Perforación en alta mar

La perforación en alta mar es un proceso mecánico que consiste en perforar un pozo bajo el lecho marino. Generalmente se lleva a cabo para explorar y extraer petróleo que se encuentra en formaciones rocosas bajo el lecho marino. El término se usa comúnmente para describir las actividades de perforación en la plataforma continental , aunque también puede aplicarse a la perforación en lagos , aguas costeras y mares interiores .

La perforación en alta mar presenta todos los desafíos ambientales, tanto en alta mar como en tierra firme, debido a los hidrocarburos producidos y los materiales utilizados durante la operación de perforación. Las controversias incluyen el debate actual sobre la perforación en alta mar en Estados Unidos . ^{[ 1 ]}

Existen diversos tipos de instalaciones desde las que se realizan operaciones de perforación en alta mar. Estas incluyen plataformas de perforación ancladas al fondo marino ( barcazas autoelevables y barcazas para zonas pantanosas ), instalaciones combinadas de perforación y producción, ya sean ancladas al fondo marino o plataformas flotantes, y unidades móviles de perforación en aguas profundas (MODU), incluyendo semisumergibles o buques de perforación . Estas unidades son capaces de operar en profundidades de hasta 3000 metros (9800 pies) . En aguas menos profundas, las unidades móviles se anclan al lecho marino; sin embargo, en aguas de más de 1500 metros (4900 pies) , los semisumergibles y los buques de perforación se mantienen en la ubicación de perforación requerida mediante posicionamiento dinámico .  

Hacia 1891, se perforaron los primeros pozos petrolíferos sumergidos desde plataformas construidas sobre pilotes en las aguas dulces del lago Grand Lake St. Marys en Ohio . Los pozos fueron desarrollados por pequeñas compañías locales como Bryson, Riley Oil, German-American y Banker's Oil. ^{[ 2 ]}

Hacia 1896, se perforaron los primeros pozos petrolíferos sumergidos en agua salada en la porción del campo Summerland que se extiende bajo el canal de Santa Bárbara en California . Los pozos se perforaron desde pilares que se extendían desde tierra firme hacia el canal. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Otras actividades notables de perforación submarina temprana ocurrieron en la costa canadiense del lago Erie en la década de 1900 y en el lago Caddo en Luisiana en la década de 1910. Poco después, se perforaron pozos en zonas de mareas a lo largo de la costa del Golfo de Texas y Luisiana . El campo petrolífero de Goose Creek, cerca de Baytown, Texas, es un ejemplo de ello. En la década de 1920, se realizaron actividades de perforación desde plataformas de hormigón en el lago de Maracaibo , Venezuela . ^{[ 5 ]}

Uno de los pozos submarinos más antiguos es el pozo Bibi Eibat , que entró en producción en 1923 en Azerbaiyán . ^{[ 6 ] [ 7 ]} El pozo estaba ubicado en una isla artificial en una porción poco profunda del mar Caspio . A principios de la década de 1930, la Texas Company desarrolló las primeras barcazas móviles de acero para perforar en las zonas costeras salobres del Golfo de México .

En 1937, Pure Oil y su socio Superior Oil utilizaron una plataforma fija para desarrollar un yacimiento situado a 1 milla (1,6 km) de la costa de la parroquia de Calcasieu, Luisiana, en aguas de 14 pies (4,3 m) de profundidad.  

En 1938, Humble Oil construyó un caballete de madera de una milla de largo con vías férreas que se adentraban en el mar en McFadden Beach, en el Golfo de México, colocando una torre de perforación en su extremo; esta fue destruida posteriormente por un huracán. ^{[ 8 ]}

En 1945, la preocupación por el control estadounidense de sus reservas petrolíferas en alta mar llevó al presidente Harry Truman a emitir una Orden Ejecutiva que extendía unilateralmente el territorio estadounidense hasta el borde de su plataforma continental, un acto que puso fin de hecho al régimen de " libertad de los mares " con límite de 3 millas . ^{[ 9 ]}

En 1946, Magnolia perforó en un sitio a 18 millas (29 km) de la costa, erigiendo una plataforma en 18 pies (5,5 m) de agua frente a la parroquia de St. Mary, Luisiana . ^{[ 10 ]}  

