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• Daniel Buitrón

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

INGENIERÍA EN PETRÓLEOS

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA

TERCER SEMESTRE

EXPLORACIÓN DE PETRÓLEO EN EL ECUADOR

INTEGRANTES: PATRICIO AGURTO HENRY BENAVIDES MISHEL BRACERO VIVIANA CABEZAS

Julio – 2015

Contenidos 1. Exploración del petróleo 2. Tipos de trampas 2.1 Las trampas Estructurales 2.2 Las trampas Estratigráficas 2.3 Las trampas Combinadas 3. Exploración geofísica 3.1 Las observaciones en la superficie 3.2 Geología de campo 3.3 Observaciones Estratigráficas 3.4 Observaciones estructurales 3.5 Técnicas Geoquímicas. 3.6 Prospección petrolera Microbiológica 3.7 Métodos Magnéticos 3.8 Método Gravimétrico 3.9 Método geofísico 3.10 Sismología 4. Prospección Sísmica 4.1 Desarrollo de Métodos Sísmicos 4.2 Sísmica Terrestre 4.3. Sísmica de Reflexión 4.4 Sísmica de Refracción

4.5 Sísmica del Pozo 5. Estudios sísmicos 5.1 La sección sísmica ofrece. 5.2 La línea y ubicación de geóponos. 5.3 La preparación del terreno para hacer una sección sísmica. 5.4 La velocidad de la propagación del sonido. 5.5 Las velocidades de la propagación del sonido y el error promedio de la profundidad 5.6 La calidad de las primeras llegadas. 5.7 Método más antiguo. 6. Sísmica marina 7. Evaluación Sísmica. 8. sísmica 2D_3D_4D

Exploración petrolera La vida sin el petróleo no podría ser como la conocemos. Del crudo obtenemos gasolina y diésel para nuestros autos y autobuses, combustible para barcos y aviones. Lo usamos para generar electricidad, obtener energía calorífica para fábricas, hospitales y oficinas y diversos lubricantes para maquinaria y vehículos. La Industria Petroquímica usa productos derivados de él para hacer plásticos,

fibras

sintéticas,

detergentes, medicinas, conservadores

de

alimentos,

hules

y agroquímicos. El petróleo ha transformado la vida de las personas y la economía de las naciones. Su descubrimiento creó riqueza, modernidad, pueblos industriales prósperos y nuevos empleos, motivando el crecimiento de las industrias. La búsqueda de petróleo o gas se enfrenta con el hecho de que la superficie de la tierra tiene una historia complicada. Los geo científicos saben que parte dela corteza terrestre, que abarcan continentes y océanos, se han trasladado con relación a otras. Cuando los continentes se separaron, zonas que eran tierra quedaron sumergidas por el mar: esas zonas se convirtieron en lugares de deposición de rocas sedimentarias. Al producirse colisiones las enormes fuerzas originadas levantaron cadenas de montañas, estrujaron las rocas en plegamientos y las echaron unas sobre otras, para formar estructuras complejas. Algunas de éstas son favorables para la acumulación de petróleo. El primer objetivo es encontrar una roca que se haya formado en un medio propicio para la existencia del petróleo, es decir, suficientemente porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que puedan existir bolsas de petróleo. Hay que buscar, luego, una cuenca sedimentaria que pueda poseer materia orgánica enterrada hace más de diez millones de años. Para todo ello, se realizan estudios geológicos de la superficie, se recogen muestras de terreno, se inspecciona con Rayos X, se perfora para estudiar los estratos y, finalmente, con todos esos datos se realiza la carta geológica de la región que se estudia. Tras nuevos estudios "sobre el terreno" que determinan si hay rocas petrolíferas alcanzables mediante prospección, la profundidad a la que habría que perforar, etc., se puede llegar ya a la conclusión

de si merece la pena o no realizar un pozo-testigo o pozo de exploración. De hecho, únicamente en uno de cada diez pozos exploratorios se llega a descubrir petróleo y sólo dos de cada cien dan resultados que permiten su explotación de forma rentable. Es muy probable que PEMEX y otras empresas de servicios en el mundo petrolero dejaran pronto de emplear grandes cantidades de geólogos y geofísicos y buscarán cada vez más un número selecto de geo científicos con conocimientos especializados y con capacidad de integración de diferentes técnicas modernas para interpretar y modelar yacimientos complejos.

Pozo. Fuente : https://davidlemaburgos.files.wordpress.com/2012/05/petroleo-extraccion1.jpg

Refinería del Pacífico. Fuente: http://www.eppetroecuador.ec

GEOLOGÍA DEL PETRÓLEO La geología del petróleo es una aplicación especializada de la Geología que estudia todos los aspectos relacionados con la formación de yacimientos petrolíferos y su prospección. Entre sus objetivos están la localización de posibles yacimientos, caracterizar su geometría espacial y la estimación de sus reservas potenciales. En la geología del petróleo se combinan diversos métodos o técnicas exploratorias para seleccionar las mejores oportunidades o plays para encontrar hidrocarburos (petróleo y gas natural). El desarrollo de la geología del petróleo tuvo lugar principalmente entre las décadas de los años 1970 y 1980, cuando las empresas del petróleo crearon grandes departamentos de geología y destinaron importantes recursos a la exploración. Los geólogos de esta industria aportaron a su vez nuevos avances a la Geología, desarrollando, por ejemplo, nuevos tipos de análisis estratigráfico (estratigrafía secuencial, micro facies, quimio estratigrafía, etc.) y geofísicos.

Exploración

previa

a

la

perforación.

Fuente:

http://curiosidades.batanga.com/sites/curiosidades.batanga.com/files/imagecache/completa/Como-seformo-el-petroleo-3.jpg

La secuencia exploratoria se inicia con el estudio de la información disponible del área que comprende: La información geológica de las formaciones y estructuras presentes, la paleontología, la paleoecología, el estudio de mapas geológicos y geomorfológicos, estudio de los métodos geofísicos

que

se

hayan

empleado

en

el

área

como

métodos

potenciales

(gravimetría, magnetometría, sondeos eléctricos o magneto telúricos), sismografía y los resultados de las perforaciones exploratorias realizadas en el área que incluyen los estudios accesorios a estas. En los estudios de la información geológica del área se observa el potencial de las rocas presentes en la zona del estudio para producir, almacenar y servir de trampas a los hidrocarburos. Las rocas productoras son rocas que contienen material orgánico atrapado y que ha producido hidrocarburos por procesos de alta temperatura y presión dentro de la tierra. En la geología del petróleo se busca que las rocas almacenadoras tengan buena porosidad y permeabilidad para permitir la acumulación y flujo de los fluidos y gases. Las rocas sello que sirven de trampas tienen la particularidad de ser impermeables y sirven para evitar el paso de los hidrocarburos a otras formaciones. Las estructuras ideales para la acumulación del petróleo son los llamados anticlinales, aunque es común encontrar acumulaciones en otro tipo de estructuras como fallas geológicas y en zonas relativamente planas en depósitos estratigráficos con estructuras muy leves.

Los métodos geofísicos son una herramienta muy importante en la geología del petróleo pues nos permiten, sin tener que ingresar dentro de la tierra, conocer las propiedades físicas del subsuelo.

Exploración durante de perforación Durante la perforación de los pozos se suele adquirir información acerca de las características de las formaciones que se van atravesando. Métodos directos Esto se puede hacer de forma directa mediante la toma de testigos o núcleos (cores), que son las muestras de roca extraída dentro de la tubería de perforación, en las cuales se pueden realizar medidas directas de las características petrofísicas de la formación. Métodos indirectos Existen, además, métodos indirectos que nos pueden llevar a inferir las características de las formaciones, entre estos métodos se encuentran los registros eléctricos y las pruebas de formación. Los registros eléctricos, tales como el SP (Potencial Espontáneo), Resistividad y los registros radioactivos como: gamma Ray, Neutrón o Densidad nos proporcionan estimaciones indirectas de la calidad de roca, porosidad y saturación de fluidos (agua, petróleo o gas). En cuanto a las pruebas de formación, éstas son útiles para estimar parámetros tales como presión de la formación, permeabilidad, daño de la formación. Éstos son útiles para definir la productividad de un pozo. En la geología del petróleo se combinan diversos métodos o técnicas exploratorias para seleccionarlas mejores oportunidades o “plays” para encontrar Hidrocarburos (Petróleo y Gas).La

secuencia exploratoria se inicia con el estudio de la información disponible del área que comprende: La información geológica de las formaciones y estructuras presentes, la paleontología, la paleoecología, el estudio de mapas geológicos y geomorfológicos, estudio de los métodos geofísicos que se hayan empleado en el área como métodos potenciales (gravimetría, magnetometría, sondeos eléctricos o magneto telúricos), sismografía y los resultados de las perforaciones exploratorias realizadas en el área que incluyen los estudios accesorios a estas. Origen y composición del petróleo El petróleo es un mineral combustible líquido y que se encuentra en la envoltura sedimentaria de la tierra. La palabra proviene del latín petra (piedra) y olem (aceite). Presenta un calor de combustión superior al de los minerales sólidos (carbón), y es de 42 KJ/Kg. El origen del petróleo ha sido un tópico de interés para muchos investigadores. Saber su origen es muy complicado. Una gran mayoría de químicos y geólogos dicen que tiene un origen orgánico, mientras que otros científicos piensan que se forman en la Naturaleza por un método abiógeno. El petróleo presenta las siguientes propiedades físicas:

Líquido oleoso, fluorescente a la luz Su color depende del contenido y estructura de las sustancias resinosas. De este modo tendremos petróleos negros, oscuros, pardos, claros, incoloros. Existen 5 condiciones limitativas para que se pueda formar petróleo Tiene que estar asociado con una roca sedimentaria Casi exclusivamente, todo el petróleo parece haberse originado en agua marina o salobre

No parece necesario que haya existido una alta presión en el proceso de formación No se requieren altas temperaturas Parece que se ha formado en los periodos cábrico u ordovicense. El petróleo es menos denso que el agua, por lo que se va a encontrar nadando sobre ella. Este crudo va a estar formado por elementos hidrocarbonados. Además, había otros elementos de naturaleza inorgánica que se habían depositado con la micro flora y micro fauna. La composición del petróleo dependerá del yacimiento, de la zona donde se haya formado. Tiene menos cenizas que las puede tener un sólido fósil. El crudo tiene cantidades apreciables de sales como ClNa, Ca, Mg,.. Debido a su formación en aguas marinas o salobres. Esto es un problema, porque los cloruros van a provocar corrosión, sobre todo los de Mg. Para ello, al entrar en el proceso de refino primero se va a realizar un proceso de desalado. Los compuestos orgánicos del petróleo son hidrocarburos de diversos tipos. La composición de un crudo de petróleo es bastante uniforme en cuando al contenido de C, H, S, N. La composición delgas es más variable. Dependerá del petróleo del que proceda, de su composición. La mayoría de los compuestos del petróleo son los hidrocarburos (parte orgánica). Existen toda clase de hidrocarburos en el petróleo: hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos. Dentro de estos pueden ser lineales o ramificados. Parafínicos alcanos: CnH2n+2: CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 e isómeroscorrespondientes Cicloalcanos Aromáticos Dependiendo de la zona donde se forma el crudo tendremos más proporción de unos compuestos u otros. Es importante saber la composición del crudo, puesto que según su composición podremos

obtener unos productos u otros del crudo. Sin embargo, sea cual sea la procedencia del crudo, se va a mantener constante el contenido en C y H2, aunque tengan distintos compuestos hidrocarbonados (siempre dentro de una familia de crudos).Los compuestos de naturaleza inorgánica son los que contienen N, S, O2 y elementos metálicos. Se encuentran en menores proporciones que, las cuales van a depender de la naturaleza del crudo. Es interesante conocer la composición en elementos orgánicos, porque dependiendo de esta, someteremos al crudo a uno u otro tratamiento, y obtendremos uno producto u otro. Algunos ejemplos de compuestos inorgánicos son: Compuestos sulfurados mercaptano Compuestos de O2

Compuestos de N2 Compuestos de metales (Li, Na, V, (va unido a compuestos nitrogenados)Los crudos de petróleo se pueden clasificar en base a: Composición Viscosidad Curva de destilación Origen biológico del petróleo El primer trabajo de investigación acerca del origen biológico del petróleo, fue el de Treils en 1934. Veamos algunas evidencias sobre el origen biológico del petróleo:

- Analogía con el carbón. - Interrelación entre los procesos de formación y acumulación de la materia orgánica dispersa y los procesos sedimentarios. - Hidrocarburos asociados a formaciones sedimentarias. - Presencia de marcadores biológicos y fósiles bioquímicos. Composición orgánica Ecosistemas marinos Las algas fotosintetizadoras son los principales productores de carbono orgánico; El fitoplancton (diatomeas, dinoflagelados, algas azules y nannoplancton) es el responsable de más del 90% del aporte de materia orgánica en los océanos; Otros organismos como el zooplancton, organismos bentónicos, de materia orgánica en los océanos; Otros organismos como el zooplancton, organismos bentónicos, bacterias y peces, pueden ser elementos importantes de la biomasa que da lugar a los hidrocarburos. En los océanos abiertos, la producción total de carbono orgánico es importante, pero su concentración es relativamente baja, mientras que en las plataformas continentales (zonas intertidales, arrecifes, estuarios y zonas de upwelling), es elevada. En general, la producción primaria de biomasa, decrece desde la costa hacia la plataforma marina y océano abierto. Las latitudes medias húmedas y las ecuatoriales, son más productivas que las latitudes tropicales; Las producciones más bajas se dan en las áreas polares y tropicales áridas. Los factores que controlan la producción orgánica, son: Luz del sol (la máxima productividad se da en los primeros 200 metros, y especialmente en el intervalo de 60-80 metros, denominado zona trófica); Aporte de nutrientes(especialmente nitratos y fosfatos, proporcionados por la circulación de corrientes); Turbidez; Salinidad; Temperatura.

Ecosistemas continentales La producción orgánica está controlada por las plantas terrestres y las algas de agua dulce. El factor más influyente será el clima: en climas húmedos con vegetación, si la topografía impide el drenaje y se produce un balance entre la tasa de acumulación y la de subsidencia, las acumulaciones de restos vegetales pueden ser preservadas de la actividad bacteriana en áreas con condiciones de anoxia; se generarán depósitos de turba típicos de llanuras deltaicas, áreas traseras de los lagos y en las bahías entre los canales distribuitarios. Las algas de agua dulce contribuyen al aporte de materia orgánica en los lagos (actualmente, Bottrycoccus y Tasmanites). La producción orgánica está controlada por las plantas terrestres y las algas de agua dulce. El factor más influyente será el clima: en climas húmedos con vegetación, si la topografía impide el drenaje y se produce un balance entre la tasa de acumulación y la de subsidencia, las acumulaciones de restos vegetales pueden ser preservadas de la actividad bacteriana en áreas con condiciones de anoxia; se generarán depósitos de turba típicos de llanuras deltaicas, áreas traseras de los lagos y en las bahías entre los canales distribuitarios. Las algas de agua dulce contribuyen al aporte de materia orgánica en los lagos (actualmente, Bottrycoccus y Tasmanites). Composición química de la materia orgánica Carbohidratos Forman una parte importante del contenido orgánico de las plantas, y su contribución total a la M.O. en los sedimentos, es muy alta. Los carbohidratos comprenden desde compuestos sencillos como los azúcares, a complejos macromoleculares, como la celulosa. Los carbohidratos son solubles; los hidratos de carbono comienzan su transformación ya en el medio acuoso, sirviendo

de alimento a otros organismos. En un sistema aerobio, pueden mineralizarse por completo, mientras que en condiciones anaerobias fermentan, desprendiendo H2O, CO2, H + y CH3. Proteínas Son polímeros altamente ordenados, formados por unión de aminoácidos. En forma de enzimas, catalizan las reacciones bioquímicas; Son también interesantes en los procesos biológicos de mineralización (formación de caparazones). En medio acuoso, se descomponen en aminoácidos. Son fácilmente asimiladas por las bacterias. En condiciones aerobias, se da una mineralización total, formándose agua, dióxido de carbono, amoníaco, ácido sulfhídrico, hidrógeno y metano; En condiciones anaerobias, es importante la unión de aminoácidos con hidratos de carbono, para más tarde transformarse en ácidos húmicos. El proceso de desaminación (pérdida del grupo amino) delos aminoácidos, puede dar lugar a la formación de ácidos grasos de bajo peso molecular, y la descarboxilación de estos últimos, puede generar la formación de hidrocarburos.

