Yacimientos y producción de gas natural
Petróleo y gas natural
Los yacimientos de petróleo casi siempre llevan asociados una cierta cantidad de gas natural, que sale a la superficie junto con él cuando se perfora un pozo. Sin embargo, hay pozos que proporcionan solamente gas natural. El petróleo crudo y el gas natural se encuentran en cantidades comerciales en cuencas sedimentarias situadas en más de 50 países de todos los continentes. Los mayores yacimientos se encuentran en Oriente Próximo, donde se hallan más de la mitad de las reservas conocidas de crudo y casi una tercera parte de las reservas conocidas de gas natural.
Formación
El petróleo y el gas natural se forman bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos marinos. Los restos de animales minúsculos que viven en el mar (y, en menor medida, los de organismos terrestres arrastrados al mar por los ríos o los de plantas que crecen en los fondos marinos) se mezclan con las finas arenas y limos que caen al fondo en las cuencas marinas tranquilas. Estos depósitos, ricos en materiales orgánicos, se convierten en rocas generadoras de crudo. El proceso comenzó hace muchos millones de años, cuando surgieron los organismos vivos en grandes cantidades, y continúa hasta el presente. Los sedimentos se van haciendo más espesos y se hunden en el suelo marino bajo su propio peso. A medida que van acumulándose depósitos adicionales, la presión sobre los situados más abajo se multiplica por varios miles, y la temperatura aumenta en varios cientos de grados. El cieno y la arena se endurecen y se convierten en esquistos y arenisca; los carbonatos precipitados y los restos de caparazones se convierten en caliza, y los tejidos blandos de los organismos muertos se transforman en petróleo y gas natural.
Origen de la cuencas gasíferas sudamericanas
En Sudamérica y al este de la Cordillera de los Andes hay importantes cuencas sedimentarias, la porción de esas cuencas que se extiende del noroeste de la Argentina a Bolivia y Perú, es principalmente gasífera. Estas son de estructuras sedimentarias que van del paleozoico al cretáceo y al terciario, se caracterizan por complejos sistemas de plegamientos y fallas generados por los movimientos orogénicos que dieron origen a los Andes. Estos sistemas poseen varios rumbos estructurales alargados, de interés para los exploradores. La complejidad y la profundidad de las estructuras aumenta progresivamente de las llanuras hacia la región subandina. Por eso, y por la abrupta topografía del terreno, el costo de la exploración es elevado.
Exploración
Los geólogos y otros científicos han desarrollado técnicas que indican la posibilidad de que exista petróleo o gas en las profundidades. Estas técnicas incluyen la fotografía aérea de determinados rasgos superficiales, el análisis de la desviación de ondas de choque por las capas geológicas y la medida de los campos gravitatorio y magnético. Sin embargo, el único método para confirmar la existencia de petróleo o gas es perforar un pozo que llegue hasta el yacimiento. En muchos casos, las compañías petroleras gastan millones de dólares en perforar pozos en zonas prometedoras y se encuentran con que los pozos están secos.
Para encontrar petróleo bajo tierra, los geólogos deben buscar una cuenca sedimentaria con esquistos ricos en materia orgánica que lleven enterrados el suficiente tiempo para que se haya formado petróleo (desde unas decenas de millones de años hasta 100 millones de años). Además, el petróleo tiene que haber ascendido hasta depósitos porosos capaces de contener grandes cantidades de líquido. La existencia de petróleo crudo en la corteza terrestre se ve limitada por estas condiciones, que deben cumplirse. Sin embargo, los geólogos y geofísicos especializados en petróleo disponen de numerosos medios para identificar zonas propicias para la perforación. Por ejemplo, la confección de mapas de superficie de los afloramientos de lechos sedimentarios permite interpretar las características geológicas del subsuelo, y esta información puede verse complementada por datos obtenidos perforando la corteza y extrayendo testigos o muestras de las capas rocosas.
Figura 1: Esquema de detección sismológica con recepción de ondas refractadas y reflejadas
Por otra parte, las técnicas de prospección sísmica (figura 1) revelan detalles de la estructura e interrelación de las distintas capas subterráneas. Pero, en último término, la única forma de demostrar la existencia de petróleo en el subsuelo es perforando un pozo. De hecho, casi todas las zonas petroleras del mundo fueron identificadas en un principio por la presencia de filtraciones superficiales, y la mayoría de los yacimientos fueron descubiertos por prospectores particulares que se basaban más en la intuición que en la ciencia.