A principios de 1947, Superior Oil erigió una plataforma de perforación y producción en aguas de 6,1 metros (20 pies) de profundidad, a unos 29 kilómetros (18 millas) de la parroquia de Vermilion, Luisiana. Sin embargo, fue Kerr-Magee , como operador para sus socios Phillips Petroleum y Stanolind Oil & Gas , quien completó su histórico pozo Ship Shoal Block 32 en octubre de 1947, meses antes de que Superior perforara un yacimiento desde su plataforma de Vermilion, más lejos de la costa. En cualquier caso, esto convirtió al pozo de Kerr-Magee en el primer descubrimiento de petróleo perforado fuera de la vista de la costa. Cuando la perforación en alta mar se trasladó a aguas más profundas, de hasta 30 metros (98 pies) , se construyeron plataformas fijas, hasta que se necesitó equipo de perforación en las profundidades de 30 a 120 metros (100 a 120 pies) del Golfo de México, momento en el que comenzaron a aparecer las primeras plataformas autoelevables de contratistas especializados en perforación en alta mar. ^{[ 11 ]}     

La primera plataforma semisumergible surgió de una observación inesperada en 1961. ^{[ 12 ]} Blue Water Drilling Company era propietaria y operaba la plataforma sumergible de cuatro columnas Blue Water Rig No. 1 en el Golfo de México para Shell Oil Company . Como los pontones no tenían suficiente flotabilidad para soportar el peso de la plataforma y sus consumibles, se remolcaba entre ubicaciones con un calado a medio camino entre la parte superior de los pontones y la parte inferior de la cubierta.

Se observó que los movimientos con este calado eran muy pequeños, por lo que Blue Water Drilling y Shell decidieron conjuntamente probar la plataforma en modo flotante. El concepto de una plataforma flotante estable y anclada para aguas profundas había sido diseñado y probado en la década de 1920 por Edward Robert Armstrong con el propósito de operar aeronaves mediante un invento conocido como el "seadrome". El primer semisumergible de perforación diseñado específicamente para este fin, el Ocean Driller, fue botado en 1963 por ODECO . Desde entonces, se han diseñado numerosos semisumergibles para la flota móvil de la industria de la perforación en alta mar.

El primer buque de perforación en alta mar fue el CUSS 1, desarrollado para el proyecto Mohole para perforar la corteza terrestre. ^{[ 13 ]}

En junio de 2010, había más de 620 plataformas móviles de perforación en alta mar (autoelevables, semisumergibles, buques de perforación, barcazas, etc.) disponibles para prestar servicio en la flota mundial de plataformas de perforación en alta mar. ^{[ 14 ]}

Una de las plataformas más profundas del mundo es actualmente la Perdido en el Golfo de México, que flota a 2438 metros (7999 pies) de profundidad. Es operada por Royal Dutch Shell y su construcción tuvo un costo de 3 mil millones de dólares. ^{[ 15 ]} La plataforma operativa más profunda es la FPSO Cascade de Petrobras America en el campo Walker Ridge 249, a 2600 metros (8500 pies) de profundidad. ^{[ 16 ]}  

La perforación en alta mar se suele realizar desde plataformas conocidas genéricamente como unidades móviles de perforación en alta mar (MODU, por sus siglas en inglés), que pueden ser de varios formatos, dependiendo de la profundidad del agua:

• Plataforma autoelevable
• Plataforma de perforación sumergible
• Plataforma semisumergible
• Buque perforador

Además de las plataformas móviles de perforación (MODU) mencionadas anteriormente, los proyectos en alta mar también emplean una variedad de plataformas de perforación fijas y flotantes que también dan soporte a la perforación, la producción o ambas. Los tipos principales incluyen:

1. Plataformas fijas : Se trata de estructuras rígidas cuyas patas se anclan directamente al lecho marino , soportando una cubierta que alberga plataformas de perforación , instalaciones de producción e incluso alojamientos. Estas plataformas suelen construirse de acero , creando plataformas tipo "chaqueta", o de hormigón , creando estructuras "basadas en la gravedad". Las plataformas tipo "chaqueta" de acero consisten en elementos tubulares de acero apilados en el lecho marino, mientras que las plataformas tipo cajón de hormigón pueden incorporar grandes bases de hormigón y tanques de flotación internos . ^{[ 17 ]} Las plataformas fijas son rentables para profundidades de agua de bajas a moderadas, ya que su límite de profundidad práctico suele ser de unos pocos cientos de metros. ^{[ 18 ] [ 19 ]}
2. Torres flexibles : Las torres flexibles (CT) son estructuras de torre altas, delgadas y flexibles ancladas al lecho marino mediante pilotes, pero diseñadas para soportar una deflexión lateral significativa bajo cargas ambientales como el viento , las olas y las corrientes . ^{[ 20 ]} Su flexibilidad les permite operar en aguas mucho más profundas que las plataformas fijas convencionales, generalmente en el rango de varios cientos a unos 900 m. ^{[ 17 ]}
3. Plataformas de patas tensadas : Este tipo de plataforma es una estructura flotante estabilizada por tendones verticales tensados, también conocidos como amarres, que la anclan al lecho marino. Debido a que los tendones son muy rígidos verticalmente, eliminan la mayor parte del movimiento vertical, lo que permite ubicar las cabezas de pozo y los equipos de producción en la cubierta en lugar de bajo el agua . ^{[ 18 ] [ 21 ]} Las TLP son muy adecuadas para entornos de aguas profundas, a menudo de cientos de miles de metros, y se han desarrollado variantes "mini-TLP", como las plataformas Seastar, para campos más pequeños . ^{[ 18 ] [ 19 ]}
4. Plataformas Spar - Las plataformas Spar consisten en un casco cilíndrico vertical de gran diámetro o tanque rígido que proporciona flotabilidad , con una cubierta en la parte superior, y se amarran al lecho marino mediante líneas de amarre convencionales como cadenas o cables. ^{[ 22 ]} Existen varios tipos de esta plataforma, en particular las clásicas, de celosía y celulares, que varían en la configuración del casco y en la disposición del lastre interno . ^{[ 23 ]} El diseño de gran calado de las plataformas Spar les confiere una excelente estabilidad en aguas muy profundas, lo que las hace adecuadas para la producción y perforación a ultraprofundidad. ^{[ 18 ]}
5. Sistemas de Producción Flotantes (FPS): Los FPS son plataformas flotantes, como semisumergibles , equipadas tanto para la producción como, ocasionalmente, para la perforación. ^{[ 22 ]} Estas unidades se anclan mediante líneas de amarre , generalmente cables y cadenas, o se mantienen en posición mediante sistemas de posicionamiento dinámico . ^{[ 24 ]} Las unidades FPS pueden operar en aguas ultraprofundas, de miles de pies aproximadamente. ^{[ 24 ]}
6. Unidades flotantes de producción, almacenamiento y descarga (FPSO) : Una FPSO es un buque con forma de barco que procesa hidrocarburos de pozos submarinos y almacena el petróleo en su casco . ^{[ 18 ]} Está amarrado al lecho marino, a menudo mediante un sistema de amarre de torreta, lo que le permite "orientarse" en respuesta a las fuerzas ambientales. ^{[ 21 ]} Periódicamente, buques cisterna descargan el petróleo almacenado, lo cual es ventajoso en áreas remotas o fronterizas de aguas profundas donde la infraestructura de oleoductos es limitada o inexistente. ^{[ 18 ]}

Entre los yacimientos marinos más destacados se incluyen:

• el Mar del Norte
• el Golfo de México (frente a las costas de Texas , Luisiana , Misisipi y Alabama )
• California (en la cuenca de Los Ángeles y el canal de Santa Bárbara , parte de la cuenca de Ventura)
• el Mar Caspio (en particular algunos yacimientos importantes frente a las costas de Azerbaiyán )
• Las cuencas de Campos y Santos frente a las costas de Brasil
• Terranova y Nueva Escocia ( Canadá Atlántica )
• varios yacimientos frente a las costas de África Occidental, especialmente al oeste de Nigeria y Angola.
• Yacimientos marinos en el sudeste asiático y Sajalín , Rusia.
• Los principales yacimientos petrolíferos marinos se encuentran en el Golfo Pérsico, como Safaniya, Manifa y Marjan, que pertenecen a Arabia Saudita y son desarrollados por Saudi Aramco . ^{[ 25 ]}
• yacimientos en India (Mumbai High, Cuenca KG - Costa Este de India, Campo Tapti, Gujarat , India)
• La cuenca de Taranaki en Nueva Zelanda
• el mar de Kara al norte de Siberia ^{[ 26 ]}
• el océano Ártico frente a las costas de Alaska y los Territorios del Noroeste de Canadá ^{[ 27 ]}

