Cortes de perforación - Drill cuttings

Los recortes de perforación son trozos rotos de material sólido que se extraen de un pozo perforado mediante métodos rotativos , de percusión o de barrena y se llevan a la superficie en el lodo de perforación . Los pozos perforados de esta manera incluyen pozos de petróleo o gas , pozos de agua y pozos perforados para investigaciones geotécnicas o exploración mineral.

Los recortes de perforación se examinan comúnmente para hacer un registro (un registro de pozo ) de los materiales del subsuelo penetrados a varias profundidades. En la industria del petróleo, esto se denomina a menudo registro de lodo .

Los recortes de perforación se producen cuando la roca se rompe por la broca que avanza a través de la roca o el suelo; los recortes generalmente se llevan a la superficie mediante el fluido de perforación que circula desde la broca. Los recortes de perforación se pueden separar del fluido de perforación líquido mediante agitadores de lutitas , centrifugadoras o separadores ciclónicos , estos últimos también son eficaces para la perforación con aire. En la perforación con herramienta de cable, los recortes de perforación se sacan periódicamente del fondo del pozo. En la perforación con barrena , los recortes se llevan a la superficie en las guías de la barrena.

Un método de perforación que no produce cortes de perforación es la perforación con núcleo , que en su lugar produce cilindros sólidos de roca o suelo.

Gestión de cortes de perforación

Los recortes de perforación transportados por lodo (fluido de perforación) generalmente se recuperan en la superficie de la plataforma donde pasan por agitadores o máquinas vibradoras para separar los recortes del fluido de perforación, este proceso permite que el fluido en circulación se retenga en el proceso de perforación.

Luego, los registradores de lodo y el geólogo del sitio del pozo estudian las muestras de los recortes . En la industria del petróleo y el gas , es probable que el operador requiera un conjunto de muestras para su posterior análisis en sus laboratorios. Muchas regulaciones nacionales estipulan que para cualquier pozo perforado, un conjunto de muestras debe archivarse en un organismo nacional. Por ejemplo, en el caso del Reino Unido con el British Geological Survey ( BGS ).

La mayor parte de los esquejes requiere eliminación. La metodología para la eliminación depende del tipo de fluido de perforación utilizado. Para el fluido de perforación a base de agua (WBM) sin aditivos peligrosos en particular, los recortes pueden arrojarse por la borda (en un escenario en alta mar). Sin embargo, si se utiliza un fluido de perforación a base de aceite ( OBM ), los recortes deben procesarse antes de su eliminación. Ya sea en contenedores y transportados a una instalación dedicada (también conocido como contenedor y envío), o ahora hay plantas móviles que pueden procesarlos en el sitio de la plataforma quemando la contaminación del fluido de perforación. Esto ahorra la logística y el costo de transportar tales cantidades de esquejes. Aunque posiblemente se lo considere un tema poco interesante, si en un escenario de salto y envío, la dependencia de las operaciones de la grúa para mover los contenedores puede conducir a situaciones en las que el mal tiempo detiene la perforación porque el manejo de los recortes no puede continuar.

Eliminación como residuo

Entierro

El entierro es la colocación de desechos en excavaciones naturales o hechas por el hombre, como pozos o vertederos . El entierro es la técnica de eliminación en tierra más común utilizada para eliminar los desechos de la perforación (lodo y recortes). Generalmente, los sólidos se entierran en el mismo pozo (el pozo de reserva) que se usa para la recolección y almacenamiento temporal del lodo residual y los recortes después de que se deja que el líquido se evapore. El entierro en pozos es un método de bajo costo y tecnología que no requiere que los desechos sean transportados fuera del sitio del pozo y, por lo tanto, es muy atractivo para muchos operadores.

El entierro puede ser la técnica de eliminación más incomprendida o mal aplicada. En general, no es aceptable simplemente empujar las paredes del pozo de reserva sobre los recortes perforados. La profundidad o ubicación de la celda de entierro es importante. Se debe establecer un límite de contenido de humedad en los recortes enterrados y se debe determinar la composición química. El entierro en el pozo en el sitio puede no ser una buena opción para los desechos que contienen altas concentraciones de aceite, sal, metales biológicamente disponibles, químicos industriales y otros materiales con componentes dañinos que podrían migrar del pozo y contaminar los recursos hídricos utilizables.

