ORIGEN DEL PETROLEODOCENTE: Edgar MENDEZ E

Introduccin: el sistema petroleroDesde que se inicio la explotacin de petrleo, ms del 97 % de los yacimientos a nivel mundial se han explotado en rocas sedimentarias.Esto no implica que no existan yacimientos en rocas gneas o metamrficas, que tienen una porosidad cercana a 0 % , y su produccin se da principalmenteen porosidad de tipo secundaria, esto en fracturas interconectadas, pero son los menos.La palabra petrleo (del latn petro: piedra, oleum: aceite) significa ACEITE DE PIEDRA. El petrleo es un lquido oleoso bituminoso de origen natural, inflamable, cuyo color vara de incoloro a negro, y consiste en una mezcla completa de hidrocarburos con pequeas cantidades de otros compuestos. Tambin recibe los nombres de petrleo crudo, PETROLEO

Origen y Formacin del Petrleo y gasLas distintas teoras sustentadas para determinar el origen del petrleo, corresponden a la ltima parte del Siglo XIX. El petrleo es producto de la acumulacin de restos orgnicos depositados junto con grandes masas de sedimentos en el fondo de los mares, a lo largo de millones de aos. As las cuencas sedimentarias guardan ntima relacin con las reas productoras de petrleo.

En la ltimas cinco dcadas, el avance sobre la gnesis de los hidrocarburos, por medio de la informacin geoqumica, geolgica y bacteriolgica, ha permitido cancelar muchas teoras y acabar con el misterio de dicho origen. Para tratar de sealar la historia de los hidrocarburos, es necesario plantearse y resolver las siguientes interrogantes: a) Cul es la procedencia de los elementos Hidrgeno y Carbono? b) Cmo se mezclan y acumulan estos elementos? c) Cmo se da la transformacin a hidrocarburos? d) Cmo se sepultan estos materiales? e) Cmo ocurre la transformacin de slido a lquido o gas? f) Cul fue el ambiente que favoreci este cambio? g) Cmo puede explicarse la complejidad qumica del petrleo?

COMO SE FORMO EL PETROLEO ?

Introduccin La cantidad de materia orgnica preservada en los sedimentos vara enormemente dependiendo de la cantidad, de la actividad biolgica y del ambiente de depsito.En los mares de Islandia, as como en el Mar Caspio y cuencas como en el Mar Bltico y en el Mar Negro, proporcionan en la actualidad condiciones de alta preservacin de la materia orgnica, depositada junto con sedimentos de grano fino y minerales autignicos. Fig 1 Mar del bltico

Tambin en sedimentos que han sido acumulados de la materia orgnica original (como esporas y resinas, remanentes orgnicos de algas y plancton).El petrleo es una mezcla en la que coexisten en fases slida, liquida y gaseosa, compuestos denominados hidrocarburos, constituidos por tomos de carbono e hidrogeno y pequeas proporciones de otros elementos con presencia de nitrgeno, azufre, oxigeno y algunos metales, ocurriendo en forma natural en depsitos de roca sedimentaria. Su color vara entre mbar y negro.

El mar Caspio es un mar de agua salobre que se extiende entre Europa y Asia. Su superficie es de 371.000 km, su profundidad media es de 170 m, la mxima es de 995 m y es el lago ms extenso del mundo. Sus dimensiones son 1210 km en direccin norte-sur y de 210 km a 436 km en direccin este-oeste.

Aguas con deficiencia de oxgeno son llamadas sapropels. Como en los deltas de Nigeria y el delta de Mahakam (en Indonesia), son ejemplos tpicos para el depsito de sedimentos ricos en materia orgnica establecidos en las costas en reas de alta vegetacin.Durante la subsidencia de las cuencas sedimentarias con un incremento en la sobrecarga, los sedimentos son convertidos progresivamente a rocas sedimentarias por procesos diagenticos como: compactacin, recristalizacin y/o procesos de remineralizacin.

Por ejemplo en las litologas carbonatadas, el kergeno probablemente se encuentra concentrado debido a la formacin de estilolitas y a grandes procesos de disolucin.

