PETRÓLEO

1 PETRÓLEO El petróleo es un líquido normalmente de color oscuro y consistencia aceitosa, formado principalmente por hidrógeno y carbono, la etimología de la palabra petróleo es petro=roca y oleum=aceite. El petróleo es conocido desde la antigüedad debido a su aparición en la superficie de algunas regiones del planeta, sin embargo, desde la masificación de su uso en el siglo XIX y el inicio de la comercialización a escala mundial, el hombre se ha visto en la necesidad de explorar en el subsuelo, con la finalidad de extraer grandes volúmenes que puedan cubrir la creciente demanda. 2 EL PETROLEO Y SU ORIGEN Desde el inicio del petróleo como industria a escala mundial, los diferentes científicos asociados al estudio de las diferentes áreas petroleras han expuesto una variedad de teorías relacionadas al origen del petróleo, entre ellas se encuentran: 2.1 TEORÍAS INORGÁNICAS Según las teorías inorgánicas, el petróleo se formó mediante diferentes reacciones químicas, es decir, sin la intervención de componentes vegetales ni animales, entre estas teorías están: 2.1.1 TEORÍA DEL CABORNATO DE CALCIO, SULFATO DE CALCIO Y AGUA CALIENTE Algunos investigadores propusieron que la asociación en la naturaleza del carbonato de calcio con el sulfato de calcio en la presencia de agua caliente podía producir petróleo, sin embargo esta teoría no pudo explicar en su totalidad la formación del hidrocarburo. 2.1.2 TEORÍA DEL CARBURO Esta teoría fue basada en experimentos de laboratorio en donde los carburos de hierro y calcio al entrar en contacto con agua caliente producían hidrocarburos, sin embargo, muchos geólogos no apoyan esta tesis. 2.2 TEORÍA ORGÁNICA Las teorías orgánicas están basadas en la descomposición de residuos de animales y plantas que han pasado por un proceso bacteriano hasta formar los hidrocarburos. Entre las principales teorías están: 2.2.1 LA TEORIA VEGETAL La gran cantidad de algas y otras especias vegetales presentes en el ambiente marino representa suficiente material para la formación de petróleo, además las plantas terrestres ubicadas en los lagos, pantanos y lagunas, con los debidos procesos de presión y temperatura, también pudieron haberse transformado en petróleo. 2.2.1 LA TEORIA DEL CARBON Algunos experimentos de laboratorio se ha determinado que por destilación de carbón lignítico, se obtienen hidrocarburos, siempre y cuando sea sometido a presiones y temperaturas adecuadas. 2.3 OTRAS TEORIAS DEL ORIGEN DEL PETRÓLEO Se ha determinado que la cantidad de kerosene presente en algunas lutitas alrededor del mundo puede ser fuente principal del origen del petróleo. Generalmente todas las rocas en donde se ha descubierto hidrocarburo contienen fósiles, los estudios microscópicos revelan la presencia de plancton, es decir, la presencia de animales y plantas que vivían en el mar. 3.1 DERIVADOS DEL PETRÓLEO Una vez que el petróleo es extraído de los reservorios, es conducido hacia una refinería en donde es sometido a diferentes procesos como: polimerización, hidroformación, fraccionamiento, alquilación, neutralización, tratamiento ácido, entre otros, con la finalidad de producir los diferentes derivados del petróleo entre los que se encuentran: Gas licuado, gasolina de motor, gasolina de aviación, querosén, diesel, gasoil, aceite lubricantes, asfalto entre otros. 4.1 USOS DEL PETROLEO El petróleo posee amplios usos en nuestra vida cotidiana, gracias a la refinación obtenemos los diferentes tipos de combustible y el asfalto, la industria petroquímica también genera un gran número de productos como son: Solventes, sabores artificiales, Neumáticos, Mangueras, Zapatos, Pintura, Resinas, barnices, plástico, insecticidas, catalizadores, textiles, perfumes, detergentes, polímeros, anestésicos, adhesivos, acabado de muebles, fertilizantes, entre otros. El petróleo crudo, también es usado en el mercado mundial como producto a la venta, principalmente por países cuya producción es ampliamente superior a la de su consumo interno. 