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NOCIONES ELEMENTALES DE GEOLOGIA DEL PETROLEO ……Según el Diccionario Eciclopédico Ilustrado Océano Uno Petróleo es: "líquido aceitoso, de color oscuro, olor característico, más ligero que el agua, constituido por una mezcla de hidrocarburos líquidos naturales, que se encuentra generalmente almacenado en rocas del interior de la corteza terrestre", NOCIONES ELEMENTALES DE GEOLOGIA DEL PETROLEO DEFINICION DEL PETROLEO El petróleo es una de las sustancias más valiosas de que podemos disponer. También se le conoce como "aceite mineral". El aceite mineral o petróleo se encuentra en el interior de la tierra y se compone principalmente de carbono e hidrógeno; lo que significa que es un hidrocarburo y no un mineral, ya que procede de sustancias orgánicas. La palabra petróleo, proviene de las voces latinas petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra, sino por estar aprisionado entre piedras. El petróleo es un fluido algo espeso cuyo color varía bastante, así como su composición. A veces se presenta amarillo, otras verde, y otras casi negro. Generalmente tiene un olor muy desagradable. DEFINICION DEL PETROLEO El aceite mineral o petróleo se encuentra en el interior de la tierra y se compone principalmente de carbono e hidrógeno; lo que significa que es un hidrocarburo y no un mineral, ya que procede de sustancias orgánicas. La palabra petróleo, proviene de las voces latinas petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra, sino por estar aprisionado entre piedras. El petróleo es un fluido algo espeso cuyo color varía bastante, así como su composición. A veces se presenta amarillo, otras verde, y otras casi negro. Generalmente tiene un olor muy desagradable. El petróleo y el gas natural al igual que el carbón son productos biológicos derivados de los restos de organismos. Sin embargo, los entornos en los que se formaron, así como los organismos de los que derivan, son muy diferentes. El carbón se forma fundamentalmente a partir de restos de vegetales superiores que se acumularon en un entorno pantanoso por encima del nivel del mar (hojas, tallos, troncos, etc.,). El petróleo y el gas proceden de microorganismos de origen marino (plancton, algas, …... Pensar …… qué pasaría si se acabara bacterias, etc.,) repentinamente?...... Se trataría de una verdadera catástrofe: los aviones, los automóviles y autobuses, gran parte de los ferrocarriles, los barcos, centrales térmicas, muchas calefacciones... dejarían de funcionar. Además, los países dependientes del petróleo para sus economías entrarían en bancarrota. Al igual que el carbón, el petróleo se encuentra a muy distintas profundidades en la Tierra. En algunos lugares sólo hay que perforar algo más de quince metros para encontrarlo, mientras que en otros es necesario llegar hasta profundidades de dos mil o más metros. Hemos dicho que el petróleo es una mezcla natural de hidrocarburos, es decir, compuesto de hidrógeno y carbono con pequeñas cantidades de azufre, oxígeno, nitrógeno y trazas de metales como Hierro, cromo, niquel, vanadio y cobalto cuya mezcla constituye el petróleo crudo. El Carbono: Es un componente clave; es sólido, insipido e incoloro. El carbón de leña o carbón vegetal y el carbón mineral o de piedra están constituidos por carbono con muchas impuerezas. El diamante es carbono puro. El grafito es casi carbono puro. Hidrogeno: Es un gas inflamable, incoloro, inodoro. Es el elemento liviano de los 92 que existen en la naturaleza. El Hidrogeno produce agua H2O. Hidrocarburos H/C Petróleo Parafínico <H/C Petróleo Nafténico Aromático Metano CH4 Etano C2H6 Propano C3H8 Butano C4H10 Pentano Exano Más líquido Octano Cadena Abierta Hidrocarburos