CUENCAS SEDIMENTARIAS Las Cuencas Sedimentarias son extensas zonas en la corteza terrestre donde se acumularon sucesivas capas de lodo, arena, arcilla, materia orgnica y otros sedimentos, que luego de compactarse formaron las Rocas Sedimentarias. Las Rocas Sedimentarias se deforman, originando las Estructuras en las que se encuentra el Petroleo & Gas, ocupando los espacios porosos, de manera similar como el agua empapa una esponja.

DE LA CUENCA SEDIMENTARIA AL RESERVORIO Para tener una acumulacin de Petrleo o Gas Natural en el subsuelo, deben coincidir cuatro elementos principales: Vas de migracin, a travs de las diferentes rocas sediemntarias, fallas y/o fracturas de la corteza, que permitan la migracin del hidrocarburo de la Roca Madre al Reservorio (roca porosa). Contar con una Roca Madre rica en materia orgnica, generadora de los hidrocarburos. Una Trampa o estructura que contenga el hidrocarburo, que puede estar formada de capas plegadas o bloques aislados por fallas. Una Roca Sello impermeable localizada por encima del Reservorio que impida la fuga de los hidrocarburos hacia superficie.

DE LA CUENCA SEDIMENTARIA AL RESERVORIO Elementos Principales

Origen del petrleo Las teoras que han tratado de explicar este problema se han dividido, en dos grandes grupos:

CONDICIONES PARA LA ACUMULACIN DE MATERIA ORGNICAAbundancia de materia orgnica.Aporte de materia orgnica a los sedimentos.Ambientes sedimentarios de baja energa en el cual se pueda sedimentar la materia orgnicaAlto potencial para la preservacin de la materia orgnica.

TEORA ORGNICA Basada en dos principios fundamentales:

a) La produccin de hidrocarburos a partir de organismos vivos. b) La accin del calor sobre la materia orgnica formada biognicamente.Postula que el petrleo es producto de la descomposicin de organismos vegetales y animales que fueron sometidos a enormes presiones y altas temperaturas en ciertos periodos de tiempo geolgico. Organismos de vida marina y continental fueron sepultados en un medio ambiente anaerbico y por cambios en la temperatura y presin (50 a 250 C y 300 a 1500 bars), estos organismos que contienen Carbono e Hidrgeno en sus molculas orgnicas, fueron convertidos en hidrocarburos en un lapso relativamente grande.

Evidencias de la TEORA ORGNICA 1.- La gran abundancia de materia orgnica, que existe en los sedimentos recientes y en los hidrocarburos asociados con dicha materia orgnica. 3.- La presencia de Nitrgeno y de porfirinas en el pigmento de algn tipo de petrleo, sobre todo en la fraccin pesada, ya que el nitrgeno es un componente esencial en los aminocidos y estos componen las protenas. Las porfirinas se relacionan con la clorofila de los vegetales.

4.- La actividad ptica que presenta el petrleo es una propiedad tpica de las sustancias orgnicas. 5.- La presencia en el petrleo de fsiles geoqumicos. Estas son molculas orgnicas sintetizadas por los organismos vivos, los cuales son incorporados a los sedimentos conservando su estructura original, sin alterar o casi sin alterar. 6.- En forma experimental se pueden generar hidrocarburos a partir de materia orgnica mediante el calentamiento a altas temperaturas (rompimiento termal). 7.- En las cuencas sedimentarias se tienen la mayora de los yacimientos petroleros (principalmente marinas aunque tambin hay continentales).

Tres reacciones para formacin del petrleo: Diagnesis, Catagnesis y la Metagnesis. Diagnesis: Ocurre a temperaturas bajas (menores a 50C). El espectro molecular simple de los HC proviene del espectro complejo del petrleo, la formacin diagentica de un amplio grupo de hidrocarburos derivados de molculas orgnicas, originales y a grandes cantidades de HC originados por alteracin trmica de la materia orgnica sepultada profundamente. El petrleo se habra originado por el deposito de minsculos animales y sustancias vegetales que se fueron acumulando en el fondo lacustre y marino.La materia orgnica es sintetizada por los vegetales, una pequea parte se preserva y se introduce en los sedimentos, lo cual es el origen de los combustibles fsiles: petrleo, gas natural, carbn, arenas y lutitas bituminosas.