5.1 EL PETRÓLEO Y SU IMPORTANCIA Desde el inicio de la industria petrolera, la cual se remonta a mediados del siglo XIX, el petróleo ha ido cobrando aún más importancia a nivel mundial, dado sus múltiples usos en la industria petroquímica y el valor que representa para la economía de una gran cantidad de países. El petróleo ha jugado un papel importante en el desarrollo económico de los países del Medio Oriente tales como: Irak, Irán, Arabia Saudita, Kuwait, Qatar, Siria, etc... Igualmente en América algunos países han participado activamente en la producción y comercio del petróleo, entre los cuales se encuentran: México, USA, Venezuela, Argentina, Ecuador, Colombia, Perú entre otros. Europa, Asia y África también han tenido una gran participación en los procesos industriales que involucran el petróleo, de modo que su importancia radica en un comercio a escala mundial, hasta el punto de alcanzar niveles de producción de más de 100 millones de barriles diarios en el año 2019, de acuerdo a datos ofrecidos por las principales agencias de energía. El petróleo por ser un recurso no renovable, ha desarrollado entre los países productores un especial cuidado en su uso y comercialización, hasta el punto de programar reuniones periódicas con la finalidad de estabilizar su precio en el mercado mundial. Organizaciones como la OPEP y la recientemente formada OPEP+, han discutido insistentemente mecanismos de cooperación para controlar los niveles de producción y fijar cuotas a cada uno de sus países, de tal manera de evitar la sobre oferta de crudo, que decantaría en bajos precios, afectando negativamente la industria petrolera. En definitiva la gran cantidad de derivados del petróleo, su amplio uso en la industria petroquímica y el gran impacto económico a escala mundial le dan una especial importancia a la industria petrolera, desde mediados del XIX hasta la actualidad. 6.1 COMO SE EXTRAE EL PETROLEO Para extraer el petróleo desde el subsuelo es necesario cumplir con una serie pasos que se describen a continuación: 6.1.2 PERFORACION DE UN POZO PETROLERO La perforación de un pozo petrolero consiste en un conjunto de subprocesos altamente especializados y que se han ido perfeccionando a lo largo de los años, al principio es necesario seleccionar el taladro de perforación más adecuado según la ubicación del yacimiento o reservorio, los taladros más comunes utilizados en costa afuera son las semi-sumergibles, buques taladros y Jack up. La perforación costa afuera es utilizada ampliamente en países como USA, México, Brasil, Noruega entre otros. En el caso de la perforación en tierra normalmente es utilizado un taladro con cabria, aunque existen igualmente modelos hidráulicos ampliamente usados en los campos petroleros. El procedimiento consiste en colocar el taladro en la localización seleccionada y proceder a perforar el pozo hasta la profundidad en la cual se encuentra el yacimiento o reservorio, el cual normalmente está ubicado a varios miles de pies o metros de la superficie, según el sistema de medición utilizado en cada país. Durante las operaciones son utilizados diversos elementos como la mecha de perforación, el fluido de perforación, cemento, registros eléctricos, tubería de revestimiento, equipos de perforación direccional entre otros. Una vez finalizada la fase de perforación, inicia la etapa de completación o terminación del pozo. 6.1.3 COMPLETACIÓN O TERMINACIÓN DE UN POZO La completación o terminación de un pozo consiste en un conjunto de pasos necesarios para dejar el pozo preparado para su producción, para ello es utilizado un taladro de perforación costa afuera o un taladro de tierra. El proceso consiste en iniciar la bajada de un conjunto de equipos y herramientas que permitan una producción segura durante la vida del pozo, el proceso de selección de referidos equipos y herramientas dependen en gran medida de diversos factores como son: tipo de hidrocarburo a producir, tasa de producción, fluidos presentes en el yacimiento o reservorio, dureza de la formación, profundidad del yacimiento o reservorio, intervalos productores, contacto agua-petróleo, gas-petróleo, porosidad, permeabilidad mecanismo de empuje, análisis PVT, datos de núcleo, presencia o no de CO2 o H2S, entre otros. Existe una amplia gama de herramientas que forman parte de una completación las mismas dependerán del diseño que permita optimizar la producción del pozo, dependiendo del tipo completación, entre la herramientas utilizadas están: empacaduras de producción, liner ranurados, niples, fluidos de completación, sensores de fondo, válvulas de seguridad, tubería de producción, madriles, colgadores, grava, equipos para cañoneos entre otros. Con el avance de la tecnología nacieron las Completaciones inteligentes, las cuales permiten determinar la presión de fondo, temperatura de fondo, aislamiento de zonas de alta tasa de agua y gas, intervenciones costa afuera sin necesidad de taladro, apertura y cierre de camisas de producción entre otros. 