Lípidos Gran variedad de compuestos, que incluyen las grasas animales, aceites vegetales y ceras. Los lípidos son los compuestos más próximos en composición química al petróleo; en la transformación de lípidos a petróleo, están implicadas pocas reacciones, produciendo una mayor cantidad de hidrocarburos que cualquier otra sustancia. Predicción de rocas madre Anoxia

Las condiciones de anoxia son un factor determinante en la preservación de la materia orgánica en los sedimentos; aunque la M.O. también se puede preservar en condiciones oxigenadas, si la tasa de sedimentación es muy alta. 0.5 ml/l es el límite ente medios oxigenados y condiciones de anoxia (por debajo de 1 mililitro de oxígeno por litro de agua, se produce una seria disminución de la biomasa, persistiendo determinados organismos hasta 0.3 ml/l). En general, el fondo de una cuenca puede presentar condiciones de anoxia debido a: a) La productividad orgánica en la columna de agua situada por encima, es tan alta que el sistema se sobresatura de materias orgánica y el oxígeno existente se consume al producirse la degradación bacteriana de la materia orgánica. b) Estancamiento en la condiciones del agua del fondo, causado por la restricción en el aporte de oxígeno controlado por la circulación de aguas oxigenadas. Factores que afectan la sedimentación de rocas • Degradación bacteriana: La degradación de la materia orgánica por bacterias se da en la columna de agua o en el agua de los poros del sedimento, tanto en condiciones aerobias como anaerobias. La M.O. se oxida por la acción de las bacterias aerobias que utilizan el oxígeno del medio hasta agotarla materia orgánica a oxidar o hasta agotar el oxígeno. La actividad bacteriana continuará hasta que se establezcan condiciones que impiden su existencia; tales condiciones, son los ambientes tóxicos, el agotamiento de portadores de oxígeno, presión y temperatura en el progresivo enterramiento; así, la degradación raramente alcanza la totalidad de la M.O. Las bacterias anaerobias obtienen el oxígeno de los nitratos y de los sulfatos, preservando en gran medida, los lípidos, y por tanto la

materia de la que deriva el petróleo. Bajo condiciones de anoxia, la población de bacterias puede contribuir ella misma a la materia orgánica preservada. • Excavación y re movilización por fauna bentónica: La actividad de los organismos bentónicos (gusanos, bivalvos, holotúridos,..) es importante, ya que se alimentan de la M.O. depositada en la interface agua-sedimento y/o en el sedimento, y además, los organismos excavadores remueven el sedimento, permitiendo la penetración del oxígeno y los sulfatos. La bioturbación no existe por debajo de una concentración de 0.3 ml/l (los sedimentos permanecen con sus estructuras sedimentarias inalteradas, y con su contenido original en M.O.). Tipos de petróleo Son miles los compuestos químicos que constituyen el petróleo, y, entre muchas otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiendo de la temperatura de ebullición).Al calentarse el petróleo, se evaporan preferentemente los compuestos ligeros (de estructura química sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los componentes más pesados van incorporándose al vapor. Las curvas de destilación TBP (del inglés "true boiling point", temperatura de ebullición real) distinguen a los diferentes tipos de petróleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de los productos por separación directa. EXPLORACIÓN PETROLERA Exploración es el término utilizado en la industria petrolera para designar la búsqueda de petróleo o gas. Desde sus inicios hasta la actualidad se han ido desarrollando nuevas y complejas tecnologías. Sin embargo este avance, que ha permitido reducir algunos factores de riesgo, no ha

logrado hallar un método que permita de manera indirecta definir la presencia de hidrocarburos. Es por ello que para comprobar la existencia de hidrocarburos se debe recurrir a la perforación de pozos exploratorios. Métodos de exploración Los métodos empleados son muy variados: desde el estudio geológico de las formaciones rocosas que están aflorando en superficie hasta la observación indirecta, a través de diversos instrumentos y técnicas de exploración. Una de la herramienta más utilizada en esta etapa son los mapas. Hay mapas de afloramientos (que muestran las rocas que hay en la superficie), mapas topográficos y los mapas del subsuelo. Estos últimos quizás sean los más importantes porque muestran la geometría y posición de una capa de roca en el subsuelo, y se generan con la ayuda de una técnica básica en la exploración de hidrocarburos: la sísmica de reflexión. La sísmica de reflexión consiste en provocar mediante una fuente de energía (con explosivos enterrados en el suelo–normalmente entre 3 y 9 m. de profundidad- o con camiones vibradores –éstos implican una importante reducción en el impacto ambiental-) un frente de ondas elásticas que viajan por el subsuelo y se reflejan en las interfaces por los distintos estratos. En la superficie se cubre un área determinada con dichos aparatos de alta sensibilidad llama dos también "geófonos", los cuales van unidos entre sí por cables y conectados a una estación receptora. Las ondas producidas por la explosión atraviesan las capas subterráneas y regresan a la superficie. Los geófonos las captan y las envían a la estación receptora (sismógrafo), donde mediante equipos especiales de cómputo, se va dibujando en interior de la tierra. Sísmica 2D, 3D Y 4D

Se puede medir el tiempo transcurrido entre el momento de la explosión y la llegada de las ondas reflejadas, pudiéndose determinar así la posición de los estratos y su profundidad, describiendo la ubicación de los anticlinales favorables para la acumulación del petróleo. El producto final es una representación del subsuelo, ya sea en dos dimensiones (2D) o en tres dimensiones (3D). La ventaja de la sísmica en 3D radica en la enorme cantidad de información que proporciona con respecto a la 2D, con lo que se reduce sensiblemente la incertidumbre acerca de la posición y geometría de las capas subterráneas. Como se explicará más adelante, su desventaja radica en los altos costos. Prospección Sísmica 2D Es el método por el cual se adquieren perfiles de reflexión a lo largo de líneas rectas o combinación de diferentes líneas en diferentes direcciones. El resultado obtenido por esta operación es una sección distancia-tiempo ubicada debajo de las líneas de los receptores.

Prospección Sísmica 3D Mediante este levantamiento se adquiere reflexiones sísmicas en varias direcciones horizontales simultáneamente, esto permite obtener un volumen de datos tridimensionales directamente interpretables en términos estructurales sin requerir inferencias.

Sísmica 3D. Fuente: http://www.rageologia.org/map11_medium.jpg

Prospección Sísmica 4D Consiste en la ejecución de registros de sísmica de reflexión 3D en diferentes períodos de tiempo, en la identificación de las diferencias de los atributos sísmicos entre cada dos registros y en la construcción de un modelo que permita explicar las diferencias identificadas, que permita predecir las diferencias que los atributos sísmicos vana a presentar en el futuro. Play El play es un modelo inicial que combina un cierto número de factores geológicos con el resultado de la existencia de acumulaciones de hidrocarburos en un determinado nivel estratigráfico de la cuenca. Los aspectos implicados en el play, son los siguientes: - Sistema de carga: Roca madre (generación; expulsión de fluidos) y Migración secundaria (capas de transporte; trayectorias de migración). - Formaciones almacén (almacenan petróleo y permiten su extracción comercial). Se evalúan la porosidad, la permeabilidad y la geometría del almacén.

- Sello (caprock). - Trampas donde se concentre el petróleo, permitiendo su extracción comercial. - Relación temporal entre los distintos factores. De esta forma, se define play como un conjunto de prospecciones no perforadas y de yacimientos conocidos de petróleo, que en principio, se creen comparten un almacén común, un sello regional y un sistema de carga de petróleo. El área geográfica donde se aplica el modelo, se llama playfairway. Un play se considera probado (proven play), si se conocen acumulaciones de petróleo en el área, como resultado de la combinación de los factores que define el play; se habla de play working para referirse a áreas sujetas a investigación. En los plays no probados (unproven play) existe la duda de que la combinación de esos factores dé como resultado la acumulación de petróleo. Selección del sitio para hacer los sondeos en terrenos petrolíferos Diversos factores influyen en la riqueza de un terreno petrolífero: 1.- La existencia de una roca porosa y su extensión. 2.- Que esta sea porosa tenga un techo (una cubierta) impermeable. 3.- La estructura tectónica, en los que las fracturas, así como los pliegues, pueden tener su importancia. El plegado de las capas oleíferas forma parte, sin duda alguna, de las influencias tectónicas sobre la riqueza del yacimiento. En efecto, se ha observado en numerosas que el petrolero se encuentra reunido en los anticlinales (domos) mientras que los sinclinales (hondonadas) están llenos de agua.

Esto es natural, puesto que en todos los vasos comunicantes los líquidos se depositan por orden de densidades. TRAMPAS Una trampa petrolífera o trampa de petróleo es una estructura geológica que hace posible la acumulación y concentración del agua, gas natural e hidrocarburos manteniéndolos atrapados y sin posibilidad de escapar de los poros de una roca permeable subterránea. El petróleo así acumulado constituye un yacimiento petrolífero secundario y la roca cuyos poros lo contienen se denomina roca almacén. Las formaciones de trampas es uno de los procesos con el que cuenta un sistema petrolero el cual cumple una función de crear un recinto que permitirá que el hidrocarburo se acumule, sin embargo cuando el gradiente geotérmico se encuentre a altas presiones y temperaturas hará que el hidrocarburo se expulse definiendo así le generación. La migración es el desplazamiento de hidrocarburo desde la roca madre hasta la trampa. La acumulación se formara cuando los filamentos de hidrocarburos migrados se encuentren en una roca sello. Es importante mencionar que todos estos procesos en conjunto con los tienen que estar correctamente ubicado en el tiempo y en el espacio, es decir, debe ocurrir un proceso sedimentario capaz de convertir la materia orgánica que se encuentra en la roca madre en acumulación de petróleo. El petróleo se compone de un conjunto de numerosas sustancias líquidas distintas, los hidrocarburos, que son menos densos que el agua, por lo que tienden a flotar en ella. Esto produce un movimiento de migración del petróleo desde el momento que se forma, a partir de restos de plancton, hacia la superficie del suelo, viajando a través de los poros de rocas permeables. Una vez que aflora a la superficie, formando la llamada fuente o manantial de petróleo, va

desapareciendo con los años, pues los volátiles escapan a la atmósfera y el resto de hidrocarburos van siendo degradados por microorganismos que se alimentan de ellos, pasando de ahí al resto de la cadena trófica de los ecosistemas. Los detalles estructurales y génesis de los yacimientos petrolíferos ha sido una de las ramas de la geología más estudiada y de la que se tienen más datos, debido a la enorme importancia que ha tenido para la humanidad la búsqueda y extracción de este recurso natural no renovable. Partes de una trampa

Cresta: punto estructural más alto. Punto inferior de cierre o punto derrame. Contacto Agua-Petróleo (CAP) Condiciones Indispensables para la existencia de una Trampa Petrolífera Roca almacén o reservorio: Roca porosa y permeable en la cual se acumulan los hidrocarburos, siendo las más comunes areniscas y calizas de arrecifes. Roca sello: Estas rocas presentan una baja permeabilidad impidiendo que se escape el petróleo y los

gases, generalmente

son

rocas

ricas

en

arcillas,

también pueden ser sello: rocas volcánicas, calizas poco permeables, entre otras. Cierre: Es la distancia vertical entre el punto más alto de la trampa y un cierto nivel, por debajo del cual migra el petróleo. En general existen dos tipos de cierres: estructurales y prácticos. Trampas estratigráficas

Son aquellas en las que los procesos orogénicos están ausentes o tienen muy poca importancia, aquí el yacimiento se forma por cambios litológicos en las formaciones-almacén, independientemente de las posibles estructuras producidas por procesos orogénicos. Se considera dentro de esta categoría las trampas que no aparecen relacionadas con estructuras claramente definidas, tales como las que se encuentran en flancos de pliegues, en zonas despegamiento monoclinal o subhorizontal, arrecifes, trampas secundarias, etc. Trampas en discordancia Un tipo de trampas relativamente común se encuentra asociado a discordancias (es una superficie de erosión que cubre estratos inclinados. La roca reservorio se encuentra localizada debajo de ella y la roca sello encima), cuando los niveles almacén, plegados y erosionados, quedan sellados por formaciones impermeables discordantes. La trampa aparece precisamente bajo la superficie dedis cordancia. En

este caso, las

cualidades del

nivel-almacén

pueden quedar mejoradas como

consecuencia del efecto de la etapa de erosión intermedia. Trampas asociadas a erupciones volcánicas En algunos casos especiales, en ciertas erupciones volcánicas, al atravesar una serie de estratos han dado origen a trampas estratigráficas. Estas trampas pueden ser de dos tipos: al atravesar la intrusión volcánica capas porosas pueden sellarlas, constituyendo una barrera de permeabilidad. El otro tipo se produce por que los bordes de la intrusión pueden aparecer alterados, presentando una porosidad secundaria,

donde

se pueden

formar pequeños yacimientos.

(Este

tipo

de yacimiento petrolífero fue el que dio pie a suponer que el petróleo podría haberse formado por vía inorgánica, mediante agentes catalíticos que hubiesen liberado carbono e hidrogeno de la roca eruptiva. De hecho, en esta interpretación el error estaba en suponer que la roca eruptiva había

provocado la formación del petróleo, siendo así que su papel había sido completamente pasivo, limitándose a sellar las capas sedimentarias en las que luego, mucho después, se había acumulado el petróleo en esta trampa natural. Trampas estructurales Los yacimientos estructurales pueden ser de diferentes tipos como fracturas en rocas calizas o rocas ígneas, discordancias, fallas, fallamientos en areniscas, sinclinales anticlinales, domos salinos,

etc.

Cuando

la causa

es tectónica.

Puede

ser una

falla que ponga en

contacto una roca impermeable

con otra porosa,

produciendo un escalón en donde se acumula el petróleo, o más frecuentemente por un pliegue anticlinal,

que

forma un recipiente

invertido

el que queda atrapado el petróleo en su lenta huida hacia la superficie.

Anticlinal

Discordancia

Falla

Domo salino

en

Trampa anticlinal Forma de arco y fueron los primeros tipos de trampas reconocidos. Se forma en áreas de comprensión, pueden tener múltiples zonas de producción y formar campos gigantes. Se subdividen en: Anticlinal cerrado: (Es aquel donde el petróleo y el gas quedan atrapados debajo del cierre superior en la parte alta de

tales

pliegues,

pues

alcanza

ese

punto

emigrando

uno de los dos flancos debido a suflotabilidad inherente. Si continuaran

hacia hacia

arriba

por

abajo por el

otro lado, se moverían en la dirección de mayor presión, lo cual no es posible) y Anticlinal buzante: (Está superpuesto en el flanco e un monoclinal mucho mayor, con su eje normal al rumbo regional), los cuales son de la máxima importancia en las trampas por fallas y en las acumulaciones en trampas de combinación.

Trampas por fallas Las fuerzas que crean los pliegues, rompe también las rocas; las fallas normales son el resultado de movimientos verticales y tensión horizontal, mientras que las fallas inversas son el producto de fuerzas laterales e compresión. Las fallas tienen diversas funciones en la acumulación del petróleo; por ejemplo, una fosa tectónica puede producir una sección sedimentaria lo suficientemente potente para la acumulación del petróleo en un área donde la sección normal es demasiado delgada; las fallas por empuje, pueden producir anticlinales en el manto de corrimiento o pueden sellarlas posibles trampas del bloque inferior. En algunas áreas, los planos de las fallas funcionan como canales para la emigración vertical o transversal del petróleo y agua. Normalmente son esenciales

las siguientes condiciones para la formación de una trampa en una falla, suponiendo la presencia de cierres paralelos por encima y debajo de la roca almacén:

1) La capa almacén cortada por la falla debe estar cerrada por sal banda o el desplazamiento de la falla debe enfrentarla a través del plano de la falla con una roca impermeable. 2) La zona de la falla debe ser impermeable en las cercanías de la roca almacén. 3) La falla debe o bien cortar un anticlinal buzante para que el agua marginal encierre en un semicírculo la acumulación de hidrocarburos desde un punto de la falla a otro punto de la misma falla, o la trampa debe estar cerrada lateralmente por fallas perpendiculares o por desaparición de la permeabilidad.

Yacimientos por tipos de falla

Las fallas son fracturas de las capas de rocas, a lo largo delas cuales ha habido un desplazamiento de los bloques fracturados.

La línea o traza de la falla es la intersección del plano de falla con la superficie del terreno. El estudio y determinación de la posición de las fallas es muy importante en la geología del subsuelo o del petróleo, porque ellas pueden servir de trampas a la acumulación de hidrocarburos.

Trampas combinadas

En este tipo de trampas el yacimiento se ha originado por la acción conjunta de fenómenos tectónicos y sedimentarios. Aunque en ese tipo de yacimientos se pueden incluir muchas trampas de las que hemos considerado como estratigráficas, cuando los cambios litológicos han sido producidos por fenómenos

tectónicos,

las

trampas

que

mejor se

adaptan a

este

tipo son las asociadas a los domos y diapiros de sal. Domos de sal suprayaciendo (Domos y fallas El levantamiento de un domo salino, puede llegar a levantarla cubierta sedimentaria que lo suprayace formando trampas; la cubierta sedimentaria puede ser cortada por fallas normales y formarse así trampas por fallas. Domos de sal roca techo (Caprock) La sal es inicialmente halita la cual se disuelve a medida que el domo se va levantando dejando residuos insolubles, formándose así una roca de techo de varios cientos de pies de espesor, las fracturas y cavidades por disolución hacen a la roca de techo una buena roca reservorio. Domos de sal trampas en flanco A lo largo de los flancos de los domos salinos, se forman trampas en las rocas reservorios cortadas por la inyección del domo, estas trampas tienden a presentar zonas de pay gruesas.

