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Taller de Hidrocarburos en Lutitas. Gas Shale
Aspectos Geolgicos Dr. Gustavo Murillo Muetn
Octubre, 2013
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Taller de Hidrocarburos en Lutitas. Gas Shale
Hidrocarburos: Qu son y cmo se forman?
Qu son las rocas generadoras?
Qu es un sistema petrolero?
Cules son las tcnicas para explorar por hidrocarburos?
Dnde hay hidrocarburos en Mxico?
Qu son y cules son los yacimientos petroleros no convencionales?
Lutitas: qu son, porqu producen gas o aceite?
Dnde se explotan lutitas con hidrocarburos en el mundo?
Dnde hay potencial petrolero en lutitas en Mxico?
Qu caractersticas debe tener la lutitas para producir hidrocarburos?
Qu caractersticas geolgicas tiene el prospecto Galaxia? Y sus lutitas?
Cmo estimar los hidrocarburos en lutitas?
Contenido
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Los hidrocarburos se derivan de materia orgnica marina y continental
Los hidrocarburos son compuestos qumicos formados principalmente de carbono e hidrgeno
Gases: metano, etano, propano, etc.
Lquidos: pentano, hexano, heptano, etc.
Slidos: hexadecano, etc.
Los hidrocarburos se forman a partir de materia orgnica vegetal y/o animal marina, lacustre y continental (kergeno) que es sepultada con sedimentos y eventualmente expuesta a temperaturas relativamente altas (90-220 C).
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Los hidrocarburos se generan en rangos termales especficos
Ventana del aceite: 90-160 C (modificado de Marshak, 2001)
T (C) Profundidad
(Km)
Cam
bios
en
com
posi
cin
mol
ecul
ar Kergeno
Grafito
Ventana del aceite
Ventana del gas
Cantidad relativa
Metano
Aceite
Gas natural
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Las rocas generadoras son ricas en materia orgnica que se transforma a hidrocarburos
Rocas generadoras: rocas sedimentarias ricas en materia orgnica que han generado o tienen
potencial para generar hidrocarburos (gas y/o aceite) o ya los generaron todos
marinas (someras y profundas) y lacustres dominadas por condiciones anxicas (poco oxgeno)
contienen kergeno (material orgnico insoluble)
Contenido de Carbono Orgnico Total (COT): >1.5%
sepultadas rpidamente para que se preserve la materia orgnica
Ejemplos en Mxico y Texas: Formacin Agua Nueva/Eagle Ford (Cretcico Superior)
Formacin Pimienta/La Casita (Jursico Superior/Cretcico Inferior)
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Las principales rocas generadoras en Mxico son de edad Tithoniano (152-145 Ma)
Rocas generadoras de edad Tithoniano en Mxico
Ncleos de la Sonda de Campeche
Formacin Chinameca en Veracruz
400 m
Muestra de la Sonda de Campeche
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Un sistema petrolero incluye los siguientes elementos: Roca generadora activa y todos los hidrocarburos asociados
Roca almacenadora (porosa y permeable): yacimiento convencional
Roca sello (roca impermeables: lutitas y evaporitas)
Una trampa: estratigrfica, estructural y/o estructural-estratigrfica
Sincrona: coincidencia de los elementos del sistema petrolero en el tiempo
adecuado (formacin de trampa, generacin, migracin, acumulacin y preservacin)
El sistema petrolero debe cumplir con varias condiciones para tener acumulaciones de hidrocarburos comerciales
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La exploracin petrolera utiliza mtodos indirectos y directos
Mtodos indirectos geofsicos Ssmica de reflexin
o Parmetros de reflectores ssmicos
o Atributos ssmicos
Registros geofsicos de pozos o Rayos gama, SP, resistividad, snico, densidad, porosidad neutrnica, etc.
Mtodos directos geolgicos
Muestras de pozos (ncleos y de canal) y afloramientos anlogos o Petrografa, microscopia electrnica de barrido, catodoluminiscencia,
inclusiones fluidas, difraccin de rayos X, etc..
o Bioestratigrafa (macrofsiles y microfsiles)
o Anlisis petrofsicos
o Geoqumica inorgnica (xidos mayores, elementos traza, radiometra e isotopa)
o Geoqumica orgnica de rocas e hidrocarburos (reflectancia de vitrinita, COT, isotopos de C, biomarcadores, cintica, etc.)
