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““CLASIFICACICLASIFICACIÓÓN Y ORIGEN DE LOS HIDROCARUROSN Y ORIGEN DE LOS HIDROCARUROS””

PROF. CÉSAR PINEDA

Escuela de Ingeniería de Petróleos

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••CONCEPTOS BCONCEPTOS BÁÁSICOSSICOS

•RECURSO NATURAL

Es todo aquello que el hombre utiliza y dispone del ambiente y que en su origen no hay intervención del ser humano.

•CLASIFICACION

RENOVABLES: EL SUELO, LAS PLANTAS, EL AGUA, EL AIRE, LUZ SOLAR.

NO RENOVABLES: LOS COMBUSTIBLES FOSILES (PETROLEO, GAS Y CARBON).

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“ CLASIFICACICLASIFICACIÓÓN DE LOS N DE LOS HIDROCARBUROSHIDROCARBUROS”

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““CLASIFICACICLASIFICACIÓÓN DE LOS N DE LOS HIDROCARBUROSHIDROCARBUROS””

El petróleo, etimológicamente significa (aceite de piedra).

Compuestos formados fundamentalmente por carbono e hidrógeno, denominados por la química como compuestos orgánicos.

El petróleo crudo no es un elemento, ni aun un compuesto químico. Es una mezcla de compuestos que varía mucho en cuanto a la clase y numero de ellos. Algunos crudos contienen pocos compuestos, otros pueden contener miles de ellos.

•%C : 70 a 95 %

•Mayor concentración de H2 – mas saturado.

•Molécula mas pequeña: CH4 (PM = 16)

•Molécula mas grande asfalténos (PM = hasta 2000)

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HIDROCARBUROS

ACICLICOS O LINEALES CICLICOS O EN ANILLOS

SATURADOS NO SATURADOS

ALCANOSO

PARAFINICOS

ALQUENOSY

POLIALQUENOS

ALQUINOSY

POLIALQUINOS

SATURADOS NO SATURADOS

CICLO ALCANOSO

CICLOPARAFINICOS

CICLO ALQUENOSO

CICLOPOLIALQUENOS

AROMATICOSO

BENCENICOS

CICLO ALQUINOSO

CICLOPOLIALQUINOS

HIDROCARBUROS

O

ALQUENOSY

POLIALQUENOS

Y

SATURADOS NO SATURADOS

O

O

O

Con el fin de facilitar su identificación y usos, los hidrocarburos se han clasificado según la caracterización fisicoquímica de los componentes de sus mezclas, en varias familias o grupos de compuestos que tienen comportamientos promedios similares.

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1. LINEALES SATURADOS1. LINEALES SATURADOS

*n-parafinas o alcanos, CnH2n+2, son cadenas saturadas, lineales o ramificadas, de gran estabilidad, como metano, propano, decano…

*Iso-parafinas o iso-alcanos, CnH2n+2, sus compuestos isoméricos tienen la misma forma molecular pero su estructura es diferente. Son saturados y tiene grupo(s) radical(es) combinado(s) con uno(s) de los carbones de la cadena lineal.

*De 1 a 4C : Gaseosos.De 5 a 15C: líquidos.De 16 a …: Sólidos.

A SC: 60 ºF y 14,7 psia

•Si composición > 75% : crudos parafínicos.

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2. LINEALES NO SATURADOS2. LINEALES NO SATURADOS

* No completan 4H por C… altamente reactivos e inestables.

* Presentan dobles y triple enlaces.

•Incluye los alquenos CnH2n (Eteno), los dienos CnH2n-2 (aleno: CH2=C=CH2)y alquinos CnH2n-2 (Etino).

No existen en estado natural. Se originan por procesos de refinación.

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3. CICLICOS SATURADOS3. CICLICOS SATURADOS

Nafténos, CnH2n. A pesar de tener la misma forma condensada de las olefinas, esta serie nafténica no es cadena lineal. Ej., ciclopropano, ciclopentano, cicloexano.

•3 – 5C: gaseosos.•6 – 15C: líquidos.•16…: sólidos a SC.

