Download - Sistema Petrolero 2013
UNAMFACULTAD DE INGENIERÍA
GEOLOGÍA DEL SUBSUELO
Bernardo Martell Andrade
Uriel Fidel Sevilla Covarrubias
CONTENIDO
Introducción: el sistema petrolero
Roca generadora
Roca almacenadora
Roca sello
Migración
Trampa petrolera
Sincronía
Ejemplo de sistema petrolero: La sonda de Campeche, campo Akal.
Introducción: el sistema petrolero
Desde que se inicio la explotación de petróleo, más del97 % de los yacimientos a nivel mundial se hanexplotado en rocas sedimentarias.
Esto no implica que no existan yacimientos en rocasígneas o metamórficas, que tienen una porosidadcercana a 0 % , y su producción se da principalmenteen porosidad de tipo secundaria, esto en fracturasinterconectadas, pero son los menos.
El sistema petrolero es un sistema natural que incluyetodos los elementos y procesos geológicos necesariospara que un yacimiento de aceite y/o gas exista en lanaturaleza.
“Los elementos clave que definen la existencia de unsistema petrolero son las rocas generadoras,almacenadora, sello, trampa, la migración y elsepultamiento necesario para la generación térmica delos hidrocarburos. Elementos que deben compartir lasapropiadas relaciones espacio-temporales (sincronía)para permitir que los hidrocarburos se acumulen y se
preserven”.
(Guzmán, Holguín, 2001).
ROCA GENERADORA
Es todo aquel cuerpo de roca que permita laconservación temporal y posterior transformación dela materia orgánica en hidrocarburos.
La roca generadora debe ser enterrada a unaprofundidad suficiente (más de 1000 m) para que lamateria orgánica contenida pueda madurar hastaconvertirse en aceite y/o gas, además de que seencuentre en una cuenca sedimentaria que sufraprocesos de subsidencia.
CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA GENERADORA
Las rocas generadoras deben cumplir con tres
requerimientos geoquímicos: Cantidad, Calidad yMadurez.
La roca generadora es una roca que debe tener unporcentaje mayor a 1% de carbono orgánico total(COT), que se forma de la parte blanda de losorganismos.
Debe tener un volumen importante
Es una roca de grano fino:
Lutitas Calizas
Lutitas calcáreas Limolitas
Calizas arcillosas
Diagénesis
La diagénesis es el proceso mediante el cual losbiopolimeros ( compuestos orgánicos constituyentesde los seres vivos, tales como carbohidratos, proteínas,etc.) son sometidos a un ataque básicamentemicrobiano que se realiza a poca profundidadproduciendo básicamente gas metano.
P= 0 y 300 bar
T= 0 y 50 °C
Materia orgánica
Es material compuesto pormoléculas orgánicas(carbón, hidrógeno, oxígeno,nitrógeno),que sonderivados directa oindirectamente de la parteblanda de los organismos.
Las conchas, huesos ydientes no se incluyen porser partes esqueléticas.
Evolución de la materia orgánica
Ambiente marino
Bentónicos
Pelágicos
Planctónicos Z-F
Nectonicos P
Nerítica, Batial, Abisal ,
Adal
vágiles
sesiles
Fósil índice
Composición química de los organismos
La composición de los organismos comprendeprincipalmente carbohidratos, proteínas, lípidosy ligninas. Todos ellos contienen carbono (C),hidrógeno(H), oxígeno (O) y nitrógeno (N).
Carbohidratos
Son compuestos que se encuentran en la materiavegetal y animal, consisten generalmente deglucosa, almidón y celulosa. En la naturaleza loscarbohidratos actúan como almacén de energía,son el material que capta la energía del sol ypermite que la utilicen los seres vivos.
Los carbohidratos están esencialmentecompuestos de C, H y O .
Sus productos de descomposición son humus yácidos húmicos.
Proteínas
Son sustancias hidrogenadas o polímeros deaminoácidos que constituyen en la mayoría de loscasos el 50% en peso de los organismos; se conviertenen compuestos hidrosolubles por descomposición.Tienen moléculas muy complejas, en cuyacomposición elemental se encuentran siemprepresentes carbono, hidrógeno, oxígeno, y nitrógeno.La mayoría de ellas también incluyen en sucomposición al azufre, y en algunas se observa ademásla presencia de fósforo, hierro, zinc y molibdeno.
Lípidos
Reciben el nombre de lípidos (grasas) aquéllassustancias de origen biológico insolubles en agua,constituidas de ácidos grasos y glicerol; sonimportantes componentes estructurales de lasmembranas celulares.