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Marco sismo-estratigrfico/sismo-estructural en el Cinturn Plegado Perdido (Golfo de Mxico; Fiduk et al., 1999)
Ejemplo de geofsica proporcionando un escenario del subsuelo a gran escala
Pliegue 4
Pliegue 3 Pliegue 2
Pliegue 1 Basamento
Milisegundos
Jursico
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La geofsica puede aportar informacin fundamental de los sistemas sedimentarios en el subsuelo
Sistema de canal/bordes submarino (Posamentier, 2007) Sistemas de canales submarinos antiguos
en el Golfo de Mxico
Sistemas sedimentarios en el subsuelo, depositados en ambientes marinos profundos, documentados a partir de reflexin ssmica
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Los registros geofsicos de pozos son una respuesta principalmente de la mineraloga y petrofsica de las rocas en el subsuelo
Registros geofsicos del Pozo Lee Ranch # 11 con objetivo Formacin Eagle Ford, W Texas (Cardeneuax, 2010)
Respuesta tpica de la parte superior de la
Formacin Eagle Ford
Respuesta tpica de la parte inferior de la
Formacin Eagle Ford
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Los mtodos directos permiten la documentacin y calibracin del modelo geolgico y petrofsico del subsuelo de un yacimiento
Petrografa
350 m
Microscopio electrnico de barrido
325 m
Muestras de canal
1.75 cm
Ncleo
10 cm
Mtodos geolgicos
directos
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Diversas tcnicas analticas cuantitativas se emplean para documentar la historia de las rocas sedimentarias
1.45 mm 1.45 mm
Catodoluminiscencia Inclusiones fluidas
Istopos estables de O y C
Difraccin de rayos X (Ratcliffe et al., 2012)
Quimoestratigrafa (Hildred et al., 2011) Mtodos geolgicos cuantitativos
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La geoqumica orgnica permite identificar las rocas generadoras o potencialmente generadoras de hidrocarburos
Estudios geoqumicos de rocas del Tithoniano de SE de Mxico (Sosa Patrn y Clara Valdes, 2001)
Diagrama de Van Krevelen y tipos de kergeno (McCarthy et al., 2011)
Ejemplos de anlisis geoqumicos de rocas generadoras
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La geoqumica orgnica ayuda a definir la etapa de madurez termal de una roca y a realizar correlacin de aceites y su roca generadora
Ejemplos de anlisis geoqumicos de rocas generadoras
Color de la materia
orgnica
Madurez termal
orgnica Ro%
0.2
0.3
0.5
0.9
1.3
2.5
Inmadura
Mad
ura
(gen
erac
in
de
hidr
ocar
buro
s)
Gas seco
>50-80 C
>50-90 C
60-140 C
110-200 C
190-300 C
>300 C
Reflectancia de vitrinita (Ro%). Modificado de Traverse (2008)
y Silva Tamayo (2013) Correlacin de tipos de aceites y roca
generadora del SE de Mxico utilizando biomarcadores (Guzmn-Vega y Mello, 2007)
Edad: Tithoniano Cuenca: Chiapas-Tabasco Litologa: calizas arcillosas Profundidad: 3698-3705 m 13C= -26.67 Tmax: 439 C
Terpanos m/z 191
Edad del yacimiento: Plioceno Medio Cuenca: Chiapas-Tabasco Profundidad: 3150-3165 m 13C= -26.96 Densidad API: 32.4
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Exposicin de la Formacin Zuloaga del Jursico Superior (164-157 Ma) en Puerto Pin, Coah.
Exposicin de la Formacin El Abra del Cretcico Medio (113-94 Ma) en Actopn, Hgo.
Estudios de afloramientos anlogos
Los afloramientos de rocas proporcionan informacin importante sobre la geologa de subsuelo
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Las cuencas sedimentarias petroleras mexicanas estn relacionadas a la evolucin del Golfo de Mxico
Cuencas petroleras de Mxico (informacin de PEP, 2010)
Piedras Negras
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Yacimientos no convencionales: Baja porosidad y permeabilidad, requieren de tcnicas de estimulacin (fracturamiento,
inyeccin de otros fluidos, etc.) para producir hidrocarburos
Los yacimientos no convencionales requieren ser estimulados para ser explotados comercialmente
Yacimientos no convencionales (modificada de la National Energy Board of Canada)
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Las lutitas son rocas sedimentarias arcillosos y frecuentemente yacimientos no convencionales
Lutitas: Rocas sedimentarias terrgenas constituidas por minerales arcillosos derivados de rocas
pre-existentes
Depositadas en ambientes sedimentarios acuosos de baja energa
En ambientes marinos profundos cubren grandes extensiones
Para ser yacimientos no convencionales: o Rocas generadoras: ricas en materia orgnica (COT >1.5%)
o Actan como roca generadora, roca almacenadora y roca sello
o Deben de estar dentro de la ventana de generacin de aceite y/o gas
o No requieren una trampa estructural como ocurre con los yacimientos
convencionales
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Las lutitas pueden ser productoras y no productoras de hidrocarburos
10 m
Microscopio electrnico de barrido Ncleo de lutitas
Lutitas de la Formacin Pimienta de edad Tithoniano en Pisaflores, S.L.P.
