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GEOLOGIA DEL PETROLEO

Rocas y

Minerales

Minerales

Un mineral es un elemento o compuesto inorganico

de origen natural

Los minerales tienen composicion quimica

definida y propiedades

fisicas caracteristicas tales

como forma de cristal,

punto de fundicion, color y

dureza

La mayoria de los minerales en las rocas no

son puros

Un ejemplos es el cuarzo

Clasificacion de Rocas

Una roca es un conjunto solido

compuesto de

diferentes minerales

Las Rocas se dividen en tres

clasificaciones, en

base a su origen

Igneas

Metamorficas

Sedimentarias

Rocas igneas

Concentracion de rocas formada por la solidificacion del magma dentro de la corteza de la tierra o sobre la superficie

Existen dos tipos principales de rocas igneas Intrusivas (plutonica), aquellas solidificadas

debajo de la superficie Granito

Extrusivas (volcanica), aquellas formadas sobre la superficie

Lava (Basalto)

Rocas Metamorficas

Rocas derivadas de rocas preexistentes debido a alteraciones mineralogicas, quimicas, y estructurales

causadas por calor y presion en la corteza de la

tierra

Caliza Marmol

Lutita Pizarra (Slate)

Metamorfismo presenta como resultado una textura cristalina con poca o cero porosidad

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Rocas Sedimentarias

Rocas compuestas de materiales que fueron transportadas a su actual ubicacion mediante aire o agua

Arena, caliza, lutita son denominadas algunas veces como rocas clasticas, las cuales se distinguen primeramente por su tamano de grano

Corrientes de agua rompen la estructura

Erosion es el movimiento de la roca humeda

Mecanismos de Transporte mueven los sedimentos erosionados a un dique donde el sedimentacion se presenta

Fuerzas de Compactacion del peso de los sedimentos y cementacion endurecen los sedimentos en una roca sedimentaria

Rocas Sedimentaria

Las rocas sedimentarias cubren 75% de la superficie de la corteza en la tierra

Debido a que la mayoria de las rocas sedimentarias son capaces de contener fluidos (rocas de reserva) son de principal interes en la geologia petrolera

Lutita es una roca sedimentaria que tipicamente no es una roca de reserva, pero es una roca fuente para la produccion de hidrocarburos

Arenisca

El Ciclo de la Roca

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Posible secuencia de eventos, todos interrelacionados, mediante el cual muchas rocas

pueden ser formadas, cambiadas, destruidas, o

transformadas en otros tipos de rocas

Textura de Roca

Textura Clastica (Sedimentaria)

Textura de la roca en la cual rocas individuales, minerales, o

fragmentos organicos estan

cementados por un mineral

cristalino tal como calcita

Texture Cristalina (Metamorfica & Ignea)

Textura de la roca resultante del crecimiento entrelazado simultaneo

y progresivo de cristales minerales

Transporte y

Ambientes

Sedimentarios

Transporte Sedimentario

Fuerzas Tectonicas elevan las tierras bajas por encima del nivel del mar, asegurando una fuente continua de roca expuesta para producir sedimentos

La gravedad causa que los sedimentos se muevan de lugares altos a lugares bajos

La gravedad tambien esta presente en al agua, viento, o hielo para transportar particulas de un lugar a otro

Finalmente la gravedad mueve los sedimentos a nivel del mar

Mecanismos de Transporte

Sedimentario Movimiento de

masas

Transporte por agua

Transporte por viento

Transporte Glacial

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Movimiento de Masas

En elevaciones altas

Climas severos

Inestabilidad en colinas empinadas

Un bloque grande de roca se puede separar en

fracturas profundas o

varios planos

Avalancha

Transporte de Agua Medio primario de transporte de

sedimentos

La distancia que una particula sedimetaria puede ser transportada por agua depende de: Energia disponible en el agua

Tamano

Forma

Densidad

Entre mayor sea la energia del agua mayor es el volumen y tamano de los sedimentos transportados

Las particulas ligeras son parte de la carga suspendida, mientras que las pesadas se asientan en el carga de lecho

Las particulas esfericas son mas dificil de transportar que las de forma aleatoria

Entre mas densa sea la particula mas rapido se asentara

Transporte por Viento

El viento mueve solo cantidades pequenas de sedimentos comparado con transporte por agua

Vientos fuertes transportan barro, cieno y arena tanto como un rio

En climas aridos (desiertos) el viento puede actuar como factor climatico primario y agente de transporte

Los sedimentos controlados por el viento frecuentemente son reprocesados y redepositados mediante flujos de agua

