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• Armando Piera L

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ÍNDICE OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 3 1. INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA DEL PETRÓLEO ............................ 4 1.1.

Bases y términos de los combustibles fósiles .................................... 6

1.2

Química del Petróleo ..................................................................... 8

1.3.

Medios ambientes de sedimentación de las rocas madre .................. 22

1.4.

Geodinámica de las cuencas sedimentarias, su importancia en la

localización de sistemas petroleros ........................................................ 26 2. EL SISTEMA PETROLERO, SUS ELEMENTOS Y PROCESOS ...............29 2.1.

Fuente principal (Roca generadora) .............................................. 34

2.2.

Migración del petróleo ................................................................. 90

2.3.

Rocas almacenadoras .................................................................. 96

2.4.

Sello ......................................................................................... 99

2.5.

Trampa ................................................................................... 101

2.6.

Procesos para la formación de un yacimiento ............................... 103

CONCLUSIONES ................................................................................106 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................109 GLOSARIO ........................................................................................111 ANEXOS ............................................................................................182

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OBJETIVO GENERAL

El participante analizará los datos de los análisis obtenidos de extractos de bitumen de rocas, materia orgánica pirolizable y muestras de aceite son descritos. Realizarán la aplicación de modelados geoquímicos para interpretar los tiempos de generación y de expulsión de los hidrocarburos, así como el cálculo estimado de las cantidades de hidrocarburos generados y expulsados de las rocas generadoras. Aprenderán los métodos y herramientas geoquímicas actualmente usadas en la exploración petrolera descritos.

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1. INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA DEL PETRÓLEO Objetivo específico: el participante estudiará el origen, la formación y la acumulación del petróleo en la naturaleza, así como también las rocas que lo contienen en cuanto a su genética y presentación de la naturaleza.

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 setenta y ochenta, 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, otros tipos de análisis estratigráfico (estratigrafía secuencial, microfacies, quimioestratigrafía, etc.) y geofísicos. Exploración previa a la perforación 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

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eléctricos

o

magneto

telúricos),

sismografía

y

los

resultados

de

las

perforaciones exploratorias realizadas en el área que incluyen los estudios accesorios a éstas. 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 que han 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 ya que nos permiten, sin tener que ingresar dentro de la tierra, conocer las propiedades físicas del subsuelo. Exploración durante la perforación Mientras se realiza la perforación de los pozos, se suele adquirir información acerca de las características de las formaciones que se van atravesando. Métodos directos Se hacen de forma directa mediante la toma de testigos o núcleos (cores), que son las muestras de rocas extraídas dentro de la tubería de perforación, en las que se pueden realizar medidas directas de las características petrofísicas de la formación.

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Métodos indirectos Existen además, métodos indirectos que nos pueden llevar a inferir las características de las formaciones, entre éstos se encuentran los registros eléctricos y las pruebas de formación. Los registros eléctricos, tales como el SP (Potencial Espontáneo), Resistividad y los

registros

eléctricos

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, son útiles para estimar parámetros tales como presión de la formación, permeabilidad, daño de la formación. Además de que son benéficas para definir la productividad de un pozo.

1.1.

Bases y términos de los combustibles fósiles

Los combustibles fósiles consisten en depósitos de organismos fósiles que en una ocasión estuvieron vivos. La materia orgánica se forma durante siglos. Los combustibles fósiles consisten principalmente en uniones de carbón e hidrogeno. Existen tres tipos de combustibles fósiles que pueden usarse para la provisión energética: carbón, petróleo y gas natural. Carbón: es un combustible fósil que se ha formado durante millones de años por el depósito y caída a la tierra de material vegetal. Cuando estas capas se compactan y se calientan con el tiempo, los depósitos se transforman en carbón. El carbón es muy abundante en comparación con otros combustibles fósiles. Los analistas predicen en ocasiones que a nivel mundial el uso del carbón aumentara cuando haya escasez de petróleo. Los suministros actuales de carbón pueden durar del orden de 200 años o más. El carbón generalmente se extrae de las minas. Desde mediados del Siglo 20, el uso del carbón se ha doblado. Desde 1996 su aplicación empieza a disminuir. Muchos países dependen del carbón como fuente energética porque