Ramificada Cerrada Gaseosos en gas natural Líquido en el petróleo Hidrocarburos Semisólido en el asfalto Sólidos en las parafinas de las velas de alumbrar La parte sólida del petróleo la constituyen los betunes y los asfaltos, la líquida es el crudo y la parte gaseosa es el gas natural. El Número de átomos de carbono y la forma en que están colocados le confiere al petróleo diferentes propiedades físicas y quimica Los hidrocarburos compuestos por: 1 a 4 átomos de carbono son gaseosos 5 a 20 átomos son sólidos a temp. ambiente > 20 átomos son sólidos a temp. ambiente C H > la cantidad de productos pesados que tiene el crudo Los productos pesados están son función de la antiguedad y características del yacimiento. Mientras más viejos los yacimientos más hidrocarburos gaseosos y sólidos y menos líquidos Crudos de Referencia Países que siguen la tendencia Brenda Brent (Mar del Norte) Europa, África y Oriente Medio West Texas Intermediate(WTI) Países norteamericanos Dubai Asia-Pacífico Tapis Crudo ligero del Lejano Oriente Minas(de Indonesia) Crudo pesado del Lejano Oriente ACEITE DENSIDAD DENSIDAD ˚ APICRUDO (American Petroleum Institute) (g/cm3) Extrapesado 40-60 Pesado Condensado 30-40 Liviano Mediano 19-29 Mediano Ligero Pesado 8-19 <8 Extrapesado Superligero >1.0 Grados API 10.0 1.0-0.92 10.0-22.3 0.92-0.87 22.3-31.1 0.87-0.83 31.1-39 <0.83 >39 SEPARACIÓN DEL CRUDO EN PRODUCTOS ÚTILES Gas Natural Gasolina Kerosene Aceites Diesel Aceites lubricantes Combustible Asfalto Gas Natural Condensado Crudo Mene Asfalto o bitúmen TITUSVILLE, PENSILVANIA ….En Venezuela Petrolia del Táchira Eureka Población de Rubio. Edo.Táchira Si es cierto que existen más de 30.000 campos petrolero en todo el mundo, como es que solo 33 de ellos constituyen grandes yacimientos? De esos 33; 25 se encuentran en Medio Oriente y continene más del 60% de las reservas probadas de nuestro planeta. Luego, como es que tantos animales hayan muerto en menos del 1% de la Corteza Terrestre. El Edén en la Biblia es un lugar rodeado por 4 rios, siendo uno de ello el Eufrates en cuyo centro se encuetran el árbol de la vida. Thomas Gold (científico Europeo) en 1986: dice que el gas natural (gas metano) abundantes en los yacimientos pudo haberse generado a partir de los meteorítos que cayeron a la Tierra durante su formación. Ello porque se han encontrado en varios meteoritos mas de 40 productos químicos semejantes al Kerógeno que se supone precursor del petróleo A ello se le suma las investigaciones realizadas por la NASA en cuanto al alto contenido de metano La pregunta sería como generar tanto gas metano y generar las condiciones en laboratorio. La teoría orgánica en cambio señala que a mayores temperaturas y presiones junto con la acción bacteriana y la presencia de sustancias catalizadoras hacen posible la generación de petróleo. Al aumentar la temperatura y la presión se producen reacciones Químicas complejas que generan una descomposición lenta de microorganismos (animales y vegetales). En su ascenso a la superficie un volumen de compuestos químicos naturales queda atrapado en estructuras de la Corteza Terrestre formando en el subsuelo los depósitos llamados yacimientos. Los hidrocarburos más antiguos tienen 400 MM años Los hidrocarburos más recientes tienen 10 MM años Roca, flora y fauna microcópica y la fuerza de la naturaleza son los protagonistas de estos procesos. …Lo cierto es, que pesar de las innumerables investigaciones que se han realizado, no existe una teoría infalible que explique sin lugar a dudas el origen del petróleo pues ello implicaría poder descubrir los orígenes de la vida misma. Hace 100 MM años Bolivar Amazonas Son depresiones en las cuales se acumulan sedimentos mezclados con materia