Ejemplos de lutitas
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Las lutitas gasferas/aceitferas estn distribuidas ampliamente en cuencas de diferentes edades
Cuencas sedimentarias en el mundo con yacimientos no convencionales asociados a lutitas gasferas y/o aceitferas (Advanced Resources International, Inc., 2013)
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Las lutitas gasferas/aceitferas son un objetivo petrolero importante en Estados Unidos
Yacimientos de no convencionales en lutitas en Estados Unidos (Energy Information Administration, 2011)
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Yacimientos de no convencionales en lutitas en Mxico (Escalera-Alcocer, 2011)
Mxico tiene un gran potencial en yacimientos no convencionales en lutitas aceitferas y gasferas
Cuenca de Chihuahua
Cuenca de Veracruz
Cuenca Tampico- Misantla
Cuenca de Burgos
Cuenca de Sabinas
Plataforma Burro-
Picachos
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Para producir hidrocarburos las lutitas deben ser rocas generadoras
Caractersticas de las lutitas para ser rocas generadoras: Abundante materia orgnica, principalmente vegetal marina pero pueden contener
materia orgnica vegetal continental
Ambientes de depsito anxicos (baja oxigenacin)
sepultadas relativamente rpido para preservar de la materia orgnica
COT >1.5%
Deben de estar dentro de la ventana de generacin de aceite y/o gas
Formacin Agua Nueva (113-94 Ma) en Xilitla, S.L.P.
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Paquete sedimentario de capas delgadas de lutitas calcreas negras interestratificadas con calizas arenosas y areniscas calcreas, con ndulos de pedernal negro
Ambiente de depsito: mar abierto (condiciones relativamente profundas)
Espesor 100 a 300 m (200 m en promedio); 183 m son facies ricas en materia orgnica
COT de 1-4%, kergeno II y madurez trmica dentro de la ventana de aceite y gas
Anchura de 80 Km en el S Texas
Profundidad actual: 1,050 a 5,000 m (3,160 m en promedio)
Pozos Emergente-1 y Habano-1 han comprobado la continuidad de zonas de gas seco y gas hmedo en el NE de Mxico
Afloramientos en Sierra de Santa Rosa y El Piloncillo, al S de Muzquiz, Coah.
La Formacin Eagle Ford en el prospecto Galaxia cumple con las caractersticas de un yacimiento no convencional
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Prospecto Galaxia
El Prospecto Galaxia tiene una rea de aproximadamente 1500 Km2 ( 25 x 60 km)
0 50 Km
N
Galaxia 3D
Google Maps
Afloramientos anlogos
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Prospecto Galaxia y columna estratigrfica representativa del Cretcico
Piedras Negras, Coah.
Laredo, TX Buda
Eagle Ford
Austin Chalk
Anacacho
Olmos
Aceite y gas
Aceite y gas de lutitas
El Prospecto Galaxia queda dentro de la faja de produccin de aceite de la Formacin Eagle Ford
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Expresin ssmica de la Formacin Eagle Ford en el S de Texas (cortesa de Compaa Seitel Inc.)
La Formacin Eagle Ford en el subsuelo tiene poca deformacin tectnica
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Afloramiento de la Formacin Eagle Ford en W Texas (Art Donovan, 2012)
53.3
4 m
Los afloramientos anlogos proporcionan informacin geolgica importante del subsuelo
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Formacin Eagle Ford o Boquillas en las cercana de Austin, Texas constituida por lutitas y calizas (Fairbanks y Ruppel, 2012)
En los afloramientos anlogos se puede obtener informacin detallada del tipo de rocas sedimentarias
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La estimacin de hidrocarburos en lutitas se hace con modelado numrico y/o con informacin directa de subsuelo
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Estimacin de recursos de hidrocarburos en lutitas
Modelado de cuencas (PetroMod* y Hantschel y Kauerafuf, 2008) Cuantificacin directa (Compaa Seitel Inc.;
Cardeneuax, 2010; Milner et al., 2010)
C Lquido
Vapor
Composicin superficial
Composicin liquida in situ
Composicin liquida in situ
Gas de Kingak Aceite de Kingak Gas de Shublik Aceite de Shublik Gas de Hue Aceite de Hue
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Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26Nmero de diapositiva 27Nmero de diapositiva 28Nmero de diapositiva 29Nmero de diapositiva 30Nmero de diapositiva 31Nmero de diapositiva 32