En el contexto de la ingeniería del petróleo, la perforación de pozos horizontales emerge como una disciplina que ha redefinido los límites tradicionales de la extracción de hidrocarburos.
Este enfoque, meticulosamente diseñado para abordar desafíos específicos, representa una innovación estratégica que ha revolucionado la eficiencia y rentabilidad de la exploración petrolera.
La perforación de pozos horizontales implica la creación de pozos cuya trayectoria se extiende lateralmente a través de la formación geológica objetivo.
A diferencia de los pozos verticales convencionales, la orientación horizontal de estos pozos se logra mediante el uso de técnicas avanzadas de perforación y dirección, permitiendo una comunicación prolongada a las capas geológicas portadoras de hidrocarburos.
En contraste con los pozos verticales, donde la perforación se realiza en línea recta hacia abajo, y los pozos inclinados que siguen una trayectoria angular, la perforación horizontal se caracteriza por su dirección lateral.
Esta variante técnica ofrece ventajas significativas, ya que maximiza el contacto del pozo a la formación geológica, incrementando así la productividad y facilitando la recuperación de petróleo y gas natural de manera más eficaz.
La elección de implementar pozos horizontales está fundamentada en la comprensión detallada de la geología del yacimiento.
Este método se selecciona estratégicamente para aprovechar la disposición específica de las capas de roca sedimentaria, facilitando la extracción de hidrocarburos de manera más selectiva y eficiente.
Definición
Los pozos horizontales se definen como estructuras de perforación que adoptan una trayectoria lateral significativa en lugar de seguir una dirección vertical convencional.
Los pozos horizontales son pozos de alto ángulo >85° con respecto a la vertical, se los aplica para mejorar el desempeño de producción, ya que se coloca una sección larga del pozo dentro de la arena productora, lo que permite obtener una mayor área de contacto y por lo tanto una mayor recuperación de hidrocarburos.
Un pozo horizontal se diferencia de sus contrapartes verticales por su habilidad para desviarse lateralmente durante la perforación.
Este desvío se logra mediante el uso de herramientas especializadas, como motores de dirección y sistemas de control direccional.
La estructura resultante se asemeja a una «L», donde la perforación inicial es vertical y luego se extiende horizontalmente a través de la formación geológica objetivo.
Características de los Pozos Horizontales
La configuración física de los pozos horizontales se define por una serie de características cruciales que distinguen esta técnica avanzada en la extracción de hidrocarburos.
Abordemos detalladamente las características físicas fundamentales de los pozos horizontales desde un enfoque técnico:
- Ángulo de Desviación: Los pozos horizontales presentan un ángulo de desviación controlada desde la vertical, permitiendo la perforación horizontal a través de las capas de roca sedimentaria. Este ángulo es cuidadosamente calculado para optimizar la exposición al yacimiento de petróleo o gas natural.
- Longitud de la Sección Horizontal: Una característica distintiva es la extensión horizontal, o rama horizontal, que se despliega desde el pozo vertical original. La longitud de esta rama horizontal puede variar significativamente, influenciada por la geología del yacimiento y los objetivos específicos de producción.
- Diámetro del Pozo: El diámetro del pozo horizontal es similar al de los pozos verticales, pero el diseño de las herramientas de perforación y el control direccional se optimizan para mantener este diámetro constante a lo largo de la perforación.
- Tecnologías de Control Direccional: Equipos avanzados de control direccional, como motores de fondo direccionales y herramientas de medición de inclinación, son esenciales para mantener la trayectoria horizontal precisa. Sistemas de navegación por satélite y telemetría de pozos contribuyen al monitoreo en tiempo real y ajustes precisos durante la perforación.
- Revestimiento y Compleción: Se utilizan revestimientos específicos para garantizar la integridad estructural del pozo horizontal y prevenir problemas geotécnicos. La etapa de completación, que involucra la instalación de tuberías y sistemas de control de fluidos, es crítica para optimizar la producción.
- Control de Presión y Perfil de Producción: Se implementan sistemas de control de presión para gestionar eficientemente la producción de hidrocarburos. El perfil de producción se diseña considerando la geología específica del yacimiento, permitiendo una producción selectiva y eficaz.
- Distribución de Perforaciones Laterales: En algunos casos, se perforan múltiples ramas horizontales desde un solo pozo vertical, también conocidos como pozos multilaterales, maximizando la interacción con las capas geológicas (ver Figura 1).