orgánica en abundancia …… Teoría orgánica: Según esta teoría, el petróleo y el gas natural se han formado por la transformación de la materia orgánica vegetal y animal, cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por efecto de altas temperaturas, acción de bacterias y microorganismos, altas presiones en el subsuelo y otros agentes a lo largo de millones de años. El proceso completo de transformación, mediante el cual la materia orgánica se convierte en hidrocarburos, no se conoce, ya que no es posible reproducir en un laboratorio los millones de años que se requieren para transformar la materia orgánica en petróleo y gas natural. CARBONO HIDROGENO Proteínas Carbohidratos Grasas OTROS ELEMENTOS 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 MATERIAL FUENTE DEL PETRÓLEO ES LA MATERIA ORGÁNICA FORMADA EN LA SUPERFICIE TERRESTRE ROCA MADRE MADURA: lutita (60%), calizas(20%), margas (12%), carbón y otros (8%) RUTA DE MIGRACIÓN: ROCA YACIMIENTO: gravas y conglomerado de grano grueso, arenas y areniscas de grano fino, calizas y dolomitas TRAMPA: Estructural, Estratigráfica o Mixta SELLO IMPERMEABLE: calizas, limolitas, lutitas, lodolitas, arcilitas, argilitas ROCA MADRE MADURA: lutita (60%), calizas(20%), margas (12%), carbón y otros (8%) Aquellas en las que suficiente materia orgánica ha sido Acumulada, preservada y madurada totalmente 4 5 3 2 1 TASA DE DEPOSITACIÓN RÁPIDA CUERPOS DE AGUA POBRES EN OXÍGENO CON FONDOS ANOXICOS Ambientes de Baja Energía Océanos Lagos Pantanos GAS GAS GAS MIGRACIÓN PRIMARIA PROCESOS Cambios químicos de la materia orgánica: Pasamos de kerógeno a petróleo y a gas, aumentando la entropía del sistema, además disminuye el peso molecular de los HCs (y por tanto el tamaño de la cadena) con lo que la movilidad es mayor y puede incluso aumentar tanto la presión intersticial que cause abundante microfracturación para liberar la presión de los poros. MIGRACIÓN PRIMARIA MECANISMOS Movimiento en disolución: Parte del petróleo es soluble en agua y por lo tanto podría viajar en disolución con ésta. El problema es que en zonas someras la solubilidad es muy baja y en zonas profundas el tamaño del poro se reduce tanto que dificultaría los procesos de solubilidad. Formación de burbujas de HCs: Estas burbujas viajarían en inmiscibilidad líquida con el agua. Formación de coloides y micelas de HCs: Se produce una orientación de las moléculas de los HCs de tal modo que la parte hidrofóbica quede protegida por la parte hidrofílica en contacto con el agua. Difusión como una fase continua: El HC se mueve aprovechando fracturas, contactos entre formaciones rocosas, entre otros. MIGRACIÓN PRIMARIA DISTANCIA Y DIRECCIÓN Las distancias atravesadas por los hidrocarburos durante la migración primaria son cortas. La migración primaria es difícil y retardada, porque el petróleo está siendo forzado a través de las rocas que tienen bajas permeabilidades. Tan pronto como trayectorias más fáciles lleguen a estar disponibles, los líquidos de la migración las tomarán. Así la migración primaria termina siempre que un conducto permeable para la migración secundaria se alcance. En la mayoría de los casos las distancias de la migración primaria están probablemente entre 10 centímetros y 100 largueros de la arena del Mioceno. MIGRACIÓN SECUNDARIA MIGRACIÓN SECUNDARIA PROCESOS Flotabilidad: El petróleo menos denso que el agua, tiende a ponerse sobre ésta y dentro del petróleo, la parte gaseosa sobre la líquida. Presión capilar: En ocasiones impide el movimiento, pero por ósmosis se puede producir la migración. Gradientes hidrodinámicos: Según el gradiente vaya en un sentido o en otro, se puede favorecer la migración o dificultarla. MIGRACIÓN SECUNDARIA PROCESOS favorece