Download Evaluación de yacimientos volcánicos

Evaluación de yacimientos volcánicos
M.Y. Farooqui
Gujarat State Petroleum Corporation (GSPC)
Gandhinagar, Gujarat, India
Huijun Hou
Dhahran, Arabia Saudita
Guoxin Li
PetroChina Exploration and Production
Company Limited
Beijing, China
Nigel Machin
Saudi Aramco
Dhahran, Arabia Saudita
Tom Neville
Cambridge, Massachusetts, EUA
Aditi Pal
Yakarta, Indonesia
Chandramani Shrivastva
Mumbai, India
Yuhua Wang
Fengping Yang
Changhai Yin
Jie Zhao
PetroChina Daqing Oilfield Company
Daqing, China
Xingwang Yang
Tokio, Japón
Traducción del artículo publicado en inglés en
Oilfield Review Spring 2009: 21, no. 1.
Copyright © 2009 Schlumberger.
DMR, ECS y FMI son marcas de Schlumberger.
Por su colaboración en la preparación de este artículo,
se agradece a Martin Isaacs, Sugar Land, Texas, EUA;
Shumao Jin, Brett Rimmer y Michael Yang, Beijing;
Charles E. Jones, Universidad de Pittsburgh, Pensilvania,
EUA; Andreas Laake, El Cairo; y Hetu C. Sheth, Instituto
Indio de Tecnología, Mumbai.
36
Los hidrocarburos pueden encontrarse en rocas volcánicas; a veces en cantidades
significativas. Los métodos petrofísicos, desarrollados originalmente para
las acumulaciones sedimentarias, están siendo utilizados para evaluar estos
yacimientos inusuales.
En los primeros días de la exploración petrolera,
en general, el descubrimiento de hidrocarburos en
cualquier lugar que no fuera roca sedimentaria era
accidental, y esas acumulaciones eran consideradas como el resultado de un golpe de suerte.
Las serendipias aún forman parte de las actividades de exploración, pero ahora los geólogos saben
que la presencia de petróleo y gas en esas rocas no
es ninguna coincidencia. Las rocas ígneas—formadas a partir de la solidificación del magma—alojan
yacimientos de petróleo en muchas de las grandes
provincias petrolíferas.
En general, las rocas ígneas han sido ignoradas
e incluso evitadas por la industria de E&P. Se las
ha ignorado por no ser consideradas atractivas.
No obstante, las rocas ígneas pueden desarrollar
porosidad y permeabilidad de distintas maneras.1
Lejos de ser intrascendente, la actividad ígnea
puede incidir en todos los aspectos de un sistema
petrolero, proporcionando la roca generadora (roca
madre), afectando la maduración de los fluidos y
formando trayectos para la migración, trampas,
yacimientos y sellos.2
Las rocas ígneas han sido evitadas por otras
razones. Por un lado, tienden a ser extremadamente duras, aunque las mejoras introducidas en
la tecnología de las barrenas están ayudando a
los perforadores a abordar estas litologías resistentes.3 Por otro lado, dado que habitualmente
impiden la penetración profunda de la energía
sísmica, las capas ígneas también son consideradas como un impedimento para la evaluación de
los sedimentos infrayacentes. Los nuevos métodos sísmicos están aportando soluciones para
este problema, pero con sus intensas cualidades
re-fractivas, los yacimientos ígneos siguen siendo
difíciles de caracterizar.4
Una vez descubiertos los hidrocarburos en los
yacimientos ígneos, la evaluación de los volúmenes de hidrocarburos y de la productividad plantea
diversos retos. La interpretación de registros en los
yacimientos ígneos a menudo requiere la adaptación de técnicas diseñadas para otros ambientes.
Las herramientas de adquisición de registros y
los métodos de interpretación que logran resultados exitosos en las rocas sedimentarias pueden
1. Srugoa P y Rubinstein P: “Processes Controlling Porosity
and Permeability in Volcanic Reservoirs from the Austral
and Neuquén Basins, Argentina,” AAPG Bulletin 91, no. 1
(Enero de 2007): 115–129.
2. Schutter SR: “Hydrocarbon Occurrence and Exploration
in and Around Igneous Rocks,” en Petford N y McCaffrey
KJW (ediciones): Hydrocarbons in Crystalline Rocks,
Geological Society Special Publication 214. Londres:
Sociedad Geológica (2003): 7–33.
3. Close F, Conroy D, Greig A, Morin A, Flint G y Seale R:
“Successful Drilling of Basalt in a West of Shetland
Deepwater Discovery,” artículo SPE 96575, presentado
en la Conferencia y Exhibición del Petróleo y el Gas del
Área Marina de Europa de la SPE, Aberdeen, 6 al 9 de
septiembre de 2005.
Salleh S y Eckstrom D: “Reducing Well Costs by
Optimizing Drilling Including Hard/Abrasive Igneous
Rock Section Offshore Vietnam,” artículo SPE 62777,
presentado en la Conferencia de Tecnología de
Perforación de la Región del Pacífico Asiático de
las IADC/SPE, Kuala Lumpur, 11 al 13 de septiembre
de 2000.
4. Hill D, Combee L y Bacon J: “Over/Under Acquisition
and Data Processing: The Next Quantum Leap in
Seismic Technology?” First Break 24, no. 6 (Junio
de 2006): 81–95.
White RS, Smallwood JR, Fliedner MM, Boslaugh B,
Maresh J y Fruehn J: “Imaging and Regional Distribution
of Basalt Flows in the Faeroe-Shetland Basin,”
Geophysical Prospecting 51, no. 3 (Mayo de 2003):
215–231.
Oilfield Review
Oilfield Review
Winter 09
Volcanic Fig. Opener
ORWINT09-VOL Fig. Opener
Volumen 21, no. 1
37
proveer respuestas válidas en las rocas ígneas,
pero a menudo exigen cierta pericia para su aplicación. Por otro lado, dado que la mineralogía
varía significativamente en estas formaciones,
los métodos que funcionan en una provincia volcánica pueden fracasar en otra. Usualmente, se
requiere una combinación de diversos métodos.
Este artículo describe la complejidad de los
yacimientos volcánicos y presenta algunas tecnologías que han demostrado ser exitosas para
su caracterización. La descripción comienza con
una revisión de los tipos de rocas ígneas y continúa con un examen de los efectos de los procesos
ígneos sobre los sistemas petroleros. Dos ejemplos de campo destacan el proceso de evaluación
de formaciones en las rocas volcánicas. Un estudio de caso de un yacimiento rico en contenido
de gas, situado en China, presenta una técnica
que combina las mediciones convencionales derivadas de los registros y los registros de imágenes
con las técnicas de espectroscopía de captura
de neutrones y resonancia magnética nuclear.
Un ejemplo de la India demuestra la importancia de incorporar imágenes de resistividad de la
pared del pozo en la evaluación de las rocas volcánicas petrolíferas.
Acerca de las rocas ígneas
Las rocas ígneas se forman a través de la solidificación del magma; una mezcla de agua, gases
disueltos y roca fundida a parcialmente fundida.
Las rocas ígneas varían entre un yacimiento y otro
porque sus componentes poseen químicas diversas, provenientes del magma que mezcla material
del manto, la corteza y la superficie de la Tierra;
habitualmente óxidos de silicio, hierro, magnesio,
sodio, calcio y potasio. Además poseen estructuras y texturas diversas—lo cual se traduce en
porosidades y permeabilidades complejas—
dependiendo de cómo se fueron acomodando.
Los mecanismos de colocación comprenden
erupciones explosivas repentinas, flujos viscosos
espesos e intrusiones subterráneas lentas y profundas. Los procesos subsiguientes de meteorización
Columna de humo
Columna de erupción
Oleada de nube de ceniza
Trampas
Flujo piroclástico
Rocas vulcanoclásticas
Lacolito
expuesto
por la
erosión
Diques
Volcán
Lavaduras de granito
Flujo de lava
Dique
Filón
Roca
plutónica
Lacolito
Roca de caja
Plutón
Basamento
> Ubicación de las rocas ígneas. Las rocas plutónicas, formadas por el enfriamiento del magma en
el interior de la Tierra, exhiben cristales bien desarrollados con escasa porosidad. Los plutones y los
lacolitos—inyecciones ígneas protuberantes que penetran en las capas sedimentarias—son ejemplos
de rocas plutónicas. Las rocas volcánicas, formadas cuando el magma se derrama sobre la superficie
y se enfría rápidamente, muestran texturas cristalinas muy finas o incluso vítreas. El incremento de
las presiones en el interior de la Tierra puede producir erupciones explosivas que se traducen en la
acumulación de fragmentos de material volcánico en depósitos piroclásticos. Las rocas que contienen
fragmentos clásticos de origen volcánico se denominan vulcanoclásticas. Como resultado de estos
procesos diferentes, pueden desarrollarse porosidades y permeabilidades complejas.