Con una composición en la que predominan el C y el H .
Los ácidos grasos que tienen más de seis carbonos en su molécula, son prácticamente insolubles en agua.
Lignina
Sustancia que impregnalas células, fibras y vasosde lamadera,haciéndolosimpermeables einextensibles;
se encuentran solamenteen plantas vascularesterrestres; es el precursorde los carbones húmicos.
MÉTODOS ÓPTICOSINDICE DE ALTERACIÓN TÉRMICA (TAI) SEGUN EL COLOR DE LA MATERIA ORGANICA SE PUEDE
DETERMINAR LA MADUREZ DE LA MISMA
MADUREZ:
INMADUREZ
MADUREZ.
FASE PRINCIPAL DE
GENERACION DE ACEITE
SOBREMADUREZ.
FASE PRINCIPAL DE
GENERACION DE GAS
Composición de la materia viva
Kerógeno
Es la fracción de la materia orgánica en las rocas sedimentariasque es insoluble en ácidos, bases y en solventes orgánicos, ya queestá compuesto básicamente de grasas y ceras.
LA clasificación del kerógeno puede hacerse en base al tipo de materiaorgánica que lo conforma, teniendo así:
KERÓGENO SAPROPÉLICO. El término sapropélico se refiere alproducto obtenido de la descomposición y la polimerización dela materia algácea y herbácea principalmente, depositada encondiciones acuáticas con bajo contenido de oxígenoatmosférico.
KEROGÉNO HÚMICO. La palabra húmico se aplica al productoobtenido de la descomposición de plantas terrestres superiores,depositadas en medios terrígenos con abundante oxígenoatmosférico.
TIPOS DE KERÓGENO KERÓGENO TIPO I
Presenta poco oxigeno, mucho carbono y es derivadoprincipalmente de productos algáceos. Es generadopor fitoplancton.
Genera aceite.
KERÓGENO TIPO II
Se encuentra relacionado con materia orgánicaautóctona de origen marino junto con materiaorgánica de origen continental, que fue transportada ydepositada mediante ríos. Es una mezcla defitoplancton, zooplancton y restos de plantas yanimales de origen continental.
PRODUCE ACEITE Y GAS.
KERÓGENO TIPO III
Esta conformado principalmente por restos deorganismos continentales, por lo que produceprincipalmente gas o carbón . También puede estarconstituido por materia orgánica de origen marino,pero sometida a una fuerte oxidación.
KERÓGENO TIPO IV
Se refiere a materia orgánica rica en inertinita, por lo que no produce aceite o gas.
Este tipo de kerógeno no es importante en la generación de hidrocarburos.
Ambientes sedimentarios
Los Ambientes Sedimentarios pueden ser divididos en: Continentales, Transicionales y
Marinos, donde se depositan diferentes tipos de sedimentos con ciertas características
propias del entorno y sus condiciones. Para distinguir un ambiente hay que describir a
detalle sus Facies Petrológicas, Litofacies, Biofacies, Palinofacies etc.
CatagénesisUna vez que se tienen los sedimentos consolidados, seentierran profundamente (profundidades mayores a 1,000 m normalmente) debido al depósito de nuevossedimentos. Estas condiciones generan un aumentode temperatura y presión por lo que el kerógeno setransforma en hidrocarburos.
El kerógeno sufre transformación térmica y genera elpetróleo (geomonómero), gas húmedo y condensado.Posteriormente, y debido a condiciones más drásticasde temperatura y profundidad, se produce lageneración de gas seco o metano catagénico.
Con relación a la temperatura, se produce gas y aceite en los siguientes intervalos:
Presión 300 a 1500
Gas: de ±50 a ±225 °C
Aceite: de ±60 a ±175 °C
Metagénesis
La metagénesis está considerada también como elinicio del metamorfismo. Ésta se desarrolla atemperaturas mayores a los 225 °C, y es la últimaetapa dentro de la transformación de la materiaorgánica, considerada importante para lageneración de gas. La generación de metano acabaa los 315 °C, con profundidades cercanas a los 8Km, es decir, presiones litostáticas mayores a 1500bares.
No generan yacimientos que tengan rendimientoeconómico.
ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS
ROCA ALMACENADORA Son todas aquellas rocas que debido a sus propiedades
de porosidad y permeabilidad, permiten el flujo yalmacenamiento de hidrocarburos, en conjunto conotro tipo de rocas denominada roca sello.
