Gn Arg Origen Petroleo y Gas

7/23/2019 Gn Arg Origen Petroleo y Gas

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Instituto del Gas y del Petróleo

Universidad de Buenos Aires

INSTITUTO DEL GAS Y DEL PETRÓLEO

UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

ORÍGEN DELPETRÓLEO Y DEL GAS

GEOLOGÍA E INGENIERÍA DE YACIMIENTOSESPECIALIDAD EN GAS

- AÑO 2008 -

Origen del Petróleo y del Gas

Juan José Rodríguez





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I) INTRODUCCIÓN

La incorporación de este tema en el contexto de estos breves apuntes, tienepor objeto aclarar algunos conceptos de índole geológica, que se ha entendidoresultan necesario para la mejor comprensión de los temas relacionados con laExploración y Producción del Gas Natural, motivo del presente curso.

Ha sido así que, sin abandonar la rigurosidad técnica que se ha entendidodebía tener todo el desarrollo de esta exposición, la misma se ha apoyadoprincipalmente en cuestiones marcadamente conceptuales.

II) PETRÓLEO Y GAS NATURAL

El petróleo es una sustancia compuesta por una mezcla compleja y variable dehidrocarburos y otros materiales derivados de la transformación de sustanciasorgánicos.

Los yacimientos petrolíferos que existentes en diversas áreas de la cortezaterrestre, proceden en su mayoría de los procesos naturales de regresiónorgánica que sufren los seres vivos en su proceso de descomposición y enparticular de las plantas acuáticas que poblaban esas regiones hace millonesde años.

Estos restos orgánicos, formaron mezclados con arena y lodo, depósitos derocas sedimentarias que se fueron filtrando gradualmente hasta topar concapas subterráneas de escasa permeabilidad donde se acumularon, a vecesen grandes cantidades.

En cuanto a los crudos petrolíferos cuyo hallazgo se persigue, debe decirseque están compuestos por hidrocarburos que son compuestos formados por

carbono e hidrógeno

1

, con ciertos contenidos en cantidades mínimas de otroscompuestos considerados contaminantes.

Para su estudio se acostumbra clasificar a los hidrocarburos en familias, lasque son establecidas en función de sus propiedades físicas y químicas.

Apoyados en este concepto debe decirse que la mezcla de hidrocarburos queconstituyen el petróleo crudo2 contiene en general diferentes familias decompuestos mayormente de tipo parafínicos y naftenicos.

1 82 a 87 % de carbono y 12 a 15 % de hidrógeno2 Sin refinar


Juan José Rodríguez 2





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Respecto al gas natural debe decirse, que está formado por hidrocarburos

parafínicos, conteniendo principalmente metano pero además y enproporciones menores 3, etano, propano y butanos.

Otra característica de interés es que se encuentra, como consecuencia de subaja densidad en las capas superiores de las trampas subterráneas queconstituyen yacimientos de petróleo, y en los intersticios (poros) y fisuras delas rocas.

Se reconoce universalmente un origen orgánico del petróleo y del gas natural,mediante un largo proceso de transformación de organismos animales yvegetales bajo condiciones de sepultamiento en la corteza terrestre. Dichos

procesos y sustancias intervinientes se describen a continuación:

Maduración

La maduración de la materia orgánica en cuencas sedimentarias, constituyeunproceso complejo mediante el cual ciertas moléculas biológicas creadas pororganismos vivos son convertidas en petróleo.

Este proceso evoluciona desde una forma intermedia llamada “querógeno”,creado por el rompimiento de moléculas biológicas complejas.

Microscópicamente el querógeno puede ser visto como partículas de coloramarillento (virando al naranja) o amarronado (virando al negro).

Como este material tiene su origen en diferentes clases de organismos vivos ypor condiciones diversas, los querógenos obtenidos no tendrán la mismacomposición química y en consecuencia producirán diferentes calidades ycantidades de petróleo.

3 70 a 90%







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Tipos de querógeno

Los geólogos agrupan a los querógenos para su clasificación en cuatro clases:

a) Algaceo.

b) Marino mixto.

c) Carbonoso.

d) Inerte

a) Tipo I – Algaceo

Deriva principalmente de los restos de las algas y cuando madura, produceprincipalmente petróleo bruto.

b) Tipo II – Marino mixto

Consta en su mayor parte de material amorfo, derivado de la descomposiciónbacterial y mecánica de una mezcla de plantas y materiales unicelularesmarinos.