38
y fracturamiento pueden complicar aún más las
propiedades de las rocas.
Las rocas ígneas se forman bajo una amplia
gama de condiciones, y por consiguiente exhiben
propiedades diversas (abajo, a la izquierda). La
roca fundida, que se enfría muy por debajo de la
superficie, forma rocas intrusivas o plutónicas.
El enfriamiento lento de los magmas profundos
crea cristales grandes que generan rocas de
grano grueso. Estas formaciones habitualmente
poseen una porosidad intergranular baja y una
permeabilidad insignificante, lo cual las vuelve
de poco interés para la industria petrolera.
La excepción la constituyen los granitos fracturados, que pueden producir hidrocarburos.5
Los magmas cercanos a la superficie tienden a
enfriarse más rápidamente. Esto hace que exista
menos tiempo para la formación de cristales que,
por consiguiente, tienden a ser más pequeños,
generando rocas cristalinas de grano fino.
Las rocas extrusivas, o volcánicas, se forman
cuando el magma es expulsado a través de la superficie de la Tierra. El magma puede derramarse
en flujos de lava fundida que, cuando se enfrían,
forman rocas volcánicas cristalinas de grano fino
a muy fino. A veces, el proceso de enfriamiento se
produce tan rápidamente que no se pueden formar cristales, lo cual resulta en la formación de
vidrio volcánico, tal como la obsidiana. Cuando
los magmas contienen grandes cantidades de
agua y gases disueltos, el incremento excesivo de
5. Por ejemplo, las reservas recuperables de petróleo
alojadas en el granito fracturado de la Cuenca de
Cuu Long, en el área marina de Vietnam, se estiman en
2,000 millones de bbl [320 millones de m3] o un volumen
aún mayor. Para obtener más información, consulte:
Du Hung N y Van Le H: “Petroleum Geology of Cuu
Long Basin—Offshore Vietnam,” Search and Discovery
Article #10062, http://www.searchanddiscovery.net/
documents/2004/hung/images/hung.pdf (Se accedió
el 6 de abril de 2009).
El campo gigante de gas Suban, situado en el sur de
Sumatra, contiene un volumen estimado de reservas de
5 Tpc [140,000 millones de m3] en los granitos fracturados.
Para obtener más información, consulte: Koning T: “Oil
and Gas Production from Basement Reservoirs: Examples
from Indonesia, USA and Venezuela,” en Petford N y
McCaffrey KJW (ediciones): Hydrocarbons in Crystalline
Rocks, Geological Society Special Publication 214.
Londres: Sociedad Geológica (2003): 83–92.
Landes KK, Amoruso JJ, Charlesworth LJ Jr, Heany F
y Lesperance PJ: “Petroleum Resources in Basement
Rocks,” Bulletin of the AAPG 44, no. 10 (Octubre de
1960): 1682–1691.
6. En proporción, una roca acídica contiene más óxidos no
metálicos que una roca básica y forma un ácido cuando
se disuelve en agua. En proporción, una roca básica
contiene más óxidos metálicos que una roca acídica y
forma una base cuando se disuelve en agua.
7. El término “máfico” proviene de las palabras “magnesio”
y “férrico”, mientras que el término “félsico” proviene de
una combinación de feldespato y sílice.
Hyndman DW: Petrology of Igneous and Metamorphic
Rocks, edición 2, Ciudad de Nueva York: McGraw-Hill
Higher Education, 1985.
Oilfield Review
De grano fino
De grano grueso
Periodita
Basalto
Andesita
Dacita
Riolita
Gabro
Diorita
Granodiorita
Granito
100
Composición mineral, porcentaje en volumen
Feldespatos
de plagioclasa
ricos en calcio
80
Cuarzo
60
Feldespatos
de plagioclasa
ricos en sodio
Olivina
40
Feldespato
de potasio
Piroxeno
20
Anfibol
Biotita
0
45%
Incremento del contenido de sílice
75%
Incremento del contenido de calcio, magnesio y hierro
Incremento del contenido de potasio, sodio y aluminio
1,200°C [2,200°F]
Incremento de la temperatura de cristalización
700°C [1,300°F]
> Clasificación de las rocas ígneas por su composición mineral. Las rocas de grano fino y grueso,
de composición similar, poseen nombres diferentes. Por ejemplo, un magma que contiene cuarzo,
feldespato de potasio, plagioclasa rica en contenido de sodio y biotita, puede enfriarse lentamente
y formar granito grueso. Si el mismo magma se derrama, formará riolita fina. Los magmas ricos en
contenido de olivina no se derraman comúnmente, sino que se cristalizan en profundidad, y de ese
modo forman sólo rocas de grano grueso.
Tamaño
del clasto o
del cristal,
mm
256
Clastos
sedimentarios
Fragmentos
piroclásticos
Cantos rodados
grandes
Bloques
y bombas
Guijarros
64
16
Rocas cristalinas:
ígneas, metamórficas
o sedimentarias
Muy gruesas
Cristalinas, muy gruesas
Grava
Cantos rodados
pequeños
Lapilli
Gruesas
2
1
0.5
0.25
0.125
Cristalinas, gruesas
Gránulos
Arena muy gruesa
Oilfield Review
Winter 09
Arena intermedia VolcanicGranos
Fig. 2gruesos
de ceniza Fig. 2
ORWINT09-VOL
Arena fina
Intermedias
Arena muy fina
Cristalinas, finas
Arena gruesa
Cristalinas, intermedias
Arena
4
Finas
0.032
Limo
0.004
Arcilla
Muy finas
Lodo
la presión bajo tierra puede producir erupciones
explosivas de material volcánico. Los tamaños
de los fragmentos eyectados o piroclastos oscilan entre ceniza volcánica fina y “bombas” de
decenas de centímetros de diámetro. Una vez
eyectados, los fragmentos individuales se acumulan para formar rocas piroclásticas. Los flujos de
lava (coladas lávicas) y los depósitos piroclásticos pueden oscilar entre algunos centímetros y
algunos cientos de metros de espesor, cubriendo
miles de kilómetros cuadrados. Estos depósitos
pueden poseer valores de porosidad y permeabilidad suficientes para convertirlos en yacimientos
de hidrocarburos económicamente viables.
Los diferentes modos de formación de las rocas
ígneas—enfriamiento de las lavas, ya sea bajo tierra o en la superficie, y aglomeración de fragmentos
eyectados durante las erupciones explosivas—
hacen posible una subdivisión de las rocas ígneas
en dos grupos: rocas ígneas cristalinas y rocas
ígneas, o piroclásticas, fragmentosas.
Una clasificación composicional simple y
común de las rocas ígneas cristalinas se basa en
el porcentaje en peso de sílice [SiO2]. Las rocas
con bajo contenido de SiO2 (menos del 52%)
se clasifican como básicas, las rocas con alto
contenido de SiO2 (más del 66%) son acídicas,
y aquellas con un contenido de SiO2 que oscila
entre un 52 y un 66% son intermedias.6
Un sistema de clasificación paralelo agrupa
a las rocas por porcentaje en peso de minerales
de color oscuro. Las rocas ricas en minerales
oscuros (más del 70%), tales como la olivina y el
piroxeno, son máficas; las que contienen pocos
minerales oscuros (menos del 40%), y por consiguiente más minerales claros, tales como el cuarzo
y el feldespato, son silícicas, y a veces se denominan félsicas.7 Las rocas máficas, tales como el
basalto, tienden a ser básicas; las rocas silícicas,
tales como el granito, tienden a ser acídicas.
Una clasificación diferente abarca el mecanismo
de posicionamiento, el tamaño de los cristales y la
mineralogía, dividiendo las rocas volcánicas cristalinas en cuatro tipos principales (arriba a la
derecha). La tendencia que se extiende desde
el basalto hasta la andesita, la dacita y la riolita,
forma un conjunto de variedades mineralógicas.
Por otra parte, las rocas piroclásticas se
clasifican habitualmente por su granulometría,
al igual que las rocas sedimentarias clásticas.
Las proporciones relativas de tres clases de
tamaños de granos—bloques y bombas, lapilli y
ceniza—se utilizan para clasificar una roca piroclástica (derecha). Los distintos tipos de rocas
Granos finos
de ceniza
Cristalinas, muy finas
Criptocristalinas
> Clasificación de las rocas piroclásticas por su granulometría. Las rocas
piroclásticas se identifican sobre la base de su granulometría, en forma
similar a las rocas sedimentarias clásticas.