En algunas áreas de campos petroleros , se operan grandes rellenos sanitarios para eliminar los desechos de los campos petroleros de múltiples pozos. El entierro generalmente da como resultado condiciones anaeróbicas , lo que limita cualquier degradación adicional en comparación con los desechos que se cultivan o se esparcen por la tierra, donde predominan las condiciones aeróbicas.

Aplicación a superficies terrestres

El objetivo de aplicar los desechos de perforación a la tierra es permitir que la población microbiana natural del suelo metabolice, transforme y asimile los componentes de los desechos en su lugar. La aplicación a la tierra es una forma de biorremediación que se describen en una hoja informativa separada.

Se utilizan varios términos para describir este enfoque de gestión de residuos , que puede considerarse tanto tratamiento como eliminación. En general, la agricultura de la tierra se refiere a la aplicación repetida de desechos a la superficie del suelo, mientras que la extensión y el tratamiento de la tierra a menudo se usan indistintamente para describir la aplicación única de desechos a la superficie del suelo. Algunos profesionales no siguen la misma convención terminológica y pueden intercambiar los tres términos. Los lectores deben centrarse en las tecnologías en lugar de en los nombres específicos que se le dan a cada proceso.

Las técnicas óptimas de aplicación a la tierra equilibran las adiciones de desechos con la capacidad del suelo para asimilar los constituyentes de los desechos sin destruir la integridad del suelo, crear problemas de contaminación del suelo del subsuelo o causar otros impactos ambientales adversos.

El cultivo de la tierra

La industria de exploración y producción ha utilizado la agricultura de la tierra para tratar los desechos aceitosos de la industria del petróleo durante años. El cultivo de la tierra es la aplicación controlada y repetida de desechos a la superficie del suelo, utilizando microorganismos en el suelo para biodegradar naturalmente los componentes de los hidrocarburos , diluir y atenuar los metales y transformar y asimilar los componentes de los desechos.

La agricultura de la tierra puede ser un enfoque de gestión de residuos de perforación de relativamente bajo costo . Algunos estudios indican que el cultivo de la tierra no afecta negativamente a los suelos e incluso puede beneficiar a ciertos suelos arenosos al aumentar su capacidad de retención de agua y reducir las pérdidas de fertilizantes . Los compuestos inorgánicos y los metales se diluyen en el suelo y también pueden incorporarse a la matriz (mediante quelación , reacciones de intercambio, enlaces covalentes u otros procesos) o pueden volverse menos solubles a través de la oxidación , la precipitación y los efectos del pH. La atenuación de los metales pesados ​​(o la absorción de metales por las plantas ) puede depender del contenido de arcilla y de la capacidad de intercambio catiónico .

Optimización de las operaciones agrícolas en tierra: la adición de agua , nutrientes y otras enmiendas (por ejemplo, estiércol , paja ) puede aumentar la actividad biológica y la aireación del suelo, evitando así el desarrollo de condiciones que podrían promover la lixiviación y movilización de contaminantes inorgánicos. Durante períodos de condiciones secas prolongadas, también puede ser necesario controlar la humedad para minimizar el polvo.

La labranza periódica de la mezcla (para aumentar la aireación ) y la adición de nutrientes a la mezcla de suelo residual pueden mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos. Después de aplicar los desechos, se monitorean las concentraciones de hidrocarburos para medir el progreso y determinar la necesidad de mejorar los procesos de biodegradación . Las tasas de aplicación deben controlarse para minimizar el potencial de escurrimiento.

El tratamiento previo de los desechos mediante el compostaje y la activación de la biodegradación aeróbica mediante volteos regulares ( hileras ) o mediante ventilación forzada (biopilas) puede reducir la cantidad de acres necesarios para la agricultura (Morillon et al. 2002).