Produce más gas natural que el Tipo I. Tiende a producir crudo aromáticointermedio de alto azufre.

c) Tipo III – Carbonoso

Deriva de plantas de tierra más altas. Produce gran cantidad de gas natural conbajo contenido de azufre. Los petróleos producidos son del tipo parafínicos ynafténicos.

d) Tipo IV – Inerte

Este querógeno consta en su mayor parte de partículas inertes que han sidointensamente oxidadas antes del soterrado como carbón vegetal (estequerógeno es muy raro y no tiene capacidad para generar petróleo o gas).







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Formación del petróleo

El petróleo se genera cuando el querógeno está sujeto a los incrementos detemperatura que acompañan al soterrado de los sedimentos.

La transformación del querógeno en petróleo es similar a otras reaccionesquímicas del craqueo. A consecuencia del calor las moléculas mas grandes delquerógeno se descomponen en moléculas más pequeñas.

Los petróleos obtenidos de capas más superficiales son más pesados y tiendena ser mas ricos en aromáticos. Al aumentar la profundidad, la temperatura es

también mayor y en este caso los petróleos obtenidos son más livianos yentran en la clasificación de parafínicos.

Es de interés señalar que a partir de los 175 ºC, cesa prácticamente laformación de petróleo liquido y la de gas pasa a ser dominante y que cuando latemperatura de la formación excede los 225 ºC, la mayoría del querógenoagota su capacidad de generar petróleo.

La conversión de querógeno a petróleo se produce por una serie de reaccionesquímicas en las que el tiempo juega un papel muy importante, por esta razónlas mayores acumulaciones de petróleo han sido encontradas en rocas de una

antigüedad superior a los 10 millones de años.

Influencia de la temperatura

La temperatura (además del tiempo), tiene una gran influencia en la formacióndel petróleo. Esta condición hace importante la medición del gradientegeotérmico que varía según distintas localizaciones de las cuencassedimentarias alrededor del mundo desde 18º ºC/km hasta 55 ºC/km.

Un gradiente geotérmico bajo hace que la primera formación de petróleocomience a niveles del subsuelo profundos e inversamente un gradientegeotérmico alto posibilita la obtención de petróleo a profundidades menores.

La magnitud del gradiente geotérmico de la cuenca petrolífera está muyfrecuentemente relacionada con la cantidad de calor que emana de la tierra,por ello los gradientes geotérmicos altos se encuentran asociadas a procesosde deformación del fondo marino y elevación de montañas.







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Los gradientes bajos en cambio, están en general asociados a interioresantiguos, estables de los continentes y en áreas aisladas por rocas frías

subyacentes o gruesas, rápidamente sedimentadas.

Debe tenerse en cuenta que localmente el gradiente geotérmico no varía enforma estrictamente lineal con la profundidad ya que está influenciado por laconductividad térmica de las rocas del subsuelo a través de las cuales debepasar el calor de la tierra y es variable según el tipo de roca y cantidad defluidos que ocupan sus poros.

El rango de temperaturas ubicado entre 60 ºC y 175 ºC 4, constituye la zonaprincipal de formación y está ubicada entre uno y cuatro km de profundidad.

En la tabla siguiente se ilustra sobre las posibilidades de formación de petróleoy gas en relación con la temperatura del subsuelo.

Características del petróleo y gas producidoen función de la temperatura del subsuelo

Temperatura (ºC) 0 a 60 60 a100

100 a 175 175 a 225 225 a 315

Características deldel Petróleo y el Gas

Metanobiogénico

PetróleoPesado

PetróleoLiviano

Gashúmedo

Gasseco

Influencia de la presión

La presión a que puede encontrarse el petróleo o el gas dependen de laprofundidad de su localización y es en general del orden de los 0.108 kg/cm2 por metro de profundidad. Esto determina que en una localización situada atres mil metros de profundidad, la presión de los hidrocarburos seanormalmente del orden de los 300 kg/cm2.

4Ventana del petróleo.







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III) YACIMIENTOS DE PETRÓLEO Y GAS NATURAL

Condiciones para su formación

Para que se formen yacimientos de petróleo y/o gas natural, debe darse lapresencia simultánea de los siguientes factores favorables en el ámbito de unaCuenca Sedimentaria 5:

A) Existencia de una roca madre madura

B) Posibilidad de migración entre la roca madre y el reservorio

C) Presencia de un reservorio adecuadamente poroso y permeable.D) Disponibilidad de entrampamiento de los hidrocarburos

E) Existencias de un sello impermeable.