El aporte orgnico principal ocurre en los vegetales superiores, regido por las condiciones geogrficas, particularmente por el clima (temperatura, lluvia, etc). En el mar el fitoplancton es el productor primario. Comprende dos principales tipos de algas: las diatomeas y los dinoflagelados, adems de los cocolitofridos que forman el nivel trfico primario. Desde el punto de vista cualitativo, las producciones de materia orgnica marina, son en orden de importancia: 1. Fitoplancton 2. Zooplancton 3. Las bacterias.

Sedimentos finos depositados en un medio marino o lacustre (lodos arcillosos o lodos calcreos), el oxgeno molecular es escaso. La accin microbiana de las partculas de la materia orgnica ya no es reemplazado, convirtindose en un medio anaerbico. Por lo que la actividad de los organismos anaerbicos contribuyen a modificar la composicin de la materia orgnica restante, aunque esta actividad cesa rpidamente.

Generacin del protopetrleoLos factores de presin, temperatura y procesos qumicos y fsicos, ms la carencia de oxgeno posibilitaron la formacin de petrleo lquido y del gas. En ciertos medios como el Mar Negro, el oxgeno disuelto desaparece a partir de los 200 m de profundidad, con el establecimiento de un medio reductor rico en sulfuros de H, puede calcularse alrededor del 4% de la materia orgnica producida. La materia orgnica es sintetizada por los vegetales, una pequea parte se preserva y se introduce en los sedimentos, lo cual es el origen de los combustibles fsiles: petrleo, gas natural, carbn, arenas y lutitas bituminosas. El aporte orgnico principal ocurre en los vegetales superiores, regido por las condiciones geogrficas, particularmente por el clima (temperatura, lluvia, etc). En el mar el fitoplancton es el productor primario. Comprende dos principales tipos de algas: las diatomeas y los dinoflagelados, adems de los cocolitofridos que forman el nivel trfico primario.

FORMACIN DEL PETRLEO Los hidrocarburos que constituyen los crudos o gas, provienen bsicamente de dos caminos diferentes: 1) Del 10 al 15 % son hidrocarburos formados directamente por los organismos, preservados y que solo sufren pequeos cambios qumicos. Este hidrocarburo difcilmente se conserva. 2) Del 85 al 90 % de los hidrocarburos que constituyen el petrleo se forman a travs de una serie de procesos qumicos y bacterianos a los que es sometida la materia orgnica original, se forman a partir de un proceso diagentico de transformacin, donde la temperatura y la profundidad son los principales factores que influyen para la generacin de los mismos.

Tanto el petrleo como el Carbn son el producto de la transformacin de la materia orgnica, la cual por efecto de la temperatura, la profundidad y el tiempo, se transforma en petrleo gas o Carbn. Dependiendo del tipo de materia orgnica, tendremos el producto oleoso o carbonoso; as cuando se trata de material vegetal superior, el producto final es el carbn y cuando la materia orgnica procede de restos de microorganismos ricos en lpidos y protenas, el resultado ser la produccin de aceite y/o gas.

FACTORES QUE AFECTAN LA ACUMULACIN DE MATERIA ORGNICADegradacin BacterianaExcavacin y removilizacin por fauna bentnica La materia orgnica en la columna de agua

CONVERSIN DE MATERIA ORGNICA A PETRLEO

Composicin bsica del petrleoLa composicin elemental del petrleo generalmente est comprendida entre los siguientes rangos porcentuales.ELEMENTOS PORCENTAJECarbono 84 - 87Hidrgeno 11 - 14Azufre 0 - 2Nitrgeno 0,2

Esquema yacimientos de hidrocarburos

Clasificacin de los hidrocarburos

Tipos de petrleos y sus caractersticasPetrleos livianos (parafnicos) Muy fluidos Menos pesados que el agua Fciles de manejarPetrleos pesados (alifticos) Viscosos Espesos Mas pesados que el agua Difciles de transportar

El petrleo y sus caractersticas Es un lquido de variados colores que van desde el negro hasta amarillo claro , fluorescente con reflejos verdes o verde azulado.