Domo salino. Fuente: http://image.slidesharecdn.com/riesgos-100325134211-phpapp02/95/los-riesgos-50728.jpg?cb=1269529615

INVESTIGACIÓN GEOFÍSICA Geología de campo La geología y geomorfología del Ecuador La estructura interna y superficial que presenta el territorio ecuatoriano está directamente influenciada por el hecho único de que forma parte de las tres megaestructuras geológicas más importantes de nuestro planeta: Sistema Global de Dorsales, del Cinturón Circumpacífico y de una estructura transcontinental paralela a la línea Ecuador y al eje amazónico. 1. Sistema global de dorsales Por medio de la dorsal Galápagos, el Ecuador se une al Sistema Global de Dorsales, estructuras que atraviesan todos los mares y océanos de la Tierra. Su extensión es superior a 40.000 km.

En las dorsales se origina la corteza oceánica, además, a partir de ellas se inicia la deriva o movimiento de las placas, lo que origina la apertura y crecimiento de los mares y océanos y el movimiento de los continentes. 2. Cinturón de Fuego del Pacífico El Ecuador forma parte del enorme Cinturón Circumpacífico - el cinturón montañoso más extenso de la Tierra - estructura que se formó debido a la interacción o choque de las placas oceánicas contra las placas continentales, a través del tiempo geológico, en diferentes ciclos orogénicos. 

El Ecuador forma parte del Cinturón de Fuego del Pacífico.



Sector centro norte vulcanismo Cuaternario. 



Zona de subducción de alto grado

Sector Centro Sur, vulcanismo Terciario. 

Zona de subducción de bajo grado

3. Estructuras Transversales La influencia de la estructura transcontinental paralela a la línea Ecuador y al eje amazónico es la que más ha contribuido a modelar la configuración arquitectónica y la diversidad geológica del país. Arcos volcánicos En el territorio nacional, el 95% de los yacimientos y prospectos e indicios de minería metálica, se encuentran relacionados a los arcos volcánicos:

1. Arco volcánico Saraguro: Zaruma-Portovelo, Molleturo: Epitermales de baja sulfuración: Au, Zn, Cu, Ag; pórfidos de Cu: Gaby, Chaucha.

2. Arco volcánico Macuchi: Sistemas VMS (sulfuros masivos volcanogénicos), pórfidos de cobre molibdeno. 3. Arco volcánico Célica: para sistemas vetiformes, porfídicos: los linderos, Río Playas y El Huato. 4. Arco volcánico Misahualli: Nambija, Chinapinza, sistemas vetiformes para oro, pórfidos de cobre-molildeno; Ecsa, Fruta del Norte.

Fig 1. Geología del Ecuador. Fuente: http://es.slideshare.net/Bernardyzulay/geografia-2-42354162

Observaciones estratigráficas

A continuación se hace una descripción de las formaciones aflorantes en el área de estudio.

i. Precámbrico-Peleozoico: a) Precámbrico: Rocas metamórficas (PCm). Afloran únicamente en el extremo norte de la cordillera, conformadas por esquistos verdes, anfibolitas, cuarcitas, gneises y migmatitas. Estas rocas han sufrido fuerte tectonismo. b) Paleozoico: Rocas metamórficas (Pzm). Constituidas por esquistos, cuarcitas, pizarras, migmatitas y filitas; se ubican en la parte central y sur de la vertiente cordillerana. Presentan indicios de metamorfismo retrógrado y han sufrido más de un período de deformación.

ii. Mesozoico:

a) Triásico-Jurásico: Rocas sedimentarias y volcánicas (JRsv). Esta unidad aflora en el extremo norte de la cuenca, hacia la parte baja de la vertiente cordillerana; está constituida por conglomerados, areniscas, limolitas, calizas y piroclastos. b) Jurásico: Rocas sedimentarias y volcánicas (Jsv). Es una alternancia de rocas volcánicas y sedimentarias, correspondiente a las formaciones Chapiza y Motema. Aflora principalmente en los taludes de los cauces que atraviesan la zona subandina. Se encuentra conformada de conglomerados, tobas, brechas, basaltos, lutitas y areniscas. c) Cretáceo: Rocas sedimentarias (Ks). Afloran principalmente sobre la parte este de la zona subandina; correspondiendo a las formaciones Hollín y Napo. Están constituidas de lutitas, limolitas, areniscas y calizas. d) Cretáceo-Terciario: Rocas sedimentarias del Cretáceo superior (KTs). Esta unidad marca el comienzo de una transición de depositación netamente marina a una de agua salobre y

dulce. Corresponde a las formaciones Tena y Rumiyacu. Está formada por arcillas, cherts e intercalaciones de areniscas y conglomerados en la parte superior. Se presenta principalmente en los límites de la zona subandina.

iii. Terciario:

a) Paleoceno-Oligoceno: Formaciones sedimentarias (Ts2).

- Rocas del paleoceno al oligoceno; se localizan en la parte baja de la vertiente de la cordillera, conformando mesas y terrazas. En la parte noreste de la cuenca se ha catalogado esta unidad conformando una amplia planicie. Predominan conglomerados, areniscas y arcillolitas.

b) Oligoceno-Plioceno: - Rocas volcánico-sedimentarias (Tsv). Rocas del oligoceno al plioceno; afloran en el extremo norte de la cuenca al noreste de la laguna de La Cocha. Están constituidas por basaltos, andesitas, conglomerados y tobas.

- Rocas sedimentarias (Ts4). Rocas del oligoceno al plioceno, conforman gran parte de la llanura amazónica. Están constituidas principalmente por conglomerados, areniscas y arcillolitas.

c) Mioceno-Plioceno: - Rocas volcánicas (Tv). Afloran en las partes altas de la cordillera, formando una faja que sobreyace discordantemente sobre formaciones paleozoicas. Se encuentran constituidas de piroclastos andesíticos con intercalaciones de lava.

iv. Cuaternario:

- Rocas sedimentarias del Cuaternario y Terciario superior (TQs). Esta unidad se presenta principalmente en la parte oeste de la llanura amazónica, en el límite con la zona sub-andina. Se encuentra constituida por tobas, arenas, conglomerados y flujos de lodo.

- Rocas volcánicas del Cuaternario y Terciario Superior (TQv). Se ubican en las partes altas y vertiente de la cordillera. Se encuentran constituidas por flujos de lava, basaltos, piroclastos, lahares y depósitos glaciáricos.

- Sedimentos cuaternarios recientes (Qs). Depósitos aluviales y de terrazas holocénicos constituidos de arenas, limos y arcillas. Se presentan principalmente en las riveras de los grandes ríos de la llanura oriental.

v. Rocas plutónicas:

- Rocas intrusivas del Triásico-Jurásico (JRgd). Esta unidad comprende dos grandes batolitos constituidos principalmente por granitos y granodioritas: el primero ubicado en la parte centralnorte de la vertiente cordillerana, conocido como batolito de Cuchilla o La Bonita. El segundo, ubicado en la parte sur, se le conoce con el nombre de Batolito de Abitagua o Guacamayos.

- Rocas intrusivas del Cretácico (Kcd). Esta unidad comprende batolitos y plutones constituidos principalmente de cuarzodioritas, granodioritas y cuarzomonzonitas; se localizan hacia la parte norte de la vertiente cordillerana.

- Rocas intrusivas del Terciario (Tgd). Aflora en la parte central de la vertiente, intruyendo a formaciones paleozoicas a terciarias. Está compuesto de rocas intrusivas ácidas, principalmente granito y granodiorita.

Observaciones estructurales

El área de estudio presenta dos zonas claramente diferenciadas: la vertiente cordillerana y zona subandina y la llanura amazónica.

i. Vertiente Cordillerana y Zona Subandina: Se localiza en la parte occidental de la cuenca, constituyendo una gran faja con basamento de rocas metamórficas de edad paleozoica. Es el área más tectonizada de la cuenca. Estas rocas al ser afectadas por la orogenia se plegaron y luego de una intensa etapa erosiva se constituyeron en una peniplanicie que posteriormente sufrió transgresiones marinas y nuevos procesos erosivos y de depositación.

En esta zona se observa una disposición norte-sur en franjas de los complejos metamórficos, intrusivos y sedimentarios, ligados a los esfuerzos tangenciales este-oeste. Además existen fallas regionales de importancia con dirección preferencial NNE, como las que producen el contacto entre rocas metamórficas de la cordillera con rocas sedimentarias terciarias del subandino y con el intrusivo de La Bonita. En el extremo norte de la cuenca el fallamiento toma una dirección preferencial nor-este.

Se presentan además un gran número de fallas menores con rumbos variables que afectan principalmente a las rocas metamórficas paleozoicas y a rocas sedimentarias cretáceas.

ii. Llanura Amazónica: Está localizada en el declive occidental del Escudo Guayanés, corresponde a la parte central y oriental del área de estudio. Está separada de la zona subandina por un sistema de pliegues volcánicos y fallas longitudinales discontinuas.

La parte occidental de la llanura amazónica se caracteriza por una mayor dislocación y buzamientos más inclinados que en el ala oriental, donde los buzamientos son sub-horizontales.

Sobre el basamento cristalino descansan capas poco potentes, conformando branquianticlinales, controlados por fallas con buzamientos suaves, constituidos por depósitos rojos de tipo lacustre, por areniscas, lutitas y depósitos carbonáticos terrígeos de mares poco profundos.

A los plegamientos del Cretáceo superior y del Terciario inferior sucedió un plegamiento de gran importancia en el Terciario superior que involucra a todas las formaciones terciarias. Este plegamiento contribuyó al levantamiento de los Andes, originando además la zona de fallas mayores que bordean la cordillera hacia la llanura amazónica.

Se puede identificar numerosos anticlinales de interés hidrocarburífero tales como: Lago Agrio, Charapa, Shiripuno y Napo Galeras entre los más importantes, los cuales mantienen un rumbo preferencial norte-sur, y con menor frecuencia noreste-suroeste. Las direcciones de fallamiento mantienen esa misma tendencia.

Técnicas geoquímicas

La Geoquímica es la rama de la ciencia geológica que estudia la química del planeta. La Geoquímica aplica los principios químicos a los procesos que gobiernan la abundancia y distribución de los elementos en las diversas partes de la Tierra y en los cuerpos celestes (cosmoquímica).

La geoquímica busca entender las leyes que gobiernan la distribución de los elementos químicos en los diversos materiales que componen el interior y la superficie de la Tierra: magmas, rocas,

minerales,

agua,

etc.

Geoquímica en exploración

Los trabajos de Demaison & Moore (1980) entre otros, suponen el primer gran paso en el conocimiento de los ambientes sedimentarios de la materia orgánica y de los factores físicos y químicos que favorecen su acumulación y preservación. El estudio por numerosos investigadores de la evolución de la materia orgánica y de sus etapas diagenéticas (diagénesis, catagénesis, metagénesis) propician la definición de las llamadas ventanas de generación del petróleo y del gas, y la interacción de Tiempo-Temperatura como motor de transformación de la materia orgánica sedimentaria en petróleo y/o gas (P.e., Behar & Vandenbroucke, 1987 Tissot et al., 1987).

Como propuso Demaison (1984), el éxito de la exploración depende de tres factores independientes: la existencia de una trampa (estructura, almacén, sello), la acumulación de una determinada cantidad de petróleo (roca fuente, maduración, migración, timing), y la preservación del petróleo almacenado (historia térmica, invasión por aguas meteóricas, etc). De modo que numerosos factores de carácter químico y geológico quedan implicados desde la sedimentación de la materia orgánica hasta la producción de petróleo de un reservorio.

Desde del establecimiento de la relación entre reflectancia de la vitrinita y la ocurrencia de petróleo (Teichmüller, 1958), la reflectancia de la vitrinita se convierte en parámetro de madurez más ampliamente usado en la definición empírica de las ventanas de generación de petróleo y gas. Esta

relación empírica entre reflectancia de vitrinita y formación de petróleo fue acertadamente usada por Lopatin (1971) para calcular la maduración térmica de la materia orgánica en los sedimentos teniendo en cuanta a la vez los factores tiempo y temperatura. De este modo se sentaban las bases de Io que sería la modelización de la generación de petróleo y de la evolución térmica de las cuencas sedimentarias. Con la publicación del trabajo de Waples (1980) y el posterior desarrollo de programas informáticos comerciales (P.e. BasinMod, Genex, Petromod, entre otros) la modelización térmica se ha convertido en un paso obligado en exploración.

Al mismo tiempo, otros aspectos directamente relacionados con el petróleo iban tomando cuerpo. Los primeros estudios del fendmeno de biodegradación de crudos en los reservorios (Jobson et al., 1972; Connan, 1984), la alteración térmica, el lavado por aguas, los fenómenos de desasfaltados por un lado, y las correlaciones entre petró1eos y rocas madre por otro, configuraban otra cara de la geoquímica orgánica aplicada a la exploración de hidrocarburos. En los últimos 10 años la geoquímica del petróleo se ha orientado hacia el campo de la producción. El buen conocimiento de las grandes cuencas sedimentarias mundiales y de sus expectativas es probablemente la causa de una menor necesidad de estudios de exploración. En estos momentos, sin embargo, teniendo en cuenta el precio del barril y el incremento de la demanda de crudo, es muy probable que la exploración viva un segundo impulso. Las áreas antiguamente desestimadas, bien por la talla de los yacimientos, bien por el coste de producción, podrían de nuevo reimpulsar el interés de la geoquímica orgánica en la exploración.

Microorganismos y exploración de petróleo Los métodos de exploración de petróleo mediante técnicas microbiológicas forman parte de los métodos de prospección geoquímica de superficie. La exploración geoquímica de superficie

investiga la presencia de hidrocarburos químicamente identificables que se encuentren en la superficie o cerca de ella, o los cambios que se inducen por la presencia de esos hidrocarburos en el suelo. Las evidencias que se obtienen de estos estudios permiten localizar en el subsuelo acumulaciones de hidrocarburos.La expresión geoquímica de superficie de las microfugas de hidrocarburos toma formas diferentes: 

Concentración anómala de hidrocarburos en sedimentos, suelos, aguas y también en la atmósfera.



Anomalías microbiológicas.



Formación de lutitas parafínicas.



Presencia de gases anómalos no relacionados con hidrocarburos, tales como el helio y el radón.



Alteraciones de minerales de arcilla.



Anomalías de radiación.



Anomalías geotermales e hidrológicas.



Decoloración de las capas rojas.



Anomalías geobotánicas.



Alteraciones acústicas, eléctricas y magnéticas del suelo y los sedimentos.

Los métodos de prospección microbiológica en la exploración de yacimientos de petróleo se utilizan desde hace cinco décadas. La base científica de estos métodos de exploración y prospección de petróleo consiste en la migración de hidrocarburos ligeros gaseosos, como: metano (C1), etano (C2), propano (C3) y butano (C4), desde el reservorio hasta la superficie del yacimiento y en la asimilación de estos compuestos hidrocarbonados por grupos específicos de

microorganismos que habitan el subsuelo de estos ecosistemas. Existen bacterias que oxidan metano, etano, propano y butano, y que además, usan exclusivamente estos gases como única fuente de carbono y energía para su crecimiento. La densidad de estas bacterias varía de áreas con presencia de hidrocarburos respecto a otras donde no se localizan reservorios de petróleo. El aislamiento y enumeración de bacterias que oxidan esos hidrocarburos se usan como método indirecto en la prospección de petróleo. Algunos estudios informan una relación directa y positiva entre la densidad de estos grupos microbianos y la concentración de hidrocarburos en el suelo. La aplicación de estos métodos en la exploración de petróleo se discute fuertemente en la actualidad. Las técnicas microbiológicas modernas permiten la detección de forma indirecta de la presencia de hidrocarburos livianos (hidrocarburos con hasta cuatro átomos de carbono) en suelos y el mapeo de su extensión con precisión. Las condiciones petrofísicas de las rocas reservorio presentan connotaciones geológicas interesantes, ya que un reservorio pobre, con baja permeabilidad, no favorece el escape de hidrocarburos, mientras que uno de muy buena permeabilidad permitirá una migración activa desde el reservorio hasta la superficie. Una anomalía microbiológica en superficie se asocia a fases porosas y permeables del reservorio y con la presencia de hidrocarburos, además permite la localización de trampas estratigráficas. Las bacterias que oxidan metano se encuentran con predominio en el subsuelo de cualquier reservorio, ya que el metano constituye el gas en mayor proporción y el hidrocarburo más liviano, por tal razón, se favorece su difusión del reservorio a la superficie.16 Los grupos bacterianos que con mayor frecuencia se informan con la potencialidad de oxidar hidrocarburos ligeros son: Brevibacterium,Corynebacterium, Flavobacterium, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas y Rhodococcus.