Las rocas almacenadoras deben cumplir con lassiguientes características:
• Ser porosas
• Ser permeables
• Tener continuidad lateral y vertical
Porosidad La porosidad se mide en porcentaje de espacios o
huecos que hay dentro de la roca. Se tienen 2 casos:
TIPOS DE POROSIDAD
POROSIDAD EN ROCAS ALMACENADORAS
Permeabilidad Es la propiedad que tiene una roca para permitir o no
el paso de fluidos a través de ella, debido a los poros interconectados.
Una roca tiene permeabilidad adecuada para permitir el paso de los hidrocarburos, cuando:
* Tiene porosidad
* Tiene poros interconectados
* Los poros son de tamaño supercapilar.
POROSIDAD INTERCONECTADA
Relación entre la porosidad y la permeabilidad.
Roca sello Son rocas sello aquellas que por su escasa
permeabilidad o por contener poros de tamañosubcapilar, no permiten el paso del petróleo,sirviendo como cierre a su migración odesplazamiento.
El espesor de la roca sello es muy variable, puede serde espesor muy reducido, si tiene excelente calidado de espesor mediano o grueso, si es de calidadmediana o mala. El grado de tectónismo quepresenta puede modificar su calidad, de tal formaque en regiones muy tectónizadas se requiere unespesor de roca sello mayor.
En una trampa anticlinal buzante simple, la rocasello no presenta variación lateral significativa ensus características físicas, por lo tanto, requiereúnicamente de un sello superior; en cambio, lasestructuras afalladas necesitan además un selloadyacente al plano de falla que generalmente esmaterial arcilloso llamado milonita omicrobrecha.
En el caso de las trampas por variación depermeabilidad, la geometría del sello es muyvariable, sin embargo, en la mayoría de los casosrodean y cubren a la roca almacenadora.
PRINCIPALES ROCAS SELLO
5Calcáreo-arcillosas
4Pelíticas
3Evaporitas
6Calizas
1 Hidratos de metano
2 Microbrechas o milonita
lutitas
Marga (calcita y arcilla)Calizas arcillosas
lutitas
Sal
Yeso
Anhidritas (sulfato de calcio+agua =yeso)
Mudstone (sin fracturas
Wackestone
Hidratos de metano Consisten en pequeñas
estructuras de hielo en
forma de jaula que
contienen moléculas de
metano (gas natural) en
su interior. Un grupo de
hidratos de gas se
parece mucho a una
bola de nieve, ¡pero es
inflamable! Lo puedes
encender y observar
como arde con una
llama azul clara
Hidratos de metano Son moléculas de metano en estructuras contenidas
con moléculas de agua es estado sólido(hielo).
Se encuentran en vetillas, capas, nódulos,
cementante y diseminado.
1 m³ de hidrato de metano contiene 164 m³ de gas
metano con solo 0.84 m³ de agua.
En Rusia y medio oriente se encuentran las mayores
reservas.
En México se tienen 19,000 km² con Hidratos de
metano.
Los hidratos de metano son los más eficientessellos.
Los hidratos de metano representan problemas
medioambientales, debido a que si el metano llegaintacto a la atmósfera provoca un efecto invernaderodiez veces superior al del dióxido de carbono y essusceptible de contribuir al recalentamiento del climaterrestre, por ello se deberá plantear un mecanismo decontrol tanto para su exploración como para suexplotación.
Migración Es el movimiento de aceite y/o gas a través de los poros
y/o discontinuidades de las rocas (porosidad primariay secundaria) en el interior de la corteza terrestre.
Conmigración: son todos los desplazamientos dehidrocarburos que conducen más o menos rápida ydirectamente a la formación de un yacimiento poracumulación y segregación en una trampa.
Dismigración: son los desplazamientos dehidrocarburos a la superficie terrestre. Debido a estetipo de migración es que existen las manifestacionessuperficiales.
Migración primaria:
Comprende el movimiento de los hidrocarburos apartir de su desprendimiento del kerógeno, asícomo su transporte dentro y a través de loscapilares y poros estrechos de las rocas de granofino.
Migración secundaria:
Es el movimiento del petróleo, después de suexpulsión de la roca generadora a través de porosmás amplios de las rocas portadoras yalmacenadoras, mas permeables y porosas.
MIGRACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA
Fuerzas que causan la migración
Fuerzas debidas a la acción de la gravedad. estas
fuerzas incluyen la presión ejercida por las
capas de rocas, fenómenos relativos, la presión
del agua y el peso específico diferencial.
