Blog Petrolero
La energía geotérmica es la energía almacenada en forma de calor en el
interior de la tierra, esta constituye una de las fuentes de energía con
mayor potencial debido a que se encuentra en la mayor parte del
subsuelo terrestre.
Actualmente la explotación de esta energía ha tomado
un gran auge, esto se debe a que es considerada una fuente energética
limpia y renovable.
Para explotar esta fuente energética con el objeto de producir energía
eléctrica es necesaria la “construcción de pozos” que permitan la
extracción de fluidos a altas temperaturas (agua, vapor de agua o una
mezcla de ambos), los cuales son empleados para accionar grandes
turbinas generadoras de electricidad.
A este proceso se le conoce como Perforación y Terminación de Pozos
Geotérmicos.
La perforación y terminación de pozos son procesos que requieren ser
planificados y ejecutados adecuadamente para garantizar el éxito de la
operación y por tanto el éxito de la extracción de los fluidos.
El Ingeniero Petrolero es el profesionista encargado de realizar estos
procedimientos en conjunto con el personal operario adecuado.
Sin embargo el Ingeniero Petrolero es instruido principalmente en los
procesos que involucran la extracción de hidrocarburos.
Para poder perforar los pozos geotérmicos es necesario conocer la
geología general de los yacimientos geotérmicos, por lo que se debe
conocer las propiedades de las rocas presentes en estos yacimientos
(principalmente rocas volcánicas y metamórficas), así como la relación
que existe entre la tectónica de placas y la ubicación de los sistemas
geotérmicos.
Una práctica importante durante la perforación de pozos
es la toma de registros (geofísicos, de presión, de temperatura y de
diámetro de pozo).
El proceso de perforación de los pozos
geotérmicos difiere un poco al realizado en los pozos de hidrocarburos,
sin embargo existen diferencias en el equipo, herramientas y las
técnicas empleadas, que deben de ser consideradas durante todo el
proceso de perforación. Parámetros como las altas temperaturas que se
manejan en los pozos geotérmicos, la geología volcánica fracturada a
perforar y los fluidos altamente corrosivos son los que principalmente
hacen la diferencia.
Tipos de pozos geotérmicos:
~Pozos exploratorios:
Estos pozos son los primeros en ser perforados durante un proyecto geotérmico. Su objetivo principal es verificar la presencia de fluidos geotérmicos con potencial para lograr la generación de electricidad.
Estos pozos son los primeros en ser perforados durante un proyecto geotérmico. Su objetivo principal es verificar la presencia de fluidos geotérmicos con potencial para lograr la generación de electricidad.
Dado que estos pozos se realizan con escasa información geológica, otro de los objetivos de estos pozos es la recopilación de información.
En la industria geotérmica estos pozos se pueden clasificar como:
•Pozos de diámetro convencional: pozos con diámetro de tubería de
explotación ranurada o agujero descubierto mayor a 6”, perforados con
unidades de perforación convencional.
•Pozos de diámetro reducido
(slim well): pozos normalmente terminados con tubería ranurada de
diámetro menor a 6” y pueden emplear unidades de perforación
convencional o unidades nucleadoras.
~Pozos de desarrollo:
Este tipo de pozos son perforados para desarrollar el campo geotérmico, con el objetivo de producir la mayor cantidad de fluido geotérmico posible de manera sustentable.
Este tipo de pozos son perforados para desarrollar el campo geotérmico, con el objetivo de producir la mayor cantidad de fluido geotérmico posible de manera sustentable.
Se clasifican en dos tipos:
•Pozos de producción: El objetivo principal de estos pozos es el de
permitir el ascenso de los fluidos geotérmicos (producción) del
yacimiento a las instalaciones superficiales, en ellos se pueden
realizar mediciones que sirvan para optimizar la producción (registros
de temperatura, presión y gasto).
•Pozos de inyección: Estos
pozos sirven de conducto para inyectar fluido (agua o salmuera
generalmente) desde la superficie al yacimiento con el objetivo de
alimentar al yacimiento con fluido y mantener la presión del mismo,
creando un circuito cerrado entre estos y los pozos productores, dando
así la condición de recurso renovable.
¿Qué tan profundos son los pozos geotérmicos?