Estas circunstancias hacen que menos de la mitad de las cuencassedimentarias exploradas a nivel mundial tengan características positivas encuanto a efectividad y que de ese porcentaje solo alrededor del 5 % pueda serconsiderada con buenas perspectivas para encontrar yacimientos de petróleo ogas.

A) Rocas madres

Las rocas madres son rocas donde se ha acumulado suficiente materiaorgánica preservada y térmicamente madura como para formar petróleo. Estángeneralmente formadas por un tipo de roca denominada arcilita o lutita.

El hecho que las partículas orgánicas sean normalmente de grano fino haceque las rocas madres sean comúnmente también de grano fino6

Uno de los factores más importantes para determinar, si una roca rica enorgánicos (el contenido orgánico no pasa en general del 1 al 2% de suvolumen), se convertirá en roca madre, es su maduración térmica.

Para que la materia orgánica pueda evolucionar hasta transformarse enpetróleo (y gas natural), es necesario que la roca madre se encuentre ubicada

5 Las cuencas sedimentarias son áreas deprimidas (de la corteza terrestre), llenas de sedimentos

orgánicos, y se encuentran mayormente en la zona continental o en sus plataformas submarinas

adyacentes.6 En su mayor parte están formadas por lutitas, carbonatos o carbón.







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a profundidades importantes de modo que la acción de la temperatura y lapresión posibiliten dicha evolución.

Cuando se dan estas condiciones se dice que la roca madre está madura.

Se debe tener en consideración que la existencia de cuencas sedimentarias noasegura la presencia de petróleo ya que el hecho de que aún cuando la materiaorgánica inserta en la roca madre pueda alcanzar maduración, no siempre llegatransformarse en petróleo.

B) Migración

Para que el petróleo generado pueda ser recuperado, es necesario que seproduzca su migración desde la roca madre hacia un reservorio poroso ypermeable donde pueda acumularse. [ Figura 1 ]

Lamentablemente esta situación no es la más habitual y en general sucede queel petróleo no puede ser aprovechado ya que antes de llegar a un sitioadecuado de acumulación, se dispersa por carecer el estrato de migración detrampas adecuadas o se desplaza hacia la superficie por carecer a su vez deun adecuado sello impermeable.

C) RESERVORIOS

Principales tipos - Características

Los principales tipos de reservorios se dan en areniscas, carbonatos (piedracaliza) y rocas fracturadas.

Los reservorios deben ser porosos y permeables, ambas condiciones deben

cumplirse simultáneamente. La porosidad posibilita la acumulación del petróleoy la permeabilidad su desplazamiento.

Se da el caso de muchas rocas que siendo suficientemente porosas, nocumplen con las condiciones necesarias para conformar reservorios, porquesus canalículos o poros son demasiado pequeños para permitir que laspequeñas gotas de petróleo se muevan a través de ellas.







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D) Trampas

El último factor crítico en el ciclo de la generación, migración y acumulación, esel desarrollo de una trampa [ Figura 2 ], que es una configuración geométricaen las que el reservorio formado por rocas permeables, están rodeados yconfinados por un tipo de roca impermeable, lo que constituye un sello.

En la mayoría de los casos las trampas se encuadran en alguna de lassiguientes tres categorías: a) estructurales, b) estratigráficas y c) combinadas.

Las trampas pueden contener petróleo, gas natural o su combinación (en estecaso el gas se ubica por encima del petróleo). Debajo de las columnas de

petróleo y gas (y también en los bordes), los poros del reservorio se llenan conagua, por ser más pesada que el petróleo.

Las trampas estructurales son el objetivo de exploración más común, dado queson relativamente fáciles de detectar, situación particularmente cierta en elcaso de los anticlinales

Los anticlinales, que son pliegues en forma de cúpula de la corteza terrestre, sepueden originar entre otras formas por compresión o compactación ydeformación en bloques [ Figuras 3 y 4 ].

E) Sellos

Las trampas deben ser selladas por barreras impermeables que posibilitendetener la migración ascendente del petróleo.

En el caso de los anticlinales solo se requiere un sello vertical o roca decubierta (normalmente lutitas), en cambio en las trampas estatigráficas senecesitan que existan también sellos verticales y laterales.







