Las compañías operadoras de exploración y producción de petróleo y gas son responsables por la disposición adecuada de cortes, lodos y aguas generados durante las operaciones de perforación de pozos. En los últimos años, el manejo apropiado de estos materiales se ha convertido en una de las prioridades en la planeación de las operaciones de perforación, puesto que se deben seguir las regulaciones existentes en cada país para disponer de estos desechos de una manera segura y aceptable para el medio ambiente.

En todo el mundo, las legislaciones ambientales, cada vez más exigentes, reducen así las opciones para disposición de estos materiales o incrementan el costo de descarga. La inyección de desechos de perforación mediante la creación de fracturamiento hidráulico ha sido una técnica utilizada con éxito y se ha convertido en el método de rutina de disposición de desechos.

Las operaciones de reinyección de cortes o CRI (Cutting Re-Injection) empezaron a desarrollarse al final de los años ochenta, inyectando volúmenes pequeños por el tubular o por el anular. Sin embargo, a través de los años se ha ganado más experiencia en los estudios y en las operaciones, por lo cual los volúmenes inyectados han incrementado significativamente. Por ejemplo, las operaciones de CRI han aumentado de miles de barriles inyectados por pozo, a millones de barriles por pozo en el año 2002. Las operaciones de CRI se han aplicado mundialmente en diferentes tipos de ambiente, siendo la planeación y el manejo de riesgo piezas clave para la ejecución segura y exitosa del proceso.

¿Por qué reinyectar los cortes?

Cuando los lodos en base de aceite son utilizados en las operaciones de perforación, los cortes de roca se recubren con una capa residual de aceite y deben ser desechados de una manera ambientalmente viable. Se han utilizado varios métodos para manejar estos desechos: reducción de la fuente, reciclaje o recuperación, re-uso, tratamiento y disposición. La reducción de la fuente consiste en optimizar el control de sólidos y el manejo de fluidos, para reducir así el material contaminado.

También se pueden reciclar y volver a usar los fluidos de perforación o de completación y además utilizar los cortes para construcción de carreteras, si esta opción es factible y ambientalmente viable. Se han creado también varios procesos de tratamiento de materiales contaminados para reducir el porcentaje de aceite en ellos, tal como la filtración, la centrifugación, la biorremediación, la incineración y la desorpción térmica, técnicas menos eficientes y más costosas que la reinyección de cortes.

Una de las ventajas más grandes de la reinyección de cortes es la obtención de cero descarga, es decir, ningún material se abandona en el sitio de perforación puesto que los desechos son procesados e inyectados en una formación subterránea. Este proceso evita la utilización de transporte de cortes, elimina riesgos, disminuye costos y reduce la emisión de gases, además de evitar responsabilidades por futuras limpiezas una vez taponado el pozo. Las empresas operadoras tienen especial ventaja puesto que controlan el manejo de sus desechos, lo cual impide que terceras personas dispongan de sus materiales y la operadora sea la responsable principal de las posibles malas prácticas de los contratistas.

Económicamente, la reinyección de cortes favorece la reducción de costos, como se ha visto, por ejemplo, en el campo Gyda/Ula en el mar del Norte, donde las operaciones de CRI tienen un costo de US$10 millones versus US$18 millones para procesamiento del material en tierra y US$39 millones si se usa lodo en base de agua.

El proceso

Los cortes generados durante las operaciones de perforación llegan a la superficie transportados por el lodo utilizado. Esta mezcla pasa por un proceso de control de sólidos donde se recupera parte del lodo y los sólidos son separados y almacenados en tanques, cajas o estanques, según las condiciones de espacio del taladro. Este material, reducido a un determinado tamaño de partícula, se mezcla con agua y viscosificadores en una unidad de mezcla para crear la \'lechada\'.

La lechada se transfiere a un tanque de almacenamiento temporal donde se chequean sus propiedades reológicas, que deben cumplir los requerimientos de ingeniería. La lechada es inyectada por el tubular o por el anulo a una formación receptora a una presión, tasa de bombeo y condiciones reológicas óptimas para crear fracturamiento hidráulico en la formación y allí almacenar los sólidos.

Se pretende entonces crear un sistema de fracturas donde se almacenen los cortes para evitar así cualquier contaminación en la superficie. La determinación de esta zona de creación de fracturas, de recepción y acumulación de sólidos depende de la información relativa al campo en estudio.

La reinyección de cortes se puede hacer simultánea a la perforación o a la producción, mediante alguno de los anulares del pozo, o si el pozo es destinado exclusivamente a reinyección se puede utilizar el tubular. La decisión de cómo llevar a cabo el proceso de reinyección de cortes depende de la planeación del campo a desarrollar por parte de la operadora, y de los resultados de los estudios de ingeniería para verificar la factibilidad del proceso.

Estudios de ingeniería

El éxito de las operaciones de CRI depende del estudio y análisis del campo donde se va a desplegar el proceso, de la evaluación de las opciones y de los riesgos probables y del desarrollo de un proceso de manejo de riesgos para evitar cualquier eventualidad.