@blog_petrolero
El primer campo
geotérmico instalado en el continente americano fue en Pathé, Hidalgo
en 1959 con una potencia de 3.5MW. Cerro Prieto es, actualmente el
Segundo Complejo geotérmico de mayor potencia en el mundo con 740MW de
capacidad instalada.
Las referencias que utilizamos las encuentran en (https://drive.google.com/file/d/1m1NUR6uGSm2cPH-E_fC7AtsH1jRvSToq/)
Los Pozos Geotérmicos
Los pozos geotérmicos se subdividen en productores y reinyectores. Los
primeros son utilizados para extraer el vapor del reservorio, el cual es
conducido hasta la turbina para generar electricidad. En cambio los
segundos, conducen el agua residual del campo geotérmico para ser de
vuelta al reservorio a través de ellos.
Los pozos suelen tener un diseño telescópico; ya que la perforación se
va desarrollando por etapas, en las cuales hay distintos diámetros En
algunos casos se inicia perforando un agujero de 34 pulgadas de
diámetro, hasta una profundidad de 100 m. Se corre tubería, se cementa
para fijarla al subsuelo y luego se continua perforando y corriendo
tubería de 20 pulgadas y al llegar a la profundidad deseada, se coloca
una tubería ranurada de 12 pulgadas de diámetro y es a través de esas
ranuras que gracias a la presión del reservorio se extrae la mezcla de
vapor y agua caliente hacia la superficie.
En el proceso de exploración de un campo geotérmico, los pozos que se
perforan suelen conocerse como exploratorios, y por otro lado
dependiendo de la profundidad de los mismos también se les suele conocer
como someros o profundos.
Un pozo de producción geotérmica expulsa líquidos calentados por el
calor natural de la tierra. Los fluidos geotérmicos pueden ser de vapor
seco o de agua caliente. Los fluidos geotérmicos muy calientes pueden
ser utilizados para la generación de energía eléctrica. Los fluidos
geotérmicos más "fríos" se destinan a proyectos tales como la
calefacción, la acuicultura, el derretimiento de nieve, la elaboración
de alimentos, la deshidratación, las tinas calientes y spas.
ThermoDrill, un innovador sistema de perforación para Pozos Geotérmicos profundos
Traducido desde www.geodrillinginternational.com
Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) tienen el potencial de
convertirse en una piedra angular de la futura estrategia europea de
energía renovable. EGS puede proporcionar energía de carga básica las 24
horas del día con emisiones de carbono cercanas a cero y se puede
implementar en casi cualquier parte del mundo. Las ubicaciones
favorables normalmente se encuentran a profundidades de entre 3.000 y
5.000 m debajo de la superficie, generalmente en formaciones de roca
dura como el granito. A medida que los costos de perforación aumentan
exponencialmente con el aumento de la profundidad, representan los
principales generadores de costos de las plantas geotérmicas, que
típicamente representan más de la mitad de los costos de inversión.
Para hacer que la energía geotérmica sea más atractiva, es necesario
proporcionar tecnologías y conceptos de perforación profunda novedosos y
rentables que aumenten el número de proyectos geotérmicos
económicamente viables en Europa y se haya formado el consorcio
ThermoDrill para enfrentar este desafío.
A través del proyecto ThermoDrill, se espera desarrollar un sistema de
perforación rápido y rentable basado en una combinación innovadora de
perforación rotatoria convencional y chorro de agua y lograr al menos un
aumento del 100 por ciento en la tasa de penetración en roca dura, y un
reducción de costos asociada de más del 30 por ciento.
El proyecto ThermoDrill está trabajando en formas de eliminar la tensión
de la roca frente a la broca para permitir que la broca borre y rompa
la superficie de la roca de manera más fácil y rápida. La tecnología
prevista para lograr este objetivo es el "chorro de agua". El proyecto
ThermoDrill tiene como objetivo demostrar que esta técnica, combinada
con las operaciones de perforación tradicionales, cumple con el aumento
de la rapidez y los objetivos de reducción de costos.
Una broca prototipo desarrollada por ThermoDrill, que incorpora boquillas de inyección
La tecnología de chorro consiste en la generación de un chorro de lodo
de perforación de alta presión (aproximadamente 3,000 bar) propulsado
hacia la formación rocosa a través de pequeñas boquillas
(aproximadamente 1 mm). Este chorro de alta presión daña la formación
debajo de la broca, mejorando la velocidad de perforación.