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IV) EDAD DE LOS RESERVORIOS

Aunque las reservas de petróleo se pueden encontrar en rocas de todas lasedades, la mayoría de los yacimientos gigantes y la mayoría de las reservasmundiales ocurren en secuencias geológicamente jóvenes (mesozoico ycenozoico). [ Figura 5 ]

Si bien las rocas paleozoicas tienen un potencial similar a las del mesozoico ycenozoico, es posible que el mayor tiempo de vida haya posibilitado ladestrucción de parte del petróleo acumulado por levantamiento y erosión.

Informaciones disponibles relativas al enriquecimiento petrolífero que en el

tiempo pueden haber ido teniendo las cuencas sedimentarias y otrascaracterísticas, permiten tipificarlas estableciendo un relacionamiento entre suscaracterísticas y los marcos estructurales, sedimentológicos y geotérmicoscorrespondientes.

Es así que las cuencas sedimentarias se pueden agrupar en base a su materialsubyacente o corteza. Se tiene así la corteza continental que es granítica(relativamente liviana) y la granito - basáltica (más pesada), que se extiende alo largo de las márgenes entre el continente y el océano.

Otra forma de clasificación está relacionada con la estabilidad y movimiento dela corteza subyacente a las cuencas.

Apoyado en este criterio puede decirse que se tienen cuencas cratónicas demárgenes divergentes ubicadas a lo largo de zonas continentales donde elfondo marino está en expansión y de márgenes convergentes donde loscontinentes y océanos están en colisión.







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V) EXPLORACIÓN DE CUENCAS PETROLÍFERAS

La exploración petrolífera se puede dividir en una serie de fases críticasrelacionadas con la obtención de información.

Fase 1

Es la etapa del primer mapeo de superficie y reconocimientos geofísicos. Se

computan a estos efectos los conocimientos disponibles de la estructura desuperficie, por ejemplo: afloramientos, vetas con rellenos asfálticos, gasdetectado en pozos de agua, etc.

En esta etapa el rol de los geólogos es obtener más detalles de las estructurasde superficie y evaluar los mayores aspectos que puedan resultar de utilidadpara la labor exploratoria.

Fase 2

Es la etapa de inspección sísmica. Durante esta etapa se aumenta lainformación disponible relativa a la existencia de trampas potenciales,configuración profunda, etc.

Se ha observado que la posibilidad de encontrar petróleo comercial guardarelación con el volumen total de sedimentos.

Fase 3

Es la etapa de perforación exploratoria o cateo mediante el cual es posibleobtener mayor información del carácter del sedimento, su maduración yrégimen geotérmico.

Un pozo estéril no constituye siempre un fracaso total ya que permite laobtención de datos que pueden llevar a conclusiones importantes a veces parala realización de nuevos pozos exploratorios.







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Fase 4

Es la fase relacionada con el descubrimiento. En esta etapa los reservoriosestán establecidos y es posible relacionar los tipos de petróleo a obtener concierta unidades estatigráficas y tipos de trampas.

Fase 5

Es la fase de producción. Permite a los ingenieros de explotación realizarestimaciones de reservas y un posible historial de los hidrocarburos alojados en

la cuenca.

Debe tenerse en cuenta que usualmente no toda la cuenca sedimentaria estáal mismo tiempo a igual nivel de perforación y desarrollo, por esta razón puedefaltar información que debe ser correctamente establecida.

Además, muchas veces ciertas profundidades pueden haber sidoexhaustivamente examinadas mientras que otros niveles más o menosprofundos no lo han sido tanto, por lo que es posible que aún después de habercomenzado la explotación de un yacimiento, la exploración pueda continuar en

el tiempo.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

• Apuntes sobre Introducción a la Geología e Ingeniería de Yacimientos,Carrera de Especialización en Gas Natural. IGPUBA. Fac. Del Ingeniería.UBA-Año 1999.-







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ILUSTRACIONES

Migración y Entrampamiento de Hidrocarburos

Figura 1

Posibles ubicaciones de loshidrocarburos en diferentes trampas

Figura 2







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Posibles mecanismos generadores de pliegues

Plegamiento por compresión

Figura 3

Plegamiento por movimientoDiferencial de bloques

Figura 4







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Edad de reservorios basadoen reservas petrolíferas

mundiales conocidas

Figura 5



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