Volumen 21, no. 1
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Estructuras
Texturas
Flujo: Los flujos se forman cuando la estructura de la
lava se alinea en filas paralelas o en ondas cordiformes.
Almohadilla: La lava que es expulsada debajo del agua
y pronto desarrolla una película fría alrededor de un
núcleo fundido forma estructuras en almohadilla, que
son pilas bulbosas de roca. La lava almohadilla a
menudo incorpora sedimentos del fondo marino.
Pórfiro: Una de las estructuras porfiríticas más
comunes son los fenocristales, que son cristales
de 1 a 2 mm [0.04 a 0.08 pulgada] encastrados en
una matriz de grano fino, con frecuencia vítrea.
La andesita y el basalto a menudo poseen
fenocristales de olivina y piroxeno.
Piroclasto: Los piroclastos son fragmentos de roca
gruesa, cincelada, formados durante una explosión
volcánica. Los fragmentos de vidrio a menudo son
un componente clave. Los fragmentos gruesos indican
un sepultamiento rápido o un proceso de re-elaboración
mínimo, posterior a la depositación.
Brechiformes: La mayoría de las partículas angulares
de más de 2 mm de diámetro son brechas volcánicas.
Habitualmente, las partículas se forman a partir del
movimiento de la roca parcialmente solidificada, no
a partir de la eyección de fragmentos.
Vítreas: La lava que se enfría rápidamente forma vidrio
volcánico, tal como la obsidiana, la tonalita y la piedra
volcánica (pitchstone), que difieren fundamentalmente
en su contenido feldespático alcalino.
Tobáceas: El material piroclástico consolidado de
menos de 2 mm [aproximadamente 0.08 pulgada] de
diámetro es la toba. La toba no consolidada es la
ceniza. Ambas pueden ser depositadas lejos de su
lugar de origen. Una roca yacimiento volcánica común,
epiclástica o meteorizada, es la arena tobácea, en la
que la toba reelaborada representa menos de la mitad
del volumen de roca. Cuando la toba compone más de
la mitad de la roca, el depósito se denomina toba
arenosa.
> Estructuras y texturas en las rocas volcánicas.
Las variaciones producidas en la estructura y la
textura originan un amplio rango de porosidades
y permeabilidades observadas en las rocas
cristalinas y piroclásticas.
Vesiculares: El gas que se expande en la lava en
proceso de enfriamiento forma poros denominados
vesículas. A menudo desconectadas, esas vesículas
son la razón por la cual la roca volcánica muy porosa,
tal como la piedra pómez, flota pero posee un grado
de permeabilidad insignificante. Las vesículas a
menudo se rellenan con minerales secundarios,
usualmente silicatos hidratados denominados zeolitas.
Estas vesículas rellenas, conocidas como amígdulas,
reducen la porosidad intergranular de la misma manera
que la arcilla presente en la arenisca.
ARGENTINA
Chaitén
CHILE
Columna de humo
Cobertura de ceniza
OCÉANO ATLÁNTICO
0
km 100
0
millas
100
Oilfield Review
Winter 09
Volcanic Fig. 4
ORWINT09-VOL Fig. 4
> Imagen del volcán Chaitén, en el sur de Chile, obtenida por el satélite Terra de la NASA. El volcán, que
se creía inactivo antes de su erupción acaecida el 2 de mayo de 2008, envió una columna de ceniza y vapor a
lo largo de unos 10.7 a 16.8 km [35,000 a 55,000 pies] dentro de la atmósfera. Esta imagen, obtenida tres
días después de la erupción, muestra la columna de humo que se extiende hacia el este una distancia
de más de 1,000 km a través de la República Argentina y hacia el interior del Océano Atlántico.
La columna volcánica (blanco) se distingue de las nubes (turquesa). La superficie del suelo se
encuentra cubierta de ceniza gris-tostada. [Tomado del documento “Chile’s Chaiten VolcanoErupts,”
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=8725 (Se accedió el 6 de abril de 2009)].
40
piroclásticas y cristalinas exhiben diferencias de
textura y estructura que se traducen en diferencias de porosidad y permeabilidad (izquierda).
Volúmenes de rocas volcánicas
Los petrólogos han calculado que la porción
somera de la corteza terrestre contiene un volumen de roca volcánica—formada por la eyección
de lava en la superficie—de 3.4 a 9 x 109 km3, un
orden de magnitud mayor que el volumen de roca
sedimentaria. Esta estimación incluye las extrusiones producidas en las zonas de hundimiento
del fondo marino, donde las placas oceánicas se
están separando y la actividad volcánica forma
corteza nueva.
La presencia de rocas volcánicas en las provincias petrolíferas es común porque la actividad
volcánica tuvo lugar en el interior o cerca de muchas
cuencas sedimentarias, en una etapa o en otra.
El vulcanismo también puede afectar las cuencas
lejanas; los volcanes grandes pueden empujar los
flujos piroclásticos hasta 1,000 km [aproximadamente 600 mi] de distancia de su origen y el viento
puede arrastrar la ceniza a través de miles de
kilómetros (izquierda, extremo inferior). En consecuencia, es posible observar mantos de ceniza y
tobas, o ceniza consolidada, lejos de su origen.
Existen rocas ígneas productoras de hidrocarburos en todo el mundo (próxima página). El primer
descubrimiento documentado de petróleo en roca
volcánica puede ser el Campo Hara de Japón,
cuya producción inicial tuvo lugar en el año 1900.8
El campo producía petróleo de tres capas tobáceas. Otro de los primeros ejemplos de producción
se registró en Texas, en el año 1915, a lo largo de
una tendencia de volcanes de fondo marino, que
erupcionaron durante la depositación de la Caliza
Austin.9 Las formaciones volcánicas sepultadas
produjeron 54 millones de bbl [8.6 millones de m3]
de petróleo de 90 campos, emplazados en más de
200 cuerpos ígneos.
Los yacimientos volcánicos pueden contener
acumulaciones significativas. Para el año 1996,
la producción acumulada proveniente de las
tobas volcánicas y las capas asociadas del Campo
Jatibarang, situado en Java Occidental, era de
1,200 millones de bbl [190 millones de m3] de petróleo y 2.7 Tpc [76,000 millones de m3] de gas.
Las reservas estimadas ascienden a 4,000 millones
de bbl [635 millones de m3] de petróleo y 3 Tpc
[85,000 millones de m3] de gas.10 El análisis de
yacimientos indica valores de porosidad que oscilan entre 16 y 25% y una permeabilidad de hasta
10 darcies. En este yacimiento, las rocas volcánicas también son rocas generadoras.11
Oilfield Review
Hidrocarburos asociados con las rocas ígneas o la actividad ígnea
> Distribución de las rocas ígneas petrolíferas. Los puntos dorados representan las localizaciones de las filtraciones, rastros y yacimientos de hidrocarburos
en las rocas ígneas. (Adaptado de Schutter, referencia 36).
Los sistemas petroleros
El vulcanismo puede afectar todos los aspectos de
un sistema petrolero, produciendo rocas generadoras peculiares, acelerando la maduración de los
fluidos, y formando trampas, yacimientos y sellos.
Roca generadora (roca madre)—Si bien la
mayoría de los hidrocarburos presentes en las
rocas volcánicas provienen de rocas generadoras
sedimentarias, algunas rocas volcánicas también
son rocas generadoras. La vegetación arrastrada
en los flujos volcánicos puede contener agua
suficiente como para protegerla del calor del
emplazamiento. El vulcanismo subaéreo puede
formar lagos y pantanos con sedimentos ricos en
kerógeno y el agua caldeada volcánicamente, presente en estas cuencas, fomenta el crecimiento
de nutrientes, incrementando aún más la producción de materia orgánica.