•Si composición > 75% : crudos nafténicos.•Son las estructuras moleculares mas comunes en el petróleo

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*Aromáticos, CnH2n-6, o serie bencéncia, son compuestos químicamente muy activos, muy susceptibles de oxidarse para formación de ácidos orgánicos.

•Si composición > 45% entre aromáticos, resinas y asfalténos: crudos aromáticos.

•En la naturaleza muy escasos. Producidos principalmente a partir de la refinación.

•Todos contienen cuando menos un anillo de benceno.

4. CICLICOS NO SATURADOS4. CICLICOS NO SATURADOS

5. OTROS: Compuestos NSO de alto peso molecular

*Aquellos que contienen N, S, O: se denominan resinas y asfalténos.

Son arreglos estructurales de alto peso molecular de la serie aromáticos y nafteno-aromáticos.

PM>700.

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COMPOSICIÓN Y CALIDAD

CLASIFICACIÓN POR:

CALIDAD

COMPOSICIÓN

>1AGRIOS

<0.5DULCES

% AZUFRECLASIFICACIÓN

>1AGRIOS

<0.5DULCES

% AZUFRECLASIFICACIÓN

Promedio 8,2BitumenHasta 9,9Extrapesado

de 10,0 hasta 21,9Pesadode 22,0 hasta 29,9Mediano

Más de 30Livianoa partir de 42Condensado

ºAPITIPO DE CRUDO

Promedio 8,2BitumenHasta 9,9Extrapesado

de 10,0 hasta 21,9Pesadode 22,0 hasta 29,9Mediano

Más de 30Livianoa partir de 42Condensado

ºAPITIPO DE CRUDO

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CO

MPU

ESTO

S LI

VIA

NO

S D

EL P

ETR

ÓLE

O COMPUESTOS FÓRMULAS MOLÉCULAS DENOMINACIONES

Metano CH4 Gas natural

Etano C2H6

Propano C3H8 GLP

Butano C4H10 GLP

Pentano C5H12 Gasolina natural

Hexano Gasolina natural

Heptano Gasolina natural

Octano Gasolina natural

HCHH

HHCH

H

H

HC CH

HH

H

HHC C

HH

H

H

H

HC C CH H

HH

H

H HHC C C

H HH

H

H

H H

HC C C CH H H

HH

H

H H HHC C C C

H H HH

H

H

H H H

C C C C CH H H H

HH

HH

H

H H HC C C C C

H H H HH

HH

H

H

H H H

HC C C C C CH H H H H

H HH

H

H

H H HHC C C C C C

H H H H H

H HH

H

H

H H H

C C C C C C CH H H H H H

HH H H

HH

H

H H HC C C C C C C

H H H H H HH

H H HH

H

H

H H H

H H H HHC C C C C C C C

H H H H H H HHH

H

H H H H H H HHC C C C C C C C

H H H H H H HHH

H

H H H

C6H14

C7H16

C8H18

Gas natural

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“ ORIGEN DE LOS ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROSHIDROCARBUROS”

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Los problemas que surgen al analizar el nacimiento y evolución de los hidrocarburos y las fases envueltas en esta evolución son varios. Los más importantes son:

•La procedencia de los elementos (hidrógeno y carbón)•La acumulación de los materiales originarios•El enterramiento de estos materiales•La transformación de sólido a líquido (o gas)•La evolución del petróleo.

““ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROSORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS””

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““ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROSORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS””

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““ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROSORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS””

TeorTeoríías Inorgas Inorgáánicasnicas: formación de HC a partir de Rx. Químicas.

Se fundamentan en la combinación de elementos químicos sometidos a altas P y T en capas muy profundas de la tierra durante inmensos períodos de tiempo geológico (tg).

TeorTeoríías orgas orgáánicas:nicas: formación de HC a partir de procesos químicos- bacterianos de descomposición de materia orgánica (Geólogos).

Se basan en la transformación cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por efecto de altas T, P, acción de microorganismos durante prolongados períodos de tg.

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A- TeorTeoríía de los carburos (a de los carburos (MendeleyevMendeleyev):):

•A partir de experimentos de laboratorio.

•Carburos de Ca, Fe y otros elementos en presencia de agua a alta T. pueden producir compuestos semejantes a HC.