Los métodos sísmicos de prospección utilizan explosivos para generar ondas sísmicas artificiales en puntos determinados; en otros lugares, usando geófonos y otros instrumentos, se determina el momento de llegada de la energía refractada o reflejada por las discontinuidades en las formaciones rocosas. Estas técnicas producen perfiles sísmicos de refracción o de reflexión, según el tipo de fenómeno registrado. En las prospecciones sísmicas de petróleo, las técnicas avanzadas de generación de señal se combinan con sistemas sofisticados de registro digital y de cinta magnética para un mejor análisis de los datos.
Un campo petrolero puede incluir más de un yacimiento, es decir, más de una única acumulación contínua y delimitada de petróleo. De hecho, puede haber varios depósitos apilados uno encima de otro, aislados por capas intermedias de esquistos y rocas impermeables. El tamaño de esos depósitos varía desde unas pocas decenas de hectáreas hasta decenas de kilómetros cuadrados, y su espesor va desde unos pocos metros hasta varios cientos o incluso más. La mayoría del petróleo descubierto y explotado en el mundo se encuentra en unos pocos yacimientos grandes.
Figura 2: Esquema de perforación y extracción
Una vez formado el petróleo, éste fluye hacia arriba a través de la corteza terrestre porque su densidad es menor que la de las salmueras que saturan los intersticios de los esquistos, arenas y rocas de carbonato que constituyen dicha corteza. El petróleo y el gas natural ascienden a través de los poros microscópicos de los sedimentos situados por encima. Con frecuencia acaban encontrando un esquisto impermeable o una capa de roca densa: el petróleo queda atrapado, formando un depósito. Sin embargo, una parte significativa del petróleo no se topa con rocas impermeables sino que brota en la superficie terrestre o en el fondo del océano. Entre los depósitos superficiales también figuran los lagos bituminosos y las filtraciones de gas natural.
Perforación y extracción
Durante mucho tiempo, la inmensa mayoría de los pozos se perforaban en tierra firme. Luego se empezaron a realizar perforaciones en aguas poco profundas desde plataformas sostenidas por pilotes apoyados en el fondo del mar. Posteriormente se desarrollaron plataformas flotantes capaces de perforar en aguas de 1.000 metros o más de profundidad. Se han encontrado importantes yacimientos de petróleo y gas en el mar.
Producción de gas natural
La mayoría de los pozos petroleros se perforan con el método rotatorio. En este tipo de perforación rotatoria, una torre sostiene la cadena de perforación, formada por una serie de tubos acoplados. La cadena se hace girar uniéndola al banco giratorio situado en el suelo de la torre. La broca de perforación situada al final de la cadena suele estar formada por tres ruedas cónicas con dientes de acero endurecido. La roca se lleva a la superficie por un sistema continuo de fluido circulante impulsado por una bomba.
Yacimientos de gas natural en Argentina
El crudo atrapado en un yacimiento se encuentra bajo presión; si no estuviera atrapado por rocas impermeables habría seguido ascendiendo debido a su flotabilidad hasta brotar en la superficie terrestre. Por ello, cuando se perfora un pozo que llega hasta una acumulación de petróleo a presión, el petróleo se expande hacia la zona de baja presión creada por el pozo en comunicación con la superficie terrestre. Sin embargo, a medida que el pozo se llena de líquido aparece una presión contraria sobre el depósito, y pronto se detendría el flujo de líquido adicional hacia el pozo si no se dieran otras circunstancias. La mayoría de los petróleos contienen una cantidad significativa de gas natural en solución, que se mantiene disuelto debido a las altas presiones del depósito. Cuando el petróleo pasa a la zona de baja presión del pozo, el gas deja de estar disuelto y empieza a expandirse. Esta expansión, junto con la dilución de la columna de petróleo por el gas, menos denso, hace que el petróleo aflore a la superficie.