Ejemplo de una granja de terrenos baldíos de perforación: En 1995, HS Resources, una compañía de petróleo y gas que opera en Colorado, obtuvo un permiso para una granja de tierra no comercial para tratar y reciclar los desechos de campos petroleros no peligrosos de la compañía, incluidos los lodos de perforación . En la finca, los desechos mezclados con suelo contaminado con hidrocarburos de otras instalaciones se esparcen en una capa de un pie de espesor o menos. La acción bacteriana natural se mejora mediante la adición ocasional de fertilizantes comerciales, la labranza mensual (para agregar oxígeno ) y el riego (para mantener un contenido de humedad del 10 al 15%). El tratamiento se considera completo cuando los niveles de hidrocarburos alcanzan las concentraciones especificadas por las agencias reguladoras; no todas las agencias emplean los mismos estándares de aceptabilidad. El agua y el suelo se controlan periódicamente para confirmar que no se han producido impactos adversos en el suelo o el agua subterránea, y se mantienen registros de la fuente y la disposición del suelo remediado. Los costos estimados de tratamiento, que incluyen transporte, esparcimiento, enmiendas y monitoreo, son alrededor de $ 4-5 por yarda cúbica. Cuando el material tratado se recicla como relleno, los costos netos son de aproximadamente $ 1 por yarda cúbica. Los costos de capital (no incluidos en las estimaciones de costos del tratamiento) se recuperaron dentro de los primeros ocho meses de operación (Cole y Mark 2000).

Consideraciones de implementación: las ventajas de la agricultura en tierra incluyen su simplicidad y bajo costo de capital, la capacidad de aplicar múltiples cargas de desechos a la misma parcela de tierra y el potencial para mejorar las condiciones del suelo. Las preocupaciones asociadas con la agricultura de la tierra son sus altos costos de mantenimiento (por ejemplo, para la labranza periódica de la tierra, fertilizantes ); necesidades de tierra potencialmente grandes; y análisis, pruebas, demostración y seguimiento requeridos. Las concentraciones elevadas de hidrocarburos en los desechos de perforación pueden limitar la tasa de aplicación de un desecho en un sitio.

Los desechos que contienen sal también deben aplicarse al suelo solo con cuidado. La sal, a diferencia de los hidrocarburos, no puede biodegradarse pero puede acumularse en los suelos, que tienen una capacidad limitada para aceptar sales. Si los niveles de sal son demasiado altos, los suelos pueden dañarse y el tratamiento de hidrocarburos puede inhibirse. Las sales son solubles en agua y pueden manejarse. El manejo de la sal es parte del funcionamiento prudente de una explotación agrícola.

Otro motivo de preocupación con el cultivo de la tierra es que mientras más bajos de peso molecular de petróleo compuestos se biodegradan de manera eficiente, compuestos de peso molecular más alto se biodegradan más lentamente. Esto significa que las aplicaciones repetidas pueden conducir a la acumulación de compuestos de alto peso molecular. En altas concentraciones, estos componentes recalcitrantes pueden aumentar la repelencia al agua del suelo, afectar el crecimiento de las plantas, reducir la capacidad del suelo para soportar una comunidad diversa de organismos y hacer que la tierra ya no sea utilizable sin tratamiento o enmienda. Estudios recientes han apoyado la idea de que las adiciones a escala de campo de lombrices de tierra con enmiendas orgánicas seleccionadas pueden acelerar la recuperación a largo plazo del suelo contaminado con petróleo tratado convencionalmente. Las actividades de excavación y alimentación de las lombrices de tierra crean espacio y permiten que los recursos alimentarios estén disponibles para otros organismos del suelo que no podrían sobrevivir de otra manera. El uso de lombrices de tierra en Europa ha mejorado la calidad biológica de los suelos de algunos proyectos de recuperación de tierras a gran escala.

Al considerar el cultivo de la tierra como una opción de gestión de residuos, se deben considerar varios elementos. Estos incluyen la topografía del sitio, la hidrología del sitio, el uso de la tierra vecina y la composición física (textura y densidad aparente) y química de los desechos y la mezcla resultante de desechos y suelos. Los desechos que contienen grandes cantidades de aceite y varios aditivos pueden tener diversos efectos en partes de la cadena alimentaria. Los constituyentes de especial preocupación incluyen pH, nitrógeno (masa total), iones solubles principales ( Ca , Mg , Na , Cl ), conductividad eléctrica, metales totales, halógenos orgánicos extraíbles, contenido de aceite e hidrocarburos. Los lodos a base de aceite suelen utilizar una fase emulsionada de 20 a 35 por ciento en peso _de salmuera de CaCl ₂ . Esta sal puede ser un problema en algunas áreas, como algunas partes de Canadá, el continente medio y las Montañas Rocosas. Por esta razón, han surgido sistemas de lodos alternativos que utilizan una sal beneficiosa ambientalmente preferida, como el nitrato de calcio o el sulfato de potasio , como fase acuosa interna emulsionada.