Maduración—Mediante el agregado de calor,
los cuerpos ígneos pueden acelerar la maduración
de los hidrocarburos. Los cuerpos intrusivos grandes, tales como diques y filones de gran espesor,
se enfrían en forma lenta y pueden afectar
grandes volúmenes de roca adyacente, produciendo sobremaduración.12 Los flujos volcánicos
se enfrían relativamente rápido, de modo que
usualmente producen menos impacto sobre la
maduración. El impacto de la actividad ígnea
sobre la maduración de los fluidos puede ser
evaluado mediante el modelado de los sistemas
petroleros.13
Además del calor directo, la circulación de
los fluidos hidrotérmicos en la zona calentada
también puede afectar la maduración. Por ejemplo, los científicos que trabajan en la Cuenca
de Guaymas del Golfo de California reportaron
Oilfield Review
que los fluidos hidrotérmicos calentados hasta
Winter 09
alcanzar 400°C
[752°F]
Volcanic
Fig.son
6 responsables de la
alteración deORWINT09-VOL
la materia orgánica
Fig. y6 de la formación de petróleo.14 El proceso es rápido, ya que
implica entre cientos y miles de años en vez de
los varios millones de años que se necesitan habitualmente para la generación de petróleo.15
Migración—Los hidrocarburos originados en
otros lugares son entrampados en las rocas volcánicas de distintas maneras:
•Los hidrocarburos pueden pasar vertical o lateralmente desde las rocas sedimentarias hacia
las rocas volcánicas ubicadas en posiciones estructurales más altas.
•La compactación de las rocas sedimentarias
puede obligar a los hidrocarburos a desplazarse
en sentido descendente, hacia el interior de las
rocas volcánicas.
•Los fluidos hidrotérmicos pueden disolver los
hidrocarburos y depositarlos en las rocas ígneas.
•Si la presión de vapor existente en las rocas volcánicas se vuelve suficientemente baja durante
el proceso de enfriamiento, los hidrocarburos
pueden introducirse en los espacios porosos.
8.Mining in Japan, Past and Present. Oficina de Minas,
Departamento de Agricultura y Comercio de Japón,
1909.
9.Ewing TE y Caran SC: “Late Cretaceous Volcanism in
South and Central Texas—Stratigraphic, Structural, and
Seismic Models,” Actas de la Asociación de Sociedades
Geológicas de la Costa del Golfo 32 (1982): 137–145.
10.Kartanegara AL, Baik RN e Ibrahim MA: “Volcanics
Oil Bearing in Indonesia,” AAPG Bulletin 80, no. 13
(1996): A73.
11.Bishop MG: “Petroleum Systems of the Northwest
Java Province, Java and Offshore Southeast Sumatra,
Indonesia,” USGS Open-File Report 99–50R (2000),
http://pubs.usgs.gov/of/1999/ofr-99-0050/OF99-50R/
ardj_occr.html (Se accedió el 7 de abril de 2009).
12.Schutter, referencia 2.
13.Yurewicz DA, Bohacs KM, Kendall J, Klimentidis RE,
Kronmueller K, Meurer ME, Ryan TC y Yeakel JD:
“Controls on Gas and Water Distribution, Mesaverde
Basin-Centered Gas Play, Piceance Basin, Colorado,”
en Cumella SP, Shanley KW y Camp WK (ediciones):
Understanding, Exploring and Developing Tight-Gas
Sands: 2005 Vail Hedberg Conference, AAPG Hedberg
Series, no. 3 (2008): 105–136.
14.Simoneit BRT: “Organic Matter Alteration and Fluid
Migration in Hydrothermal Systems,” en Parnell J
(ediciones): Geofluids: Origin, Migration and Evolution
of Fluids in Sedimentary Basins, Geological Society
Special Publication 78. Londres: Sociedad Geológica
(1994): 261–274.
15.Kvenvolden KA y Simoneit BRT: “Hydrothermally
Derived Petroleum: Examples from Guaymas Basin,
Gulf of California, and Escanaba Trough, Northeast
Pacific Ocean,” AAPG Bulletin 74, no. 3 (Marzo de
1990): 223–237.
Volumen 21, no. 1
41
Lacolito tipo Árbol de Navidad
Lacolito perforado
> Trampas causadas por la intrusión de lacolitos. La trampa del Campo Omaha Dome, en Illinois, fue
producida por un lacolito tipo Árbol de Navidad (izquierda) de mica-peridotita, que penetró estructuras
de calizas y areniscas. Las trampas (verde) también pueden ser producidas por lacolitos perforados
(derecha), que levantan las capas suprayacentes a lo largo de las fallas límite.
Trampas—Las intrusiones ígneas que penetran actividad ígnea que altera los minerales formalas capas sedimentarias adyacentes, denomina- dos previamente. Los filones y los lacolitos pueden
das rocas de caja, a menudo generan estructuras convertirse en yacimientos, especialmente cuando
cerradas dentro de las formaciones penetradas. penetran rocas generadoras. Y pueden fractuEl Campo Omaha Dome, situado en la Cuenca de rarse cuando se enfrían, generando porosidad,
Illinois, EUA, fue formado por este tipo de trampa. permeabilidad y trayectos para la migración.
Sellos—Las rocas ígneas pueden constituir
La estructura de entrampamiento corresponde a
un lacolito tipo árbol de Navidad, producido por sellos. Después de su conversión en arcilla, las
una intrusión ultramáfica (arriba).16 El campo capas extrusivas pueden actuar como sellos comfue descubierto en el año 1940 y produjo aproxi- pactos. Las rocas intrusivas impermeables, tales
madamente 6.5 millones de bbl [1 millón
de m3Review
] como los lacolitos que forman trampas, también
Oilfield
Winter en
09 pueden sellar los hidrocarburos presentes en las
de petróleo de las areniscas que se encuentran
Volcanic Fig. formaciones
7
que las infrayacen.
contacto con la intrusión.
ORWINT09-VOL Fig. 7
Yacimientos—Las rocas ígneas poseen otra
característica en común con las rocas yacimiento La exploración en las provincias volcánicas
sedimentarias; pueden tener porosidad primaria La exploración de hidrocarburos en las rocas
y a veces desarrollar porosidad secundaria. Pero, ígneas o en sus adyacencias puede involucrar
a diferencia de las rocas sedimentarias, las rocas varias técnicas geológicas, geofísicas y geoquíígneas pierden su porosidad muy lentamente con micas. El mapeo superficial tradicional de las
la compactación. La porosidad primaria puede estructuras elevadas ha revelado la presencia de
ser intergranular o vesicular; un tipo de porosi- depósitos volcánicos. Por ejemplo, en Japón, se
dad que resulta de la presencia de vesículas, o han descubierto rocas volcánicas riolíticas que
burbujas de gas en las rocas ígneas. Las porosi- contienen grandes acumulaciones de hidrocardades en los basaltos y las andesitas vesiculares buros mediante el mapeo de los altos estructurapueden alcanzar el 50%.17 La porosidad secun- les.18 Otro método tradicional, el reconocimiento
daria es importante para muchos yacimientos de filtraciones de hidrocarburos en la superficie,
volcánicos y a veces constituye el único tipo de es utilizado para descubrir yacimientos más proporosidad presente. Puede resultar de los proce- fundos. El petróleo y el gas a veces se elevan a
sos de alteración hidrotérmica, fracturamiento la superficie a través de los contactos existentes
y metamorfismo de etapa tardía; el metamor- entre las rocas ígneas y las rocas sedimentarias.
fismo que tiene lugar en las etapas tardías de la Las filtraciones presentes en el área de Golden
42
Lane del este de México, han sido asociadas con
la presencia de rocas ígneas de inclinación pronunciada que penetraron capas carbonatadas de
gran espesor, ricas en contenido de petróleo.19
Además se utilizan técnicas de avanzada. Se
han aplicado registros de imágenes satelitales
para evaluar la Cuenca del Columbia, cubierta de
basalto, en Washington y Oregón, EUA.20 El análisis geoquímico del agua subterránea de la misma
región detectó niveles significativos de metano a
través de una extensa área, lo cual indicó cantidades potencialmente comerciales de gas natural
en los basaltos del Río Columbia.21
Dependiendo de las propiedades de las rocas
volcánicas, las técnicas gravimétricas y magnetométricas pueden resultar de utilidad. Éstos fueron
los primeros métodos geofísicos aplicados y, en el
año 1915, contribuyeron a la explotación exitosa
del play volcánico de Texas mencionado previamente. Las rocas ígneas máficas—más ricas en
contenido de minerales densos y magnéticos que
las rocas ígneas félsicas—ofrecen mejor contraste
con los sedimentos regionales, por lo que pueden
aparecer en forma clara en los levantamientos gravimétricos y magnetométricos. Los levantamientos
aeromagnetométricos han demostrado ser efectivos para la identificación de áreas prospectivas en
los basaltos máficos de inundación de la Cuenca
del Otway, en el sudeste de Australia.22
También se han utilizado métodos magnetotelúricos (MT), usualmente en conjunto con otras
técnicas, para investigar las rocas volcánicas de
alta resistividad como yacimientos potenciales
(para obtener más información sobre MT, véase
“Sondeos electromagnéticos para la exploración
de petróleo y gas,” página 4). Por ejemplo, los
levantamientos MT del Campo Yurihara de petróleo y gas, situado en Japón, están ayudando a
explorar las áreas que rodean a los yacimientos
productores.23 En ciertas líneas MT, se han identificado capas volcánicas resistivas levantadas
como posibles áreas prospectivas. La integración
de los levantamientos MT con la información
sísmica de superficie resultó de utilidad para la
caracterización de la estructura interna de una
capa basáltica productora de petróleo y gas.