La alta presión es generada por un intensificador de presión de fondo de
pozo basado en la tecnología de bomba de pistón. Una unidad de
accionamiento opera el intensificador de presión, utilizando el flujo de
lodo de perforación en la sarta de perforación como fuente de energía.
El lodo que pasa por el sistema de inyección y el lodo de perforación
utilizados para la lubricación de la broca y para la evacuación de los
recortes de perforación son los mismos.
Desarrollo ThermoDrill
Debido a la complejidad global del sistema ThermoDrill, una de las
principales preocupaciones del desarrollo del mismo era tratar de
mantenerlo lo más simple posible de implementar y operar. Se han
realizado muchos estudios, simulaciones, pruebas de laboratorio y
deliberaciones de expertos para hacer posible la fase de diseño del
prototipo.
El desarrollo del sistema ThermoDrill comenzó a partir de la idea
inicial de 'inyección', que condujo sistemáticamente a la fase de prueba
del estado real del prototipo.
La pregunta que debía responderse al comienzo del proyecto era: "¿El
chorro realmente daña las rocas duras?" Y si es así, ¿cuál es la
influencia de los diferentes parámetros de inyección (presión,
temperatura, naturaleza del fluido, ángulo de la corriente de inyección,
distancia de separación, etc.) sobre el daño final resultante de la
superficie de la roca dura?
Para responder a esta pregunta, se han realizado modelos numéricos y
pruebas de laboratorio. Como primer resultado, la inyección resultó ser
eficiente para dañar muestras de roca dura. Las simulaciones mostraron
que la presión de inyección debe ser de aproximadamente 4.000 bares. El
ángulo de la corriente de chorro debe ser ortogonal a la superficie de
la roca y no desviarse demasiado de esta trayectoria para garantizar un
daño efectivo.
La segunda pregunta importante fue "¿El proceso de inyección dañará la
roca dura en condiciones subterráneas profundas reales?" Para responder a
esta pregunta, el consorcio propuso un modelo representativo de lo que
serían las condiciones de perforación de rocas duras profundas: 3 km de
profundidad, 300 bares de presión de confinamiento, granito abrasivo y
masivo, 150C, diámetro de 8 pulgadas, etc.
Se han realizado más modelos y pruebas de laboratorio, teniendo en
cuenta estos nuevos parámetros. Las incertidumbres de los resultados
aumentaron ligeramente debido a la complejidad de los modelos numéricos y
la imposibilidad de reproducir exactamente las condiciones de fondo de
pozo en los laboratorios.
Finalmente, la revisión de la literatura mostró que la tecnología de
inyección debería funcionar en condiciones de perforación reales.
Algunos ajustes y pruebas en el sistema de alta presión mostraron que la
presión de inyección supuesta es efectiva incluso con diámetros de
boquilla más altos.
Una vez que se sabe que la tecnología debería funcionar, una parte
esencial de la investigación es la fase de diseño del prototipo. Esta
fase se realiza para ver cómo se puede incluir la tecnología en un
sistema de perforación convencional.
Los modelos numéricos se adaptan continuamente a los nuevos diseños para
garantizar que la versión actual del prototipo sigue siendo compatible
con la tecnología de inyección y que la capacidad de la broca
ThermoDrill no se ve alterada. Se desarrollan otras simulaciones para
garantizar que la herramienta ThermoDrill de nuevo diseño sea compatible
con la tecnología de perforación convencional.
Intensificador de presión
Para intensificar la presión de la presión hidrostática de la columna de
lodo en movimiento dentro de la sarta de perforación hasta una presión
alta significativa y pasarla a las boquillas de alta presión en la
broca, para poder inyectar efectivamente el fondo de la columna de
perforación. Se necesita un intensificador de presión de fondo de pozo
(DPI).
ilustración esquemática del sistema hermorill
Una ilustración esquemática del sistema ThermoDrill.
La instalación del DPI en el collar debe permitir que la mayor parte del
flujo pase alrededor del intensificador. El volumen de fluido requerido
por el intensificador se extraerá directamente del flujo de fluido. El
fluido a alta presión saldrá a través de boquillas de alta presión
alojadas en la broca.