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no pueden permitirse la utilización de petróleo o gas natural al ser más costoso. La China e India son los mayores usuarios de carbón como fuente energética. Petróleo: es un líquido combustible fósil que se forma por los restos de microrganismos marinos depositados en el fondo del mar. Después de millones de años los depósitos acaban en rocas y sedimentos donde el petróleo es atrapado en ciertos espacios. Se extrae mediante plataformas de explotación. El petróleo es el combustible mas usado. El petróleo crudo consiste en muchos compuestos orgánicos diferentes que se transforman en productos en un proceso de refinamiento. Se desarrolla en los coches, jets, carreteras, tejados y muchos otros usos. El petróleo no puede encontrarse

de

manera

consecuentemente

es

un

constante recurso

en

cualquier

limitado

a

parte

ciertas

de áreas

la

tierra

y

geográficas

provocando guerras entre los suministradores de petróleo. Por ejemplo, el caso de la guerra del Golfo en 1991. Gas natural: es un recurso fósil gaseado que es muy versátil, abundante y relativamente limpio si se compara con el carbón o petróleo. Al igual que el petróleo su origen procede de los microrganismos marinos depositados. Es una fuente de energía relativamente poco explotada y nueva. En 1999, se utilizaba más carbón que gas natural. Sin embargo en la actualidad el gas natural empieza a ganar terreno en países desarrollados. De cualquier manera, la gente teme que al igual que el petróleo también el gas natural desaparecerá. Algunos científicos han previsto que esto ocurrirá a mediados o finales del siglo 21. El gas natural consiste fundamentalmente en metano (CH4). Se comprime en volúmenes pequeños en grandes profundidades en la tierra. Al igual que el petróleo, se extrae mediante perforación. Las reservas de gas natural están más distribuidas a nivel mundial que el petróleo.

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1.2

Química del Petróleo

El significado de la palabra petróleo La palabra petróleo significa "aceite de roca". El término petroleum fue acuñado en 1556 por el mineralogista Georg Bauer. Los primeros en extraer petróleo (parecen haber sido los iniciadores en todo) fueron los chinos, y lo consiguieron perforando un agujero de 240 metros. La palabra china para el petróleo es shi you, que significa, al igual que la palabra occidental, aceite de roca. El petróleo se formó a partir de la descomposición del plancton, organismos unicelulares que pueblan los océanos. Sin embargo, algunas teorías señalan que el petróleo se originó de depósitos de carbón tan viejos como la tierra. Todo el mundo necesita del petróleo. En una u otra de sus diversas formas lo usamos cada día de nuestra vida. Proporciona fuerza, calor y luz. El petróleo es la fuente de energía más importante de la sociedad actual. Pensar en qué pasaría si se acabara repentinamente, hace llegar a la conclusión de que se trataría de una verdadera catástrofe: los aviones, los automóviles y autobuses, gran parte de los ferrocarriles, los barcos, centrales térmicas dejarían de funcionar. Además, los países dependientes del petróleo para sus economías entrarían en bancarrota. A lo largo de la historia, el precio del petróleo ha sufrido una evolución marcada por distintas circunstancias sociopolíticas y económicas. Realizando un recorrido histórico desde el año 1970 hasta hoy en día, se comprueba que los mayores precios del petróleo han ido acompañados de distintas guerras que han afectado a los países productores o más recientemente el atentado terrorista del 11 de Septiembre que dio lugar a una guerra que aún continúa. Hay que analizar sobre el petróleo y su importancia, quiénes son los mayores productores y consumidores a nivel mundial, así como la evolución de los

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precios con el transcurrir de los años, de esta manera espero contribuir con el conocimiento acerca de esta importante fuente de energía. El petróleo Este producto es un compuesto químico complejo en el que coexisten partes sólidas, líquidas y gaseosas. Lo forman, por una parte, unos compuestos denominados hidrocarburos , formados por átomos de carbono e hidrógeno y, por otra, pequeñas proporciones de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales. Se presenta de forma natural en depósitos de roca sedimentaria y sólo en lugares en los que hubo mar. Su color es variable, entre el ámbar y el negro y el significado etimológico de la palabra petróleo es aceite de piedra, por tener la textura de un aceite y encontrarse en yacimientos de roca sedimentaria. ORIGEN: Factores para su formación:  Ausencia de aire.  Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino).  Gran presión de las capas de tierra.  Altas temperaturas.  Acción de bacterias. Los restos de animales y plantas, cubiertos por arcilla y tierra durante muchos millones

de

años;

sometidos

por

tanto

a

grandes

presiones

y

altas

temperaturas, junto con la acción de bacterias anaerobias (que viven en ausencia de aire) provocan la formación del petróleo. El hecho de que su origen sea muy diverso, dependiendo de la combinación de los factores anteriormente citados, provoca que su presencia sea también muy variada: líquido, dentro de rocas porosas y entre los huecos de las piedras; volátil, es decir, un líquido que se vuelve gas al contacto con el aire; semisólido, con

