Informe sobre gira realizada en la ciudad de Quito, acerca de perforaciones de pozos de sondeo

1. Escuela Politécnica Nacional
Perforación de Pozos
Exploración de Yacimientos
Diego Vinueza
13-03-2013

2. Perforación de pozos
Índice
Tema ......................................................................................................Página
Índice ................................................................................................................. 1
Antecedentes..................................................................................................... 2
Objetivos ............................................................................................................ 2
Alcance............................................................................................................... 2
Conceptos básicos ............................................................................................. 2
Observaciones realizadas .................................................................................. 3
Fase 1 de estudio ............................................................................................... 3
Fase 2 de estudio ............................................................................................... 4
Fase 3 de estudio ............................................................................................... 6
Conclusiones ...................................................................................................... 6
Bibliografía ......................................................................................................... 7
Anexos ............................................................................................................... 8
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3. Antecedentes:
El presente informe muestra el método de perforación de pozos, en base a la experiencia
obtenida en una demostración presenciada en la ciudad de Quito, el día viernes, 01 de marzo
de 2013, en la gasolinera PETROCOMERCIAL correspondiente a PETROECUADOR, sector La
Carolina. Las perforaciones hechas en la zona fueron a partir de una solicitud por parte de
EMAAP-Q, la cual indicó que dos acuíferos de la zona presentaban contaminación con
hidrocarburos, posiblemente provenientes de la gasolinera antes mencionada, ya que en el
año 2001 se reportó una fuga de los tanques subterráneos de la gasolinera.
La empresa contratada para la investigación fue HIDROGEOCOL, la cualha divido el estudio de
impacto ambiental en tres fases.
Objetivos:
- Conocer los métodos y técnicas en campo aplicadas en la perforación de pozos
- Observar el método de perforación utilizados en el estudio mencionado.
- Tener una mejor noción sobre las herramientas utilizadas en la perforación de pozos.
Alcance:
El alcance de este estudio será el conocimiento en campo de cómo construir un pozo de
sondeo, así también la correcta ubicación de este.
Conceptos básicos:
Sondeo de pozo: un sondeo es una perforación excavada por medios mecánicos, cuyos
diámetros más usuales están entre los 150 y los 700 mm.
Para llevar a cabo una perforación mecánica es necesario un elemento de rotura del terreno
accionado por un motor, un sistema de eliminación de detritus y un sostenimiento de las
paredes de la obra.
Los sistemas más comunes utilizados en perforación son:
• Percusión
• Rotación
• Rotopercusión
Rotación
Se centra en la acción de arrancar partículas por medio de un elemento cortante sometido a
una fuerza giratoria y, que provoca una rotura de la roca por compresión. El instrumento de
corte (boca o barrena), se acciona a través de un varillaje cuyo giro es proporcionado por la
máquina de perforación que se encuentra en superficie. La eliminación del detrito de
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4. perforación se realiza con agua y bentonita (arcilla expansiva), y en función del sentido de
circulación del fluido de limpieza se distinguen dos sistemas:
• Circulación directa: el fluido es inyectado por el interior del varillaje y asciende a la superficie
a través del espacio anular dejado entre éste y la pared del sondeo, arrastrando los detritos de
perforación en su ascenso.
• Circulación inversa: los lodos, después de sufrir una decantación en una balsa situada en la
superficie, descienden por gravedad a través del espacio anular hasta el fondo del sondeo,
para regresar a la superficie cargados de detritus por el interior del varillaje. Este sistema
requiere la ayuda de una bomba de aspiración, lo que limita la utilización de este sistema a
profundidades mayores de 130 m.
El sistema de perforación por rotación es el que mayores rendimientos ofrece en terrenos
blandos.
Fluido de circulación
Es muy importante la acción de este en los sondeos a rotación, sus funciones son:
• Extraer el detritus producido por la perforación.
• Refrigerar la broca.
• Crear una pared viscosa que sustente las paredes del sondeo durante la perforación.
• Controlar las entradas o salidas de fluidos a la perforación.
Observaciones realizadas:
El estudio de impacto ambiental solicitado por la EMAAP, y realizado por HIDROGEOCOL en
conjunto de Petroecuador, se lo realizó en la gasolinera PETROCOMERCIAL, entre las calles
Amazonas y Eloy Alfaro, en la ciudad de Quito.
La causa del estudio fue una contaminación con gasolina de dos acuíferos, ubicados cerca en
donde se encuentra la gasolinera, y que posiblemente sea la causante, y por esta razón se
prosiguió a realizar varios pozos, con la intención de realizar un sondeo de la contaminación en
los acuíferos.
El estudio tiene una duración del proyecto de 140 días, y está a cargo el ingeniero Álvaro
Huachamín por parte de HIDROGEOCOL y el ingeniero Cristian Correa por parte de
PETROECUADOR, quienes explicaron que el proyecto se lo realizó en tres fases y tiene por
objetivo saber hasta dónde se encuentra la pluma de contaminación y el nivel de
contaminación.