6.1.4 PRODUCCIÓN DE UN POZO La producción de un pozo consiste en un conjunto de procedimientos llevados a cabo para colocar un pozo en producción y poder llevar el hidrocarburo hacia las estaciones de flujo en el caso de tierra firme, en los casos de Costa Afuera el hidrocarburo puede ser llevado hacia facilidades de producción instaladas en el medio del mar o en ocasiones son enviadas directamente a tierra firme por intermedio de tuberías submarinas. Existen diferentes tipos de mecanismos de producción que son diseñados de acuerdo a las características particulares del crudo como son: producción por flujo natural, bombeo mecánico, Levantamiento artificial por gas (intermitente o continuo), bombeo electro sumergible, bombeo de cavidad progresiva, entre otros. La producción de un pozo costa afuera, puede ocurrir mediante cabezales secos (instalados encima de una plataforma y con acceso directo) o cabezales submarinos (instalados en el lecho marino y con acceso mediante un robot de operación remota o a través de controles desde una plataforma en la superficie). La tasa de producción de pozo dependerá de su potencial, el cual es calculado mediante variables petrofísicas, contactos de agua-petróleo y gas-petróleo presión de fondo fluyente, tipo de crudo entre otras, para ello se realiza un análisis nodal que permitir diseñar el diámetro de tubería, reductores, mecanismo de producción, entre otros. Finalmente el pozo puede producir el petróleo acompañado en ocasiones de agua, gas y arena, para ello son instalados unos separadores en la superficie que permitan extraer todos los fluidos y sólidos, para colocar el crudo con niveles mínimos permitidos para su transporte y comercialización. 6.1.5 MECANISMOS NATURALES DE PRODUCCÍON DE UN POZO Cuando el petróleo se encuentra en un yacimiento o reservorio posee mecanismos naturales que impulsan el petróleo hacia la superficie a través del pozo entre ellos se encuentran: Casquete o empuje por gas, Empuje por gas disuelto, Empuje por agua y empuje por gravedad 6.1.5.1 PRODUCCION DE PETROLEO POR EMPUJE DE GAS (CAPA DE GAS) Al poner al pozo a producir de forma controlada, la diferencia entre la presión del yacimiento y la presión del cabezal del pozo, hacen que el petróleo y el gas disuelto en este lleguen a la superficie, normalmente el control del volumen de flujo en la superficie se realiza mediante un reductor de diámetro de tubería de producción instalado en el cabezal del pozo. Cuando se observa marcadamente el incremento de la relación gas-petróleo, se requiere tomar acciones correctivas como la cementación forzada de zona superiores a la arena productora, o recañonear áreas arenas inferiores. 6.1.5.2 PRODUCCION DE PETROLEO POR EMPUJE DE GAS DISUELTO En este tipo de mecanismo no existe capa de gas, todo el gas disuelto en el petróleo y el petróleo forman una sola fase, a altas presiones y temperaturas del yacimiento. Al inicio de la etapa de producción, el diferencial de presión provoca que el gas empiece a expandirse, y extraiga el petróleo del reservorio hacia los pozos. A medida que transcurre la vida del pozo y la presión va disminuyendo se alcanza la presión de burbujeo y comienza a desarrollarse una capa de gas por encima del área donde se encuentra el petróleo. 6.1.5.3 PRODUCCION DE PETROLEO POR EMPUJE DE AGUA El empuje por agua es considerado el mecanismo más eficiente para la producción de petróleo. Su presencia brinda la posibilidad de altos niveles de recobro en el yacimiento. Este tipo de mecanismo requiere de una relación muy precisa entre la tasa de producción que se establezca y el volumen de agua que debe moverse en el yacimiento. El cañoneo en la tubería de revestimiento se realiza a una distancia lo suficientemente alejada del contacto agua- petróleo, con la finalidad de evitar la producción temprana de agua en el pozo. 6.1.5.4 PRODUCCION DE PETROLEO POR EMPUJE DE GRAVEDAD Normalmente los estratos poseen una cierta inclinación o buzamiento creando un desnivel, esta inclinación en grados puede ir desde ángulos pequeños hasta muy grandes mientras más grande sea el ángulo de las formaciones mayor posibilidad tendrá el petróleo de moverse hacia abajo por efecto de gravedad. En el caso de la presencia de un acuífero, su avance está relacionado con el régimen de producción que se desee imponer en el yacimiento. Naturalmente la masa depende de la fuerza que le imprime el buzamiento hacia abajo, es por ello que el régimen de producción tiene que ser uno que mantenga el contacto de agua- petróleo en balance. 