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textura de ceras. En cualquier caso, el petróleo, de por sí, es un líquido y se encuentra mezclado con gases y con agua. El petróleo es un recurso que nos brinda la naturaleza. Es un líquido oleoso bituminoso de origen natural compuesto por diferentes sustancias orgánicas. También

recibe

los

nombres

de

petróleo

crudo,

crudo

petrolífero

o

simplemente `crudo'. Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie terrestre y se emplea como combustible y materia prima para la industria química. Las sociedades industriales modernas lo utilizan sobre todo para lograr un grado de movilidad por tierra, mar y aire (impensable hace sólo 100 años). Además, el petróleo y sus derivados se emplean en la fabricación de medicinas, fertilizantes, productos alimenticios, objetos de plástico, materiales de construcción, pinturas y textiles, y para generar electricidad. En la actualidad, los países dependen del petróleo y sus productos; la estructura física y la forma de vida de las aglomeraciones periféricas que rodean las grandes ciudades son posibles gracias a un suministro de petróleo abundante y barato. Sin embargo, en los últimos años ha descendido la disponibilidad mundial de esta materia y su costo relativo ha aumentado. Petróleo, origen y composición químicamente hablando El petróleo es un mineral combustible líquido, 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 mencionan que tiene un origen orgánico, mientras que otros científicos piensan que se forman en la Naturaleza por un método abiógeno. De este modo tenemos dos teorías:

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 Teoría orgánica  Teoría inorgánica (abiógena) Este método abiógeno considera que las sustancias inorgánicas, mediante transformaciones químicas, forman el petróleo. Pero es conocido que el petróleo tiene sustancias orgánicas. El problema que se plantea pues es saber qué transformaciones da lugar a la materia orgánica a partir de materia inorgánica. La teoría orgánica dice que el petróleo y el gas se forman a partir de las sustancias orgánicas de las rocas sedimentarias. Consideramos que el primer material orgánico que se acumula en las rocas sedimentarias está formado por residuos muertos de la microflora y de la microfauna (plancton,...) que se desarrollan en el agua del mar y a las que se añaden restos de animales y vegetales por transporte. En las capas superiores de las rocas sedimentarias esta materia orgánica sufre descomposición por acción de O2 y bacterias. Se desprenden en este proceso CO2, N2, NH3, CH4, C2H6,... A la vez se forman los primeros productos líquidos solubles en agua. El material más estable respecto a la acción química y bacteriana queda en las zonas sedimentarias. A medida que pasa el tiempo, las rocas sedimentarias van quedando enterradas por otras capas que se superponen a lo largo de mucho tiempo, hasta

1"5-3

km

de

profundidad.

Aquí

hay

un

medio

reductor,

hay

temperaturas más altas (de hasta 200ºC), presiones considerables (10-30 Mpa), y además todo esta masa estará encajonada entre otras rocas, las cuales pueden tener sustancias que funcionan como catalizadores de la reacción (arcillas). Esto hace que se produzca una serie de transformaciones. La teoría actual considera que es en esta etapa cuando las sustancias orgánicas,

especialmente

los

lípidos

(grasas,

ceras,...),

sufren

la

descomposición debido a los efectos térmicos y catalíticos dando lugar a los hidrocarburos constituyentes del petróleo. Este proceso es largo y complicado,

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por lo que los detalles de los mecanismos del proceso están sin aclarar todavía. Existen teorías sobre algunas etapas. Como el material orgánico inicial del que procede el petróleo se encuentra disperso, los productos resultantes de su transformación (gas o petróleo) también estarán dispersos en la roca madre petrolífera, normalmente arcilla. El petróleo es líquido y el gas es gas, por lo que tendrán mayor movilidad que el carbón, igual que el agua que queda como residuo. Así podrán moverse, de forma que normalmente las bolsas de petróleo y gas emigran, por lo que no nos las vamos a encontrar ahí donde se formaron. Los geólogos denominan a este fenómeno migración, que puede ser primaria o secundaria. Como resultado de la migración primaria, el petróleo y el gas se van a colocar en las rocas vecinas, siempre que sean porosas. Las causas de esto pueden ser un desalojamiento forzado, difusión (el petróleo busca otro sitio; los que más se difunden serán los gases), desplazamiento debido al agua, presión por causa de los estratos, filtración por los poros de las rocas encajonantes, también puede viajar como mezcla de gas y vapor cuando hay grandes temperaturas y presiones. Esta masa de petróleo y gas va a moverse posteriormente hacia arriba, en lo que se denomina migración secundaria, a través de los estratos porosos y como consecuencia de la gravedad o de la presión de las placas tectónicas. Emigra hasta llegar a la roca impermeable que no permite la difusión a través de ella. Esto se denomina trampa estratigráfica para la bolsa de petróleo. Hay tres tipos de trampa estratigráfica:  Anticlinal.  Domo salino: la sal va solidificando y hace de cuña, penetrando hasta la parte impermeable.