•La existencia de grandes cantidades de carburos bajo la superficie de la tierra, al entrar en contacto con las aguas subterráneas a alta temperatura, generan hidrocarburos líquidos y gaseosos que ascienden a través de fisuras y se acumulan en los estratos sedimentarios superiores.

•Esta teoría ha sido descartada ya que no explica la presencia de fósiles animales y vegetales en los yacimientos.

TEORTEORÍÍAS INORGAS INORGÁÁNICASNICAS

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BB-- TeorTeoríía de la caliza y el yeso (a de la caliza y el yeso (BerthelottBerthelott):):

•Esta teoría sugiere que la acción del agua a altas temperaturas sobre las rocas calizas (CaCO3) y yeso presentes en la naturaleza, da como resultado la producción de hidrocarburos.

•Sugiere que los sulfatos y carbonatos de calcio y el agua, contienen en sí todos los elementos necesarios para la formación de hidrocarburos y que, dentro de determinadas condiciones de temperatura y presión, no seria

imposible la generación de petróleo en esta forma.

TEORTEORÍÍAS INORGAS INORGÁÁNICASNICAS

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TEORTEORÍÍAS ORGAS ORGÁÁNICASNICAS

A- TeorTeoríía del carba del carbóón:n:

A partir de la destilación de carbón particularmente bituminoso se producen compuestos equivalentes al petróleo. Semejante a la naturaleza cuando grandes volúmenes fuesen sometidos a altas T y P.

En contra de ella se comprobó la predominante frecuencia con que se presentan los yacimientos petrolíferos en áreas que carecen de ésta sustancia mineral.

AntracitaBituminosoLignitoTurba

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TEORTEORÍÍAS ORGAS ORGÁÁNICASNICAS

B- TeorTeoríía animal y vegetal: a animal y vegetal:

Se fundamenta en la evidencia dejada en las rocas del subsuelo por los mares ypantanos que, durante largos períodos de tiempo, cubrieron la mayor parte de lo quehoy son los continentes.

Es el resultado del proceso de transformación de la materia orgánica por efecto de la presión y temperatura por lo tanto es de origen orgánico y se encuentra almacenado en los poros de algunas rocas que conforman la corteza terrestre.

Las grandes cantidades de diminutas plantas y organismos animales que arrastraban los ríos, junto con el limo, el lodo y posiblemente las cantidades aún mayores de microorganismos marinos, ya depositados en el fondo, son los que, según esta teoría, constituyeron la principal materia de la cual se formó el petróleo. El cieno continuaba cubriendo estos pequeños organismos que al morir se depositaban en el fondo, con lo cual quedaban aislados y protegidos, además, por la sal del mar contra la descomposición común.

Con el transcurso del tiempo, la presión, la temperatura, las bacterias y posiblemente otras fuerzas naturales y reacciones químicas, lograron que estos despojos se transformaran en petróleo y gas natural.

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Esta es la teoría más aceptada: el origen del petróleo y del gas natural es de tipo orgánico y sedimentario.

Esta teoría enseña que el petróleo es el resultado de una serie compleja de procesos físico - químico en el interior de la tierra, en el que, debido a:

La presión de sobrecarga. Altas temperaturas. Tiempo Geológico.

Roca fuenterica en materia orgánica

Materia Orgánica Madurada termalmente

Kerógeno

Petróleo

La descomposición y transformación de enormes

cantidades de materia orgánica.

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FormaciFormacióón y preservacin y preservacióón de la materia n de la materia orgorgáánicanica

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SEDIMENTACIÓN Y ACTIVIDAD BIOQUÍMICA

La primera fase en la formación del petróleo es la deposición de los sedimentos físicos y orgánicos, que van a convertirse en rocas madres y luego vienen los procesos químicos en los sedimentos orgánicos.

Deposición de los sedimentosMedio ambiental de deposiciónProcesos bioquímicosEfectos de las bacterias en la formación de HC

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Uno de los supuestos acerca del origen del Petróleo lo constituye la Teoría de Engler (1911):

1ª etapa

Depósitos de organismos de origen vegetal y animal se acumulan en el fondo de mares internos (lagunas marinas).