Fuerzas moleculares: la adhesión, la absorción y la
tensión superficial son tres posibles causas de la
migración del petróleo debido a fenómenos
moleculares. El efecto de las fuerzas moleculares es
el de segregar el petróleo y el agua en cuerpos
donde pueda actuar el peso específico diferencial.
Fuerzas debidas a la acción química: la
cementación gradual o sea el relleno de los
intersticios entre los granos de las rocas, desplazan
a los hidrocarburos.
Fuerzas debidas a movimientos tectónicos y a la
profundidad de sepultamiento: estas fuerzas
comprenden la formación de pliegues y fallas, los
terremotos, el gradiente de temperatura.
Fuerzas debidas a la acción bacterial: una de las
más importantes funciones de las bacterias es la de
liberar el petróleo de los sedimentos. Se efectúa por
la disolución de las calizas, las dolomías y de otras
rocas calcáreas por el ataque de ácido carbónico y
otros ácidos orgánicos producidos por las bacterias.
FACTORES QUE GOBIERNAN LAMIGRACIÓN DEL PETRÓLEO 1.-Porosidad efectiva de las rocas.
2.-Grado de saturación de las rocas.
3.-Peso específico, viscosidad y cantidad de gas.
4.-La migración es favorecida por fuertespendientes en los estratos, por las discordanciasangulares y por el fracturamiento.
5.-La composición y cantidad de las aguasasociadas con el petróleo afectan su migración.
6.-Tamaño de la garganta del poro.
Trampas petroleras
Es toda aquella estructura geológica que permite que elaceite y/o gas se acumule y conserve de manera naturaldurante un cierto periodo de tiempo.
Es decir, son receptáculos cerrados que existen en lacorteza terrestre y que cuentan con rocasalmacenadoras y rocas sello en posición tal quepermiten se acumulen los hidrocarburos. Las trampaspetroleras tienen una determinada forma, tamaño,geometría, cierre y área de drenaje.
CIERRE: es la longitudvertical máxima en laque lo hidrocarburospueden acumularse enla trampa.
AREA DE DRENAJE: es lamáxima abertura (área)de la trampa, echadoabajo, se mide en laparte inferior de latrampa
Clasificación de las trampas petroleras
TRAMPA ESTRUCTURAL
TRAMPA ESTRUCTURAL
Trampa estructural por falla normal
Trampa por variación de permeabilidad
Trampa por falla inversa
Existen estructuras generadas por fallamientos a consecuencias del desplazamiento de rocas evaporiticas (principalmente domos salinos).
SINCRONÍA Es la relación precisa en espacio y tiempo de todos los
elementos que conforman el sistema petrolero, para que este pueda existir.
Sincronía en la Sonda de Campeche.
Carta de eventos
El sistema petrolero se puede representar utilizando:
Una tabla de datos.
Una gráfica de historia de sepultamiento con la descripción del momento crítico, la edad y los elementos esenciales de una localidad.
Un mapa geológico-geográfico de localización.
Una sección geológica elaborada para el momento crítico que describa las relaciones espaciales de los elementos esenciales.
Una carta de eventos del sistema petrolero con las relaciones en tiempo de los elementos esenciales y de los procesos, así como el tiempo de preservación y el momento crítico.
Tabla de datos:
Enlista todos los campos de aceite y gas relacionados a un mismo sistema petrolero.
Sistema Petrolero arbitrario Deer-Boar (.)
Gráfica de historia de sepultamiento
Mapa geológico-geográfico de localización
- AAPG Memoir 60, Magoon and Dow
Sección geológica al momento crítico
La extensión estratigráfica del Sistema Petrolero incluye a las rocas
generadoras, acumuladoras, sellos y de sobrecarga, al momento crítico.
Carta de eventos:
Tiempo del depósito.
Tiempo de los procesos
Ele
me
nto
s
Esen
cia
les
Caso A.- Solo un Sistema
Petrolero porque solo
hay un volumen de RG
activa para la generación
de HC’s.
Caso C.- Hay un Sistema
Petrolero porque solo
hay un volumen de roca
generadora activa.
Caso B.- Hay dos
Sistemas Petroleros
porque hay dos Cuerpos
de rocas generadoras
activas (aunque sea la
misma RG)
Principales provincias petroleras del mundo
1 Arabia Saudita
2 Rusia
3 Estados Unidos
4 Irán
5 China
6 México
7 Noruega
8 Venezuela
9 Reino Unido
10 Irak
11 Canadá
12 Nigeria
13 Kuwait
14 Emiratos Árabes
15 Libia
Cuencas petroleras de México
SONDA DE CAMPECHE
UBICACIÓN
hLa sonda de Campeche esta emplazada en laplataforma continental, en aguas territoriales delGolfo de México, frente a los estados de Tabasco yCampeche .