Los métodos sísmicos, si bien resultan extremadamente útiles para la detección de estructuras
sedimentarias, han mostrado un grado mixto de
éxito en las provincias volcánicas. Los basaltos
macizos, sin estratificación interna, poseen una
calidad sísmica efectiva alta, lo cual significa
que no son altamente absorbentes, de modo
que las ondas sísmicas los atraviesan con poca
atenuación. Los levantamientos sísmicos son
relativamente exitosos para la delineación de los
Oilfield Review
topes y las bases de esas capas. No obstante, los
basaltos estratificados, especialmente aquéllos
que exhiben superficies meteorizadas entremezcladas, tienden a dispersar la energía sísmica y
pueden proporcionar datos pobres.24 Para mejorar
la calidad de los datos sísmicos en las provincias
volcánicas, los responsables de la planeación de
los levantamientos utilizan la técnica de teledetección mediante satélites para determinar la
litología y la topografía, y están incorporando los
resultados en las evaluaciones de los aspectos
logísticos de los levantamientos, los parámetros
de adquisición y los requerimientos de procesamiento (derecha).25
En áreas con capas volcánicas altamente atenuantes, los levantamientos sísmicos de pozos se
han mostrado promisorios en cuanto al mejoramiento de la resolución de las imágenes sísmicas.
Tal fue el caso de un perfil sísmico vertical (VSP)
con desplazamiento de la fuente, efectuado en un
pozo exploratorio de 4,750 m [15,600 pies] de la
Cuenca Neuquina, en la República Argentina.26
En la localización del pozo, la superficie se encontraba
cubierta por aproximadamente 150 m [490 pies] de
basalto que atenuaba intensamente la energía
sísmica superficial. El VSP produjo una imagen
con una resolución más alta que la de los resultados sísmicos de superficie e iluminó otros cuerpos
ígneos presentes en el subsuelo.
Una vez descubierto un depósito volcánico
con hidrocarburos, la evaluación del yacimiento
puede constituir un gran reto. Los métodos de
evaluación de la porosidad, la permeabilidad y
la saturación en las rocas sedimentarias deben
modificarse para funcionar en las provincias volcánicas. Algunos estudios de casos de China e
India demuestran esas técnicas.
Formaciones volcánicas gasíferas en China
El campo gigante Daqing, descubierto en 1959, es
el campo de petróleo y gas más grande de China y
uno de los más grandes del mundo. Produjo más
de 10,000 millones de bbl [1,600 millones de m3]
16.English RM y Grogan RM: “Omaha Pool and
Mica-Peridotite Intrusives, Gallatin County, Illinois,”
en Howell JV (ediciones): Structure of Typical
American Oil Fields, Special Publication 14, vol. 3.
Tulsa: Asociación Americana de Geólogos del
Petróleo (1948): 189–212.
17.Chen Z, Yan H, Li J, Zhang G, Zhang Z y Liu B:
“Relationship Between Tertiary Volcanic Rocks and
Hydrocarbons in the Liaohe Basin, People’s Republic
of China,” AAPG Bulletin 83, no. 6 (Junio de 1999):
1004–1014.
18.Komatsu N, Fujita Y y Sato O: “Cenozoic Volcanic Rocks
as Potential Hydrocarbon Reservoirs,” presentado en
el 11º Congreso Mundial del Petróleo, Londres, 28 de
agosto al 2 de septiembre de 1983.
19.Link WK: “Significance of Oil and Gas Seeps in World Oil
Exploration,” Bulletin of the AAPG 36, no. 8 (Agosto de
1952): 1505–1540.
Volumen 21, no. 1
Basalto fresco
Basalto meteorizado
Rocas no basálticas
Basalto fresco
Payún
Payún
Basalto meteorizado
Basalto con vegetación rala
Sedimentos no volcánicos
0
km 20
0
millas
20
Vegetación
> Métodos de teledetección en las provincias volcánicas. Los datos satelitales de las bandas visible,
infrarroja cercana, infrarroja y térmica, ayudan a los geofísicos a evaluar la topografía y el carácter de
la superficie del terreno antes de planificar la ejecución de un levantamiento sísmico. En este ejemplo
de la República Argentina, los datos satelitales (extremo inferior) de diversas bandas espectrales se
combinan y codifican por colores para distinguir las diferentes características de la superficie.
Los flujos basálticos recién expulsados se resaltan en rojo oscuro en ambas imágenes satelitales.
Las brigadas a cargo de los levantamientos utilizan esta información con el fin de determinar si el
terreno es accesible para los camiones vibradores y otros equipos (extremo superior). La fotografía
de los vehículos para levantamientos muestra el volcán Payún visto desde el sur.
de capas sedimentarias ubicadas a una profundidad
que oscila entre 700 y 1,200 m [2,300 y 3,900 pies].
Los pozos estratigráficos—perforados para conocer las relaciones, a escala de cuenca, entre los
yacimientos y los estratos adyacentes—encontraron gas en las capas volcánicas ubicadas a
profundidades de entre 3,000 y 6,000 m [10,000 y
20,000 pies]. Debido al ambiente complejo y a la
20.Fritts SG y Fisk LH: “Structural Evolution of South
24.Rohrman M: “Prospectivity of Volcanic Basins: Trap
Margin—Relation to Hydrocarbon Generation,” Oil &
Delineation and Acreage De-Risking,” AAPG Bulletin 91,
Gas Journal 83, no. 34 (26 de agosto de 1985):Oilfield
84–86. Reviewno. 6 (Junio de 2007): 915–939.
Fritts SG y Fisk LH: “Tectonic Model for Formation of
A: “Remote Sensing Application for Vibroseis Data
Winter 09 25.Laake
Columbia Basin: Implications for Oil, Gas Potential of
Quality Estimation in the Neuquen Basin, Argentina,”
Volcanic
Fig.
8
North Central Oregon,” Oil & Gas Journal 83, no. 35
artículo presentado en el VI Congreso de Exploración
ORWINT09-VOLy Desarrollo
Fig. 8 de Hidrocarburos del IAPG, Mar del Plata,
(2 de septiembre de 1985): 85–89.
Argentina, 15 al 19 de noviembre de 2005.
21.Johnson VG, Graham DL y Reidel SP: “Methane
in Columbia River Basalt Aquifers: Isotopic and
Coulson S, Gråbak O, Cutts A, Sweeney D, Hinsch
R, Schachinger M, Laake A, Monk DJ y Towart J:
Geohydrologic Evidence for a Deep Coal-Bed Gas
“Teledetección satelital: mapeo de riesgos para los
Source in the Columbia Basin, Washington,” AAPG
levantamientos sísmicos,” Oilfield Review 20, no. 4
Bulletin 77, no. 7 (Julio de 1993): 1192–1207.
(Primavera de 2009): 40–51.
22.Gunn P: “Aeromagnetics Locates Prospective Areas
26.Rodríguez Arias L, Galaguza M y Sánchez A: “Look
and Prospects,” The Leading Edge 17, no. 1 (Enero de
Ahead VSP, Inversion, and Imaging from ZVSP and OVSP in
1998): 67–69.
a Surface Basalt Environment: Neuquen Basin, Argentina,”
23.Mitsuhata Y, Matsuo K y Minegishi M: “Magnetotelluric
artículo SPE 107944, presentado en la Conferencia de
Survey for Exploration of a Volcanic-Rock Reservoir
Ingeniería Petrolera de América Latina y el Caribe de la
in the Yurihara Oil and Gas Field, Japan,” Geophysical
SPE, Buenos Aires, 15 al 18 de abril de 2007.
Prospecting 47, no. 2 (Marzo de 1999): 195–218.