Transporte Glacial

Los Glaciares se mueven despacio pero con un gran peso, moliendo rocas en particulas de varios tamanos

Los sedimentos glaciares frecuentemente son reprocesados y redepositados mediante flujos de agua

Puede mover sedimentos del tamano de rocas grandes que el agua o el viento no pueden

Ambientes Sedimentarios

Un lugar donde particulas sedimentarias que llegan a cierta ubicacion sobrepasan a aquellas que estan siendo transportadas

Depositos Sedimentarios Comunes: Fluviales

Lacustres

Glaciales

Eolicos

Marinos

Depositos Fluviales

Sedimentos depositados por flujos de agua

Sedimentos se acumulan donde la energia disminuye

(en una curva)

Barras de Arena

Inundaciones

Deltas

Depositos Lacustres

Coleccion de sedimentos de un lago en un punto en el cual un rio o una corriente se

unen

Cuando el flujo de agua entra al lago, el contacto con el agua inmovil absorbe la

mayor parte o toda la energia de la energia

de la corriente, provocando que los

sedimentos se depositen

Eventualmente el lago se llenara con sedimentos dejando de existir, dejando los

sedimentos de los cuales los hidrocarburos

pueden formarse

Depositos Glaciares

Los sedimentos depositados por capas de hielo movil son raros porque estan sujetos a la erosion y reproceso por otros agentes

El reproceso de los glaciares deja una gran cantidad de sedimentos sin forma llamados till, que es una mezcla de lodo, grava y rocas grandes

Depositos Eolicos

Son los sedimentos depositados por viento, tipicamente en climas aridos

Dunas de arena

Loess (capas gruesas de cieno transportadas por vientos desde los planos deslavados de los glaciares)

Depositos Marinos

Los depositos marinos muy dentro del mar no son afectados por la accion de las olas o depositos fluviales

Generalmente associados con sedimentos de granos mas finos

Arrecifes

Turbiditas

Clasificacion de

Rocas

Sedimentarias

Clasticas

Rocas compuestas mayormente de fragmentos de otras rocas, que pueden

distinguirse por el tamano del grano

Conglomerados

Roca sedimentaria compuesta de guijarros de varios tamanos unidos por un material cementador como la arcilla

Similar a la arenisca pero compuesta en su mayoria de granos de mas de 2 mm

Usualmente se encuentra en capas aisladas; no muy abundante

Areniscas

Roca sedimentaria con mas de la mitad de sus granos tienen entre 1/16 mm y 2 mm

Generalmente compuesta de cuarzo y feldspar

Comunmente porosa y permeable lo cual la hace el tipo de roca donde se puede encontrar una reserva de petroleo

Un cuarto de todas las rocas sedimentarias son areniscas

Lutitas

Caracteristica, granos finos, roca sedimentaria compuesta mayormente de arcilla o barro consolidada

Formada de finos sedimentos que se asientan de la suspension en aguas inmoviles, la lutita se forma en depositos grandes sobre areas amplias, entrelazada con areniscas o calizas

Granos de Silt 1/256 mm hasta 1/16 mm Granos de arcilla plana, cristales

circulares menores de 1/256 mm de diametro

Se piensa que la lutita organica es la mayor fuente de petroleo de todo el mundo

Las lutitas tambien crean excelentes barreras a la migracion de fluido y tienden a atrapar petroleo en rocas porosas adyacentes

La mitad o de la roca sedimentaria del mundo es lutita

Evaporita

Roca sedimentaria que se forma por la precipitacion de

solidos disueltos de agua

evaporada en un dique cerrado

Son indicadores de climas secos pasados o diques

cerrados

Esta roca es solo una pequena fraccion de las rocas

sedimentarias pero tiene un

papel significante en la

formacion de reservas

petroleras asociadas con

domos de sal

Anhydrite

Haluros

Carbonatos

Roca sedimentaria compuesta principalmente de carbonato de calcio (Caliza) o carbonato magnesio (dolomia)

Es casi de todas las rocas sedimentarias

La mayoria de los carbonatos se forman como resultado directo de actividad biologica

La caliza se forma en aguas superficiales y tibias

Caliza

Origen de

Hidrocarburos

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Hidrocarburos

Originalmente el petroleo parecia venir de rocas solidas de cierta profundidad bajo la superficie (Teoria Inorganica)

Los cientificos demostraron que las rocas de petroleo fueron alguna vez sedimentos dispersos que se acumularon en aguas superficiales cerca de la costa