Los objetivos de un estudio de ingeniería para operaciones de CRI incluyen selección de zonas geológicas adecuadas, realización de simulaciones numéricas de fracturamiento hidráulico, análisis probabilístico, análisis de las condiciones del pozo, identificación y mitigación de riesgos, recomendaciones operativas, diseño piloto de inyección y sistema de monitoreo.

Selección de zonas. Con toda la información disponible del campo, se identifica y evalúa la conveniencia de las formaciones geológicas candidatas para la inyección de desechos. La evaluación geológica básica identifica zonas potenciales de inyección. El criterio de evaluación se basa en la capacidad adecuada de almacenamiento para el volumen de desechos de perforación proyectados, en que las fracturas generadas no intercepten pozos cercanos, en la inhibición del crecimiento vertical y en el control del crecimiento lateral de la fractura.

El riesgo más prominente de la creación de fracturas hidráulicas es la extensión de estas hasta la superficie o hasta acuíferos, donde el material inyectado podría alcanzar estos niveles. En el modelo geológico se debe verificar la existencia de una formación de arresto de fracturas y selladora de formación, así como una formación de contención de desechos y una zona de inyección de cortes o zona objetivo.

Clickear imagen (zoom)

Análisis probabilístico . Aun con el simulador más sofisticado de fracturamiento hidráulico es posible obtener resultados erróneos debido a las suposiciones hechas durante la construcción del modelo geológico. El análisis probabilístico sintetiza cómo los parámetros estimados por correlaciones, base de datos o experiencia usados en las simulaciones influyen en el resultado final arrojado por el simulador de fracturamiento hidráulico.

Clickear imagen (zoom)

De esta manera, un análisis probabilístico como la simulación de Monte Carlo determina el rango y los valores esperados de la capacidad de almacenaje del sistema de fracturas creado, de la extensión vertical y horizontal de las fracturas y de los cambios de presión durante las operaciones de CRI. Las simulaciones de Monte Carlo son sumamente significativas y fundamentales para evaluar las operaciones de CRI.

Análisis de las condiciones del pozo. El pozo potencial de reinyección de cortes debe obedecer a criterios como las recomendaciones específicas de campo, la ausencia de problemas logísticos y que el pozo esté adecuadamente distante de otras operaciones de producción e inyección que representen un riesgo mínimo de que el inyectante alcance pozos cercanos. Además, el pozo y las fracturas creadas deben distar de riesgos geológicos como fallas y acuíferos.

Es necesario, además, determinar factores técnicos relativos al pozo como la condición de la sarta, de los revestidores, de los trabajos de cimentación, de la condición de la completación, de la longitud del intervalo de perforación, etc. En este sentido se hacen recomendaciones de estrategias de recompletación o completación apropiadas, requerimientos de equipo, parámetros operativos y pautas de supervisión que pueden ser implementadas por un mínimo capital y costo operativo.

Identificación y mitigación de riesgos. Incluso en las operaciones mejor planificadas y ejecutadas pueden ocurrir fallas. Por consiguiente, los riesgos potenciales importantes deben identificarse de antemano y su impacto en HSE y en el modelo económico debe ser evaluado. En este sentido, se establecen planes y procedimientos de manejo del riesgo para evitar problemas posibles o minimizar su impacto.

Clickear imagen (zoom)

Generalmente, se requiere un monitoreo de la presión de inyección de superficie en la cabeza de pozo. También se necesita la supervisión de la presión anular si las condiciones de la tubería de inyección y del revestidor son inciertas. Estos datos se monitorean cuidadosamente durante la operación y son analizados con más detalle para controlar el fracturamiento hidráulico a largo plazo y llevar un historial del pozo.

En cuanto a la lechada, deben monitorearse parámetros como volumen de cortes, fluido usado, densidad, viscosidad, tasa de inyección y tiempo de inyección durante cada episodio, temperatura y aditivos. La erosión causada por la reinyección de cortes es monitoreada con cupones de metal puestos en las curvaturas de la cañería de inyección y la erosión de los cupones se determina periódicamente.

Otras formas de monitoreo incluyen registros de temperatura y registros de rastreo. Los registros de temperatura pueden revelar la altura de la fractura a lo largo del pozo. Los registros de rastreo pueden descubrir cualquier migración de la lechada detrás del revestidor por microfracturas o pobre cementación. Los registros de rastreo también pueden sugerir si partes de los intervalos perforados se han taponado.

En conclusión, la reinyección de cortes es una metodología práctica, exitosa, segura y poco costosa para desechar los materiales contaminados de las operaciones de perforación, siempre y cuando se sigan las recomendaciones de ingeniería establecidas para el campo en cuestión. El proceso ofrece un plan de manejo y prevención de riesgos que, ejecutado según especificaciones, alcanzará la meta de cero descarga para las compañías operadoras y la aprobación de las autoridades ambientales y gubernamentales.