Su densidad vara entre 0.615 hasta 0.994g/cm3

Insoluble en agua y soluble en ter, benceno, cloroformo, etc.

Viscosidad variable aumentando con la densidad del mismo.

DefinicionesRecursos: son substancias slidas, lquidas o gaseosas, susceptibles de ser explotadas por el hombre para su aprovechamiento.Reservas: a) parte del recurso que resta explotar; b)parte del recurso cuya explotacin es econmicamente rentable en el momento socioeconmico y poltico que rija en la actualidad.

Sedimento orgnico: roca o sedimento con una cantidad de materia orgnica superior al 50% en peso de los constituyentes de la misma.Diagnesis: procesos fsicos y qumicos que afectan al sedimento despus del deposito y hasta antes del metamorfismo de bajo gradoCarbn: sedimento orgnico constituido por restos vegetales transformados durante la diagnesis. Carbn hmico: el constituyente orgnico procede de restos vegetales terrestres. Carbn saproplico: el constituyente orgnico procede de restos vegetales subacuticos.

Humus: serie de productos macromoleculares de estructura muy compleja (cidos hmicos, cidos flvicos y huminas).

Kergeno: sedimento orgnico constituido por restos de humus, fitoplancton y zooplancton. Kergeno I: procede de transformacin de lpidos y de algas y se considera formado en ambientes lacustres. Es muy rico en H y pobre en O. Produce crudos ricos en HC saturados Kergeno II: es una mezcla entre KI y KIII, con valores intermedios entre ambos de H y O y que procede de restos de organismos vegetales y animales marinos. Produce aceites ricos en aromticos y naftnicos. Genera ms gas que los de tipo I. Kergeno III: procede de transformacin de restos vegetales transportados desde el continente (humus) a zonas marinas. Es rico en O y el pobre en H. Genera sobre todo gas seco. Kergeno IV: proviene de fuentes muy oxidadas durante la deposicin. Casi no produce petrleo ni gases.

Petrleo: producto de transformacin por diagnesis de kergeno, constituido por hidrocarburos slidos, lquidos y gaseosos (HCs).

2da etapa A condiciones de alta presin y temperatura, se desprende CO2 de los compuestos con grupos carboxlicos, y H2O de los cidos hidroxlicos y de los alcoholes, dejando un residuo bituminoso. La continuacin de exposiciones a calor y presin provoca un craqueo ligero con formacin de olefinas (protopetrleo).3er etapa Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se polimerizan y forman ciclos para dar origen a hidrocarburos de tipo naftnico y parafnico. Los aromticos se forman, presumiblemente, por reacciones de condensacin acompaando al craqueo y ciclizacin, o durante la descomposicin de las protenPropiedades fsicas y qumicas de los hidrocarburos PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS DEL PETRLEOVeamos algunos de los parmetros empleados en la clasificacin del petrleo:Gravedad (API)

PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS DE LOS HIDROCARBUROS

Veamos algunos de los parmetros empleados en la clasificacin del petrleo:Gravedad (API)

Un fluido con una gravedad especfica de 1.0 g/cm3 (agua dulce), tiene una gravedad API de 10. En funcin de su API podemos hablar de:Petrleos pesados (API

Viscosidad ()Es la friccin interna del fluido que causa la resistencia a cambiar de forma. Vara con la presin y la temperatura (mayor temperatura, menor viscosidad).