Avances en microscopia revelaron criaturas fosilizadas

Los quimicos descubrieron ciertas moleculas complejas en el petroleo que se sabia solo se presentaba en celulas vivas

Se demostro que esas rocas fuente se originaron en un ambiente rico en vida, llegando la Teoria Organica

Factores Quimicos

Una Molecula de hidrocarburo es una cadena de uno o mas atomos de carbono

con atomos de hidrogeno quimicamente

enlazados

Las variaciones se deben a diferencias en el peso molecular

A pesar de las diferencias las proporciones de carbono e hidrogeno no

varian apreciablemente

Carbono constituye 82-87% e hidrogeno 12-15%

Composicion Quimica de Aceite

Crudo y Gas Natural promedio

Elemento Aceite Crudo

Gas Natural

Carbono 82 87% 65 80%

Hidrogeno 12 15% 1 25%

Azufre 0.1 5.5% 0 0.2%

Nitrogeno 0.1 1.5% 1 15%

Oxigeno 0.1 4.5% 0%

Factores Quimicos

Metano, el hidrocarburo mas simple, tiene la formula quimica CH4 4 es el numero maximo de atomos de hidrogeno que se

pueden enlazar a un atomo de carbono

Petroleo es solo un poco soluble en agua salada Moleculas hasta con 4 atomos de carbono son gases

Moleculas entre 5 a 15 atomos de carbono son liquidos

Moleculas mas pesadas son solidas

Petroleo tiene diversas formas tales como: asfalto negro grueso o pitch,

Aceite crudo pesado negro,

crudo ligero amarillo claro,

y gas petroleo

Factores Biologicos

Cada nivel de la cadena alimenticia contribuye a la acumulacion de material organico, particularmente a nivel microscopico (protozooario y algas)

Las bacterias tienen un papel importante reciclando el material inorganico en descomposicion Aerobica (oxigenadas) - requiere oxigeno para su

proceso de vida (i.e., en forma de limo)

Anaerobica (sin oxigeno) - no requiere oxigeno para vivir y no se destruyen en su ausencia; toman oxigeno de sulfatos disueltos y acidos de grasas produciendo sulfuros e hidrocarburos

Aunque la descomposicion aerobica libera ciertos hidrocarburos que algunos microrganismos acumulan en sus cuerpos, los anaerobicos son mas importantes en la produccion de petroleo

Formacion del Petroleo

Para que se pueda acumular el petroleo, la fuente de oxigeno debe ser cortada

Ejemplos donde ambientes anaerobicos existen: Profundidades Costafuera

Pantanos Salados

Deltas de Rios

Lagunas con mareas

En estos ambientes los desperdicios organicos y organismos muertos se hunden hasta el fondo y son conservados en un ambiente anaerobico en lugar de descomponerse mediante bacterias oxidantes

La acumulacion y compactacion de arcillas impermeables junto con el material organico ayudan al sellado de oxigeno disuelto

La transformacion en petroleo se acompleta mediante calor y presion a ciertas profundidades bajo tierra

Factores Fisicos

Ciertas reacciones quimicas ocurren muy rapido de 120 a 150F, cambiando el material organico atrapado dentro de la roca

Largas cadenas de molecules se rompen a cadenas cortas

Otras moleculas se reforman, ganan o pierden hidrogeno

Algunos hidrocarburos de cadena corta se combinan para formar cadenas mas grandes y anillos

El resultado neto es que hidrocarburos solidos son convertidos en hidrocarburos liquidos y solidos

De esta forma la energia del sol, convertida a energia quimica por la plantas, redistribuida entre todas las criaturas de la cadena alimenticia, y conservada bajo tierra, es transformada en petroleo

La Ventana de Petroleo

Las condiciones bajo las cuales se forma el petroleo: Temperaturas entre

100F-350F

Entre mas alta sea la temperatura, mayor sera la proporcion de gas

Por encima de 350F casi todos los hidrocarburos se transforman en metano y grafito (carbon puro)

Lechos Fuente (o reservas) a profundidades mayores a 20,000 ft usualmente producen solo gas

Rocas Fuente

Rocas Fuente Rocas en las cuales el material organico se

convierte en petroleo

Rocas Reserva Rocas en las cuales el petroleo se acumula

Generalmente, las mejores rocas fuente son las lutitas ricas en materia organica depositada en un ambiente marino anaerobico

Calizas, evaporites, y rocas formadas de depositos sedimentarios de agua tambien llegan a ser lechos fuente

El tiempo es el ingrediente final en la formacion y acumulacion de petroleo

Muy poco petroleo ha sido encontrado en rocas reserva con rocas fuente con menos de un millon de anios de antiguedad