Las bacterias actúan, descomponiendo los constituyentes carbohidratos en gases y materias solubles en agua, y de esta manera son desalojados del depósito.

Permanecen los constituyentes de tipo ceras, grasas y otras materias estables, solubles en aceite.

El petróleo se habría originado por la depositación de minúsculos animales y sustancias vegetales que se fueron acumulando en el fondo lacustre y marino.

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2ª etapa

A condiciones de alta presión y temperatura, se desprende CO2 de los compuestos con grupos carboxílicos, y H2O de los ácidos hidroxílicos y de los alcoholes, dejando un residuo bituminoso.

La continuación de exposiciones a calor y presión provoca un craqueo ligero con formación de olefinas (protopetróleo).

Los factores de presión, temperatura y procesos químicos y físicos, ayudados por la carencia de oxígeno, posibilitaron la formación de petróleo líquido y del gas.

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3er etapa

Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se polimerizan y ciclizan para dar origen a hidrocarburos de tipo nafténico y parafínico. Los aromáticos se forman, presumiblemente, por reacciones de condensación acompañando al craqueo y ciclización, o durante la descomposición de las proteínas.

JMAJMA

Thermal Maturation HistoryThermal Maturation History

DiagenesisDiagenesisRRoo = 0.5% = 0.5%

RRoo = 2.0% = 2.0%

CatagenesisCatagenesis

MetagenesisMetagenesis

KK44

KK33

KK22

KK11

KK

KK

Oil Phase-Oil Phase-OutOut

OilOil GasGas

OilOil GasGas

OilOil GasGas

ConCondd

GasGas

GasGas

Less Hydrogen More Hydrogen

KerogenKerogenOnset of OilOnset of OilGenerationGeneration

HorsfieldHorsfield and and Rullkotter Rullkotter, 1994, 1994

Burial toGreater

and HotterDepths

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POSIBLES ORGANISMOS ORIGINARIOS

Se sospecha de cualquier tipo de organismo que contenga aceites grasos o ácidos grasos es en potencia un material origen.

Las plantas y animales unicelulares.Algas y Corales en suficiente abundancia.Fitoplancton.

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Para que exista un yacimiento es necesario que exista:

Roca AlmacenadoraRoca SelloTrampa

*** Roca Generadora ---- Se traduce en presencia de Hidrocarburos

• Las etapas de formación de un yacimiento petrolífero se pueden resumir en cinco puntos:

Formación del petróleoMigración primariaMigración secundariaEntrampamientoConservación del yacimiento

• Aunque la materia orgánica pueda llegar a madurarse, no toda se convertirá en hidrocarburo

Factores clave para formación de yacimientos de HC

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ROCA GENERADORA

ROCA GENERADORA

ROCAALMACENADORA

ROCAALMACENADORA

ROCA SELLOROCA SELLO

SOBRECARGASOBRECARGA

GENERACIÓN – MIGRACIÓN

ACUMULACIÓN

GENERACIÓN – MIGRACIÓN

ACUMULACIÓN

FORMACIÓN TRAMPA

FORMACIÓN TRAMPA

PRESERVACIÓNPRESERVACIÓN

MOMENTO CRÍTICO

MOMENTO CRÍTICO

SISTEMAPETROLÍFERO

ELEMENTOSELEMENTOSPROCESOSPROCESOS

SISTEMAS PETROLÍFEROS

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ROCA GENERADORA

MIGRACIÓN Y

SINCRONISMO TRAMPA

ROCA

ALMACENADORA

Estos elementos y procesos deben presentarse al tiempo para que ocurra una acumulación de hidrocarburos

INCERTIDUMBRES ???

% DE PROBABILIDAD

DE EXITO

% DE PROBABILIDAD

DE EXITO

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ROCA GENERADORAROCA GENERADORA

ROCA CON ALTO CONTENIDO DE MATERIA ROCA CON ALTO CONTENIDO DE MATERIA

ORGORGÁÁNICA QUE BAJO CONDICIONES NICA QUE BAJO CONDICIONES

ADECUADAS DE PRESIADECUADAS DE PRESIÓÓN Y TEMPERATURA N Y TEMPERATURA

TRANSFORMA SU CONTENIDO ORGTRANSFORMA SU CONTENIDO ORGÁÁNICO EN NICO EN

HIDROCARBUROS.HIDROCARBUROS.