43
X,000
XS8
X,200
XS401
XS4
XS602
XS6
XS601
X,400
Profundidad, m
X,600
X,800
Y,000
Y,200
Y,400
0
km
0
Conglomerado
Lutita
Roca volcánica superior
Roca sedimentaria
Roca volcánica inferior
Basalto
2
millas
2
Y,600
Y,800
R U S I A
N
Daqing
COREA DEL NORTE
0
0
H
I
N
A
COREA DEL SUR
J
C
A
P
Beijing
Ó
MONGOLIA
km 400
millas 400
> Estructura del grupo volcánico Yingcheng por debajo del Campo Daqing. La interpretación de los
datos sísmicos determinó el tope del grupo volcánico, y la integración de los datos sísmicos con los
datos de registros permitió la delineación de las secuencias volcánicas superior e inferior y
las secuencias predominantemente basálticas.
naturaleza desafiante de las rocas yacimiento, no
se apuntó a estas reservas de inmediato para su
desarrollo.
En el año 2004, PetroChina puso en marcha
un programa de evaluación de nueve pozos y concertó un proyecto conjunto con Schlumberger
para comprender mejor estos yacimientos volcánicos profundos. El área de estudio cubría una
extensión de 930 km2 [360 mi2] y contaba con
datos sísmicos 3D, además de registros adquiridos con cable, imágenes de la pared del pozo y
análisis de núcleos de 15 pozos. Para sustentar
las decisiones de desarrollo, los analistas construyeron un flujo de trabajo destinado a evaluar
estos yacimientos complejos y estimar el volumen
de gas en sitio.27
El paso inicial del flujo de trabajo consistió
en la construcción de un modelo estructural a
27.Li G, Wang YH, Yang FP, Zhao J, Meisenhelder J, Neville
29.Li GX, Wang YH, Zhao J, Yang FP, Yin CH, Neville
TJ, Farag S, Yang XW, Zhu YQ, Luthi S, Hou HJ, Zhang
TJ, Farag S, Yang XW y Zhu YQ: “Petrophysical
SP, Wu C, Wu JH y Conefrey M: “Computing Gas in Place
Characterization of a Complex Volcanic Reservoir,”
in a Complex Volcanic Reservoir in China,” artículo
Actas del 48o Simposio Anual de Adquisición de
SPE 103790, presentado en la Conferencia y Exhibición
Registros de la SPWLA, Austin, Texas, 3 al 6 de junio
Internacional del Petróleo y el Gas de la SPE, China,
de 2007, artículo E.
Beijing, 5 al 7 de diciembre de 2006.
30.Freeman JJ, Freedman R, Cao Minh C, Gubelin G,
28.Barson D, Christensen R, Decoster E, Grau J,Oilfield
Herron M,Review Rawlence D, McGinness T y Terry B: “Combining NMR
Herron S, Guru UK, Jordán M, Maher TM, Rylander
E y09
and Density Logs for Petrophysical Analysis in
Winter
White J: “Espectroscopía: La clave para la obtención de
Gas-Bearing Formations,” Actas del 39o Simposio Anual
Volcanic
Fig.
9
respuestas petrofísicas rápidas y confiables,” Oilfield
de Adquisición de Registros de la SPWLA, Keystone,
ORWINT09-VOL
Fig. 9 EUA, 26 al 29 de mayo de 1998, artículo II.
Review 17, no. 2 (Otoño de 2005): 16–35.
Colorado,
44
partir de los datos sísmicos. El tope del grupo
volcánico Yingcheng corresponde a un reflector sísmico significativo, y la interpretación de
este horizonte proporcionó el control estructural principal para el modelo. Además del tope
del grupo, los intérpretes sísmicos distinguieron tres secuencias volcánicas principales, con
secuencias sedimentarias interestratificadas y
limitantes (izquierda). Dentro del modelo estructural, cada secuencia fue dividida en celdas más
pequeñas que luego se poblaron con las propiedades físicas.
El yacimiento está compuesto principalmente
por riolitas cristalinas interestratificadas y piroclásticos riolíticos, pero además se observó un espectro
completo de rocas volcánicas, cuya composición
variaba de basáltica a riolítica y cuya textura fluctuaba entre ígnea cristalina y piroclástica.
La identificación de los distintos tipos de
rocas presentes en las secuencias y su correlación entre los pozos fueron tareas complicadas.
La clasificación de la litología para la mayor parte
de los tipos de rocas se basa en la mineralogía, la
cual no puede determinarse fácilmente cuando se
trata de texturas muy finas o vítreas, comunes en
las rocas volcánicas. Esto condujo a los científicos
estudiosos de las rocas volcánicas a enfocarse en
la composición química como factor clave en los
esquemas de clasificación. Con las concentraciones elementales obtenidas con una herramienta
de Espectroscopía de Captura Elemental ECS,
los intérpretes utilizaron estos esquemas de clasificación sobre la base de la composición química
para proporcionar una descripción continua de
la litología.28 Sin embargo, no todo se reduce a la
composición química; por ejemplo, si una roca
en particular posee una composición riolítica, la
química sola no puede distinguir entre una riolita cristalina y una toba riolítica piroclástica.
La información textural de las imágenes de la
pared del pozo, obtenidas con el generador de
Imágenes Microeléctricas de Cobertura Total FMI,
proporcionó la base para distinguir estos tipos de
rocas y vincular entre sí los datos de los registros
de todos los pozos. Las distribuciones de T2, provenientes de datos de resonancia magnética nuclear,
proporcionaron información adicional para completar la clasificación litológica.
Oilfield Review
Mediante la combinación de toda la información disponible, los geólogos lograron identificar
11 tipos de rocas ígneas en cada pozo y luego los
correlacionaron a través del campo, utilizando los
datos sísmicos y los modelos geológicos conceptuales de otros ambientes volcánicos (derecha).
La evaluación de las propiedades petrofísicas de cada tipo de roca resultó particularmente
desafiante.29 En comparación con las rocas clásticas y carbonatadas, que forman los yacimientos
petrolíferos y gasíferos convencionales, estas
rocas volcánicas exhiben los rasgos más problemáticos de ambas; la mineralogía compleja,
incluyendo la presencia de minerales conductivos tales como las arcillas y las zeolitas, es
análoga a la de las rocas clásticas más desafiantes, y su textura y estructura porosa reproduce
a las de las rocas carbonatadas más complejas.
Esta combinación de rasgos plantea dificultades
para la evaluación de la porosidad, la permeabilidad y las saturaciones de fluidos.
Un esquema robusto e independiente de la
litología para la evaluación de la porosidad en
las formaciones gasíferas de baja porosidad, es
el método de interpretación DMR que incluye los
datos de densidad y los de resonancia magnética
y combina las mediciones de densidad volumétrica con las mediciones de porosidad obtenidas
por resonancia magnética.30 A los resultados
ECS se les aplicó una relación entre la densidad
de la matriz y las concentraciones elementales
derivadas del análisis de núcleos para generar
un registro continuo de la densidad de la matriz.
La densidad de la matriz proporcionó los datos de
entrada del proceso DMR para obtener estimaciones de alta calidad de la porosidad e indicaciones
de saturación de gas en cada pozo. Con el fin
de extrapolar la información de porosidad a las
áreas alejadas de los pozos, los intérpretes desarrollaron distribuciones probabilísticas de la
porosidad para cada tipo de roca y las utilizaron
para poblar el modelo.
La estimación de la saturación de gas fue un
desafío porque la textura compleja de la roca
impedía el desarrollo de una ecuación adecuada
de saturación de Archie, de manera que para su
estimación se utilizó un enfoque basado en la
presión capilar. Las curvas de presión seudo-capilar se obtuvieron de las distribuciones de T2, a
partir de datos de resonancia magnética nuclear
de los registros de pozos, y se calibraron con
las mediciones de presión capilar por inyección
de mercurio obtenidas en los núcleos. Los valores de saturación computados de esta manera
Volumen 21, no. 1
Número de punto común profundo
600
650
700
Flujo piroclástico
(colada piroclástica)
750
800
Caída de
piroclásticos
850
900
Flujo de lava
Roca extrusiva
Imagen FMI
50
Porosidad
%
0
Facies
Flujo
de lava
Toba
Flujo
piroclástico
Sedimentación subacuática
Roca volcánica exterior que forma domos
Flujo piroclástico
Roca volcánica intermedia que forma domos
Caída de piroclásticos
Roca volcánica interior que forma domos
Oleada inicial
Roca intrusiva
Flujo de lava superior
Flujo de lava intermedia
Flujo de lava inferior
Oleada
inicial
Caída de
piroclásticos
> Correlación de los tipos de rocas ígneas con los datos sísmicos. Los tipos de rocas se identificaron
utilizando imágenes FMI, distribuciones de T2 NMR y concentraciones elementales ECS, y se clasificaron en siete litologías cristalinas (verdes, rosas y púrpuras) y cuatro litologías piroclásticas (naranja
y amarillos). Una correlación de muestras (extremo inferior) exhibe una imagen FMI obtenida a través
de un intervalo de capas predominantemente piroclásticas. Se utiliza una sección sísmica (extremo
superior) obtenida a través del pozo central para extender los tipos de rocas por todo el campo.