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 Falla: Se produce cuando los estratos rompen, quedando una capa porosa frente a otra impermeable. Así frena el paso del petróleo o del gas, produciéndose una acumulación que crea el yacimiento. En un yacimiento siempre tendremos el casquete formado por gas que está siempre en equilibrio con el petróleo líquido. Esta acumulación de gas y petróleo en las trampas es lo que llamamos depósitos petrolíferos. Si su cantidad es grande o hay varios depósitos en las rocas hablaremos de yacimientos de petróleo o gas o de ambos, según sea el mayor de cada caso. El petróleo y el gas se encuentran difundidos en un gran espacio, y de ahí vienen el nombre que a los yacimientos se les da como campos petrolíferos. Esto es así porque más condiciones en las rocas hacen que el petróleo y el gas llenen los poros de las rocas encajonantes. En cuanto mayor sea el coeficiente de porosidad de las rocas, más se van a encontrar saturadas de petróleo. Como consecuencia, las arcillas, y en particular las húmedas, que prácticamente no tienen poros, serán buenas rocas coberteras. Además de petróleo o gas en un depósito o yacimiento, también vamos a encontrar agua, que procede de la materia inicial de la que procede el petróleo. Esta agua va a ser salada, y el eliminarla es uno de los primeros problemas que se nos presentan al tratar un crudo. Los yacimientos de petróleo se encuentran a 900-2000 m de profundidad, y es raro que el petróleo aflore a la superficie. En la antigüedad se usaba (por ejemplo en Mesopotamia), aprovechando estos afloramientos superficiales. Un afloramiento superficial puede ser una bolsa que ha quedado del resto de una migración. Son pequeños. Composición del Petróleo El petróleo está mezclado por compuestos hidrocarburados y otros que contienen cantidades importantes de N, S, y O y órgano compuestos de metales pesados y biomarcadores (Va, Ni) en menor proporción. La mayoría de

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los crudos se componen de naftenos y parafina. Los hidrocarburos de los que se compone el petróleo, pueden ser:

Hidrocarburos alifáticos: De cadena abierta: Hidrocarburos saturados (alcanos): Constituyen la serie de las Parafinas o serie del metano. Su fórmula general es CnH2n-2. Las condiciones STP (condiciones estándar de temperatura y presión) para los gases, son: 60 F y 14.7 psia (presión absoluta en libras por pulgada-2). El primer alcano líquido es el pentano (C5H12), y el primer alcano sólido es el hexadecano (C16H34). Hidrocarburos no saturados (alquenos): Corresponden a las olefinas. Su fórmula general es CnH2n . Son isómeros de las cicloparafinas, es decir, tienen composición similar a los naftenos. Su fórmula general es CnH2n-2 De cadena cerrada (carbociclos): Hidrocarburos alicíclicos: Corresponden a la serie de los naftenos que son compuestos con un anillo de carbono. Estos compuestos con anillos, poseen al menos, tres átomos de carbono. Hidrocarburos aromáticos: Se basan en el anillo del benceno y poseen la siguiente fórmula general: CnH2n-6. La aromaticidad, se define como la relación existente entre el carbono aromático y el carbono total; misma que está relacionada con la densidad del crudo (entre menos hidrocarburos aromáticos, más ligero será el crudo). Como ya hemos dicho, el petróleo también tiene otros constituyentes moleculares, tales como el azufre, el nitrógeno y el oxígeno; hay que destacar los órgano compuestos de algunos metales pesados, como el vanadio y níquel. La mayoría de los crudos contienen pequeñas cantidades de hidrocarburos que

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no pertenecen ni a la serie de las parafinas ni de los naftenos; éstos, son los denominados fósiles geoquímicos , cuya fórmula es CnH2n-x , es decir, tienen una relación H/C