El DPI estará alojado en un collar especialmente diseñado, directamente
encima de la broca y contendrá un sistema de intensificación de presión.
Este intensificador conducirá a una única salida de alta presión en la
base del collar que se conectará directamente a la conexión de alta
presión de la broca.
El intensificador de presión se accionará mecánicamente utilizando el
flujo de lodo de las bombas de la plataforma y funcionará siempre que
las bombas de la plataforma estén funcionando.
ThermoDrill BHA
El ensamblaje de fondo(BHA) planificado para el sistema ThermoDrill se
mantiene lo más simple posible. Ningún sistema direccional está planeado
en este momento. La razón por la cual no hay un sistema direccional
integrado en el BHA es que el ThermoBit (una nueva broca de cono rodante
actualmente en desarrollo) debe conectarse directamente al DPI. Se debe
integrar un sistema de perforación direccional (motor doblado o RSS) en
la parte superior del DPI. Por lo tanto, el sistema direccional estaría
demasiado lejos del bit para ser efectivo
Como no se implementará ninguna herramienta direccional ni un sistema
MWD en el BHA, será necesario ejecutar un giroscopio con cable en la
sarta de perforación antes de salir del agujero para verificar la
ubicación del agujero inferior. Esta medición ayudará a determinar la
eficiencia de la BHA. Por lo tanto, un submarino UBHO (orientación
universal del orificio inferior) se integrará en el BHA por encima del
estabilizador. Esto actúa como un sub de aterrizaje para que el
giroscopio se asiente cuando se ejecuta en el cable.
SISTEMA DE FLUIDO
El ThermoFluid desarrollado por TUM consiste en sepiolita, una arcilla
de silicato de magnesio natural que pertenece al grupo de los
filosilicatos con la fórmula química de Si 12 Mg 8 O 30 (OH) 6 (OH 2 ) 4
· 8H 2 O. Se forma como una aguja. partículas Las agujas que no se
hinchan pueden agregarse y asociarse para formar una red aleatoria que
es responsable del efecto viscosificante. ThermoFluid se prepara
mezclando la sepiolita con agua. Luego se agrega sal, y el fluido de
perforación se mezcla nuevamente. El valor del pH se ajusta a ~ 10.5.
El sistema de sepiolita posee estabilidad térmica de al menos hasta 150 °
C, ya que mantiene una baja viscosidad plástica y una alta reología de
bajo cizallamiento, lo que indica una alta capacidad de carga y, por lo
tanto, una buena propiedad de limpieza de agujeros, incluso a 150 ° C.
Las propiedades reológicas son excepcionales, independientemente de la
sal utilizada para la ponderación, aunque funcionó mejor con KCl.
Además de la estabilidad en condiciones de circulación (dinámica), el
ThermoFluid también exhibe una capacidad de carga excepcional en
condiciones estáticas a temperaturas de hasta 150 ° C. Esto indica
además sus propiedades superiores de limpieza de agujeros. Experimentos
específicamente diseñados podrían demostrar que el fluido de sepiolita
también retiene su viscosidad cuando se mide a 150 ° C de temperatura
real.
Para las pruebas de campo, se ha acordado dentro del consorcio que el
fluido de prueba será el fluido de perforación estándar K2CO3-Polymer
RED y no el sistema de sepiolita. La razón es que aún se desconocen las
propiedades potencialmente dañinas para la formación del lodo de
sepiolita. La formación en los pozos a perforar se entremezcla con
formaciones de lutitas arcillas o formaciones sensibles al agua sobre el
granito y esto puede conducir a la hinchazón de la formación y la
inestabilidad del agujero al usar el fluido de sepiolita.
Además, el fluido de polímero K2CO3 se puede usar también en la sección
de granito y no es necesario el intercambio de fluido. Y un intercambio
de fluidos en agujeros abiertos está explícitamente en contra del
estándar de ingeniería de pozos y prácticas de campos petroleros, ya que
esto puede conducir a un colapso de la sección de agujeros abiertos
debido a cambios en el régimen de tensión.