La producción de petróleo y gas en alta mar es más compleja que en tierra firme debido a la lejanía y las condiciones más adversas del entorno. Gran parte de la innovación en el sector petrolero marino se centra en superar estos desafíos, incluyendo la necesidad de contar con instalaciones de producción de gran tamaño. Las instalaciones de producción y perforación pueden ser muy grandes y suponen una gran inversión, como la plataforma Troll A, ubicada a una profundidad de 300 metros (980 pies) . ^{[ 28 ]} 

Otro tipo de plataforma marina puede ser flotante, con un sistema de amarre para mantenerla en su lugar. Si bien un sistema flotante puede ser más económico en aguas profundas que una plataforma fija, la naturaleza dinámica de las plataformas plantea numerosos desafíos para las instalaciones de perforación y producción.

El océano puede añadir varios miles de metros o más a la columna de fluido. Este aumento incrementa la densidad circulante equivalente y las presiones en el fondo del pozo de perforación, así como la energía necesaria para elevar los fluidos producidos para su separación en la plataforma.

La tendencia actual es realizar la mayor parte de las operaciones de producción bajo el agua, separándola del petróleo y reinyectándola en lugar de bombearla a una plataforma o transportarla a tierra, sin instalaciones visibles sobre el mar. Las instalaciones submarinas ayudan a explotar recursos en aguas cada vez más profundas —ubicaciones que antes eran inaccesibles— y a superar los desafíos que plantea el hielo marino, como en el mar de Barents . Uno de estos desafíos en entornos menos profundos es la erosión del lecho marino causada por formaciones de hielo a la deriva (una de las medidas para proteger las instalaciones marinas contra la acción del hielo es su enterramiento en el lecho marino).

Las instalaciones marinas tripuladas también presentan desafíos logísticos y de recursos humanos. Una plataforma petrolífera marina es una pequeña comunidad en sí misma, con cafetería, dormitorios, administración y otras funciones de apoyo. En el Mar del Norte, el personal es transportado en helicóptero para turnos de dos semanas. Generalmente, reciben un salario más alto que los trabajadores en tierra. Los suministros y los residuos se transportan en barco, y las entregas deben planificarse cuidadosamente debido a que el espacio de almacenamiento en la plataforma es limitado. Actualmente, se realizan grandes esfuerzos para reubicar a la mayor cantidad posible de personal en tierra, donde la administración y los expertos técnicos se comunican con la plataforma mediante videoconferencia. Un trabajo en tierra también resulta más atractivo para la fuerza laboral de mayor edad en la industria petrolera , al menos en el mundo occidental. Estos esfuerzos, entre otros, se engloban en el término establecido de operaciones integradas . El mayor uso de instalaciones submarinas contribuye a lograr el objetivo de mantener a más trabajadores en tierra. Las instalaciones submarinas también son más fáciles de ampliar, con nuevos separadores o diferentes módulos para distintos tipos de petróleo, y no están limitadas por el espacio fijo de una instalación en superficie.

La producción de petróleo en alta mar implica riesgos ambientales, principalmente derrames de petróleo de buques cisterna o oleoductos que transportan petróleo desde la plataforma a las instalaciones terrestres, y fugas y accidentes en la plataforma (por ejemplo, el derrame de petróleo de Deepwater Horizon y el derrame de petróleo de Ixtoc I ). ^{[ 29 ]} También se genera agua producida , que es el agua que llega a la superficie junto con el petróleo y el gas; suele ser muy salina y puede contener hidrocarburos disueltos o no separados.

• Centro para la Diversidad Biológica contra Departamento del Interior, 17 de abril de 2009, Decisión de apelación del Distrito de Columbia que suspende los arrendamientos petroleros en alta mar de Alaska.
• IODP-USIO: Publicaciones: Actas del Programa Integrado de Perforación Oceánica
• "Nuevo petróleo del fondo oceánico profundo". Popular Science , octubre de 1975, págs.  106-108.