De acuerdo con PEMEX pertenece a la provincia Geológico-marina de Coatzacoalcos.
SISTEMA PETRÓLERO ROCA GENERADORA
Dado su alto contenido de materia orgánica, laprincipal roca generadora de los hidrocarburos,corresponde al Jurásico Superior Tithoniano. Tambiénse ha planteado la existencia de otras rocas conpotencial generador en los niveles del JurásicoOxfordiano y Kimmeridgiano, así como también elCretácico y Terciario. Sin embargo, la contribución deéstos parecería marginal comparado con el aceitegenerado por el Jurásico Superior Tithoniano
MODELO SEDIMENTARIO JURÁSICO SUPERIOR OXFORDIANO
COLUMNA LITOLÓGICA
Tipo de Kerógeno La calidad del la materia orgánica es una respuesta
directa del tipo o tipos de kerógenos precursores de loshidrocarburos, se reporta predominantemente materiaorgánica algácea y amorfa (kerógenos Tipo I) yherbácea (kerógenos de tipo II).
ROCA ALMACENADORA En la Región de la Sonda de Campeche se consideran
cinco secuencias potencialmente almacenadoras, lasmás antiguas corresponden con las areniscas delJurásico Superior Oxfordiano, continuando con losbancos oolíticos del Jurásico Superior Kimmeridgiano,la Brecha Calcárea del Cretácico Superior-Paleoceno,los carbonatos fracturados del Cretácico Inferior, y enlas rocas Cenozoicas se tienen cuerpos arenosos y unhorizonte de calcarenitas del Eoceno.
ROCA SELLO El sello a nivel Oxfordiano esta representado por una
secuencia de anhidritas con intercalaciones de lutitas ylimonitas que se depositaron en ambientes de sabkha amarino.
La siguiente roca sello de interés corresponde con unasecuencia del Jurásico Superior Kimmeridgiano yThitoniano cuyo espesor varía 10 a 313 m. Las rocas delTithoniano funcionan como un relleno que nivela lasdepresiones dejadas por la paleogeografía existente duranteel depósito de los sedimentos del Kimmeridgiano; constabásicamente de lutitas, las cuales pese a su alta porosidadmuestran una escasa permeabilidad.
MIGRACIÓN
En la Sonda de Campeche se ha reconocido la existencia demigración en diferentes niveles estratigráficos, la cualpermitió el movimiento de gas y aceite hacia losyacimientos del Jurásico, Cretácico y Cenozoico; esta sellevo a cabo a través de unidades porosas y permeables,pero sobre todo a través de los sistemas de fallas producidascomo resultado del evento Chiapaneco. En general seconsidera que la mayor parte de la migración de loshidrocarburos se llevo a cabo en forma vertical a través dezonas de debilidad en las proximidades de las fallas yfracturas o por el contacto entre la roca generadora con losintervalos almacenadores más permeables y con menorespresiones.
Migración
TRAMPA Todos los Yacimientos hasta ahora conocidos que se encuentran
en trampas en secuencias sedimentarias del Mesozoico en laSonda de Campeche, corresponden con trampas combinadas.
Por su origen, se pueden considerar como trampasestratigráficas, tanto las de la franja oolítica del Kimmeridgiano,como las de la barra arenosa del Oxfordiano, así como lasbrechas productoras del Cretácico Superior y del Paleoceno; sinembargo, los procesos tectónicos posteriores originarondeformación, transformando estos reservorios en anticlinalesdesplazados por fallas. En el Cenozoico Tardío, posterior a estadeformación se formaron trampas estratigráficas principalmenteaunque también podemos encontrar trampas combinadas comoresultado de intrusiones salinas o arcillosas.
SINCRONÍA
CAMPOS DE LA SONDA DE CAMPECHE
CAMPO AKAL
Pertenece al Complejo Cantarell. La estructura de Akalse presenta como un anticlinal asimétrico fallado,orientado en dirección noroeste a sureste conbuzamiento suave hacia el sur, y pronunciado al nortey noreste.
Está limitado al oeste por una falla normal, y al norte ynoreste por una falla inversa.
Las trampas del campo Akal son principalmente detipo estructural, con cierre por fallamiento inverso enla porción noroeste, y normal en la porción oeste.
Sección sísmica del campo Akal
Sección geológica del campo Akal