Fase 1 del estudio:
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5. La primera fase del estudio, se analizó la geología, el clima, la estructura del edificio, en este
caso la gasolinera, las posibles fuentes de contaminación ya que en la zona hay algunos focos
de contaminación como otras gasolineras, y se delimitó el estudio a 400 metros a la redonda.
Además de lo anterior en esta etapa se realizó una caracterización que consistió en identificar
las redes de tuberías, alcantarillado y ubicarlas para evitar el rompimiento de las mismas.
Se identificó receptores y contaminantes, si la contaminación llega al acuífero tiene
movimiento y el sentido de este.
Para la identificación del sentido del movimiento se analizaron fotos aéreas de diferentes
épocas, para analizar cómo evolucionó la zona, ya que tuvo desarrollo urbano grande en los
últimos años y la topografía de la zona ha ido cambiando constantemente. En el área, según
fotos aéreas de años anteriores (años sesenta) se observa que hubo quebradas y canales que
iban de oeste a este, y que ayudaron a determinar la posible dirección que tiene el gradiente
de contaminación.
También ayudaron a determinar los puntos en donde se ubicaron los pozos, ya que se tiene
una noción en que zonas se concentra el flujo de contaminación.
Otro de los factores para que la contaminación se concentre es la cubierta que tiene el suelo
ya que cuando el suelo no tiene cubierta, la contaminación se evapora y asciende a la
superficie.
Fase 2 del estudio:
En la fase dos se realizan muestreos del subsuelo, primero mediante la construcción de pozos
mediante perforación, la cual es rotativa manual en los primero metros y luego se procede con
la perforación rotativa mecánica. La construcción del pozo es en base a ciertas normas
internacionales con las que la empresa encargada procede a perforar, la norma en esta
perforación fue la ASTM. El diámetro de la perforación se la hace dependiendo del uso que se
le dará al pozo y según su profundidad, en este caso el diámetro del pozo es de 6” 5/8.
En los primeros seis metros de perforación se observó la utilización de perforación rotativa
manual (l’auger), con la cual procederán hasta los diez metros de profundidad, debido a la
consistencia del suelo, este presentaba poca cohesión y cada marcha se lo introducía en
fundas plásticas, y mediante un equipo de monitoreo de la concentración de gases se midió la
cantidad de hidrocarburos, en este caso gasolina, la cual mostró una alto contenido en el
suelo. Ya con perforación rotativa mecánica se empieza desde los 10 metros hasta los 20
metros de profundidad; otros pozos cercanos tienen una profundidad de perforación de 50 y
20 metros. La utilización de ciertas brocas depende la litología de las capas que se van a
perforar, estas pueden ser helicoidales (l’auger) o tricono. Para la perforación se utiliza
bentonita y mezclada agua para lubricar la perforación, para esto se utiliza la piscina de lodos
en donde se hace la mezcla.
Para determinar el nivel freático del acuífero se procede a colocar un sensor con el cual se
mide principalmente la resistividad de la capa junto con medidas SP (Potencial espontáneo),
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6. como resultado se obtiene un perfilaje de resistividad y SP. Con estas medias no solo se
obtiene el nivel freático sino también se obtiene la litología por la cual pasa el pozo construido.
Luego de que se construye el pozo, se lo deja un tiempo para que el nivel piezométrico se
normalice, en esta parte de la construcción se añade grava al pozo, este método se denomina
engravillamiento; a más de esto se colocan tubos de PVC especiales paro pozos, en los cuales
se encuentran ranuras de 0,2 milímetros de abertura por donde fluirá el agua del acuífero
perforado, sirve principalmente como un filtro para evitar que grava no deseada entre en el
interior del pozo.
Si el pozo cruza capas que contengan más de un acuífero, y si solo se requiere la información
de un solo acuífero, se procede a sellar la capa que contenga el acuífero que no requerimos.
Para este proceso primero se ubica la capa y luego se procede a inyectar bentonita a la altura
de la capa, así esta quedará sellada y no habrá muestras de agua de esta, a este método se lo
denomina select.
El pozo es cementado luego de la perforación total, esto es para que no colapse las paredes
del mismo, y se lo realiza con la ayuda del tremie el cual es una especie de embudo, con el que
se inyecta cemento mezclado con bentonita en las paredes y fondo del pozo, esto es de gran
ayuda ya que si la perforación ha sobrepasado algunos metros, se rellenará con cemento la
distancia que se ha sobrepasado hasta llegar al límite de profundidad correcto. Cabe destacar
que la construcción de esta etapa debe ser inmediata para que el pozo no colapse.
El objetivo de un sellado apropiado es reemplazar el material nativo removido durante la
perforación con un producto que satisfaga o supere la capacidad del material nativo removido.