Los desechos que contienen niveles significativos de metales pesados ​​biológicamente disponibles y compuestos tóxicos persistentes no son buenos candidatos para el cultivo de la tierra, ya que estas sustancias pueden acumularse en el suelo hasta un nivel que hace que la tierra no sea apta para un uso posterior (E&P Forum 1993). (El monitoreo del sitio puede ayudar a asegurar que dicha acumulación no ocurra). Las granjas terrestres pueden requerir permisos u otras aprobaciones de las agencias reguladoras y, dependiendo de las condiciones del suelo, algunas granjas terrestres pueden requerir revestimientos y / o pozos de monitoreo de agua subterránea.

Tratamiento de tierras

En el tratamiento de la tierra (también conocido como esparcimiento de la tierra), los procesos son similares a los de la agricultura de la tierra, donde se utilizan procesos naturales del suelo para biodegradar los componentes orgánicos de los desechos. Sin embargo, en el tratamiento de la tierra, se hace una aplicación única de los residuos a una parcela de tierra. El objetivo es eliminar los desechos de manera que se conserven las propiedades químicas , biológicas y físicas del subsuelo al limitar la acumulación de contaminantes y proteger la calidad de las aguas superficiales y subterráneas. El área de extensión de la tierra se determina sobre la base de una tasa de carga calculada que considera la concentración absoluta de sal , la concentración de hidrocarburos , la concentración de metales y el nivel de pH después de mezclarse con el suelo. Los desechos de la perforación se esparcen por la tierra y se incorporan a la zona superior del suelo (por lo general, de 6 a 8 pulgadas superiores de suelo) para mejorar la volatilización y biodegradación de los hidrocarburos . La tierra se gestiona para que el sistema del suelo pueda degradar, transportar y asimilar los constituyentes de los desechos. Cada sitio de tratamiento de la tierra generalmente se usa solo una vez.

Optimización de las operaciones de tratamiento de la tierra: La adición de agua, nutrientes y otras enmiendas (por ejemplo, estiércol, paja) puede aumentar la actividad biológica / aireación del suelo y prevenir el desarrollo de condiciones que podrían promover la lixiviación y movilización de contaminantes inorgánicos. Durante períodos de condiciones secas prolongadas, también puede ser necesario controlar la humedad para minimizar el polvo. La labranza periódica de la mezcla (para aumentar la aireación) y la adición de nutrientes a la mezcla de suelo residual pueden mejorar la biodegradación aeróbica de los hidrocarburos, aunque en la práctica no todos los proyectos de tratamiento de la tierra incluyen la labranza repetida. Después de aplicar los desechos, se pueden monitorear las concentraciones de hidrocarburos para medir el progreso y determinar la necesidad de mejorar los procesos de biodegradación.

Consideraciones de implementación: Debido a que los sitios de esparcimiento en tierra reciben solo una sola aplicación de desechos, se reduce el potencial de acumulación de componentes de desechos en el suelo (en comparación con la agricultura en tierra, donde los desechos se aplican repetidamente). Aunque generalmente no se requieren revestimientos y monitoreo de lixiviados en los sitios de tratamiento de la tierra, se debe evaluar la topografía del sitio , la hidrología y la composición física y química de los desechos y la mezcla resultante de desechos y suelos, con tasas de aplicación de desechos controladas para minimizar la posibilidad de escorrentía. .

Los experimentos llevados a cabo en Francia mostraron que después de esparcir cortes de lodo a base de aceite en las tierras de cultivo, seguido de arar , labrar y fertilizar , aproximadamente el 10% de la cantidad inicial de aceite permaneció en el suelo. No se observaron efectos fitotóxicos sobre la germinación y brotación de semillas , pero los rendimientos de los cultivos de maíz y trigo disminuyeron en un 10%. Los rendimientos de otros cultivos no se vieron afectados. El porcentaje de reducción de hidrocarburos y el rendimiento del cultivo variarán de un sitio a otro dependiendo de muchos factores (por ejemplo, tiempo después de la aplicación, tipo de hidrocarburo, química del suelo, temperatura).

Los costos de esparcimiento en tierra son típicamente de $ 2,50 a $ 3,00 por barril de fluidos de perforación a base de agua no contaminados con petróleo, y podrían ser más altos para los desechos aceitosos que contienen sales (Bansal y Sugiarto 1999). Los costos también dependen de los requisitos analíticos y de muestreo.