desfavorece MIGRACIÓN SECUNDARIA PROCESOS La flotabilidad se opone parcial o totalmente por la presión capilar. Si la presión capilar excede a la flotabilidad, la migración secundaria cesará hasta que se reduzca la presión de la entrada capilar o aumente la flotabilidad MIGRACIÓN SECUNDARIA LEY DE DARCY k dP q v dz MIGRACIÓN SECUNDARIA MIGRACIÓN SECUNDARIA MIGRACIÓN SECUNDARIA Los compuestos polares obran recíprocamente más fuerte con los minerales del agua y de la roca y se mueven así más lento que los hidrocarburos. TRAMPAS TRAMPAS Se define como TRAMPA, a la localización de un obstáculo en el subsuelo que impide la migración del petróleo y origina las acumulaciones locales del crudo. Una trampa puede contener hidrocarburo, gas y una combinación de ambos (tipos de contactos entre fluídos). La química de la roca madre, el grado de maduración, así como la temperatura y la presión del yacimiento son determinantes en el tipo de fluídos en una trampa. TRAMPAS Los contactos entre los fluídos puede ser: ABRUPTO (a) TRANSICIONAL (b) CONTACTO ABRUPTO, indica que el yacimiento es permeable. CONTACTOS GRADUALES, indican que la roca yacimiento es poco permeable con altas presiones capilares. TRAMPAS Los contactos entre fluídos en las trampas generalmente son HORIZONTALES. Existen trampas con CONTACTOS INCLINADOS, que ocurren debido a un empuje hidrodinámico fuerte, por ejemplo Barinas. Para contactos inclinados es esencial la evaluación correcta de reservas y el establecimiento eficiente de procedimientos de producción. CLASIFICACIÓN DE LAS TRAMPAS TRAMPAS ESTRUCTURALES Son aquellas originadas por procesos tectónicos, diapíricos, gravitacionales y procesos de compactación. TRAMPAS ESTRATIGRAFICAS Son aquellas en las cuales la geometría de la trampa es inherente a la morfología sedimentaria original o la generada por procesos diagenéticos inmediatamente posteriores. TRAMPAS ESTRUCTURALES: CLASIFICACIÓN DE LAS TRAMPAS ESTRUCTURALES Trampas de pliegues compresionales Trampas de pliegues compactacionales Trampas falladas TRAMPAS ESTRUCTURALES: Trampas de Pliegues Compresionales Las trampas anticlinales son producto de procesos de compresión y pueden ser encontradas cerca de márgenes activas (acortamiento de la costa terrestre). Por ejemplo el Yacimiento del Eoceno en B-6-X.03 en Venezuela consiste de dos pliegues asimétricos producto de un proceso de compresión. TRAMPAS ESTRUCTURALES: Trampas de Pliegues Compresionales Otro ejemplo es el Campo Silvestre localizado al sureste de Barinas. Estructuralmente este yacimiento consiste en un domo limitado por fallas normales. TRAMPAS ESTRUCTURALES: Trampas de Pliegues Compactacionales Ocurren en aquellas cuencas asociadas con deriva continental. El basamento sufre un resquebrajamiento convirtiéndose en un sistema de “horst y grabens”. El espesor de sedimentos en una cuenca rift es menor en la cresta que en el graben (a).El proceso de compactación es constante entre la cresta y el graben (b).Sin embargo, en el tiempo la compactación sera mayor en donde la columna de sedimentos sea mayor (c).Movimientos de la falla puede generar un cierre estructural TRAMPAS ESTRUCTURALES: Comparación entre ambos tipos de Pliegues PLIEGUES COMPRESIONALES Estructuras post - deposicionales. La porosidad primaria esta relacionada con la sedimentación y en menor grado con la estructura. Pueden contener porosidad de fracturas, ya que están litificadas antes de la deformación. Generalmente están orientadas con su eje mayor perpendicular al eje de acortamiento de la cresta. Se forman a partir de un evento tectónico mayor. PLIEGUES COMPACTACIONALES La porosidad varia entre la cresta y el graben. Debe de existir un control sedimentológico en la calidad de roca. La