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DIAGRAMA DE VAN KREVELENDIAGRAMA DE VAN KREVELENESQUEMA GENERAL DE EVOLUCIESQUEMA GENERAL DE EVOLUCIÓÓN DEL KEROGENON DEL KEROGENO

PRODUCTOS PRINCIPALESPRODUCTOS PRINCIPALES

H/C

ATO

MIC

OH

/C A

TOM

ICO

200200

5050

100100

150150

O/C ATOMICOO/C ATOMICO00 1010 2020 3030 4040

SECOHUMEDO

(TERRESTRE)

(MARINO)I

III

II

COCO22 , H, H22 OO

ACEITEACEITE

GASGAS

La materia orgánicase transforma enHidrocarburo.

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50

Temp.°F

200

400

1000

800

600

12001300

CH4

CH4

Gas

Gas

Gas

GasOíl

Water

GasGasOrganic shale

0

Depthml.

5

10

15

CH4

Water

FAULT THERMOGENIC

METHANE

BIOGENIC METHANEBase of bacterial zone

CH4

CH4

CH4

CH4

MANTLE GAS (CO2 + CH4 ?)DEEP CRUSTAL GASC + 2H2 O CH4 + O2

(graphite + water)

Organic shale

ROCAS GENERADORAS

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S O B R E C A R G AS O B R E C A R G A

PROFUNDIZACIPROFUNDIZACIÓÓN DE LA ROCA N DE LA ROCA

FUENTE PARA QUE GENERE Y FUENTE PARA QUE GENERE Y

EXPULSE HIDROCARBUROSEXPULSE HIDROCARBUROS

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P R E S E R V A C I P R E S E R V A C I ÓÓ NN

CARACTERCARACTERÍÍSTICA QUE PERMITE STICA QUE PERMITE

MANTENER AISLADO A LOS MANTENER AISLADO A LOS

HIDROCARBUROS DE AGENTES HIDROCARBUROS DE AGENTES

EXTERNOS QUE LO DEGRADENEXTERNOS QUE LO DEGRADEN

M I G R A C I M I G R A C I ÓÓ NN

MOVIMIENTO DE LOS HIDROCARBUROS DESDE LA ROCA GENERADORA HACIA ZONAS DE MENOR PRESIÓN

Esta indica que el petróleo no permaneció en las rocas que resultaron de la compactación de los sedimentos en donde originalmente fueron enterrados los organismos que le dieron origen, esto nos indica que las altas presiones hubieran expulsado el petróleo de su roca de origen y lo hubieran forzado a buscar condiciones más favorables.

ACUMULACIACUMULACIÓÓNN

Se cree que el desplazamiento del petróleo a los lugares en donde quedó atrapado para formar los depósitos actuales, ocurrió en forma ascendente. Este movimiento se produjo por la tendencia del petróleo y del gas a ascender a través del agua de los antiguos océanos que originalmente llenaba los poros de las rocas sedimentarias al tiempo de su formación.

Si en este proceso de desplazamiento estos fluidos no encontraban obstáculos, llegaban a superficie y se convertían en resumideros o lagunas de hidrocarburos, forma en la que era encontrado antes de desarrollar la técnica de perforación; en caso contrario si a su paso encontraban una serie de barreras que les impidiera continuar ascendiendo, se daba paso a su acumulación dentro de una estructura del subsuelo que mas adelante terminaría convirtiéndose en lo que hoy denominamos un yacimiento de hidrocarburos.