Los citados grupos microbianos se consideran bacterias indicadoras y su existencia en cantidades anómalas se relaciona con la presencia de hidrocarburos en el subsuelo. Se informa que el éxito de estas metodologías es igual o superior al 90 %. El método se integra con los datos experimentales que aportan otros métodos geológicos, geofísicos y geoquímicos que evalúan la presencia de hidrocarburos en un área determinada y contribuye a disminuir el riesgo exploratorio y a potenciar el éxito de la actividad de exploración de petróleo. Entre las técnicas de valor exploratorio que se contemplan para la integración de los resultados resaltan el complejo redox y de gases libres y absorbidos, de manera que cuando detecta un máximo de actividad microbiana, se cuantifica un mínimo de gases, de acuerdo con el consumo estos por los microorganismos.14 Las técnicas de prospección geomicrobiológicas de máximo interés para muchos países y numerosos grupos de investigación apelan a su estandarización. Varios países como Libia, Irán, Estados Unidos, Brasil y en especial, la India, informan resultados relevantes en el tema. En Cuba, no existen experiencias en estos estudios y la aplicación de estas técnicas ayudaría la localización de nuevos reservorios en tierra y disminución del riesgo exploratorio en las acciones prospección de los yacimientos nacionales. La exploración geomicrobiológica de petróleo ofrece algunas fortalezas: valor exploratorio según experiencias internacionales, complementa criterios geológicos con criterios geomicrobianos en los procesos de exploración de petróleo, asumiendo posiciones multidisciplinarias en las experiencias exploratorias informa sobre la presencia de hidrocarburos en el perfil vertical de la zona de muestreo. De igual modo, presenta algunas desventajas tales como: no ofrece información cuantitativa respecto a la presencia de hidrocarburos sobre la composición hidrocarbonada del reservorio.

Método magnético La ciencia del magnetismo inició en el año 1600. En este año el inglés William Gilbert nacido en 1544 (fallecido en 1603) publicó el libro 'De Magnete', que es una compilación de todos los conocimientos ya existentes en el siglo 16 acerca del magnetismo. En esta publicación Gilbert estableció el concepto de un campo geomagnético general con una orientación definida en cada lugar de la superficie terrestre. A fines del siglo 16 la observación de anomalías locales en la orientación del campo geomagnético fue conocida y empleada en la prospección de minerales férricos. En 1870 Thalen y Tiberg construyeron un magnetómetro para determinaciones relativas, rápidas y exactas de las intensidades horizontal y vertical de la declinación por medio de los métodos del seno y de la tangente. El método magnético se empleó en gran escala en el estudio de estructuras geológicas, cuando en 1914 y 1915 Adolf Schmidt construyó la balanza de precisión vertical, también llamada variómetro del tipo Schmidt. Desde 1902 Adolf Schmidt, nacido 1860 en Breslau y fallecido 1944 en Gotha dirigió el observatorio magnético de Potsdam como director. La balanza vertical se constituye de una aguja magnética orientada horizontalmente en la dirección Este Oeste y oscilante sobre cuchillas de ágata o bien de cuarzo. Este variómetro permite la medición del campo vertical y su variación local en dimensiones de 1 gamma y por lo tanto este instrumento es suficientemente preciso para ser empleado en las exploraciones mineras.

Aplicaciones El método magnético es el método geofísico de prospección más antiguo aplicable en la prospección petrolífera, en las exploraciones mineras y de artefactos arqueológicos. En la prospección petrolífera el método magnético entrega informaciones acerca de la profundidad de las rocas pertenecientes al basamento. A partir de estos conocimientos se puede localizar y definir la extensión de las cuencas sedimentarias ubicadas encima del basamento, que posiblemente contienen reservas de petróleo. Aún no siempre con éxito se lo aplica en el levantamiento de la topografía del basamento, que puede influir la estructura de los sedimentos superpuestos. Se lo emplea en la delineación de depósitos magnéticos intrasedimentarios como rocas subvolcánicas e intrusiones emplazadas en somera profundidad, que cortan la secuencia sedimentaria normal. Como las rocas sedimentarias generalmente ejercen un efecto magnético desapreciado en comparación con el efecto magnético generado por las rocas ígneas la mayoría de las variaciones de la intensidad magnética medidas a la superficie terrestre resulta de cambios litológicos o topográficos asociados con rocas ígneas o con rocas del basamento. El desarrollo reciente de magnetómetros de alta precisión posibilita ahora la definición de pequeñas repuestas magnéticas de alta frecuencia y la detección de variaciones muy pequeñas de la intensidad magnética, que podrían ser relacionadas con variaciones diminutas en el carácter magnético de rocas sedimentarias yacentes en profundidad somera con respecto a la superficie terrestre. Las variaciones magnéticas muy pequeñas en el contenido en minerales magnéticos se refieren a valores alrededor de 0,1 gamma.

En las exploraciones mineras se aplica el método magnético en la búsqueda directa de minerales magnéticos y en la búsqueda de minerales no magnéticos asociados con los minerales, que ejercen un efecto magnético mensurable en la superficie terrestre. Además el método magnético se puede emplear en la búsqueda de agua subterránea. Por medio de estudios aeromagnéticos se puede localizar zonas de fallas, de cizallamiento y de fracturas, que pueden albergar una variedad grande de minerales y dirigir a una mineralización epigenética, relacionada con estress de las rocas adyacentes. El conocimiento de sistemas de fracturas y de acuíferos en rocas solidificadas cubiertas por una capa de depósitos aluviales puede facilitar la búsqueda y explotación de agua subterránea. A través del método magnético se pueden levantar las discordancias y las superficies terrestres antiguas ahora cubiertas por rocas más jóvenes con el fin de explorar minerales detríticos y/o minerales de uranio relacionados con discordancias. Hasta el medio de la quinta década de este siglo prácticamente solo se llevaron a cabo los métodos magnéticos de exploración en la superficie terrestre. Hoy día en la prospección petrolífera se emplean casi exclusivamente magnetómetros instalados en aviones y en barcos. En los estudios de reconocimiento de depósitos minerales se emplean magnetómetros aeroportados.

Alcance del método magnético Las anomalías magnéticas detectadas a través de estudios magnéticos en terreno se explican con variaciones en las propiedades físicas de las rocas como la susceptibilidad magnética y/o la imantación remanente de las rocas. Estas propiedades físicas solo existen a temperaturas debajo

de la temperatura de Curie. En consecuencia los generadores de las anomalías magnéticas podemos hallar hasta una profundidad máxima de 30 a 40 km.

Modelo de un dipolo magnético El campo geomagnético se describe en una aproximación por un dipolo magnético ubicado en el centro de la tierra, cuyo eje está inclinado con respecto al eje de rotación de la tierra. El dipolo está dirigido hacia el Sur, de tal modo en el hemisferio Norte cerca del polo Norte geográfico se ubica un polo Sur magnético y en el hemisferio Sur cerca del polo Sur geográfico se ubica un polo Norte magnético. Por convención se denomina el polo magnético ubicado cerca del polo Norte geográfico polo Norte magnético y el polo magnético situado cerca del polo Sur geográfico polo Sur magnético.

Fig. 2. Dipolo magnético. Fuente: http://www.geovirtual2.cl/EXPLORAC/TEXT/05001magnet.html

Método gravimétrico

Fig. 3. Método gravimétrico. Fuente: http://www.academia.edu/7770096/Gravimetria_y_magnetometria

Definición

del

Método

Gravimétrico

Los métodos gravimétricos son un tipo de método geofísico, y constituyen pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de un reconocimiento Parámetros

geotécnico. a

Medir

Contraste

en

y

la

Exploración

Gravimétrica

Anomalía

Gravimétrica

APLICACIONES • • • •

Detección Detección Estudio Mapeo

de de

exceso falta de

geológico

de

de masa: placeres regional:

masa:

sulfuros

masivos,

etc.

carbón,

depósito

de

etc.

en

actividades cuencas,

grabens,

sal,

mineras. etc.

•

Definición

•

de

Monitoreo

la

morfología de

•

Subsidencia

•

Detección

del

basamento

variaciones

y

marco

en

estructural

aguas

regional.

subterráneas.

e

isostasia.

de

vacíos

La gravedad es ampliamente aplicada en la exploración petrolera, minera e ingeniería civil – geotecnia.

En

particular,

LEY La

algunas

de

las

aplicaciones

DE Aceleración

o

son:

NEWTON Atracción

Gravitacional

Es la fuerza de gravitación que actúa sobre una unidad de masa, y corresponde a la medición del campo

gravitacional

actuando

en

cualquier

Constante de Gravitación Universal (G) es igual a 6,67 x 10-11 Nm2/ Kg2.

Fig.4. métodos geofísicos. Fuente: http://www.academia.edu/7770096/Gravimetria_y_magnetometria

punto:

Fig. 5. Densidad de las rocas. Fuente: https://html1-f.scribdassets.com/21edfhfwg3yjji3/images/16-07c50ffb9c.jpg

Fig. 6. Registro de densidad varios pozos. Fuente: https://html1-f.scribdassets.com/21edfhfwg3yjji3/images/172641a4af85.jpg

Método geofísico En general, geofísica aplicada o exploración geofísica se refiere al uso de métodos físicos y matemáticos para determinar las propiedades físicas de las rocas y sus contrastes. El propósito de tal determinación es conocer el arreglo de los cuerpos de roca en el interior de la Tierra, así como las anomalías presentes en ellas. Algunos de los métodos de exploración geofísica más usados son: los métodos electromagnéticos, los métodos potenciales, y los métodos sísmicos. El conocimiento del arreglo de las rocas en el interior de la Tierra puede tener un objetivo científico o comercial. Por ejemplo, conocer las dimensiones de un reservorio de hidrocarburos a través de métodos sísmicos o caracterizar la cámara magmática de un volcán a través de métodos gravimétricos. Métodos directos Son métodos que permiten conocer las características de un sitio mediante la observación directa de las características del suelo y las rocas. Pozos a cielo abierto Excavaciones realizadas desde la superficie en sentido vertical de profundidad variable. Es posible ver la estratificación del suelo y la profundidad a la que se encuentra la roca sana. Trincheras Excavaciones de poca profundidad y alargadas. El objetivo es realizar un perfil geológico continuo del terreno. Túneles o socavones

Excavaciones lo suficientemente grandes para que un hombre pueda trabajar dentro de ellas. Son horizontales y alargadas. Se utilizan principalmente en obras subterráneas y presas. Perforaciones Proporcionan información acerca de la composición, espesor y extensión de las formaciones del área, así como de la profundidad de la roca sana.

Métodos indirectos Fotografías aéreas Tienen como base la interpretación de fotografías tomadas desde aviones o satélites. Tiene la ventaja de reconocer grandes áreas en poco tiempo. La desventaja es que se necesita complementar el estudio con otro método directo. Gravimetría Aprovecha el hecho de que los grandes estratos minerales que se encuentran en el subsuelo tienen la capacidad de aumentar la aceleración de la gravedad de una región determinada. Magnetometría Utiliza el principio que los distintos elementos que componen el suelo producen distintas perturbaciones del campo magnético de la tierra. El ejemplo más significativo es el hierro. Geosísmico Mediante detonaciones de cargas, se provocan pequeños sismos que originan ondas elásticas, longitudinales y transversales que se registran con geófonos. Esto permite determinar la velocidad

de propagación de onda. La magnitud de la velocidad nos indica qué tipo de material se encuentra en el subsuelo. Eléctrico Se aplica una corriente eléctrica al suelo por medio de electrodos; su principio se basa en que las variaciones la conductividad del subsuelo alteran el flujo de corriente en el interior de la tierra, lo que ocasiona una variación en el potencial eléctrico que determina el tamaño, la forma, localización y resistividad eléctrica de los cuerpos. Radiación Gamma Se basa en aparatos capaces de captar los rayos Gamma que son emitidos por algunos isótopos de elementos como el Potasio, Uranio y Torio.

Investigación geofísica en el Ecuador Compañias contratistas REGION AMAZONICA MINAS Y PETROLEOS DEL ECUADOR S.A. TEXACO GULF CEPE PETROECUADOR AGUARICO PASTAZA ANGLO-UNION-CALIFORNIA SHENANDOAH OIL CORPORATION CEPE GRACE OIL Y MINERALES PETROECUADOR PETROAMAZONAS EP OKC CORPORATION CAYMAN-CEPE-SUPCO CITY-RAMROD-CITY INVESTING-PETROAMAZONAS EP AMOCO DEL ECUADOR BV PETROLERA YASUNI PETROLERA CURARAY YPF EMPRESA ESTATAL BP-ORYX-KERR Mc GEE ESSO HISPANOIL PETROCANADA ARCO ORIENTE SFE-LUMBAQUI OIL- CNPC IA OXY TENECO DEL ECUADOR

Bloque campo RAE 1 RAE 1 RAE 1 RAE 1 RAE 1 PAÑACOCHA CAJA1 OCHENTA 1 62 TARAPOA 59 VINITA RAE 1 RAE 1 RAE 1 RAE 1 7 8 9 10 11 12 12-TUMALI

2012 2D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2013 2D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 462 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2014 2D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UNOCAL DEL ECUADOR ELF-BRASPETRO-YPF-ELF-VINTAGE OXY-PETROECUADOR-PETROAMAZONAS EP CONOCO-MAXUS-YPF BRASPETRO-ELF-VINTAGE MOBIL-ECUADOR TLC PETROECUADOR- IVANHOE ORYX-KERR Mc GEE-PERENCO CGC SAN JORGE-CGC CHEVRON TRIPETROL PEREZ COMPANC-PETROBRAS CONSORCIO PEGASO SOCIEDAD INTERNACIONAL PETROLERA S.A SOCIEDAD INTERNACIONAL PETROLERA S.A CONSORCIO INTERPEC CONSORCIO MARAÑON CEPE-PETROECUADOR-PETROAMAZONAS EP

13 14 15 16 17 18-PALO AZUL 20 21 23 28 31 45-PUMA 46-MDC 47-PBH 52-OCANO 54-ENO-RON RAE 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 263 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 110 0 0 0 0 0 0 81 150 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 544 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

REGION LITORAL NORTHWEST-EDC-PETROAMAZONAS ADA-NORTHWEST-EP PETROECUADOR ANGLO-CAUTIVO EPE-CEPE-ESPOL-PACIFPETROL BELCO-CANADA GRANDE-CONSORCIO SANTA ELENA CAUTIVO-EMPRESA PETROLERA ECUATORIANA PETROAMAZONAS COPE PETROLERA S.A-PETROAMAZONAS EP ECUADOR-PACIFIC-PETROAMAZONAS EP EP PETROECUADOR- PETROAMAZONAS EP QUINTANA ECUADOR LIMITED- PETROAMAZONAS EP TEXACO-PECTEN-PETROAMAZONAS EP TOTAL

2D

3D

km

km2

RL2-GG3 3 2 1-PACOA

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 529 0

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0 0 0 0

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CAUTIVO COPE PACIFIC CA4 RL2 RL2

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0 0 0 0 0 0 263

0 0 0 0 0 0 529

0 0 0 0 0 0 803

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 544

Un gravímetro y un magnetómetro de alta sensibilidad montados en un aeroplano resultan excelentes herramientas para la localización de cuencas sedimentarias al permitir inferir la ubicación de la sección sedimentaria de mayor espesor y delinear los límites de la cuenca. La aerogravimetría, en combinación con la aeromagnetometría, nunca podrán reemplazar la información sísmica, pero sí constituir una ayuda efectiva para una racional programación de los trabajos de prospección sísmica en la exploración de yacimientos. El costo de llevar a cabo una campaña de registro aerogravi/magnetométrico,

cubriendo

una

concesión de 5.000 km2 de superficie ubicada en Sudamérica está entre los 200.000 a 300.000 dólares. El costo

de prospección sísmica 3D cubriendo sólo 250 km2 puede llegar a superar de diez a cincuenta veces aquel monto, de acuerdo con las características del terreno que se explore. La geoquímica de superficie consiste en la detección directa de hidrocarburos considerando que los yacimientos sufren pérdidas hacia la superficie. Se basa en la medición de los gases concentrados en muestras de suelos, cuyo mapeo permite inferir la ubicación de una acumulación de hidrocarburos en el subsuelo. Esta técnica se basa en el principio de que el gas acumulado en el subsuelo migra vertical y lateralmente hacia la superficie a través de las distintas capas de roca y también a través de fracturas, sin existir la roca sello perfectamente impermeable que pueda detenerlo. La complejidad de los servicios de alta tecnología y la capacitación y especialización

de

un

verdadero

equipo

multidisciplinario de exploración convierten a este primer escalón en la búsqueda de hidrocarburos en un área industrial extremadamente cara. Sin embargo, todo resulta menos oneroso que perforar en el lugar equivocado y, aun así, la garantía total de éxito no existe. De esto último se deduce que en el negocio de la exploración se ponen en juego decisiones de riesgo que requieren grandes recursos financieros. Si la exploración ha sido exitosa y se ha efectuado un descubrimiento comercial con un pozo, se inician los trabajos de delimitación del yacimiento descubierto con la perforación de otros nuevos –en muchos casos con una registración de sísmica 3D previa–, para efectuar luego la evaluación de las reservas. Esto significa que desde el descubrimiento de un nuevo yacimiento hasta su total desarrollo pueden ser necesarios varios años de trabajos adicionales en los que deben invertirse grandes sumas de dinero. Como se menciona en el primer párrafo de este capítulo, con la exploración comienza la

relación entre el hombre y la tierra o su ambiente y el tan difícil equilibrio que permite que el hombre se abastezca y no dañe su entorno. Entre los especialistas que participan en todas las etapas de la industria, desde la búsqueda de los hidrocarburos hasta su consumo, se encuentran los que se dedican al estudio y protección de la naturaleza, a los efectos de conocer el impacto que pueden provocar las actividades en la región donde se localizan los trabajos y la forma de evitarlo o de minimizar el riesgo que éstos generan. Más adelante se trata puntualmente este tema tan importante, pero es indispensable saber que, en la actualidad, la industria del petróleo y del gas invierte grandes cantidades de dinero en el cuidado ambiental y en remediar la degradación del entorno, que el hombre, por necesidad, puede llegar a provocar.

ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN

Identificación de áreas de interés: Con esta etapa se inicia la exploración en una región virgen o desconocida. Se trata de una fase preliminar en la que se utilizan métodos indirectos como la geología de superficie (se toman muestras de rocas) o geología de campo, reconocimiento desde el aire (radares y métodos aeromagnéticos y aerogravimétricos) y espacio, geoquímica y geofísica.

Detección de trampas: Cuando ya se detectó el área de interés, se procede a identificar las trampas o estructuras que pudieran contener petróleo. Para esta fase se utilizan métodos geofísicos de alta tecnología como la sísmica tridimensional (3D) y métodos avanzados de visualización e interpretación de datos. En esta etapa se definen en forma detalla las trampas de hidrocarburos (denominadas prospectos) y se jerarquizan según las reservas estimadas y su potencial valor económico.

Verificación de la acumulación: Cuando se han identificado los prospectos, se decide dónde perforar los pozos exploratorios, único medio seguro de comprobar si realmente hay petróleo. Durante esta etapa, el geólogo extrae la información de los fragmentos de roca cortados por la mecha (ripios) detectando estratos (capas) potencialmente productores. La perforación exploratoria es una operación muy costosa y de alto riesgo, tanto por la interpretación geológica, la pericia y el tiempo requeridos, como por los riesgos operacionales que implica.

Estadísticamente, de cada diez pozos exploratorios que se perforan en el mundo, sólo tres resultan descubridores de yacimientos.

MÉTODOS DE EXPLORACIÓN Previamente hay que ejecutar inúmeras tareas de estudio de terreno en la busca y exploración de yacimientos de petróleo, aunque no se disponga de un método científico riguroso. Según el tipo de terreno están disponibles los métodos geológicos o geofísicos.

Métodos Geológicos El primer objetivo es encontrar una roca que se haya formado en un medio propicio para la existencia del petróleo, es decir, suficientemente porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que puedan existir bolsas de petróleo. Hay que buscar, luego, una cuenca sedimentaria que pueda poseer materia orgánica enterrada hace más de diez millones de años.

Para todo ello, se realizan estudios geológicos de la superficie, se recogen muestras de terreno, se inspecciona con Rayos X, se perfora para estudiar los estratos y, finalmente, con todos esos datos se realiza la carta geológica de la región que se estudia. Tras nuevos estudios “sobre el terreno” que determinan si hay rocas petrolíferas alcanzables mediante prospección, la profundidad a la que habría que perforar, etc., se puede llegar ya a la conclusión de si merece la pena o no realizar un pozo-testigo o pozo de exploración. De hecho, únicamente en uno de cada diez pozos exploratorios se llega a descubrir petróleo y sólo dos de cada cien dan resultados que permiten su explotación de forma rentable.

Métodos Geofísicos

La Geofísica: ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en cuenta las de la superficie – se aplica en el caso de la estructura del terreno ser diferente a su superficie, por ejemplo, en desiertos, selvas o zonas pantanosas, donde los métodos geológicos son ineficaces. Cuando el terreno no presenta una estructura igual en su superficie que en el subsuelo (por ejemplo, en desiertos, en selvas o en zonas pantanosas), los métodos geológicos de estudio de la superficie no resultan útiles, por lo cual hay que emplear la Geofísica, ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en cuenta las de la superficie.

Aparatos como el gravímetro permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo. Con los datos obtenidos se elabora un “mapa” del subsuelo que permitirá determinar en qué zonas es más probable que pueda existir petróleo.

También se emplea el magnetómetro, aparato que detecta la disposición interna de los estratos y de los tipos de roca gracias al estudio de los campos magnéticos que se crean.

Igualmente se utilizan técnicas de prospección sísmica, que estudian las ondas de sonido, su reflexión y su refracción, datos éstos que permiten determinar la composición de las rocas del subsuelo. Así, mediante una explosión, se crea artificialmente una onda sísmica que atraviesa diversos terrenos, que es refractada (desviada) por algunos tipos de roca y que es reflejada (devuelta) por otros y todo ello a diversas velocidades. Estas ondas son medidas en la superficie por sismógrafos.

Más recientemente, las técnicas sísmicas tridimensionales de alta resolución permiten obtener imágenes del subsuelo en su posición real, incluso en situaciones estructurales complejas.

Pero, con todo, la presencia de petróleo no está demostrada hasta que no se procede a la perforación de un pozo. El gravímetro: es un aparato que permite estudiar las rocas que hay en el subsuelo, midiendo las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo y determinando qué tipo de roca existe en el subsuelo. Por tanto, las medidas gravimétricas en exploración son representación de anomalías en las que entran la densidad de los diferentes tipos de rocas: sedimentos no consolidados, areniscas, sal gema, calizas, granitos, etc.

El magnetómetro: es un aparato que también se utiliza para detectar la disposición interna de los estratos y de los tipos de roca por cuenta del al estudio de los campos magnéticos que se crean, aprovechando la fuerza de atracción que tiene el campo magnético de la Tierra, es posible medir esa fuerza por medio de aparatos especialmente construidos por portan magnetos o agujas magnética, magnetómetros, para detectar las propiedades magnéticas de las rocas.

El Sismógrafo: El sismógrafo es un aparato de variado diseño y construcción empleado para medir y registrar vibraciones terrestre a niveles someros o profundos que puedan producirse por hechos naturales como temblores y terremotos o explosiones inducidas intencionalmente o por perturbaciones atmosféricas, como en el caso de disparos de artillería.

Métodos Actuales de la Exploración

El desarrollo y los adelantos hasta ahora logrados, tanto teóricos como prácticos, en la toma de perfiles de los pozos han acrecentado enormemente el poder de investigación de los geólogos, geofísicos e ingenieros petroleros para interpretar las características de las rocas y los fluidos depositados en sus entrañas, desde el punto de vista cualitativo y cuantitativo. Esta parte de la Geofísica, por sus fundamentos científicos y tecnológicos, se ha convertido en una rama especializada de la industria se le denomina Petrofísica. Tiene aplicación en muchos aspectos de los estudios y trabajos de campo de exploración.

Petrofísica: es la ciencia que se dedica a la descripción y medida directa y/o analógica de las propiedades físicas de las rocas, incluyendo los efectos que puedan producir los fluidos contenidos en ellas o en sus alrededores La variedad de instrumentos disponibles para hacer perfiles o registros de pozos permite que puedan hacerse en hoyos desnudos en pozos entubados totalmente, gracias a que no solo se dispone de los registros eléctricos sino también del tipo nuclear.

Ejemplo:

Control de profundidad del pozo. Verificación de velocidad de reflexión de los estratos. Determinación del tope y base (espesor) de un estrato.

Medición del potencial espontaneo y resistividad de las rocas y fluidos. Deducción de valores de porosidad, saturación y permeabilidad de las rocas. Deducción de la presencia de fluidos en las rocas: gas, petróleo, agua. Perfil de la circularidad del hoyo (diámetro). Registros de temperaturas. Registros de efectividad de la cementación de revestidores (temperatura). Registros de buzamiento. Registros de presiones. Toma de muestras de formación (rocas). Toma de muestras de fondos (fluidos). Registros de densidad (roca). Detección de fallas. Detección de discordancias. Detección de fracturas. Correlaciones pozo a pozo, local y regiones (litología). Control de dirección y profundidad desviada y vertical del pozo (perforación direccional u horizontal. Métodos eléctricos de exploración.

En la búsqueda y aplicación de métodos para detectar las posibles acumulaciones de minerales e hidrocarburos, los científicos e investigadores no cesan en sus estudios de las propiedades naturales de la Tierra.

Con este fin han investigado las corrientes telúricas, producto de variaciones magnéticas terrestres. O han inducido artificialmente en la Tierra corrientes eléctricas, alternas o directas, para medir las propiedades físicas de las rocas

De todos estos intentos, el de más éxito data de 1929, realizado en Francia por los hermanos Conrad y Marcel Schlumberger, conocido generalmente hoy como registros o perfiles eléctricos de pozos, que forman parte esencial de los estudios y evaluaciones de petrofísicas, aplicables primordialmente durante la perforación y terminación de pozos.

Básicamente el principio y sistema de registro de pozos originalmente propuesto por los Schlumberger consiste en introducir en el pozo una sonda que lleva tres electrodos (A, M, N). Los electrodos superiores M y N están espaciados levemente y el tercero A, que transmite corriente a la pared del hoyo, está ubicado a cierta distancia, hoyo abajo, de los otros dos. Los electrodos cuelgan de un solo cable de tres elementos que van enrollado en un tambor o malacate que sirve para meter y sacar la sonda del pozo, y a la vez registrar las medidas las profundidad y dos características de las formaciones: el potencial espontaneo que da idea de la porosidad y la resistividad que indica la presencia de fluidos en los pozos de la roca.

La corriente eléctrica que sale de A se desplaza a través de las formaciones hacia un punto de Tierra, que en este caso es la tubería (revestido) que recubre la parte superior de la pared del pozo. El potencial eléctrico entre los electrodos M y N es el producto de la corriente que fluye de A y la resistencia (R) entre los puntos M y N.

La influencia del fluido de perforación que está en el hoyo varía según la distancia entre M y N. Si la distancia es varias veces el diámetro del hoyo, la influencia queda mitigada y a resistividad medida es en esencia la resistividad de la roca en el tramo representado. Como la conductividad eléctrica de las rocas depende de los fluidos electrolíticos que ellas contengan, entonces la resistividad depende de la porosidad de las rocas y de las características de los fluidos en los poros y muy particularmente de la sal disuelta en los fluidos.

Si los poros de las rocas contienen agua salada, la resistividad será baja; con agua dulce será alta y si están llenos de petróleo será muy alta.

Como podrá observarse, el registro eléctrico es una herramienta de investigación que requiere ser introducida en el hoyo. El perfil y características de las formaciones atravesadas por la barrena pueden ser utilizados para estudios de correlaciones con perfiles de sismográfica

El pozo también puede ser utilizado, en casos requeridos, para cotejar la velocidad de reflexión, desde la profundidad de los diferentes horizontes seleccionados como referencia. Este tipo de cotejo se emplea para casos de correlación con el sismógrafo.

El pozo puede utilizarse de dos maneras. La propagación de ondas generadas desde la superficie puede ser captada en el pozo o la propagación hecha desde el pozo puede ser capturada en la superficie.

Geoquímica

El análisis químico de muestras del suelo, con el propósito de detectar la presencia de hidrocarburos, ha sido empleados como herramienta de exploración.

La teoría se basa en que emanaciones de hidrocarburos no visibles en la superficie pueden manifestarse en concentraciones que, aunque muy pequeñas, son susceptibles al análisis químico micrométrico para detectar gas (metano, etano, propano o butano) y residuos de hidrocarburos más pesados

Muestras de suelo, obtenidas muy cuidadosamente a profundidades desde 1,5 a 5 metros, son examinadas y procesadas en el laboratorio por métodos especiales. Con

la

información obtenida se preparan tablas, curvas y mapas de las concentraciones y residuos detectados.

Los especímenes de agua, gases, betunes y suelos para tales fines son sometidos a análisis cualitativos y cuantitativos por medio de la fluorescencia, luminiscencia, espectrografía, geobotánica, hidrogeoquimica, bioquímica o bacteriología, con el fin de indagar sobre la generación migración, presencia, entrampamiento y acumulaciones petrolíferas en tierra o áreas submarinas.

Aunque la geoquímica no ha constituido un método preponderante de exploración, ha sido utilizado esporádicamente en la búsqueda de hidrocarburos y ha dado resultados en algunos casos.

Exploración aérea y especial

El avión se utiliza ventajosamente para cubrir grandes extensiones en pocos tiempo y obtener, mediante la fotografía aérea, mapas generales que facilitan la selección de áreas determinadas que luego podrían ser objeto de estudios más minuciosos.

La combinación del avión y la fotografía permite retratar y obtener una vista panorámica de la topografía, cuyos rasgos y detalles geológicos pueden apreciarse ventajosamente, ahorrando así tiempo para seleccionar lotes de mayor interés.

Naturalmente, la eficacia de la utilización de la aerofotogeologia depende mucho de las buenas condiciones atmosféricas para realizar los vuelos. El avión también se utiliza para hacer estudios aerogravimétricos y aereomagnetometricos, ahorrando así tiempo en la consecución de este tipo de estudios.

Sin embargo, los adelantos logrados hasta hoy por la ciencia y tecnología del espacio han facilitado con los satélites, cohetes y naves espaciales transbordadoras la toma de fotografías nítidas y a color desde altitudes antes inimaginables. Exploración Costafuera Afortunadamente para la industria, los métodos de prospección geofísica usados en tierra pueden utilizarse costafuera. Y entre los métodos disponibles, el más empleado ha sido el sismógrafo.

Naturalmente, trabajar en aguas llanas, semiprofundas o profundas, cerca o lejos de las costas o en mar abierto, conlleva enfrentarse a un medio a un medio ambiente distinto a tierra firme.

A través de los años, la ciencia y la tecnología para la exploración costafuera han evolucionado acordes con las exigencias. Los equipos para la adquisición de datos han sido objeto de rediseños e innovaciones para ser instalados permanentemente en gabarras, lanchones o barcos especialmente construidos al efecto. Los dispositivos para la propagación y captación de ondas son producto de técnicas avanzadas, inocuas a la vida

marina. No se emplean explosivos como antes, cuya detonación era perjudicial para los peces.

El procesamiento de datos y su interpretación se realizan por computadoras en el mismo barco y son transmitidos vía satélite a centros de mayor capacidad de resolución.

Existen métodos eléctricos de exploración… Los científicos han desarrollado muchos métodos para estudiar las propiedades de la tierra, uno bastante exitoso es el de inducir corrientes eléctricas, alternas o directas en la tierra para medir las propiedades físicas de las rocas.

El método de los registros o perfiles eléctricos de pozos desarrollado por los hermanos Schlumberger en el año 1929, consiste en introducir una sonda con tres electrodos en el pozo, uno de los cuales transmite corriente a la pared del hoyo. Los electrodos cuelgan a distinta profundidad de un solo cable, que a la vez que sube y baja va registrando las medidas de profundidad y las características de las formaciones que determinan la porosidad y resistividad de las rocas. Si los poros de la roca contienen agua salada la resistividad será baja, si contienen agua dulce será alta; pero si estuvieran llenos de petróleo ¡será altísima!

Las personas encargadas de encontrar los yacimientos petroleros son los geólogos, ellos estudian el terreno y luego deciden si emplean métodos geológicos o geofísicos. Por el método geológico lo primero es encontrar una roca suficientemente porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que podamos encontrar petróleo. Luego se busca una cuenca sedimentaria donde exista materia orgánica que haya permanecido enterrada por más de diez millones de años. Los geólogos toman muestras del terreno, perforan para estudiar los estratos, utilizan Rayos X, y luego realizan un informe de la región llamado carta geológica. Nuevos estudios para determinar la profundidad a la que habría que perforar y finalmente, las conclusiones… ¿vale la pena o no realizar un pozo de exploración?

