petróleo para otros 40 años (hasta el 2030), y de gas natural para unos 60 años; es decir, en estos años se ha descubierto más de lo que se ha consumido. Por todo esto se puede decir que hay reservas para un tiempo comprendido entre varias decenas y unos 100 años.

Imagen tomada de: https://cidta.usal.es/contamin_agua/www1/www1.ceit.es/Asignaturas/
Ecologia/Hipertexto/07Energ/120PetrolGas.htm

 

Otro importante problema relacionado con el petróleo, es el que se consume mayoritariamente en regiones donde no se produce. Así, entre Estados Unidos y Europa Occidental se consume casi la mitad del petróleo mundial. Los países del Golfo Pérsico que son 9 consumen el 4.5 % de la producción.  Esta diferencia se agravará en el futuro porque la mayor parte de las nuevas reservas se están descubriendo en los países menos consumidores. Así se calcula que Estados Unidos tiene reservas para unos 10 años y Europa para unos 13 años, mientras que los países del Golfo acumulan el 57% de las reservas conocidas.