MIGRACIMIGRACIÓÓN & ACUMULACIN & ACUMULACIÓÓNN

ACUMULACIACUMULACIÓÓNN

MIGRACIMIGRACIÓÓNNPRIMARIAPRIMARIA MIGRACIMIGRACIÓÓNN

SECUNDARIASECUNDARIA

ROCA ALMACENADORAROCA ALMACENADORA

ROCA GENERADORAROCA GENERADORA PETROLEOPETROLEO

GASGAS

S E L L OS E L L O

ROCA DE BAJA PERMEABILIDAD QUE ROCA DE BAJA PERMEABILIDAD QUE

CIRCUNDA LA ROCA ALMACENADORA. PUEDE CIRCUNDA LA ROCA ALMACENADORA. PUEDE

TRATARSE IGUALMENTE DE UNA TRATARSE IGUALMENTE DE UNA

DISCORDANCIA EN LA SECUENCIA NORMAL DISCORDANCIA EN LA SECUENCIA NORMAL

DE LA ROCA ALMACENADORA GENERADA DE LA ROCA ALMACENADORA GENERADA

POR LA PRESENCIA DE UNA FALLA U OTRAS POR LA PRESENCIA DE UNA FALLA U OTRAS

ESTRUCTURAS QUE TIENEN EL MISMO ESTRUCTURAS QUE TIENEN EL MISMO

EFECTO DE IMPEDIR EL FLUJO LATERAL O EFECTO DE IMPEDIR EL FLUJO LATERAL O

ASCENDENTE DE LOS FLUIDOS.ASCENDENTE DE LOS FLUIDOS.

ALMACENADOR ALMACENADOR –– ““RESERVORIORESERVORIO””

-- ROCA QUE CONTIENE HIDROCARBUROS EN ROCA QUE CONTIENE HIDROCARBUROS EN

SUS ESPACIOS POROSOS Y/O FRACTURASSUS ESPACIOS POROSOS Y/O FRACTURAS

--TIPOS PRINCIPALES:TIPOS PRINCIPALES:

SILICICLSILICICLÁÁSTICOS: ARENISCASSTICOS: ARENISCAS

QUQUÍÍMICOS: CALIZASMICOS: CALIZAS

T R A M P AT R A M P A

LA TRAMPA REPRESENTA LA LA TRAMPA REPRESENTA LA CONFIGURACICONFIGURACIÓÓN DE UN OBSTN DE UN OBSTÁÁCULO CULO GEOLGEOLÓÓGICO EN EL SUBSUELO PARA LA GICO EN EL SUBSUELO PARA LA MIGRACIMIGRACIÓÓN DEL PETROLEO HACIA LA N DEL PETROLEO HACIA LA SUPERFICIE, CAUSANDO UNA SUPERFICIE, CAUSANDO UNA CONCENTRACICONCENTRACIÓÓN LOCAL DE N LOCAL DE HIDROCARBUROS.HIDROCARBUROS.

TRAMPA: Lugar que permita su acumulación en cantidades comerciales de Hidrocarburo.

YACIMIENTO: acumulación de HIDROCARBUROS en la Trampa.

Para estudiar el origen del petróleo se deben tratar por lo menos cinco edades distintas:

1) Edad de los materiales origen. 2) Edad de la roca almacén.3) Edad de la trampa en la que el petróleo se acumula.4) Edad de la acumulación.5) Edad del petróleo.

SINCRONISMOSINCRONISMO

SINCRONISMO SINCRONISMO –– ““TIMINGTIMING””(Momento Cr(Momento Críítico)tico)

RELACIRELACIÓÓN EN TIEMPO ENTRE LA N EN TIEMPO ENTRE LA

MIGRACIMIGRACIÓÓN Y LA FORMACIN Y LA FORMACIÓÓN DE N DE

LA TRAMPALA TRAMPA

MOMENTO CRITICOMOMENTO CRITICO

MILLONES DE AMILLONES DE AÑÑOSOS

5050 4040 3030 2020 1010 00

00

20.00020.000

10.00010.000

PIESPIES

ROCA FUENTE

ROCA FUENTE

SELLOSELLO ALMACENADORALMACENADOR

PULSO DEPULSO DEEXPULSIONEXPULSION

VENTANA DEVENTANA DEGENERACIONGENERACION

TRAMPAS PETROLTRAMPAS PETROLÍÍFERASFERAS

SAL

++

+

+ ++

+ ++

+ +

++ +

++

++

+

+

+ IGNEO

Registros en subsuelo

Rocas Reservorio yGeneradoras

Rocas Reservorio yGeneradoras

Rocas Sello

DESDE EL POZODESDE EL POZO