A medida que se continúa retirando líquido del yacimiento, la presión del mismo va disminuyendo poco a poco, así como la cantidad de gas disuelto. Esto hace que la velocidad de flujo de líquido hacia el pozo se haga menor y se libere menos gas. Cuando el petróleo ya no llega a la superficie se hace necesario instalar una bomba en el pozo para continuar extrayendo el crudo.
Finalmente, la velocidad de flujo del petróleo se hace tan pequeña, y el coste de elevarlo hacia la superficie aumenta tanto, que el coste de funcionamiento del pozo es mayor que los ingresos que pueden obtenerse por la venta del crudo (una vez descontados los gastos de explotación, impuestos, seguros y rendimientos del capital). Esto significa que se ha alcanzado el límite económico del pozo, por lo que se abandona su explotación.
Las nuevas técnicas que permiten perforar en horizontal y no sólo en vertical han reducido drásticamente el coste de encontrar reservas de petróleo y gas.
Producción
Refinado
Una vez extraído el crudo, se trata con productos químicos y calor para eliminar el agua y los elementos sólidos y se separa el gas natural.
El tratamiento que se le aplica al gas natural, consiste en extraerle inicialmente las impurezas como el sulfuro de hidrógeno y humedad, luego por una especie de destilación fraccionada se separan restos de combustibles líquidos y finalmente se recuperan los gases que se comercializan por separado (ver subproductos).
Subproductos
El gas natural contiene elementos orgánicos importantes como materias primas para la industria petrolera y química. Antes de emplear el gas natural como combustible se extraen los hidrocarburos livianos como el etano y el etileno, y los pesados, como el butano y el propano. El gas que queda, el llamado gas seco, compuesto principalmente por metano, se distribuye a usuarios domésticos e industriales como combustible.
Metano: El metano es apreciado como combustible y para producir cloruro de hidrógeno, amoníaco, etino y formaldehído. También para fabricar plásticos, fármacos y tintes.
Etano: Fundamental para la industria petroquímica y objeto de la Planta Gral. Cerri en Bahía Blanca, que abastece al polo petroquímico.
Eteno o Etileno: Se produce comercialmente mediante la destilación fraccionada del gas natural. Es muy reactivo y forma fácilmente numerosos productos como el bromoetano, el etilenglicol y el polietileno. En agricultura se utiliza como colorante y agente madurador de muchas frutas.
Propano: Utilizado como combustible industrial y doméstico, el propano se separa de sus compuestos afines: el butano, etano y propeno, ya que rebaja la velocidad de evaporación de la mezcla líquida. El propano forma un hidrato sólido a baja temperatura, lo que constituye un inconveniente cuando se produce una obstrucción en las tuberías de gas natural. También se emplea en el llamado GLP, como combustible para motores, como refrigerante, como disolvente a baja temperatura y como fuente de obtención del propeno y etileno.
Butano: A menudo se les añade propano en la elaboración del GLP. No obstante, la mayoría del n-butano se transforma en butadieno, que se utiliza para fabricar caucho sintético y pinturas de látex.
Benceno: El benceno es un disolvente eficaz para ciertos elementos como el azufre, el fósforo y el yodo, también para gomas, ceras, grasas y resinas, y para los productos orgánicos más simples. Es uno de los disolventes más empleados en los laboratorios de química orgánica. Son conocidos sus efectos cancerígenos, y puede resultar venenoso si se inhala en grandes cantidades. A partir del benceno se obtienen numerosos compuestos, como el nitrobenceno. También es empleado en la producción de medicinas y de otros derivados importantes como la anilina y el fenol.
Ciclohexano: Se usa principalmente como disolvente para pinturas, resinas, barnices y aceites, así como intermedio en la fabricación de otros productos químicos industriales y fibras de nailon.
Gas licuado de petróleo (GLP)
Mezcla de gases licuados, sobre todo propano o butano. El GLP se obtiene a partir de gas natural y el petróleo, luego se licúan, y finalmente se almacenan en garrafas o tanques metálicos para el transporte. Los llamados gases embotellados, luego se vaporizan para utilizarse en cocinas o estufas en localidades carentes de suministro centralizado de gas, también se emplean como combustible de calderas y motores o como materia prima en la industria química.
Profesores: Arquitecto Costoya. y J. F. Aguirre
Autor: Anselmo Robles Bentham, Ricardo Santiago Netto, Osvaldo Daniel Pumar. Argentina.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)