Migracion de

Hidrocarburos

Migracion

El movimiento de hidrocarburos de el area en la cual fue formado a una roca reserva donde se puede acumular

Migracion primaria Movimiento de hidrocarburos fuera de la roca fuente

Migracion secundaria Subsecuentes movimientos a traves de roca reserva

permeable y porosa mediante la cual aceite y gas pueden concentrarse en algun lugar

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Migracion Primaria

El petroleo deja su roca fuente mediante fuerzas de compactacion y flujos de agua

Conforme la lutita se comprime en espacios mas reducidos, no son los granos minerales solidos

lo que se comprime si no los espacios porosos

El agua Intersicial es expulsada, transportando gotas de aceite suspendidas y otros

hidrocarburos

Los fluidos expulsados de las rocas fuente comprimidas se concentran en alguna arena

adyacente, la cual mantiene la mayor parte de su

porosidad original

Migracion Secundaria

Los hidrocarburos se mueven a traves de rocas permeables por gravedad

Compresion en espacios porosos conteniendo fluidos

Provoca que el agua con hidrocarburos pueda fluir

Provoca que el agua empuje los fluidos de petroleo menos densos hacia arriba

Porosidad Efectiva y permitividad de las rocas reserva son mas importantes que la porosidad

total

Estos factores controlan que tan facil la reserva puede acumular fluidos tanto como puede

mantenerlos

Acumulacion de

Hidrocarburos

Trampas

Como el agua en una poza, los hidrocarburos

se concentran en lugares

donde no puede fluir tales

como:

Puntos estructurales altos

Zonas de permeabilidad baja

Las Trampas son combinaciones

geologicas de

impermeabilidad y

estructuras que detienen

cualquier migracion

Trampas

Los requisitos basicos para una reserva petrolera son Una fuente de hydrocarburos

Roca porosa y permeable que permita la migracion

Algo que detenga la migracion y provoque acumulacion

Los grupos mas grandes de trampas de hidrocarburos estructurales, resultado de deformacion de las capas de

rocas

estratigraficas, consecuencia directa de variaciones sedimentarias

La mayoria de las reservas tienen caracteristicas de multiples tipos

El tiempo es critico; la formacion de la trampa debe ocurrir antes de el petroleo se acumule

Trampas Estructurales

Anticlines Creados por deformacion

tectonica de la capa de roca plana y paralela

Un anticline corto saliendo en ambas direcciones donde esta penetrando se conoce como dome

Fallas Se presentan cuando las

fuerzas de deformacion exceden la fuerza de rompimiento de la roca

La mayoria de las fallas atrapan aceite y gas mediante la interrupcion de la continuidad lateral de una formacion permeable

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Anticline

Structure

Impermeable Bed

Sealing

Fault

Trampas Estratigraficas

Son el resultado de discontinuidad o cambios en permeabilidad y son dificil de detectar

Las trampas estratigraficas no fueron estudiadas hasta despues que la mayoria de los campos

petroleros del mundo fueron descubiertos

Todavia son tomadas en cuenta por una pequena parte de las reservas petroleras conocidas del

mundo

Las trampas estratigraficas usualmente no estan relacionadas con caracteristicas

superficiales

Muchas trampas estratigraficas se han descubierto mientras se perforaban trampas

estructurales

Trampas Estratigraficas

Arenas Shoestring Una cadena de arenas

moviendose a traves de lutitas impermeables

Forman complejas cadenas de ramificaciones

Crean compartimentos aislados

Indicativo del rumbo de la permeabilidad mas grande y la pendiente general de la superfiecie bajo tierra ayudan a encontrar la siguiente zona productora

Stream

Channel

Trampas Estratigraficas

Lentes Cuerpos Aislados de roca permeable

encerrados dentro de roca menos permeable

Con limites estrechos en todas direcciones Formados por corrientes turbulentas y

deslizamientos acuaticos

En playas asiladas o depositos de arenas por corrientes

Abanicos Aluviales

No extendidos en longitud

Lens Traps

Trampas Estratigraficas

Punzon (Pinchout) Se presenta cuando un cuerpo de arena

poroso y permeable esta aislado por arriba, por abajo, y su borde superior

El aceite o gas migran desde arriba a la zona de baja permeabilidad donde la reserva se clava

Pinchout

Traps

Trampas en Combinacion

Muchas trampas de petroleo tienen caracteristicas estructurales y estratigraficas

Tipicamente se encuentran cerca de domos de sal