La viscosidad vara con la densidad, es decir, es funcin del nmero de tomos de carbono y de la cantidad de gas disuelto en el crudo; La viscosidad en crudos ligeros es inferior a 30 mPa; los valores ms frecuentes son de 0.5-0.6 mPa (viscosidad de la gasolina); Los crudos pesados (asflticos) tienen densidades de 50000-100000 mPa; estos crudos (alquitranes naturales), presentan grandes dificultades de recuperacin.Factor expansin

El petrleo pierde volumen y se encoge en su camino hacia la superficie, debido a la liberacin de gases disueltos. El factor de prdida de volumen vara entre 1 para los petrleos prximos a la superficie y que casi no contienen gases disueltos, y 2 para petrleos muy gaseosos en almacenes profundos.Un buen indicador de viscosidad, es el llamado punto puro, que es la temperatura ms baja a la cual el crudo fluye. As, para puntos puros de ms de 40 C, son caractersticos los crudos pesados con ceras; para puntos puros de menos de 36 C, se dan crudos ligeros.

Exploracin de hidrocarburosGeologa de superficie Lneas ssmicas Pozos exploratorios en tierra y mar Exploracin desde el espacio

Dnde se lo encuentra?Zonas de menos de 600 Millones de aosYacimientos de roca sedimentaria Lugares donde hubo marFiltracin a travs de la roca Llega a la superficieQueda atrapado por una roca impermeable(trampas)Yacimiento

PorosidadCualitativamenteLa porosidad es la capacidad de un material de tener porosSe entiende por poro cualquier espacio de una masa que no est ocupado por u material slido, sino por un fluido (agua, aire, petrleo,..).PorosidadLa porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento de fluidos que posee una roca y se define como la fraccin del volumen total de la roca que corresponde a espacios que pueden almacenar fluidos.

Clasificacin de la porosidadLa porosidad de una roca puede ser clasificada de dos maneras: 1.- Segn su origen.1.1. Original o Primario1.2. Inducida o secundaria 2.- Segn la comunicacin de sus poros.2.2. Absoluta o Total2.2. EfectivaPorosidad Primaria:Es aquella que se desarrolla u origina en el momento de la formacin o depositacin del estrato.Los poros formados en esta forma son espacios vacos entre granos individuales de sedimento.Es propia de las rocas sedimentarias como las areniscas (Detrticas o Clsticas) y calizas ooliticas (No-Detrticas), formndose empaques del tipo cbico u ortorrmbico.

Porosidad Secundaria o Inducida:

Es aquella que se forma a posteriori, debido a un proceso geolgico subsecuente a la depositacin del material del estrato o capa. Esta porosidad puede ser:Porosidad en solucin: Disolucin de material solid soluble constitutivo de las rocas.Porosidad por Fractura: Originada en rocas sometidas a varias acciones de diastrofismo.Porosidad por Dolomitizacion: Proceso mediante el cual las calizas se convierten en dolomitas, que son mas porosas.La porosidad es considerada :

Muy Baja cuando es =< 5% Baja cuando es >5% pero =10% pero =20% pero =30%

Factores que Afectan la Porosidad

Escogimiento de los granos: Mientras los granos de la roca sean ms uniformes mayor ser la porosidad.Arreglo de los granos: La simetra influye en el valor de la porosidad, mientras menos simetra exista ms afecta la porosidad.Cementacin: Los granos estan pegados entre s mediante uuna cementacin natural que por supuesto resta espacio poroso a ser ocupado por los hidrocarburos.Presencia de Grietas y Cavidades: Son factores que favorecen la porosidadConsolidacin: La presin de sobrecarga de un estrato crea acercamiento entre las rocas.Mientras sea menor su efecto, mayor ser el valor de porosidad.

Factores que afectan la Porosidad Presencia de material cementante Los granos que conforman la matriz de la roca se encuentran unidos entre s por material cementante, el cual se encuentra compuesto principalmente por slice, carbonato de calcio y arcilla. La presencia de material cementante afecta la firmeza y compactacin de la roca, por lo tanto afecta la porosidad de la misma. A medida que aumenta la cantidad de material cementante, la porosidad del sistema disminuye, debido a que este material se aloja en los espacios disponibles para la acumulacin de fluidos. Por esta razn, la porosidad de arenas no consolidadas (las cuales presentan poca cantidad de material cementante) es mucho mayor que la porosidad de arenas altamente consolidadas o compactadas.