Los tipos de rocas observados en el pozo central se muestran en la localización del pozo utilizando
los códigos por colores para las litologías vulcanoclásticas y cristalinas. Los tipos de rocas extrapolados
lejos del pozo central se exhiben como colores semitransparentes en la sección sísmica.
indicaron una fuerte dependencia con respecto metros y cubrían la mayor parte del yacimiento.
Review
a la geometría de la red de poros. PorOilfield
ejemplo,
Los resultados de saturación, validados con las
Winter 09
las mediciones de núcleos demostraron que las indicaciones de gas obtenidas con el método
Volcanic Fig. 10
tobas depositadas por caída de cenizas—que
DMR,
ORWINT09-VOL
Fig.las10mediciones del análisis de fluidos de
constituyen, desde el punto de vista volumétrico, fondo de pozo y los datos de producción, fueron
el tipo de roca yacimiento más significativo—son consistentes con el supuesto de que el yacimiento
microporosas o poseen gargantas de poros de correspondía a un sistema de presión única con
menos de 0.5 μm de radio. Los perfiles de satu- un solo nivel de agua libre. Subsiguientemente,
ración de estas formaciones exhibían zonas de se utilizó el enfoque basado en la presión capilar
transición largas, que se extendían cientos de para poblar el modelo con valores de saturación.
45
PA
Q
U
IS
TÁ
N
C H I N A
NEP
AL
Cuenca de Cambay
Trampas del Decán
I
N
D
I
BANGLADESH
A
Mahabaleshwar
0
0
km
500
millas
500
SRI LANKA
> Las Trampas del Decán de India. Las Trampas del Decán son una secuencia de aproximadamente
40 capas de basalto que cubren ciertas porciones del centro-oeste de India. Las diferencias entre
los basaltos, que son competentes, y las areniscas, lutitas y calizas interestratificadas, que son
más fáciles de erosionar, originan el terreno accidentado (derecha). Esta fotografía fue tomada en
la escarpa de Mahabaleshwar, en Western Ghats. La Cuenca de Cambay (izquierda) corresponde a
un graben hundido, con sedimentos petrolíferos que suprayacen a los basaltos. Los afloramientos
basálticos se muestran en anaranjado. (Fotografía, cortesía del Dr. Hetu C. Sheth del Departamento
de Ciencias de la Tierra, Instituto Indio de Tecnología, Mumbai.)
El volumen de gas en sitio, correspondiente emplearon un método estocástico para poblar
al yacimiento, fue calculado sumando el gas con- las celdas con valores de porosidad y saturación
tenido en cada celda del modelo. No obstante, la de gas. Se efectuaron casi 60 realizaciones para
calidad de la roca yacimiento de este campo es evaluar las cantidades potenciales de gas en sitio
extremadamente heterogénea. Por otro lado, el para el área de estudio, lo cual proporcionó un
control del pozo era limitado, y los datos sísmicos conocimiento del rango de incertidumbre asociado
Review
con los componentes volumétricos del campo.
resultaban imperfectos para guiar laOilfield
distribuWinter 09
ción de las propiedades petrofísicas. Con el fin Los resultados del estudio general sustentaron la
Volcanic Fig. 11
decisión
de desarrollarlo.
de superar estas dificultades, los ingenieros
ORWINT09-VOL
Fig. 11
31.Short NM Sr y Blair RW Jr (ediciones): Geomorphology
from Space. NASA (1986), http://disc.gsfc.nasa.gov/
geomorphology/ (Se accedió el 3 de marzo de 2009).
32.Kumar R: Fundamentals of Historical Geology
and Stratigraphy of India. Nueva Delhi: New Age
International Publishers Limited, 2001.
46
33.Negi AS, Sahu SK, Thomas PD, Raju DSAN, Chand R
y Ram J: “Fusing Geologic Knowledge and Seismic
in Searching for Subtle Hydrocarbon Traps in India’s
Cambay Basin,” The Leading Edge 25, no. 7 (Julio de
2006): 872–880.
El petróleo en las Trampas del Decán de India
Las Trampas del Decán se formaron en la edad
Cretácico Tardío, por la extrusión de los basaltos
de inundación que hoy cubren más de 500,000 km2
[190,000 mi2] de la porción centro-oeste de India.
La palabra “trampas” proviene del vocablo alemán treppen, que significa escalón, y reciben
ese nombre porque generan una topografía
caracterizada por terrazas escalonadas de capas
basálticas resistentes (izquierda).31 El episodio
de vulcanismo fue sincrónico con el proceso
de rifting del continente Indio desde el sur de
África. Si bien la génesis y el mecanismo de colocación de estos basaltos aún hoy son objeto de
debate, el consenso general es que fueron expulsados debajo del agua.32 Se han identificado más
de 40 de estas capas de basalto, muchas de las
cuales se encuentran interestratificadas con
calizas, lutitas y areniscas fluviales y estuarinas.
En ciertos lugares, el espesor total de las trampas
supera los 3,000 m.
Durante los últimos 40 años, la Cuenca de
Cambay, uno de los plays petrolíferos más antiguos de India Occidental, produjo hidrocarburos
de los sedimentos que suprayacen los basaltos del
Decán.33 Hasta hace poco, se consideraba que el
tope de los depósitos volcánicos correspondía al
basamento económico, por debajo del cual no se
esperaban yacimientos de hidrocarburos comerciales. No obstante, en los últimos años, se descubrió
petróleo en estas rocas volcánicas más profundas.
En 2003, Gujarat State Petroleum Corporation
(GSPC) puso en marcha una campaña consistente
de seis pozos en el Bloque CB-ONN-2000/1. Los primeros tres pozos mostraron rastros de petróleo
en las capas volcánicas. En el año 2004, el cuarto
pozo, PK-2, resultó ser un descubridor significativo de petróleo, produciendo durante las pruebas
a una tasa de 64 m3/d [400 bbl/d]. Para la planeación del pozo siguiente, se construyó un modelo
de yacimiento simplista que asumió que la capa
basáltica petrolífera superior extrema, penetrada
por el Pozo PK-2, era lateralmente extensiva.
Sobre la base de este modelo, en el año 2005, se
perforó el Pozo PK-6 justo a 600 m [1,970 pies] al
sudoeste del Pozo PK-2. Lamentablemente, este
pozo no produjo hidrocarburos. Este resultado
34.Pal A, Machin N, Sinha S y Shrivastva C: “Application
of Borehole Images for the Evaluation of Volcanic
Reservoirs: A Case Study from the Deccan Volcanics,
Cambay Basin, India,” presentado en la Convención y
Exhibición Anual de la AAPG, Long Beach, California,
EUA, 1º al 4 de abril de 2007.
Oilfield Review
Basalto vesicular
Basalto no vesicular
Roca vulcanoclástica
pudieron correlacionarse tres capas basálticas
principales, A, B y C, entre los pozos clave PK-2
y PK-6 (abajo).
En los estudios de afloramientos, las rocas
volcánicas pueden correlacionarse utilizando el
análisis geoquímico de la composición elemental
principal y secundaria. En el subsuelo, se pueden
obtener datos similares utilizando la herramienta
ECS. Las gráficas de interrelación del silicio elemental en función del calcio, el aluminio, el hierro
y el titanio para los Basaltos A, B y C, mostraron
que el Basalto A, la unidad superior, es diferente
en cuanto a su composición en los pozos clave,
mientras que los Basaltos B y C son similares en
3 cm
Pozo PK-2
Pozo PK-6
Tope
Basalto A
1,775
1,775
Tope
Basalto B
1,800
1,825
1,825
Tope
Basalto C
inesperado incentivó a GSPC a actualizar el modelo de yacimiento mediante el análisis posterior
de los datos, considerando específicamente las
facies rocosas y las fracturas, y su interacción
con las fallas existentes en las capas volcánicas.34
Como primer paso, los geólogos desarrollaron
una clasificación textural de las capas volcánicas.
Se identificaron tres facies principales—basalto
vesicular, basalto no vesicular y unidades vulcanoclásticas—utilizando registros de imágenes de la
pared del pozo, datos petrográficos del Pozo PK-1
Oilfield Revie
y muestras de basalto (arriba). A continuación,
se correlacionaron las facies entre pozos; un ejercicio que distó de ser directo. Los flujos de lava
se pueden mezclar, y después de la solidificación
pueden tener lugar otros cambios, tales como
la alteración hidrotérmica, la meteorización,
la cementación y la deformación estructural.