- Sensores y Monitoreo Continuo: Sensores integrados en la herramienta de perforación proporcionan datos en tiempo real sobre la geología circundante y el rendimiento del pozo. El monitoreo continuo es esencial para ajustar la dirección y garantizar un control preciso durante la perforación.
Ventajas y Desventajas
Como se ha mencionado anteriormente, la mayor ventaja que se tiene al perforar y producir con un pozo horizontal es que se tiene mayor área de contacto en el yacimiento.
Por otra parte, la mayor desventaja que puede tener un pozo horizontal es que sólo una zona productora puede ser drenada por un pozo horizontal, aunque en la actualidad algunos pozos horizontales se han usado para drenar capas múltiples.
Una desventaja que se presentan en los pozos horizontales, es el costo que pueden generar, generalmente el perforar un pozo horizontal es de 1,4 a 3 veces más caro que un pozo vertical, esto depende del método de perforación usado y de la técnica con la que se va a terminar el pozo.
Generalmente el primer pozo horizontal resulta ser el más costoso que los pozos que pueden ser perforados después de este, ya que en él se realizar pruebas piloto, y se conoce de mejor manera como se va a comportar el yacimiento ante una situación que se le plantea.
Aplicaciones de los Pozos Horizontales
Cuando hablamos de un pozo horizontal, generalmente se piensa en su uso en campos maduros. A continuación, se muestran algunas aplicaciones que se tienen en los pozos horizontales, ya que han demostrado tener efectividad en:
Yacimientos naturalmente fracturados: Los pozos horizontales se han usado para intersecar fracturas, para aprovechar una mejor producción con esta característica natural.
Revolución del Shale Oil (yacimiento no convencional): los pozos horizontales han permitido el acceso a vastos recursos que anteriormente eran inviables extraer. La perforación horizontal en combinación con el fracturamiento hidráulico (fracking) han desempeñado un papel crucial en el aumento de la producción en yacimientos de shale oil.
Yacimientos con problemas de conificación de agua y gas: Los pozos horizontales son utilizados para disminuir este tipo de problemas y mejorar la recuperación de hidrocarburos.
Procesos de recuperación mejorada: Especialmente en los procesos térmicos, los pozos horizontales tienen una mayor adaptación que cualquier otro tipo de pozos, ya que se tiene una mayor área horizontal de contacto por lo cual los procesos de inyección tienen mejor resultado con este tipo de pozo.
Yacimientos productores de gas: Los pozos horizontales son usados en yacimientos de altas y bajas permeabilidades; en los yacimientos de baja permeabilidad se incrementa el drene del yacimiento y, en los yacimientos de alta permeabilidad las velocidades de flujo de gas disminuyen evitando la formación de flujo turbulento.
Impacto de los Pozos Horizontales en el Factor de Recobro Último
La implementación de pozos horizontales ha tenido un impacto significativo en el factor de recobro último de hidrocarburos.
Como se ha explicado anteriormente, estos pozos permiten una penetración más extensa y directa en las capas productivas, maximizando la interacción con la formación productora.
Al extenderse horizontalmente a través del yacimiento, se logra un mayor contacto con el petróleo y el gas, contribuyendo a un incremento sustancial en la producción, el factor de recobro y una disminuación de la saturación residual de hidrocarburos.
La capacidad de seleccionar zonas específicas de alta productividad y de sortear obstáculos geológicos ha revolucionado la eficiencia de la extracción, optimizando así la recuperación de hidrocarburos de manera más efectiva que los pozos verticales convencionales.
Además, los pozos horizontales ofrecen ventajas cruciales en yacimientos no convencionales, como los de shale oil.
La combinación de perforación horizontal con técnicas avanzadas, como el fracturamiento hidráulico (Fracking), mejora la permeabilidad de la formación, facilitando el flujo de hidrocarburos hacia el pozo.
Esta sinergia entre tecnologías contribuye a un aumento sostenido en el factor de recobro último, proporcionando una solución integral para la extracción eficiente de hidrocarburos en diversas condiciones geológicas.
Fuentes:
- Gutiérrez, J. y Pérez, T. Productividad de Pozos Horizontales en Yacimientos Turbidíticos aplicados al activo integral ATG (Chicontepec). Tesis de Grado. UNAM, México (s.f.).
- Petroenergía. Pozos Horizontales. https://exelenciaenergetica.es.tl/Perforacion-Horizontal.htm#:~:text=Los%20pozos%20horizontales%20son%20pozos,una%20mayor%20recuperaci%C3%B3n%20de%20hidrocarburos. (s.f.)
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