Factores que afectan la Porosidad Geometra y distribucin del tamao de los granos Figura 1.5 Distribucin del tamao de los granos Dependiendo del ambiente depositacional en el cual se origin la roca, los granos que la conforman presentarn una determinada distribucin en su tamao. Esta variacin en el tamao de los granos se conoce como escogimiento y es un factor que afecta la porosidad de la roca.

Factores que afectan la Porosidad La forma de los granos tambin afecta la porosidad de la roca. Un sistema compuesto por granos perfectamente redondeados presentar una porosidad mayor que un sistema formado por granos alargado, como se aprecia en la figura

Factores que afectan la Porosidad Presin de las capas suprayacentes Otro factor que afecta la porosidad es la compactacin originada por la presin de sobrecarga, la cual es ejercida por el peso de las capas suprayacentes de la roca. A medida que aumenta la profundidad, la presin ejercida por la columna de sedimentos aumenta, esto genera una fuerza que tiende a deformar los granos y reducir el volumen de espacios vacos, por lo tanto se origina una reduccin en la porosidad.Cuando los fluidos contenidos en el espacio poroso son producidos, la presin interna disminuye, pero la presin externa (presin de sobrecarga) permanece constante, con esto se crea un desequilibrio que origina esfuerzos que tienden a disminuir el volumen bruto y el volumen poroso de la roca, lo que se traduce en una reduccin en la porosidad.

SECUENCIA DE LA EXPLORACION POR HC 1.Se selecciona un rea con perspectivas regionales favorables para el descubrimiento de hidrocarburos.2.Imgenes satelitales: Interpretaciones foto geolgicas. 3.Inspeccin de superficie: Observaciones estratigrficas, estructurales y geoqumicas.4.Evaluacin geolgica de gabinete: mapeos, anlisis geoqumico, etc. 5.Aerogravimetra y Aeromagnetometra: Estudio de potenciales terrestres, definicin del programa ssmico.6.Prospeccin ssmica: adquisicin de informacin geofsica de subsuelo.7.Interpretacin ssmica: Modelo estructural del subsuelo.8.Modelaje de cuenca: Estimacin de riesgos geolgicos.9.Sntesis y anlisis de la informacin: Sistema Petrolero. 10. Perforacin de pozo exploratorio.

La fotografa area vertical, las imgenes satelitales y la informacin que provee el radar, son utilizados en la bsqueda de estructuras favorables, ya que en ellas destacan detalles que escapan en la observacin hecha a nivel de suelo.

GEOLOGIA DE CAMPO Verificar los aspectos previamente identificados mediante foto deteccin y reportes anteriores.

Estudiar las caractersticas geolgicas de las formaciones presentes. Mapeo de caractersticas estructurales y estratigrficas de las formaciones encontradas.

Colectar muestras de rocas y fluidos para anlisis de laboratorio.

AEROGRAVIMETRIA Y AEROMAGNETOMETRIA Un gravmetro y un magnetmetro de alta sensibilidad instalados a bordo de un avin, son excelentes herramientas para: Ubicar depsitos sedimentarios Medir el espesor de la seccin sedimentara Delinear los prospectos exploratorios potenciales (leads) Definir los lmites de la cuenca El Objetivo es lograr una primera comprensin de la geologa regional a fin de precisar la ubicacin de la adquisicin ssmica.

REGISTRO SISMICO 2D Y 3D La ssmica de reflexin consiste en generar ondas sonoras artificiales que se propagan en el subsuelo, mediante el accionar de un material (ssmigel), que se ubican entre 5 y 15 metros de profundidad. Las ondas atraviesan las capas subterrneas y regresan a superficie, donde son captadas por los geofonos que las envan al sismgrafo, donde mediante equipos de computo se determina la posicin de los estratos y las estructuras favorables para la acumulacin de hidrocarburos.

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