7.1 HIDROCARBUROS EN EL PETRÓLEO A modo general en la industria petrolera, se utiliza la palabra petróleo para referirse a los compuestos líquidos de los hidrocarburos, resultantes de la combinación del hidrogeno (H) y el carbono (C). El elevado poder calorífico de los carburantes se debe a que el hidrógeno posee (52.000 BTU/libra) y el carbono posee (14.000 BTU/libra). Estos compuestos unidos presentan múltiples ventajas, por ejemplo, si se utiliza el hidrogeno individualmente para tomar ventaja de su alto poder calórico, necesitaríamos un tanque de dimensiones tan elevadas que no sería práctico instalarlo en ningún vehículo auto motor, igualmente si la decisión sería utilizar el carbono únicamente, se presentaría inconvenientes dado que es sólido y para ser vaporizado se necesitaría elevar la temperatura a 3482°c. (6300°F). 7.1.1 CARACTERISTICAS DEL PETROLEO El petróleo presenta características físico-químicas diferentes, algunas se pueden evidenciar a simple vista y otras deben ser analizadas en el laboratorio. 7.1.1.1 COLOR DEL PETROLEO Usualmente se piensa que todos los crudos son de color negro, sin embargo al ser sometido por transición de la luz se pueden observar los crudos de color amarillo rojo, Marrón y negro, cuando el crudo es extra pesado o pesado su color es negro, si es liviano tiene una tendencia a mostrar un color amarillo pálido, si es condensado se puede observar de color blanco. 7.1.1.2 OLOR DEL PETROLEO El olor del petróleo es muy parecido al del kerosene o la gasolina, si presenta azufre presente un olor fuerte parecido a huevo podrido, de contener sulfuro de hidrógeno los vapores pudieran llegar a ser mortíferos. En la industria petrolera son diferenciados entre dulces y agrios, para determinar su grado de pureza o contaminación con químicos, esta característica es básica a la hora de realizar negociaciones de venta de hidrocarburos en el mercado mundial. 7.1.1.3 DENSIDAD DEL PETRÓLEO Los crudo pueden pesar menos que el agua (livianos y medianos) o más que el agua (pesados y extra pesados). En la industria petrolera se clasifica la densidad del petróleo en °API (API es la abreviatura de American Petroleum Institute) la cual denota la relación correspondiente de eso especifico y fluidez. La fórmula de la gravedad específica fue elaborada por Antoine Baumé, y consiste en medir la gravedad específica a 60 °F (15,5°C), la cual se muestra a continuación: Gravedad especifica= 141,5/(131,5 + °API), es por ello, que al calcular la gravedad especifica del agua, se calcula sabiendo su °API=10, dando como resultado que un valor de 1. La clasificación de crudos de acuerdo a su °API utilizada comúnmente en la industria petrolera es la siguiente: • Extrapesados menos de 16° • Pesados menos de 21, 9° • Medianos entre 22° y 20,9° • Livianos mayor a 30° En las negociaciones de ventas de crudo a nivel mundial, se considera como un factor del precio del crudo su °API. 7.1.1.4 SABOR DEL PETRÓLEO El sabor del petróleo está determinado principalmente por su contenido de sal cuando su contenido es alto, es por ello que si se presenta un crudo con alto contenido de sal, el mismo debe ser tratado hasta niveles aceptados por compradores y refinerías. 7.1.1.5 INDICE DE REFRACCIÓN DEL PETRÓLEO El índice de refracción es valor que mide la velocidad de la luz al pasar de un cuerpo a otro, en los hidrocarburos estos valores oscilan entre 1,39 a 1,49. 7.1.1.6 COEFICIENTE DE EXPANSIÓN DEL PETRÓLEO Varía entre 0,00036 y 0,00096 y es el resultado del cálculo entre la temperatura y el volumen. 7.1.1.7 PUNTO DE EBULLICIÓN DEL PETRÓLEO No es constante debido a que depende de sus características físico-químicas, sin embargo su valor está cercano a los 300° C. 7.1.1.7 PUNTO DE CONGELACIÓN DEL PETRÓLEO Al igual que el punto de ebullición, no es constante debido a que depende de sus características físico-químicas, sin embargo su valor varía entre 15,5 °C a -45°C. 7.1.1.7 PODER CALORÍFICO DEL PETRÓLEO Puede ser entre 8500 a 11350 calorías/gramo. En BTU/libra puede ser de 15.350 a 22.000. El significado de BTU es (Unidad Térmica Británica). 7.1.1.8 VISCOSIDAD DEL PETRÓLEO La viscosidad del petróleo es uno de los elementos más importantes más importantes en las operaciones de transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad indica la resistencia que opone el petróleo al flujo interno. La viscosidad es medida en poise o centipoise (0,01 poise) y es definida como la fuerza requerida en dinas para mover un plano de un centímetro cuadrado de área sobre otro de igual área separado un centímetro de distancia entre si. La viscosidad del crudo puede variar de 0,02 hasta más de 1000 cp.