PROSPECCIÓN El hallazgo de yacimientos petrolíferos obedece a una tarea científicamente organizada, que se planifica con mucha antelación. Instrumentos de gran precisión y técnicos especializados deben ser trasladados a regiones a menudo deshabitadas, en el desierto o en la selva, obligando a construir caminos y sistemas de comunicación, disponer de helicópteros, instalar campamentos y laboratorios, etc. 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. Por otra parte, las técnicas de prospección sísmica (que estudian de forma cada vez más precisa la reflexión y refracción de las ondas de sonido propagadas a través de la Tierra) 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.

Un campo petrolero puede incluir más de un yacimiento, es decir, más de una única acumulación continua 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. Para realizar la "exploración" se utilizan numerosos métodos:

- Métodos superficiales (geofísicos)

Son mediciones que se efectúan en la superficie de la tierra por medio de los estratos profundos. Lo métodos superficiales tienden a localizar en la corteza terrestre estructuras aptas para servir de trampas o receptáculos. No determinan la presencia de gases o petróleo.

+ Resistividad eléctrica

+ Análisis de suelos y sus hidrocarburos + Gravimetría: Por medio de un instrumento especial llamado gravímetro se pueden registrar las variaciones de la aceleración de la gravedad en distintos puntos de la corteza terrestre. Se determina la aceleración de la gravedad (g) en puntos del terreno explorando lugares distantes 1000 o 5000 metros entre sí. Los valores obtenidos se ubican en un mapa y se unen los puntos donde g es igual, obteniéndose líneas isogravimétricas que revelan la posible estructura profunda. Así la existencia de curvas isogravimétricas cerradas señalan la existencia de un anticlinal de extensión semejante al área que abarca esa curva. El valor g varía de acuerdo al achatamiento terrestre, fuerza centrífuga, altitud y densidad de la corteza terrestre. Por eso el gravímetro señala la presencia de masas densas de la corteza constituidas por anticlinales que han sido levantados por plegamientos y se hallan más próximos a la superficie de la Tierra.

+ Magnetometría: El campo magnético terrestre varía con la latitud, pero también varía en forma irregular debido a la diferente permeabilidad magnética de las distintas rocas de la corteza terrestre. El magnetómetro es un instrumento de gran valor en la búsqueda de estructuras rocosas para obtener una apreciación de la estructura y la conformación de la corteza terrestre.

+ Sismografía: Se aplica este método haciendo estallar cargas de dinamita en pozos de poca profundidad, normalmente entre 10 y 30 pies, registrando las ondas reflejadas en las napas profundas por medio de sismógrafos combinados con máquinas fotográficas. En la superficie se cubre un área determinada con dichos aparatos de alta sensibilidad llamados también "geófonos", los cuales van unidos entre si por cables y conectados a una estación

receptora. Las ondas producidas por la explosión atraviesan las capas subterráneas y regresan a la superficie. Los geófonos las captan y las envían a la estación receptora, donde mediante equipos especiales de cómputo, se va dibujando el interior de la tierra. Se puede medir el tiempo transcurrido entre el momento de la explosión y la llegada de las ondas reflejadas, pudiéndose determinar así la posición de los estratos y su profundidad, describiendo la ubicación de los anticlinales favorables para la acumulación del petróleo. Toda la información obtenida a lo largo del proceso exploratorio es objeto de interpretación en los centros geológicos y geofísicos de las empresas petroleras. Allí es donde se establece qué áreas pueden contener mantos con depósitos de hidrocarburos, cuál es su potencial contenido de hidrocarburos y dónde se deben perforar los pozos exploratorios para confirmarlo. De aquí sale lo que se llama "prospectos" petroleros. - Métodos de exploración en profundidad (geoquímicos) Para aplicar estos métodos se requiere la perforación de pozos profundos. Por este medio se analizan las muestras del terreno a diferentes profundidades y se estudian las características de los terrenos atravesados por medio de instrumentos especiales. Los métodos de exploración en profundidad tienen por finalidad determinar la presencia de gas o de petróleo; son métodos directos en la búsqueda del petróleo.

LA PROSPECCIÓN GEOFÍSICA Es un conjunto de técnicas físicas y matemáticas, aplicadas a la exploración del subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de substancias útiles (petróleo, aguas subterráneas, minerales, carbón, etc.), por medio de observaciones efectuadas en la superficie de la tierra. Algunos de los métodos utilizados en la exploración son: Geofísicos:

Estudios sísmicos: Consisten en producir artificialmente ondas sísmicas con una explosión pequeña o el impacto sobre la superficie de un objeto de gran peso (a veces, portado por un camión especial para esta tarea). Estos estudios detectan muy bien la presencia de hidrocarburos. Estudios gravimétricos: Son aquellos que consisten en medir la intensidad de la fuerza gravitatoria de la Tierra, la cual puede cambiar cuando se está en presencia de grandes masas mineralizadas. Estudios magnetométricos: Éstos se basan en medir variaciones en el campo magnético de la Tierra a fin de detectar minerales como la magnetita que alteran el campo magnético. Estudios radiométricos: Consisten en efectuar mediciones de las radiaciones que se emiten desde el interior de la Tierra. Resulta apropiada para detectar la presencia de minerales

como

el

"radio"

o

el

"uranio".

PROSPECCIÓN SÍSMICA En la prospección sísmica, las ondas sísmicas se propagan hacia el interior de la tierra y se miden los tiempos de viaje de las ondas que regresan a la superficie después de sufrir refracción o reflexión en límites geológicos presentes en el subsuelo. Estos tiempos de viaje se pueden convertir en profundidades e, incluso, se puede cartografiar sistemáticamente la distribución en profundidad de las superficies de interés geológico. La prospección sísmica se comenzó a realizar en los primeros años 20. Representó un

desarrollo natural de los métodos sismológicos de los terremotos, establecidos ya desde hacía mucho tiempo, en los cuales los tiempos de viaje de las ondas producidas en los terremotos se registraban en observatorios simológicos, y eran utilizadas para deducir información de la estructura interna de la tierra. La sismología proporciona información sobre las principales capas de la tierra, y la medida de la velocidad de las ondas de los terremotos a través de las diferentes capas proporciona importantes pistas sobre su composición y constitución. Del mismo modo, pero a una escala mucho menor, la prospección sísmica proporciona una clara, e incluso una detallada imagen de la geología subsuperficial. Esta herramienta indudablemente representa el método de prospección geofísica más importante, tanto en términos de la cantidad de actividad prospectiva, como en el amplio rango de sus aplicaciones. Muchos de los principios de la sismología son aplicables a la prospección sísmica. Sin embargo, esta última solamente se ocupa de la estructura del subsuelo hasta una profundidad de varios kilómetros como máximo, y utiliza fuentes sísmicas artificiales como explosiones, cuyas características de localización, ocurrencia y tipos de fuente están bajo el control directo del geofísico, lo que no ocurre con los terremotos. La prospección sísmica también utiliza sistemas de registro y técnicas de procesado e interpretación de los datos especializadas. Los métodos sísmicos de prospección se aplican ampliamente a problemas de exploración que involucran la detección y cartografía de límites subsuperficiales de geometría normalmente simple. Los métodos son particularmente bien adecuados para la cartografía de secuencias sedimentarias estratificadas, y por lo tanto, se aplican ampliamente en la búsqueda de petróleo y gas. Los métodos están tan bien muy indicados en una escala menor, para la cartografía de capas sedimentarias cercanas a la superficie, del nivel piezométrico y, en un contexto ingeniero, investigaciones locales incluyendo la profundidad de los niveles rocosos. La prospección sísmica se puede desarrollar en tierra

o en mar, y se usa de un modo muy extensivo en prospección geológica en el mar para la exploración de recursos situados bajo el mar. Los métodos sísmicos son utilizados para medir velocidad de propagación de ondas en el subsuelo permitiendo caracterizar el subsuelo desde la superficie a centenas de metros. Dentro de las aplicaciones podemos mencionar: a.- Determinación de la profundidad a la roca sana b.- Caracterización del basamento rocoso c.- Determinación de la estratigrafía y geometría del subsuelo e.- Apoyo en la detección de agua subterránea f.- Evaluación de bancos de material (arena, grava, roca, etc.) Las técnicas utilizadas para medir esta propiedad son: 1.1 Sísmica de refracción 1.2 Sísmica de Reflexión 1.3 Ruido sísmico (ondas superficiales)

La sísmica es un proceso geofísico que consiste en crear temblores artificiales de tierra, con el uso de explosivos que causan ondas con las que se hace una ecografía del subsuelo, donde aparecen las diversas estructuras existentes, incluyendo estructura que potencialmente pueden almacenar hidrocarburos. Para los estudios sísmicos se abren trochas de un ancho entre 2 y 10 metros. Cada línea sísmica tiene 1 Km. de largo (Rosanía, 1993). En una campaña sísmica típica se talan hasta 1000 kilómetros. Para la logística de los estudios sísmicos se construyen helipuertos de más o menos una

hectárea cada uno. En algunos estudios sísmicos se construye un helipuerto cada kilómetro. En mil kilómetros de líneas sísmicas, se construyen entre 1000 y 1200 helipuertos (Rosanía, 1993). Cada helipuerto tiene media hectárea, o más. En el Ecuador hasta 1994, se habían abierto unos 30.000 kilómetros de bosque de líneas sísmicas en medio del boque húmedo tropical (Almeida, 2006). Para las explosiones se perforan pozos de entre 2 y 20 metros, sobre una línea recta. El diámetro del hueco es de entre 5 y 10 centímetros. Las explosiones se hacen cada 15 y 100

metros

(Comisión

de

Evaluación

del

Impacto

Ecológico

de

la

Exploración Sísmica en el Bloque 10, 1989). La prospección sísmica puede ser 2D (en dos dimensiones) o 3D (tridimensional). Estas se diferencian por la distancia entre las líneas sísmicas o densidad de la malla que es mayor en la sísmica 3D. Conseguir una mayor densidad significa que las labores de la sísmica son mucho más intensas y por ello hay mayores impactos en el medio.

MÉTODOS SÍSMICOS Consisten en hacer estallar cargas de dinamita en pozos de poca profundidad, normalmente entre 10 y 30 pies, registrando las ondas reflejadas en las napas profundas por medio de sismógrafos combinados con máquinas fotográficas. En la superficie se

cubre un área determinada con dichos aparatos de alta sensibilidad llamados también "geófonos", los cuales van unidos entre sí por cables y conectados a una estación receptora. Las ondas producidas por la explosión atraviesan las capas subterráneas y regresan a la superficie. Los geófonos las captan y las envían a la estación receptora, donde mediante equipos especiales de cómputo, se va dibujando en interior de la tierra. Se puede medir el tiempo transcurrido entre el momento de la explosión y la llegada de las ondas reflejadas, pudiéndose determinar así la posición de los estratos y su profundidad, describiendo la ubicación de los anticlinales favorables para la acumulación del petróleo. Toda la información obtenida a lo largo del proceso exploratorio es objeto de interpretación en los centros geológicos y geofísicos de las empresas petroleras. Allí es donde se establece qué áreas pueden contener mantos con depósitos de hidrocarburos, cuál es su potencial contenido de hidrocarburos y dónde se deben perforar los pozos exploratorios para confirmarlo. De aquí sale lo que se llama "prospectos" petroleros. Los métodos sísmicos pueden clasificarse según su uso, desde lo mas básico hasta lo más complejo, en: Interpretación Estructural – Interpretación Estratigráfica – Facies Sísmicas – Caracterización Sísmica del Yacimiento (atributos especiales post y pre apilados) – Análisis de Presiones Anormales – Análisis de Fracturamiento (geomecánicos). SÍSMICA DE REFRACCIÓN La sísmica de refracción realizó grandes aportaciones a la prospección sísmica en sus comienzos. Hasta la década de los 60 fue extremadamente popular, especialmente en la exploración de cuencas sedimentarias donde condujo al descubrimiento de grandes campos de petróleo; posteriormente quedó relegada por los avances del método de reflexión que proporcionaba una información más detallada [3]. Sin embargo, debido a su menor coste y al tipo de información que proporciona (campo de velocidades) la sísmica de refracción es un potente método que actualmente se emplea tanto en estudios

de estructuras profundas de la corteza terrestre como en estudios del subsuelo más inmediato (ripabilidad, rellenos anisotrópicos, compactación de los materiales, etc.) El método se basa en la medición del tiempo de viaje de las ondas refractadas críticamente en las interfaces entre las capas con diferentes propiedades físicas; fundamentalmente por contraste entre impedancias acústicas (i = ρ.v; en donde ρ es la densidad y v la velocidad de la capa). La energía sísmica se genera mediante un impacto controlado en superficie (o a una determinada profundidad) que va propagándose en forma de onda elástica a través del subsuelo interaccionando con las distintas capas, de manera que una parte de la energía se refleja y permanece en el mismo medio que la energía incidente, y el resto se transmite al otro medio con un fuerte cambio de la dirección de propagación debido al efecto de la interfase (refracción). De esta interacción, la sísmica de refracción solo considera las refracciones con ángulo crítico ya que son las únicas ondas refractadas que llegan a la superficie y pueden ser captadas por los geófonos

(Figura III.4).

La distancia desde los receptores al punto de tiro debe ser considerablemente grande comparada con la profundidad de los horizontes que se desean detectar, debido a que las ondas viajan grandes distancias horizontales antes de ser refractadas críticamente hacia la superficie; por ello también se suele llamar sísmica de gran ángulo. Estas largas trayectorias de propagación hacen que se disipe una mayor proporción de energía y, en particular se produzca una absorción de las frecuencias más altas, en consecuencia los datos de refracción son de bajas frecuencias comparados con los datos de reflexión y, a igualdad de fuente sísmica, se inspecciona menor profundidad. La sísmica de refracción es especialmente adecuada cuando se desean estudiar superficies de alta velocidad, ya que brinda información de velocidades y profundidades en las cuales se propagan las ondas (Figura III.5). También es posible inspeccionar áreas más grandes mas rápidamente y de forma más económica que el método de reflexión; a pesar de presentar una significante perdida del detalle [4].

SÍSMICA DE REFLEXIÓN El método sísmico de reflexión se basa en las reflexiones del frente de ondas sísmico sobre las distintas interfases del subsuelo. Estas interfases (reflectores) responden, al igual

que en la refracción, a contrastes de impedancia que posteriormente se relacionaran con las distintas capas geológicas. Las reflexiones son detectadas por los receptores (geófonos) que se ubican en superficie y que están alineados con la fuente emisora. Dado que las distancias entre la fuente y los geófonos son pequeñas respecto a la profundidad de penetración que se alcanza (FiguraIII.6), el dispositivo experimental soporta que se esté operando en "corto ángulo"; asegurando así la obtención de reflexiones y, distinguiéndose de la sísmica de refracción o de "gran ángulo".

Con el fin de conseguir un mejor reconocimiento de la zona de estudio, se realiza un número de disparos mayor y se aumenta la cantidad de geófonos en comparación con los empleados en un perfil de refracción de longitud equivalente. El resultado es un grupo de trazas sísmicas procedentes de todos los tiros que se analizan, se procesan y luego se reordenan en conjuntos de “puntos reflectores comunes” (CMP), los cuales contienen la información de todas las reflexiones halladas (Figura III.7-a). Una vez todas las trazas de un mismo CMP se han agrupado, se suman y se obtiene una traza CMP. El conjunto de todas las trazas CMP constituye la denominada sección sísmica de reflexión que es el resultado final de este método. Una sección sísmica es una imagen del subsuelo en donde

las reflexiones se ven en forma de lóbulos negros de mayor amplitud y definen las capas reflectoras que después se asociarán a las estructuras geológicas (Figura III.7-b).

El tratamiento de los datos en sísmica de reflexión es más laborioso y delicado que el procesado de refracción3; donde uno de los retos más importantes es conseguir aislar de los registros las reflexiones, eliminando las otras ondas (onda directa, refracciones, ruido, etc.). Esta tarea implica la aplicación de tratamientos multiseñal (filtros, deconvoluciones, etc.) que, si no se hacen cuidadosamente, pueden crear artefactos y confundirse con falsos reflectores. Otro punto conflictivo del procesado es que en las secciones sísmicas de reflexión las capas reflectoras están en modo tiempo doble debido a que cada rayo reflejado ha hecho el viaje de ida (incidencia) y vuelta (rebote). A los interpretes que están acostumbrados a trabajar con secciones sísmicas les es fácil pasar mentalmente del tiempo

doble en donde se detecta un reflector a la profundidad que le tocaría (profundidad equivalente), pero en muchos casos se facilita esta tarea automáticamente y se presentan las secciones sísmicas de reflexión convertidas a una profundidad aproximada. Este método es una de las técnicas de prospección geofísica más utilizada debido a que su resultado es una imagen denominada sección sísmica en donde se aprecia la geometría de las estructuras geológicas (Figura III.8).