porosidad secundaria (diagénesis) puede desarrollarse en la cresta de los pliegues, la cual puede ser sometida a procesos de exposición subáerea y disolución. Tienen forma irregular debido a la forma de las estructuras subyacentes. Pueden tener una historia compleja debido a la reactivación de las fallas en el basamento. TRAMPAS ESTRUCTURALES: Las fallas pueden ser: SELLANTES O PERMEABLES. Las fallas en arenas y arcillas no litificadas tienden a ser sellantes, debido a que la arcilla presente en el plano de falla funciona como una barrera. En el ejemplo se muestra fallas sellantes y permeables. Trampas de Fallas TRAMPAS ESTRUCTURALES: Trampas de Fallas Otro grupo de TRAMPAS están asociadas a las FALLAS DE CRECIMIENTO (“growth faults”). Las fallas de crecimiento son contemporáneas con la sedimentación y se encuentran en aquellas áreas caracterizadas por sedimentación rápida y progradante (Un ambiente deltaico). Sedimentación rápida de arena sobre arcillas no consolidadas (a). Esto resulta en downwarping o desplazamiento de la arcilla no compactada debajo del cuerpo arenoso mas pesado (b). La sedimentación continua de arenas genera una falla de crecimiento con un incremento de espesor en el bloque deprimido (c). La falla permanece activa en la medida que el eje de transporte de sedimentos se mantenga en la misma locacion (d). TRAMPAS ESTRATIGRAFICAS Trampas estratigráficas en secuencias normales conformables (a). Trampas estratigráficas asociadas a una discordancia (b). Trampas estratigráficas combinadas (c). (c) (a) (b) TRAMPAS ESTRATIGRÁFICAS: Trampas deposicionales_ CANALES Muchos campos de gas y petróleo ocurren en trampas asociadas a canales de varios tipos, desde depósitos de canales meandriformes, canales distributarios hasta canales de aguas profundas (turbidíticos). TRAMPAS ESTRATIGRÁFICAS: Trampas deposicionales_ BARRAS Depósitos de isla de barrera son excelentes yacimientos se encuentran rodeados de lutitas impermeables marinas o lagunares. TRAMPAS ESTRATIGRÁFICAS: Trampas DIAGENÉTICAS POROSIDAD SECUNDARIA POR DISOLUCIÓN Y POR FRACTURAMIENTO EN ROCAS DURAS. Las trampas diagenéticas son formadas por la creación de porosidad secundaria en rocas no yacimiento por reemplazo, disolución o fracturamiento. Un ejemplo, Deep River Field en Michigan, en donde la dolomitización de una roca carbonática pre -existente resulto en la formación de porosidad secundaria intercristalina. TRAMPAS ESTRATIGRÁFICAS: Trampas relacionadas con DISCORDANCIAS Las TRAMPAS relacionadas con las discordancias pueden ocurrir: Por encima y Por debajo de discordancias mayores. En trampas por debajo de la discordancias: Es esencial la existencia de lutitas suprayacentes las cuales representan el sello de estas trampas; el cierre se produce por la intersección de un pliegue estructural inclinado (dipping structural nose) y una discordancia planar. TRAMPAS DE OTRO TIPO: Trampas relacionadas con HIDRODINÁMICA Un movimiento de agua hacia abajo previene el movimiento hacia arriba del gas o petróleo. Un monoclinal “flexure” no tiene un cierre vertical y en una situación normal el hidrocarburo no podría ser entrampado. Existen algunos campos con contactos CAP inclinados en donde el entrampamiento es producto de una combinación de HIDRODINÁMICA Y ESTRUCTURA. TRAMPAS : Trampas COMBINADAS COMBINACIÓN DE VARIAS TRAMPAS (ESTRUCTURAL, ESTRATIGRÁFICA E HIDRODINÁMICA). Por ejemplo en Main Pass Block 35 Field, Offshore Lousiana, un rollover anticline se desarrollo al sur de una falla mayor de crecimiento. El rollover anticline es cortado por un canal. Petróleo con una capa de gas esta presente en el canal, entonces la trampa es una combinación de estructura y estratigrafía. TRAMPAS ESTRATIGRÁFICAS: Trampas