Un pozo provee un conducto para que los contaminantes se trasladen desde la superficie hacia
el subsuelo. La lechada debe soportar el casing (rejilla) del pozo y el sellado del espacio anular
entre el casing y la pared del pozo para mantener y proteger la calidad del agua, previniendo
que la contaminación desde la superficie llegue y se mezcle con el acuífero.
Todo el pozo será sellado con cemento mezclado con bentonita hasta llegar a la superficie, ya
en la parte superior del pozo se procede a construir un manehold el cual está conformado de
PVC reforzado o a su vez es metálico. Su forma es de alto relieve es decir se lo construye unos
cuantos centímetros sobre la superficie, esto es para evitar que agua ajena al acuífero ingrese
al pozo, como por ejemplo agua de lluvia.
Luego de esto se procede a purgar el pozo, es decir, se lo limpia mediante un bailer y se analiza
la muestra extraída. Cada muestra tomada para análisis es de 25 litros los cuales son sacados
con bailers da cada pozo. Para cada muestra se hace una análisis de pH, conductividad,
temperatura, permeabilidad del pozo, movimiento del drenaje, entre otros.
La geología determinada en la zona de estudio fue depósitos de origen fluvio-lacustre, consta
de limos, arcillas, conglomerados, cenizas volcánicas; y en general material retrabajado.
Ya determinado la ubicación de cada pozo y las muestras de agua de cada uno, se determinó
que el flujo preferencial de la pluma de contaminación fue hacia el este.
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7. Fase 3 del estudio:
Para la etapa tres del proyecto se realizó un modelo hidrogelógico y difusión de
contaminación del área de estudio, en base a datos proporcionados por los pozos construidos.
Como ya se mencionó se la dirección preferencial de contaminación es hacia la zona este de la
zona, por lo que con estos nuevos datos se determina posibles nuevas perforaciones, así
también como remediaciones ambientales y los métodos que será utilizados.
El número de pozos es hasta el momento de ocho, distribuidos en alrededor 400 metros a la
redonda de la gasolinera Petrocomercial, de los cuales se encuentran tres en construcción en
la misma. Existen dos pozos construidos por otra empresa anterior, pero los cuales se
observan están mal construidos, y que no cumplen con las normas necesarias que exigen en la
construcción de pozos; por lo que no sirven para el sondeo de acuíferos. Por ejemplo en uno
de estos pozos se observa una mala cementación del mismo y por lo tanto su construcción no
es la correcta.
Conclusiones:
- El estudio se lo realizó en la ciudad de Quito en la gasolinera Petrocomercial en un
radio de 400 metros a causa de contaminación de acuíferos en la zona.
- El proyecto se lo dividió en tres fases de estudio, en las que se determinó la geología
del lugar, posibles zonas de perforación, y la dirección de la contaminación.
- Mientras se va analizando las muestras de agua proveniente de los pozos, se va
determinando nuevas perforaciones o a su vez se rectifica o se elimina los puntos
donde se perforará debido a que nueva información subterránea dan un mejor modelo
hidrogeológico.
- Los primeros 10 metros de profundidad se realizaron mediante rotación manual, y
posteriormente con ratación mecánica.
- Las muestras extraídas por las marchas se las guarda para determinar la concentración
de hidrocarburos y así determinar qué puntos se encuentran más contaminados
- Un pozo correctamente construido debe estar en base a normas internacionales, en
este caso normas ASTM.
- La cementación del pozo es importante para que no haya ingresos de agua superficial
y para una estabilidad de las paredes del pozo, cementación del fondo del sondeo o
entre tramos de distinto diámetro, y para fijar las columnas de entubación.
- La profundidad del pozo va de 20 a 50 metros, depende de la ubicación del acuífero en
estudio.
- El sondeo del pozo se lo realiza con herramientas como bailers los cuales extraen
muestras de agua del pozo.
- Las muestras extraídas se las analiza químicamente para determinar su composición, y
posible contaminación.
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8. Bibliografía:
- “Manual técnico para la elaboración de pozos”, Hernández et al, 2012
- Filtro para pozo de agua y sistemas de revestimiento, empresa BOODE
- Apuntes materia Exploración de Yacimientos
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9. Anexos:
Ubicación de las perforaciones
Limitación del área de estudio (400 metros)
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10. Figura 1: Esquema de un pozo de sondeo
Figura 2: Esquema de colocación de tuberías y filtros de sondeo
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11. Figura 3: Ejemplo de un filtro de PVC para pozos
Figura 4: Representación de la terminación superficial de un pozo (manehold)
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12. Figura 5: Logger
Figura 6: Muestro de suelos en busca de hidrocarburos
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13. Figura 7: Muestreo de suelo
Figura 8: Piscina de lodos
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14. Figura 9: Limpieza de pozo con bailer
Figura 10: Broca helicoidal
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15. Figura 11: Tricono
Figura 12: Bailer
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