La sísmica de reflexión tuvo su gran auge en la exploración petrolera, donde se aplicó en la búsqueda de reservorios de gas y petróleo. Sin embrago, a partir de de los años 90 empezó a extenderse a aplicaciones más superficiales, en donde se combina con la sísmica de refracción de alta resolución, lográndose así expandir su campo de acción hacia los problemas relacionados con la ingeniería geológica (Figura III.9).

Estudios sísmicos Los estudios sísmicos se usan en la actualidad para diversos propósitos. La exploración de petróleo es uno de ellos. Una onda sísmica es energía que se transmite por la roca y rebota hacia la superficie. Se registra el tiempo que tarda la onda en regresar, con el fin de determinar las propiedades de las rocas que atravesó. Dichas propiedades y la estructura de las capas que se identifican pueden usarse para predecir si hay petróleo en la subsuperficie. Tipos de estudios Hay diversos métodos para realizar estudios sísmicos. Uno es el vibroseis, en el cual un camión se deja caer periódicamente en el piso para producir ondas. La tomografía sísmica es otro método que usa las ondas sísmicas de temblores naturales, pero se requiere contar con el registro de muchos temblores para definir la subsuperficie de una región. Los estudios de reflexión marina se usan bajo el agua. Instrumentos y materiales Se ubican receptores cada cierta distancia y se registran los datos cuando las ondas llegan a ellos. Estos registros son usados por un programa de computadora para crear las gráficas del tiempo de viaje. Con el método vibroseos, se requiere un camión que se conduce por una distancia corta y luego se deja caer en el piso. Para la tomografía sísmica, los sismógrafos son los principales instrumentos usados. En los estudios de reflexión marina se utilizan pistolas de aire y botes para llevarlas. Por supuesto, todo lo que se requiere es una fuente de ondas, de modo que los distintos métodos pueden usar elementos como dinamita para obtener los datos.

Perfiles de reflexión sísmica Un perfil de reflexión sísmica es el registro de los caminos de las ondas por las rocas. Se elabora usando primero un programa computarizado para procesar los datos obtenidos de los receptores, elaborando gráficas del tiempo de viaje, las cuales se pueden convertir en un perfil de reflexión sísmica. Los perfiles de reflexión sísmica muestran parte de lo que ocurre bajo la superficie, pero no todo. Deben interpretarse usando los datos de tiempo de viaje con base en las propiedades de las rocas y en que la onda haya rebotado o atravesado una capa de roca. Esta interpretación produce un mejor indicador de las capas de roca que fueron atravesadas por las ondas. Cómo se encuentra el petróleo La interpretación de un perfil de reflexión sísmica es de gran ayuda para identificar la ubicación del petróleo bajo la superficie. El petróleo con frecuencia está atrapado en estructuras geológicas conocidas como anticlinales (formaciones en U invertida), sinclinales (formaciones en U) y diapiros salinos (formaciones salinas en forma de hongo). Estas estructuras son identificables por medio de los perfiles de reflexión sísmica. Cuando una estructura en forma de un enorme hongo en el perfil está empujando las capas de roca que la cubren, es un buen indicador de que se trata de un diapiro salino. Las propiedades de la roca que se establecen por medio del estudio, como la porosidad, la saturación de fluidos y la composición, también pueden dar pistas sobre la presencia de petróleo. Ver estas estructuras y propiedades en el perfil no siempre indica que haya petróleo, pero es un método confiable que se complementa con otros estudios. ¿QUE ES LA EXPLORACIÓN SÍSMICA?

Es un método Geofísico que permite determinar en profundidad la forma y disposición de las diferentes unidades litológicas o capas de la tierra, mediante la detección de ondas acústicas, producidas por una fuente artificial (martillo, vibro, sismigel, etc.), propagadas a través del subsuelo según la elasticidad de las capas, que se detectan en la superficie tras reflejarse o refractarse usando sensores (geófonos). La finalidad de los programas de exploración sísmica, es la de localizar las rocas porosas que almacenan los Hidrocarburos (Petróleo y Gas). Los programas de Exploración Sísmica se desarrollan en cuatro etapas así: A. Etapa de Topografía: 1. Se trasladan las coordenadas del proyecto al terreno. 2. Se construye la topo-trocha, esto quiere decir, que se corta la vegetación a lo largo de las líneas, tanto en las Receptoras, como en los Salvos,

en un ancho

determinado por la Corporación y especificado en las medidas de Manejo Ambiental o MMA, para permitir el desplazamiento del personal que labora en el Proyecto en desarrollo de las distintas fases, en desarrollo del corte se realiza nivelación de líneas sísmicas, ajuste de poligonales y una completa Base de datos para el control de la información. ¿Qué vegetación se interviene? •

Rastrojos,

•

Pastos naturales y mejorados,

•

Vegetación arbustiva baja y media hasta de 10 centímetros D.A.P (Diámetro del

arbusto a la Altura al Pecho).

•

En zonas de cultivo se hace un amarre especial del follaje, para permitir tanto la

visual del rumbo de las líneas, como el desplazamiento del personal. 3. Sobre las Líneas receptoras se instalan banderas blancas a lo largo de cada una de ellas, para señalizar los puntos de Registro, la distancia de separación entre las banderas blancas, la determina el diseño del Proyecto. 4. Sobre las Líneas de Salvo se colocan banderas Rojas a lo largo de cada una de estas líneas para señalizar los puntos de disparo, la distancia de separación entre las banderas Rojas, la determina el diseño del Proyecto, la ubicación de los puntos de disparo está sujeto a que estos cumplan con unas distancias mínimas a elementos socio – ambientales como (casas, corrales, estanques, nacimientos de agua, lagos, lagunas, jagüeyes, corrientes de agua permanente, esteros, morichales,

etc.). Distancias que posteriormente son verificadas por un

funcionario del departamento de Medio Ambiente de la compañía contratada para realizar el proyecto y certificadas para el desarrollo de la siguiente fase. 5. Las líneas Receptoras se construyen de forma paralela entre sí y perpendicularmente a las líneas de Salvo, formando entre ellas una cuadrícula en los programas de exploración sísmica en 3D. B. Etapa de Perforación Cuadrillas o grupos de personas dotados de taladros portátiles (Equipos hidráulicos, torres mecánicas, taladros que perforan con Agua, con Aire o torre punzón, utilizados según la topografía y geología del área del programa de Adquisición Sísmica) realizan perforaciones sobre las líneas de Salvos, en los sitios en donde se ubicaron las banderas rojas o puntos de disparo, el diámetro de la perforación es de 2 y ½ pulgadas aproximadamente, la profundidad del hueco la determina el diseño del Proyecto. Una vez

realizada la perforación de acuerdo a los parámetros técnicos establecidos, se deposita la fuente de energía denominada “SISMIGEL”, se tapa el hueco con material especial, para garantizar el sello al momento de disparar la fuente de energía. Al igual que la profundidad de la perforación, la cantidad de “SISMIGEL” también la determina el diseño del Proyecto. C. Etapa de Registro 1. En los sitios en donde se ubicaron las banderas blancas o puntos de Registro, se plantan en el terreno los sensores o Geófonos. 2. Se tienden a lo largo de las Líneas Receptoras, cables que van interconectados entre si y a su vez, estos van conectados a los Equipos de Registro. 3. Se disparan controladamente cada una de las fuentes de Energía, generando con ello, una onda sonora dirigida hacia el centro de la tierra, la cual se propaga a través del subsuelo y al encontrar capas de densidad diferente, genera un rebote de onda hacia la superficie, allí es capturado por los sensores o Geófonos y transportado por los cables a los Equipos de Registro. 4. Con personal altamente calificado, equipos de alta tecnología y un efectivo control de ruidos se logra obtener información con excelentes estándares de calidad, que permite que los interpretes puedan identificar la ubicación de las rocas que almacenan los Hidrocarburos, que son la finalidad de los programas de exploración sísmica. D. Etapa de Restauración El Plan de restauración y abandono busca establecer las condiciones adecuadas para la recuperación y regeneración de las zonas perturbadas por las actividades de sísmicas. Medidas permitirán la recuperación del entorno en forma gradual de manera que se

restauren sus condiciones, lo más cercanas a las existentes, previas al desarrollo del proyecto. Dentro de esta etapa se consideran criterios de conservación física y biológica, con el propósito de dar cumplimiento a la normatividad ambiental vigente, esta fase se adelantan las siguientes labores: 1. Se recoge el material ubicado en las líneas tanto Receptoras como Salvos (banderas blancas y rojas, cintas plásticas, carteles de señalización) y se hace clasificación y disposición adecuada de este material. 2. Se restituyen a su estado original, las cercas intervenidas. 3. Se desmantelan los volantes o sitios alternos establecidos por la compañía para el alojamiento del personal que laboro en el desarrollo de las diferentes etapas del Programa de exploración Sísmica. Sísmica de Refracción

Una de las aplicaciones del método de refracción sísmica en la ingeniería civil es el estudio del subsuelo, para la determinación de las condiciones (meteorización, fracturación, alteración) y competencia de la roca, como también para detección de fallas geológicas. Este método mide el tiempo de propagación de las ondas elásticas, transcurrido entre un sitio donde se generan ondas sísmicas y la llegada de éstas a diferentes puntos de observación, como lo muestra la Fig. 1. Para esto se disponen en superficie una serie de sensores (geófonos) en línea recta a distancias conocidas, formando lo que se conoce como tendido sísmico o línea de refracción. A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de disparo, se generan ondas sísmicas con la ayuda de un martillo o por la detonación de explosivos (Fig. 2), las cuales inducen vibraciones en el terreno que se propagan por el subsuelo y que son detectadas por cada

uno de los sensores en el tendido. Los registros de cada sensor tienen información de la respuesta del terreno en función del tiempo y son conocidos como sismogramas. Estas trazas son analizadas en la refracción sísmica para obtener el tiempo de llegada de las primeras ondas de cuerpo, tanto onda P como también las llegadas de la onda S, a cada sensor desde el punto de disparo. El análisis e interpretación de estos datos permite calcular las velocidades longitudinales (Vp [m/s]), además de la determinación de los refractores que se pueden asociar a interfaces de los materiales del subsuelo en profundidad, lo que a su vez se puede interpretar litológicamente. (Fig. 3)

Funcionamiento del método. La refracción más comúnmente utilizada corresponde a determinar las primeras llegadas de las ondas de compresión (ondas P). El método se ejecuta en base a lo que determina la normativa internacional ASTM D 5777-95. Se determinan los valores de velocidad de las ondas P y de las ondas S en sedimentos y rocas. Permite la detección de la profundidad del basamento y definición de su relieve, dependiendo de variables como longitud del tendido, energía de la fuente sísmica, frecuencia de los geófonos empleados, rigidez de los suelos, entre otros aspectos. Para la determinación de módulos geotécnicos (modulo de Young y Coeficiente de Poisson) que permiten caracterizar y clasificar los suelos, desde un punto de normativa de diseño.

Limitaciones. Para que exista refracción de las ondas, la velocidad de propagación de estas debe ser estrictamente creciente con la profundidad. En el caso de suelos con capas intermedias de menor velocidad el método no las visualizará (capa ciega). Requiere disponer de zonas con suficiente extensión, ya que la longitud del tendido en superficie está directamente relacionada con la profundidad de investigación que se alcance. Dicha profundidad está condicionada por el tipo de fuente activa empleada (entre otros factores como se mencionó anteriormente). Es así, como mediante el uso de martillo se puede alcanzar una profundidad del orden de 30-50 metros.

Consideraciones La precisión del método requiere el uso de un levantamiento topográfico de detalle. Se considera que las ondas longitudinales se propagan a velocidades constantes en cada estrato para cada tendido sísmico (spread), que es la unidad básica de interpretación. Si la longitud del perfil supera la extensión de un spread, se debe considerar un traslape de geófonos para no perder información de los rayos. El contraste de velocidad entre estratos y el espesor de éstos, debe ser suficientemente alto para que queden representados con claridad en las curvas camino-tiempo. 

o.

Fig. 1 Sísmica de Refracción con Martillo.

Martillo

Martillo Mecánico

Explosivos

Fig. 2 (Fuentes de generación de onda)

Interpretación de perfil sísmico

Fig. 3 (Secuencia de proceso)

EXPLORACION DEL SUBSUELO MEDIANTE ONDAS ELASTICAS La prospección con métodos sísmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas sísmicas. El método involucra un elemento generador de ondas sísmicas denominado fuente, un medio de propagación (rocas, aire, agua) y un elemento detector-registrador de las ondas denominado receptor. Analizando las ondas registradas se espera obtener información de las propiedades elásticas y morfológicas del medio de propagación. El método de obtener información mediante ondas elásticas es utilizado por todos los animales que disponen de un sistema para producir sonidos y un sistema para detectarlas (sistema auditivo). Los más parecidos a los utilizados en prospección sísmica son los sistemas de ecolocalización o reflexión de ondas de los murciélagos y guácharos en el aire y el de los delfines en el agua. Producto de la tecnología humana son los ecosonogramas usados principalmente para observar el feto en el vientre materno, los métodos ultrasónicos para detectar fisuramientos y puntos de debilidad en piezas mecánicas y el sonar usado para determinar la profundidad del fondo marino, localizar submarinos y bancos de peces. Las ondas elásticas que se propagan por el aire y el agua son más conocidas como “ondas acústicas u ondas sónicas” (sean o no audibles por el ser

humano) y las que se propagan por el subsuelo se conocen como “ondas sísmicas”; sin embargo, desde el punto de vista físico no se diferencian. La energía de deformación elástica liberada por una fuente sísmica se propaga por el subsuelo mediante ondas. Pero estas ondas adoptan diversas características. Según el espacio en que se propagan existen ondas superficiales y ondas de cuerpo. Las ondas superficiales sólo se originan y propagan cerca de la superficie entre dos medios con propiedades elásticas distintas. Las más importantes son las que se propagan cerca de la superficie del suelo y entre las que se cuentan las ondas Rayleigh y las ondas Love. Estas son las ondas que más daño causan durante los terremotos y también las que mayores problemas causan en los registros de prospección sísmica por reflexión, porque debido a su gran amplitud ocultan las débiles reflexiones en las capas a mayor profundidad. Las ondas de cuerpo se propagan a través de todo el volumen de material elástico. Cuando el material del subsuelo es isótropo sólo pueden propagarse dos tipos de ondas de cuerpo: las ondas P y las ondas S. Las ondas P, también se conocen como ondas primarias, ondas irrotacionales u ondas compresionales. Como ellas presentan siempre mayor velocidad que las ondas S y que las ondas superficiales, son siempre las primeras en llegar a cualquier distancia de la fuente. En materiales isótropos las ondas P se caracterizan porque el movimiento de las partículas del suelo al paso de la onda sigue la misma dirección en que esta se propaga. Las ondas S, también se conocen como ondas secundarias, ondas de corte u ondas equivoluminales. Siempre tienen menor velocidad que las ondas P y las partículas del suelo se mueven en una dirección ortogonal a la dirección en que se propaga la onda. Las ondas S se pueden descomponer en dos componentes vectoriales: ondas SV en las que el movimiento ocurre enteramente en un plano vertical, y ondas SH en las que el movimiento ocurre en un plano horizontal. A efectos prácticos de la prospección sísmica las ondas S no se transmiten en el agua ni en el aire, porque el módulo de rigidez de los mismos es muy pequeño y la

atenuación de las ondas es muy grande. Las rocas y sedimentos no suelen ser materiales homogéneos, sino que son agregados de diferentes minerales, con espacios porosos de forma variable, llenos de fluidos como agua o aire, fracturas y microfracturas de diversas formas y orientaciones. Por ello, las fórmulas anteriores para calcular las velocidades de onda P y S no son exactas en rocas ni en sedimentos. Lo mejor que se dispone es una gran variedad de fórmulas semiempíricas para calcular velocidades, en las que se toma en cuenta los parámetros elásticos de la matriz y de los fluidos, la porosidad, etc. En general se cumple, con excepciones, que los valores de velocidad son mayores (Mooney, 1977): · En rocas ígneas básicas que en rocas ígneas ácidas. · En rocas ígneas que en rocas sedimentarias. · En sedimentos consolidados que en no consolidados. · En sedimentos no consolidados saturados que en sedimentos no consolidados secos. · En suelos húmedos que en suelos secos. · En carbonatos que en areniscas. · En areniscas que en lutitas. · En rocas sólidas que en rocas fracturadas o con diaclasas. · En rocas inalteradas que en rocas meteorizadas. · En rocas densas que en rocas livianas. · En rocas viejas que en rocas jóvenes. Los sedimentos presentan casi siempre velocidades inferiores a 2000 m/s. Las areniscas y lutitas velocidades entre 1000 y 3000 m/s. Las rocas ígneas y metamórficas velocidades superiores a los 3500 m/s. Las velocidades típicas de onda P de algunos materiales son:

Material agua 1475 (m/s) aire 350 (m/s) arena 1400-2500 (m/s) arcilla 900-2500 (m/s) carbón 1500-2500 (m/s) lutita 2000-3900 (m/s) arenisca 1800-4200 (m/s) caliza 3000-5000 (m/s) gneis 3500-5000 (m/s) esquisto 3000-4500 (m/s) granito 4000-6000 (m/s) gabro 6000 (m/s) Generalmente, el primer estrato está constituido por roca meteorizada o por sedimentos transportados. Su velocidad suele estar entre 300 y 800 m/s y su espesor alrededor de los 5 m. Si el suelo está constituido por arena suelta, tal como arena de playa o médano (dunas), la velocidad de propagación puede ser inferior a la velocidad del sonido en el aire (350 m/s). Si en cambio, las arenas están saturadas de agua la velocidad puede ser inferior a la de propagación en el agua (1475 m/s). En rocas ígneas y metamórficas no meteorizadas existe una buena correlación entre la velocidad de ondas sísmicas y el índice RQD o el grado de fracturación. La correlación entre velocidad y grado de meteorización no es tan buena y depende entre otras cosas de la litología; por ejemplo, una velocidad de

2000 m/s en un granito es indicativo de un grado alto de meteorización o fracturamiento, en cambio en una arenisca es indicativo de roca inalterada. Sin embargo, el grado de meteorización es mayor cuanto menor sea la velocidad registrada con relación a la velocidad típica de la roca considerada en estado inalterado. El radar es un método de exploración que en lugar de ondas elásticas utiliza ondas electromagnéticas. Es bien conocido que el radar se utiliza para localizar aviones en vuelo, misiles y barcos o determinar la velocidad de vehículos. Pero también tiene aplicación en sensores remotos desde avión o satélite para determinar el relieve topográfico a través de las nubes, tipos de suelo, vegetación, litología, etc. Menos conocido es que también se utiliza para prospección del subsuelo a poca profundidad en forma casi idéntica a la prospección sísmica. METODOS DE PROSPECCION SISMICA Los métodos de prospección sísmica se pueden clasificar según el tipo de ondas utilizadas para obtener información del subsuelo. Según este criterio se tienen métodos basados en: ondas reflejadas, ondas cónicas o refractadas críticamente, ondas directas u ondas superficiales. Cuando se efectúa un registro sísmico, casi siempre es inevitable que se reciban y graben todos estos tipos de ondas; sin embargo, sólo uno de ellos se considera útil. Las ondas consideradas útiles se las denomina “señal”, mientras que las ondas de otro tipo se las denomina “ruido” y se consideran inconvenientes. Por ejemplo, en el método de reflexión, sólo se consideran útiles las ondas sísmicas reflejadas, mientras que las cónicas, directas y superficiales se consideran ruido. Por el contrario, cuando se utilizan métodos basados en ondas superficiales, estas son la “señal”, mientras que las reflejadas forman parte del ruido. El método de exploración sísmica más utilizado para prospección de hidrocarburos es el que utilizan ondas reflejadas y se denomina “método de reflexión sísmica”. El siguiente método más utilizado en prospección de hidrocarburos

es el que utiliza ondas directas, y en esta categoría caen todos los registros sísmicos de pozo. Las ondas directas también se utilizan en geología aplicada a obras civiles, ya sea en pozos o en galerías. En la sísmica de pozos se cuenta con una variedad de técnicas, entre las que se citan:

VSP WST Registro sónico Pozos Downhole Crosshole Tomografía Prospección por reflexión La fuente y los detectores se encuentran en o cerca de la superficie y puede ser en tierra o en agua. La información del subsuelo es aportada por las ondas sísmicas que se reflejan a manera de un eco, en las superficies de contacto (interfaces) de estratos con propiedades elásticas diferentes. La información se suele presentar en forma de secciones sísmicas que constituyen una especie de radiografía o ecosonograma que revela las principales estructuras geológicas en el subsuelo tales como pliegues, fallas, intrusiones, patrones de sedimentación. Se utiliza principalmente para localización y detalle de estructuras geológicas favorables a contener yacimientos de hidrocarburos a profundidades entre 1000 y 4000 m. También se utiliza con fines geotécnicos principalmente en agua, por ejemplo para determinar las condiciones del fondo marino para el anclaje de plataformas petroleras o el tendido de tuberías. En este caso la resolución suele ser excepcionalmente

buena. Por contraste, el método presenta muchos inconvenientes para su utilización con fines geotécnicos en tierra, a profundidades menores de 300 m. La adquisición, el procesamiento y la interpretación por el método de reflexión son las más complejas y costosas; sin embargo, se considera en general el mejor método de exploración geofísica del subsuelo. La adquisición de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de líneas sísmicas con extensiones del orden de 5 a 100 km por línea. Los tendidos sísmicos pueden tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado de la fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabación. El número de canales de grabación se ha ido incrementando con el tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales. La exploración puede ser de reconocimiento, de detalle y 3D. En la exploración de reconocimiento la distancia entre líneas es de hasta 10 km, en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta 50 m. El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos, y de 10 a 15 segundos si la fuente son camiones vibradores. El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias útiles de las reflexiones está en la banda de 10 a 80 Hz, con un máximo entre 35 y 40 Hz. La exploración del subsuelo mediante radar también utiliza las técnicas del método de reflexión sísmica, pero las profundidades alcanzadas son mucho más cortas: entre 0 y 50 m, aunque en la mayoría de las ocasiones no alcanza mucho más de los 5 m. Las mayores penetraciones se consiguen en sal, hielo y rocas ígneas y metamórficas. La menor en sedimentos arcillosos. Su principal aplicación es en Arqueología para localizar muros de construcciones antiguas, canales, tumbas. También se utiliza para localizar tuberías, sitios de enterramiento de desechos tóxicos y cavidades. Prospección por refracción La fuente y los detectores se encuentran en la superficie, la cual en la mayoría de los casos es tierra. La información del subsuelo es aportada por las ondas sísmicas refractadas

críticamente en las interfaces entre estratos de diferente velocidad de ondas sísmicas compresionales (ondas P). Estas ondas refractadas críticamente también se conocen como ondas cónicas, ondas de primera llegada, ondas de cabecera, ondas laterales. Ellas son, con excepción de las ondas directas hasta cierta distancia, las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberación de energía en la fuente, por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencillo. La mayor aplicación del método es explorar el subsuelo con fines geotécnicos o mineros a profundidades entre 0 y 100 m. Es efectivo para delimitar la interface entre medios elásticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 2:1), tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvión o por roca meteorizada. No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre sí. VSP El VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil sísmico vertical es una técnica de exploración sísmica en la que se tiene una fuente sísmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo. Se obtienen registros sísmicos, similares a los de reflexión, para varias distancias de la fuente al pozo, con los que se construye una sección sísmica de su entorno. Las principales aplicaciones del VSP son: diferenciar entre reflexiones primarias y múltiples, medir velocidades de onda compresional y de corte y ayudar en la conversión de tiempo a profundidad de las secciones sísmicas de reflexión. Este método aprovecha ondas directas y ondas reflejadas. WST El WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificación, es una técnica en la que se tiene un fuente sísmica fija en superficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo. Para

una profundidad dada de la sonda, se obtiene un registro sísmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor. El procedimiento se repite para varias profundidades de la sonda. Sus principales aplicaciones son obtener la función de conversión de tiempo a profundidad para las secciones sísmicas de reflexión y calibrar los registros sónicos. Registro sónico En esta técnica se utiliza una herramienta de pozo, la cual contiene un emisor de ondas sísmicas y un par de receptores a distancias fijas del emisor. La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad (por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de tránsito de una señal sísmica desde el emisor hasta los receptores. Esta es una onda cónica producida por refracción crítica en la formación geológica. El inverso de ese tiempo de tránsito representa la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuó la medición. El método se caracteriza por su alta resolución para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofísica, estratigrafía, producción de yacimientos y correlación de secciones sísmicas con las formaciones geológicas. Es catalogado como un método de testificación petrofísica de pozo como los registros eléctricos, neutrónicos, gamma ray, SP. También existen sondas que en lugar de pulsos sísmicos utilizan pulsos de radar. Presenta la ventaja de utilizar antenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas, determinar ángulos de intersección entre los estratos y la perforación y el rumbo del buzamiento de fracturas. Tiene aplicaciones en minería, hidrogeología y mecánica de rocas. Se usa para investigar sitios para túneles, represas y sitios de excavación. El equipo es mucho más costoso que el de ondas sísmicas y la técnica todavía no está muy desarrollada. Downhole

Este método es similar al WST, la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole están más enfocadas a la Geotecnia, las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentes vectoriales: una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales. Se registran las ondas P y S típicamente a intervalos de profundidad de 1 pie. Su finalidad es obtener los parámetros elásticos dinámicos como función de la profundidad en el entorno del pozo. Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversión realizada en la perforación. Dos dificultades con este método son que requiere mucha precisión en la determinación de los tiempos de primera llegada de las ondas si se desea obtener velocidades interválicas y que el pozo esté revestido. Crosshole Esta técnica para objetivos geotécnicos requiere la perforación de al menos dos pozos de igual profundidad, preferiblemente tres pozos alineados, con una separación de unos 3 a 8 m. Igual que en el downhole, se utiliza una sonda que detecta tres componentes vectoriales de las ondas sísmicas; la diferencia está en que la fuente no permanece fija en superficie, sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente. Si se utilizan tres pozos alineados, se baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos. Las dificultades son las mismas que las del downhole, a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente sísmica dentro de un pozo. Se pueden usar también emisores y sensores de radar. Tomografía Al igual que el crosshole requiere la perforación de dos o tres pozos alineados. También se colocan detectores en uno o dos pozos y la fuente en el tercero. La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles de profundidades de fuentes y

detectores. De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentes trayectorias fuente-receptor, lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribución de velocidades y calidad de la roca. Existen modalidades en que también se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo (como en el VSP). Esta técnica requiere un procesamiento más elaborado pero proporciona secciones bidimensionales del subsuelo de buena resolución. Tiene aplicaciones en Geotecnia y minería. Existe una versión que utiliza radar en lugar de ondas sísmicas. Sísmica de galería Se efectúa entre galerías de una mina subterránea o entre túneles y la superficie. En ella la fuente se encuentra en una galería o en la superficie y los detectores en otra galería. Se presta para utilizar técnicas de tomografía. El principal objetivo es determinar parámetros elásticos dinámicos entre galerías o hasta la superficie. También se usa para localizar fallas, vetas, grado de fracturación, cavidades, localizar túneles abandonados. También puede utilizarse radar. Recordando que la prospección por métodos sísmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas sísmicas es evidente que la información acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma está limitada a las propiedades físicas que gobiernan la propagación de ondas elásticas. A partir de los registros sísmicos se pueden medir tiempos de llegada de las ondas, amplitudes y frecuencias. Con estas mediciones se pueden calcular velocidades de propagación de ondas, espesores de estratos, coeficientes de atenuación, constantes elásticas dinámicas (módulo de Poisson, módulo de rigidez, módulo de volumen, etc). Indirectamente y bajo la suposición de la existencia de una relación entre estos parámetros y la litología se puede construir una imagen aproximada de la geología del subsuelo. Algunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe técnico de una prospección sísmica a profundidad somera son:

· Perfil sismoelástico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el gráfico de las interfaces entre los diferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades). · Velocidad de ondas compresionales de cada estrato · Posible litología. · Posibles estructuras geológicas tales como fallas, altos o depresiones en el basamento rocoso, zonas de fracturación o disolución, cavidades. · Parámetros elásticos dinámicos. · Grado de fracturamiento, de meteorización o de facilidad de fracturación de la roca. · Volúmenes de material Lógicamente, dependiendo del objetivo de la exploración y de la técnica aplicada es posible suministrar uno o varios de los parámetros citados. En principio, la utilidad de los métodos sísmicos depende de la existencia de una relación entre los parámetros elásticos de los materiales del subsuelo y su litología (o cualquier otra propiedad que se desee conocer). En general, en la mayoría de las situaciones tal relación existe, sin embargo no suele ser unívoca; por ejemplo, si las mediciones indican que la velocidad de propagación de ondas sísmicas en el subsuelo es de 2000 m/s esta velocidad no es indicativa de ninguna litología concreta como caliza, arenisca o arcilla. En general los métodos geofísicos aportan datos para aproximarse a la solución de un problema geológico, minero o geotécnico, que se suman a los proporcionados por geología de superficie, perforaciones, ensayos de penetración, ensayos estáticos sobre muestras o in situ, etc. Sólo en casos muy particulares la información geofísica por si sola es suficiente para resolver el problema. Los métodos de exploración sísmica, en los sitios donde resultan efectivos, suelen utilizarse para reducir costos ya que son más baratos y rápidos que las perforaciones. Ellos no sustituyen las perforaciones, simplemente disminuyen su número. Si en un programa de exploración se requerían 10 perforaciones,

estas pueden reducirse a 4 estratégicamente situadas y el resto del área se “rellena” mediante perfiles sísmicos. En este caso las perforaciones y los sondeos sísmicos se calibran mutuamente. Ventajas y desventajas de la prospección por refracción respecto a las perforaciones Los sondeos sísmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones, que se pueden resumir en la siguiente lista: Ventajas · Más baratos por metro de profundidad y por sondeo. · Mayor rapidez de ejecución. · No requieren de maquinaria compleja o pesada, la operación de los instrumentos es relativamente sencilla. · Pueden efectuarse aún en terrenos con gran pendiente. · No requieren apertura de vías de acceso, ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria. Sólo es necesario abrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetación es densa. · Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo, es decir, no son puntuales. Desventajas · Resolución muy pobre: no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elásticas similares. · No proporcionan información unívoca de la litología. · Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorar. · Requieren el uso de explosivos para obtener registros sísmicos de buena calidad.

· Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga. · El mantenimiento y reparación de los instrumentos electrónicos de medición de ondas sísmicas es difícil de obtener en Venezuela. · Resultan inútiles en zonas de litología lateramente heterogénea o estructuralmente compleja (sedimentación cruzada, lentes, intercalaciones, conglomerados, zonas de falla), en masas rocosas ígneas o metamórficas o en zonas de fuerte atenuación de ondas sísmicas (rellenos, arenas sueltas secas). PROSPECCION POR REFRACCION SISMICA Es probablemente el método geofísico más utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero. En este método la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno. Se obtienen registros de las ondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a través del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos. En particular aquí interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo mínimo y que son las primeras que llegan a cada detector. Con ellas se dibuja un gráfico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje de las ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada. Este gráfico se denomina gráfico tiempodistancia, y las curvas representadas son las dromocrónicas. En principio, a partir de este gráfico es posible calcular el perfil de espesores y la velocidad de propagación de las ondas sísmicas primarias de cada estrato en el subsuelo. Aplicaciones del método de prospección por refracción El método proporciona información de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo. Esto puede resultar de utilidad principalmente en geología aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construcción de edificios, puentes, represas, carreteras, taludes en los que interesa la profundidad de la

roca inalterada, el grado de meteorización del recubrimiento, localizar materiales de construcción y grado de fractura o de facilidad de fracturación de la roca y evaluar el riesgo sísmico. En minería para calcular volúmenes de material explotable y en Hidrogeología para ayudar a determinar la continuidad y extensión de acuíferos. En general, el método se aplica para: · Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentaria. · Localizar fallas, paleocauces, zonas de fracturas en el basamento rocoso somero. · Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca, diferenciando suelo, roca meteorizada, roca submeteorizada y roca inalterada. · Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena, caliza, oro de aluvión, ocre, caolín. · Determinar la continuidad de estratos acuíferos. · Calcular los tiempos de tránsito de las ondas a través de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie, para corrección estática de campo en prospección por reflexión. El método de refracción de ondas sísmicas también se utiliza en Sismología para determinar la estructura interna de la Tierra, en estudios de la corteza terrestre (con fuentes sísmicas naturales o artificiales) y en las décadas de los años 30 a 50 se utilizó en prospección de hidrocarburos, principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estar asociadas trampas de petróleo. Actualmente prácticamente no se utiliza en prospección de hidrocarburos, excepto indirectamente para calcular la corrección estática de campo. Bibliografía https://www.oas.org/dsd/publications/Unit/oea32s/ch18.htm#4.2.2 estratigrafía

http://www.mineriaecuador.ec/es/mineria/clasificados http://www.academia.edu/7770096/Gravimetria_y_magnetometria http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/geofisicoM2.htm http://www.eppetroecuador.ec/index.htm https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3404/41205-7.pdf?sequence http://www.gnc.org.ar/downloads/abc_petroleo_gas/capitulo_6.pdf http://elpetroleo.50webs.com/prospeccion.htm http://www.monografias.com/trabajos100/exploracion-petrolera/exploracionpetrolera.shtml#ixzz3gwl3Nymi http://www.eppetroecuador.ec/index.htm http://www.ldocean.com.cn/Es/Product1.aspx http://www.tiwy.com/pais/venezuela/petroleo/esp.phtml