deposicionales_ CANALES Muchos campos de gas y petróleo ocurren en trampas asociadas a canales de varios tipos, desde depósitos de canales meandriformes, canales distributarios hasta canales de aguas profundas (turbidíticos). TRAMPAS ESTRUCTURALES TRAMPAS ESTRATRIGRáFICAS TRAMPAS MIXTAS 65% 33% 2% LUTITA EVAPORITAS CARBONATOS (Sal) (Calizas y Dolomitas) SELLO SELLO SELLO TRAMPA ANTICLINAL SELLO TRAMPA FALLA SELLO SELLO SELLO SELLO TRAMPA DISCORDANCIA TRAMPA ESTRATIGRáFICA POR TRUNCAMIENTO Las lutitas son las rocas sello por excelencia de las reservas mundiales y son los sellos más importantes en las cuencas ricas en sedimentos clásticos, donde las areniscas son la roca yacimiento predominante. Las evaporitas; sin embargo, son la roca sello más eficiente y son comunes en cuenca ricas en carbonatos, formando a menudo sellos para yacimientos carbonáticos. LUTITAS MARGAS CARBONATOS CARBON Klemmen, 1980 VARIEDAD DE ARREGLOS ESPACIALES DE ROCA MADRE A ROCA YACIMIENTO contra la Carga de los estratos y el porcentaje de ocurrencia para cada uno de estos arreglos en el petróleo del mundo. MAYOR TIPO DE YACIMIENTOS Y PORCENTAJE DE OCURRENCIA DE CADA UNO DE ELLO EN EL MUNDO Una pequeña fracción de las reservas mundiales de petróleo ha sido encontrada en otras litología tales como lutitas, rocas ígneas y metamórficas del basamento, las cuales no son normalmente rocas yacimiento. En este tipo de rocas, como en muchas areniscas muy consolidadas (“Tight”) y carbonatos, el petróleo se encuentra en las fracturas. Algunos yacimientos de este tipo pueden ser altamente productivos, como p. ej., el basamento de Campo La Paz. CALIDAD DE LA PERMEABILIDAD DE UN YACIMIENTO. la mayoría de los yacimientos, solamente tienen permeabilidades del rango de milidarcis, típicamente entre 5 y 500 milidarcis, pudiendo tener algunos hasta 5 darcis EN CUANTO A LA POROSIDAD Basada en reservas petroleras conocidas en el mundo MAYORES SITOS DE ACUMULACIÓN PETROLERA EN CUENCAS SEDIMENTARIAS Formación del petróleo 3 estados importantes Diagénesis Catagénesis Metagénesis Proceso mediante el cual el sistema tiende al equilibrio bajo condiciones de enterramiento poco profundo y a través del cual los sedimentos se hacen consolidados Producto de la destrucción anaeróbica en la etapa de la diagénesis el único hidrocarburo producido en cantidades medibles es el metano biogenético Luego, el Kerógeno se define como el producto final de la diagénesis de la materia orgánica. El Kerógeno es entonces, la materia orgánica en las rocas sedimentarias que es insoluble en solventes orgánicos, a diferencia de la porción soluble que se denomina bitumen. Etapa en la cual el petróleo y el gas natural es generado del Kerógeno Ventana del petróleo Estado final en la evolución de la materia orgáncia durante la cual la generación de petróleo y gas a partir del kerógeno cesa. Dando lugar finalmente a la formación de dos productos termodinámicamente estables: Metano y Grafito. Un dato muy importante en lo relativo a las explotaciones de petróleo es la recuperación del petróleo. Cuando se descubre un nuevo yacimiento, no todo el pétroleo que existe se puede extraer. Esto se debe a que el petróleo tiene una alta viscosidad y parte de él se queda "pegado" a los poros de las rocas. Este fenómeno tan simple, afecta directamente a cuánto petróleo se puede extraer. Las recuperaciones de petroleo suelen ser del orden entre el 20 - 30% de media. Esto supone que de un campo petrolífero de 100 millones de barriles solamente se puede recuperar ¡¡30 millones de barriles!! La recuperación desde que empezó a explotarse el petróleo ha ido aumentando debido principalmente al aumento de la tecnología. Esto aumenta las reservas ya que se puede extraer más.