Sitio de perforación ThermoDrill
El sitio de perforación ThermoDrill es bastante similar a un sitio de
perforación convencional. Todos los elementos que se pueden encontrar en
un sitio de perforación convencional también se llevarán a cabo en el
sitio de perforación de ThermoDrill: la plataforma, el almacenamiento,
las cabinas y las instalaciones, el almacenamiento de agua y el área de
preparación de lodo.
La principal diferencia es el espacio adicional que necesita el proceso
adicional de filtrado y control sólido. Este espacio adicional se estima
en 5m x 10m.
Este espacio adicional no es muy grande, por lo que no influye mucho en
el diseño general del sitio de perforación. Sin embargo, como el proceso
de lodo es muy sensible en un proceso de perforación de pozos, el
diseño detallado del sitio de perforación debe tener en cuenta este
espacio adicional desde el principio para garantizar un circuito de
limpieza de lodo suave.
Probado con éxito
La viabilidad y eficiencia de la innovadora tecnología de perforación se
probó inicialmente en experimentos a varias escalas de laboratorio. Las
pruebas de campo finales en un entorno real dentro de un pozo existente
de 1.3 km de profundidad confirmaron el potencial de la tecnología, que
es capaz de lograr alrededor del doble de la tasa de penetración en
comparación con la perforación rotativa estándar. Además, las pruebas
destacaron que el sistema ThermoDrill se puede integrar con la
infraestructura y la tecnología de perforación existentes sin ninguna
dificultad, lo que aumenta la aceptación de su implementación como un
sistema listo para el mercado en el futuro.
Una reducción considerable de los costos de perforación conduce a un
gasto de capital general sustancialmente reducido, por lo tanto, una
economía demasiado mejorada de proyectos geotérmicos enteros. A través
del despliegue del sistema ThermoDrill, se espera un ahorro de costos de
aproximadamente el 20% o alrededor de € 3 millones, solo para un solo
pozo profundo (5,000m).
Otros avances futuros llevarán esta tecnología de perforación a la
preparación del mercado, allanando así el camino para una utilización
intensiva de la energía geotérmica como una fuente de energía
alternativa ecológica en toda Europa e incluso a nivel mundial.
Descripción general del proyecto ThermoDrill
Tecnología de perforación revolucionaria
Los pozos geotérmicos a menudo tienen que perforarse a través de
formaciones rocosas muy duras. Esto lleva a los equipos de perforación
de vanguardia a sus límites, lo que resulta en una necesidad urgente de
una tecnología más rápida y duradera. La combinación de perforación
rotatoria convencional con chorro de agua a alta presión tiene el
potencial de ser la tecnología de cambio de juego requerida. El chorro
de alta presión corta la superficie de la roca frente a la broca, lo que
reduce la tensión en la roca y, por lo tanto, aumenta
significativamente la velocidad de penetración. La presión se genera en
el fondo del pozo, lo que significa que no se requiere infraestructura
de superficie adicional y que se pueden mantener altos estándares de
seguridad.
Novedoso fluido de perforación
Las funciones principales de un fluido de perforación incluyen quitar
los recortes del fondo del pozo, garantizar la estabilidad del pozo y
enfriar la broca. El proyecto ThermoDrill se propuso encontrar un fluido
que actúe no solo como fluido de perforación, sino que también respalde
el proceso de inyección. El fluido recientemente desarrollado combina
estas dos funciones y permite un mayor rendimiento de perforación al
tiempo que cumple con los estrictos estándares medioambientales.
Prototipo único de broca
La broca necesita soportar la enorme presión hidráulica transferida a
través de la broca a las boquillas de inyección. Por esta razón, un
nuevo cuerpo de alta presión fue diseñado e integrado en el marco de una
broca de cono de rodillo. Las boquillas extendidas permiten un
mantenimiento y un intercambio rápidos y fáciles de piezas desgastadas,
al tiempo que mantienen la distancia entre el fondo del pozo y la
boquilla al mínimo.
Simulaciones y experimentos.
La evaluación de nuevos enfoques de perforación exitosos requiere un
conocimiento detallado del proceso de perforación y la interacción entre
el chorro de agua a alta presión y la roca. Las actividades de
simulación fueron, por lo tanto, un elemento analítico central en el
proyecto. Además, se llevaron a cabo una gran cantidad de experimentos
para optimizar continuamente el enfoque actual, así como para que la
tecnología ThermoDrill sea apta para el uso industrial futuro.
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