Estos cambios pueden identificarse en los afloramientos; sin embargo, su rastreo en el subsuelo
no es sencillo. Sobre la base de las facies de las
imágenes y los caracteres únicos de los registros,
1,850
1,875
1,875
1,900
1,900
Profundidad, m
1,850
> Clasificación textural de las facies basálticas de Decán. Las imágenes del generador de imágenes
de resistividad de pozo FMI ayudaron a los geólogos a identificar tres tipos de rocas principales.
Los basaltos vesiculares (izquierda) exhibieron vesículas en la imagen (extremo superior), tanto en la
muestra (extremo inferior) como en los núcleos laterales de un pozo vecino. Los basaltos no vesiculares
(centro) no mostraron esas burbujas de gas en las imágenes de la pared del pozo ni en los núcleos
laterales. Las imágenes de los basaltos vulcanoclásticos (derecha) mostraron la estratificación de
escala fina de las partículas angulares. (Fotografía de los basaltos, cortesía de Charles E. Jones,
Universidad de Pittsburgh, Pensilvania.)
1,800
1,925
Rocas
vulcanoclásticas
Basalto no
vesicular
Basalto
vesicular
Zona brechiforme en
el basalto no meteorizado
>Correlación inicial de facies entre pozos. La clasificación de las facies basada en la textura permitió
la correlación de tres capas de basalto entre
el Pozo PK-2 y el Pozo PK-6. El Basalto A (azul)
corresponde a la zona productiva del Pozo PK-2,
pero no del Pozo PK-6. Los Basaltos B y C no son
productivos.
w
Winter 09
Vo lcanic Fig. 12
Volumen 21, no. 1
ORWINT09-VOL Fig. 12
Oilfield Review
Winter 09
Volcanic Fig. 13
47
Prof., m
Pozo PK-2
Rayos gamma Litología
1,760
1,770
Basalto A
1,780
Registros
de imágenes
Concentraciones elementales, kg/kg
Ca/Si
0.15
0.15
0.10
1,790
0.10
1,800
1,810
Basalto B
1,820
0.05
0.05
0
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
1,830
1,840
1,850
Basalto C
Al/Si
0.14
Pozo PK-6
Rayos gamma Litología
1,770
Basalto A
1,820
Ti/Si
0.02
0.04
0
0.01
0
0.10
0.20
0.30
Ca/Si
0
0
0.10
0.20
0.30
Fe/Si
0.20
0.15
Basalto B
0.10
0.10
0.05
0.05
1,840
1,850
0
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
1,860
1,870
Al/Si
0.14
1,880
0
0
0.10
0.20
0.30
Ti/Si
0.06
0.12
1,890
0.10
Basalto C
0.04
0.08
1,910
0.06
1,920
0.04
1,930
0.02
1,940
0.35
0.03
0.15
1,830
1,900
0.25
0.06
1,800
1,810
0.15
0.04
0.08
1,780
1,790
0.05
0.05
0.02
1,760
0
0.06
0.12
0.10
Prof., m
Fe/Si
0.20
0
0.02
0
0.10
0.20
0.30
0
0
0.10
0.20
0.30
> Comparación de los basaltos en dos pozos. Las concentraciones elementales (derecha), obtenidas
con la herramienta ECS, se expresan como relaciones entre el calcio, el hierro, el aluminio y el titanio,
y el silicio (Ca/Si, Fe/Si, Al/Si y Ti/Si). Estas relaciones se representan gráficamente para los Basaltos A
(óvalo azul), B (óvalo verde) y C (óvalo rojo). En cada una de las gráficas de las relaciones, los óvalos
rojos y verdes poseen aproximadamente la misma relación entre sí pero no con los óvalos azules.
Por ejemplo, en la gráfica de Ca/Si para el Pozo PK-2 (extremo superior), el óvalo rojo se encuentra
al lado del verde y el óvalo azul se encuentra dentro del rojo. No obstante, en la gráfica de Ca/Si para
el Pozo PK-6, el óvalo rojo sigue estando al lado del verde pero el óvalo azul se encuentra dentro del
verde. Esta disposición indica que los Basaltos B y C se correlacionan entre un pozo y el otro, pero el
Basalto A no lo hace.
términos composicionales (arriba). Esto indica de gran espesor y comprende una capa de basalto
que la capa basáltica superior extrema es lateral- no vesicular que suprayace una sección basáltica
mente discontinua entre los dos pozos, lo cual se vesicular con numerosas fracturas que aparecen
como conductivas en las imágenes de la pared del
opone al supuesto del modelo original.
Luego del análisis de facies, la fase siguiente pozo.35 Las fracturas abiertas y vesículas crean un
del estudio consistió en la caracterización de las yacimiento de buena calidad con un sistema de
OilfielddeReview
fracturas naturales que son abundantes dentro
porosidad dual, y la red de fracturas mejora la
Winter 09
las capas volcánicas. En el pozo descubridor
PK-2,
Por el contrario, en el Pozo PK-6,
Volcanic Fig.permeabilidad.
14
el basalto superior que produjo hidrocarburos
es
la
capa
de
basalto
superior, que es más delgada,
ORWINT09-VOL Fig. 14
esencialmente no vesicular y menos fracturada,
35.En ausencia de datos acústicos o datos de pruebas, las
no constituye un buen yacimiento.
fracturas conductivas de las imágenes de la pared del
pozo se consideran abiertas al flujo.
Además del tipo de facies y la presencia
36.Schutter SR: “Occurrences of Hydrocarbons in and
de
fracturas, la relación geométrica existente
Around Igneous Rocks,” en Petford N y McCaffrey
KJW (ediciones): Hydrocarbons in Crystalline Rocks,
entre las fracturas y las fallas, también parece
Geological Society Special Publication 214. Londres:
desempeñar un rol crucial en la localización de
Sociedad Geológica (2003): 35–68.
acumulaciones de hidrocarburos. En el Pozo PK-2,
48
las fracturas abiertas forman ángulos altos con respecto a una falla de escala sísmica, mientras que
las fracturas del Pozo PK-6 se alinean en sentido
aproximadamente paralelo a la falla. Los intérpretes desarrollaron un modelo conceptual en el que
la falla de escala sísmica facilita la comunicación
de los fluidos, permitiendo que las fracturas abiertas que la intersectan conduzcan los hidrocarburos
hasta los pozos productores. Las fracturas alineadas con la falla son menos proclives a intersectarla
y, por consiguiente, es improbable que conduzcan
hidrocarburos. Este concepto fue validado en un
pozo nuevo, el Pozo PK-2A1, que contenía fracturas
conductivas orientadas en sentido perpendicular
a las fallas de escala sísmica y que también produjo petróleo.
La actividad volcánica futura
La evaluación de los hidrocarburos presentes en
las rocas volcánicas plantea numerosos desafíos,
pero la aplicación creativa de técnicas diseñadas
para yacimientos sedimentarios está ayudando
a las compañías de petróleo y gas a caracterizar y explotar estas acumulaciones complejas.
La combinación de imágenes de resistividad de
la pared del pozo con registros de resonancia
magnética y espectroscopía de captura de neutrones se está convirtiendo en el nuevo conjunto
de datos estándar para la evaluación de los yacimientos volcánicos. Con el mejoramiento del
conocimiento de la capacidad que poseen las
rocas volcánicas para contener petróleo y gas,
otras compañías podrán contemplar la re-evaluación del potencial de las formaciones volcánicas
anteriormente desestimadas.
A diferencia de sus contrapartes sedimentarias, los yacimientos de rocas volcánicas no han
sido estudiados de manera sistemática. Además
de los ejemplos descritos en este artículo, existen
hidrocarburos presentes en rocas ígneas, o en sus
adyacencias, en más de 100 países.36 En muchos
casos, sólo se han descubierto rastros y filtraciones de petróleo; sin embargo, con actividades de
exploración adicionales, tal vez se descubran
volúmenes de reservas significativos.
Aunque la presencia de rocas volcánicas en
una cuenca nunca se convierta en un fundamento
para su exploración, la posibilidad de que este
tipo de cuenca sustente un sistema petrolero
viable debería ser incluida dentro de una gama
de opciones. Si bien algunos operadores podrían
suspender su operación de perforación después
de haber encontrado el “basamento,” aquéllos que
conocen mejor el potencial de las rocas volcánicas probablemente las traten como cualquier otra
roca yacimiento prospectiva.
—LS
Oilfield Review