Las ventajas de la extensión en tierra son el bajo costo del tratamiento y la posibilidad de que el enfoque mejore las características del suelo. El esparcimiento por tierra se utiliza con mayor eficacia para perforar desechos que tienen bajos niveles de hidrocarburos y sales. Las preocupaciones potenciales incluyen la necesidad de grandes áreas de tierra; el proceso de degradación relativamente lento (la tasa de biodegradación está controlada por las propiedades de biodegradación inherentes de los componentes de los desechos, la temperatura del suelo, el contenido de agua del suelo y el contacto entre los microorganismos y los desechos); y la necesidad de análisis, pruebas y demostraciones. Además, las altas concentraciones de sales o metales solubles pueden limitar el uso de la tierra.

Al evaluar la extensión de la tierra como una opción de gestión de residuos de perforación, se deben considerar varios elementos. Estos incluyen características topográficas y geológicas de toda la zona; actividades actuales y futuras probables alrededor del sitio de disposición; datos hidrogeológicos (ubicación, tamaño y dirección del flujo para los cuerpos de agua superficial existentes y los acuíferos frescos o utilizables); patrones de drenaje naturales o existentes; elementos cercanos ambientalmente sensibles como humedales, áreas urbanas, sitios históricos o arqueológicos y hábitats protegidos; la presencia de especies en peligro de extinción; y posibles impactos en la calidad del aire. Además, se deben revisar los datos históricos de distribución de la lluvia para establecer los requisitos de humedad para la propagación en la tierra y predecir las tasas netas de evaporación. Se deben identificar los dispositivos necesarios para controlar el flujo de agua hacia, hacia o desde los sistemas de la instalación. Los desechos deben caracterizarse durante la evaluación; Los desechos de perforación con altos niveles de hidrocarburos y sales pueden no ser apropiados para la propagación por tierra.

Reciclaje

Algunos esquejes se pueden reutilizar de manera beneficiosa. Antes de que los recortes se puedan reutilizar o reciclar, puede ser necesario seguir los pasos para garantizar que el contenido de hidrocarburos y cloruros se reduzca a los estándares de reutilización de los órganos de gobierno apropiados.

En algunas áreas se permite la reutilización de recortes a través de la extensión de caminos. Para hacer esto, es posible que se requiera el permiso tanto de las agencias gubernamentales apropiadas como de los propietarios de las tierras.

Los recortes de perforación también se pueden reciclar para su uso como materiales de construcción sólidos en partículas a granel, como bases de carreteras para caminos y plataformas. Los esquejes primero deben tamizarse y secarse, antes de procesarse en un molino de barro o un método de mezcla similar. Los residuos de perforación también se pueden reciclar en mezclas para otras estructuras de hormigón especializadas grandes y sustancialmente monolíticas.

Referencias

 Este artículo incorpora  material de dominio público de sitios web o documentos del Departamento de Energía de los Estados Unidos .

• Bansal, KM y Sugiarto, 1999, "Operaciones de exploración y producción - Gestión de residuos Una descripción comparativa: casos de EE. UU. E Indonesia", SPE 54345, Conferencia de petróleo y gas de la SPE Asia Pacífico, Yakarta, Indonesia, 20 al 22 de abril de 1999.
• Callahan, MA, AJ Stewart, C. Alarcon y SJ McMillen, 2002, "Efectos de las adiciones de paja de lombriz de tierra (Eisenia Fetida) y trigo (Triticum Aestivum) en propiedades seleccionadas de suelos contaminados con petróleo", Toxicología y química ambiental , vol. 21, núm. 8, págs. 1658-1663.
• Cole, E. y S. Mark, 2000, " E&P Waste: Manage It Cost Effectively through Land Farming ", World Oil , agosto vol. 221, No. 8. (requiere suscripción)
• Foro de E&P, 1993, "Directrices para la gestión de desechos de exploración y producción (E&P)", Informe Nº 2.58 / 196, septiembre.
• Morillon, A., JF Vidalie, US Hamzah, S. Suripno y EK Hadinoto, 2002, "Drilling and Waste Management", SPE 73931, presentado en la Conferencia internacional de la SPE sobre salud, seguridad y medio ambiente en la exploración de petróleo y gas y Producción, 20 al 22 de marzo de 2002.
• Smith, M., A. Manning y M. Lang, 1999, " Investigación sobre la reutilización de recortes de perforación en tierra ", 11 de noviembre de 1999