Importancia de la Geología en la Ing
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Importancia de la Geología en la Ing. Petrolera Ing. Ángel Vicente Muñoz López Ing. Enrique Jorge Jiménez Rodríguez Ing. Carlos Alfonso Cruz Cárdenas Geología es el campo de la ciencia que se interesa por el origen de la Tierra, su historia, su forma, la materia que la configura y los procesos que actúan o han actuado sobre ella. Para comprender las rocas y los minerales, se sirven de conocimientos de otros campos, como la física, la química y la biología. El objetivo de los geofísicos es deducir las propiedades físicas de la Tierra, junto a su composición interna, a partir de diversos fenómenos físicos. La geoquímica se refiere a la química de la Tierra en su conjunto, pero el tema se divide en áreas como la geoquímica sedimentaria, la orgánica, el nuevo campo de la geoquímica del entorno y algunos otros que tienen aplicaciones prácticas en la búsqueda de minerales. Para la industria del petróleo las rocas sedimentarias son las más importantes ya que en ellas ocurre el origen, migración y acumulación de depósitos de hidrocarburos. Los primeros descubrimientos de campos petrolíferos se dieron por diferentes indicios producidos en superficie: Impregnaciones y emanaciones de gas o petróleo, y depósitos superficiales o vetas de asfalto y de otros residuos más o menos sólidos del petróleo que quedan después de la pérdida por evaporación de los constituyentes más volátiles. Una vez encontrados de forma natural, se procedió a abrirse pozos en las inmediaciones de las zonas qresentaban estos indicios superficiales. Ya hace muchos siglos que los Birmanos recogían petróleo en las exudaciones superficiales y, después, de pozos poco profundos abiertos a mano. Actualmente la exploración petrolífera es una empresa conjunta de geofísicos y de geólogos petroleros.
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Importancia de la
Geología en la Ing.
Petrolera Ing. Ángel Vicente Muñoz López
Ing. Enrique Jorge Jiménez Rodríguez
Ing. Carlos Alfonso Cruz Cárdenas
Geología es el campo de la ciencia que se interesa por el origen de la
Tierra, su historia, su forma, la materia que la configura y los
procesos que actúan o han actuado sobre ella. Para comprender las
rocas y los minerales, se sirven de conocimientos de otros campos,
como la física, la química y la biología. El objetivo de los geofísicos
es deducir las propiedades físicas de la Tierra, junto a su
composición interna, a partir de diversos fenómenos físicos. La
geoquímica se refiere a la química de la Tierra en su conjunto, pero
el tema se divide en áreas como la geoquímica sedimentaria, la
orgánica, el nuevo campo de la geoquímica del entorno y algunos
otros que tienen aplicaciones prácticas en la búsqueda de minerales.
Para la industria del petróleo las rocas sedimentarias son las más
importantes ya que en ellas ocurre el origen, migración y
acumulación de depósitos de hidrocarburos. Los primeros
descubrimientos de campos petrolíferos se dieron por diferentes
indicios producidos en superficie: Impregnaciones y emanaciones de
gas o petróleo, y depósitos superficiales o vetas de asfalto y de otros
residuos más o menos sólidos del petróleo que quedan después de la
pérdida por evaporación de los constituyentes más volátiles. Una vez
encontrados de forma natural, se procedió a abrirse pozos en las
inmediaciones de las zonas qresentaban estos indicios superficiales.
Ya hace muchos siglos que los Birmanos recogían petróleo en las
exudaciones superficiales y, después, de pozos poco profundos
abiertos a mano. Actualmente la exploración petrolífera es una
empresa conjunta de geofísicos y de geólogos petroleros.
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Índice
Contenido Introducción ................................................................................................................................. 2
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS. .............................................................................................. 10
TEORIAS DEL ORIGEN DEL PETROLEO .................................................................................... 13
Hipótesis orgánica de Engler .............................................................................................. 13
Teoría del carbón ............................................................................................................... 14
Hipótesis inorgánica de Berthelotty Mendeleev ............................................................... 14
Hipótesis inorgánica de Thomas Gold (1986) .................................................................... 14
Teoría de hidrocarburo ...................................................................................................... 15
Teoría a base de CaCO3, CaSO4 y agua caliente ................................................................ 15
FORMACION DE UN YACIMIENTO PETROLERO ...................................................................... 16
Antecedentes. ............................................................................................................................ 19
DESARROLLO. ............................................................................................................................. 21
PROPIEDADES DE LAS ROCAS ............................................................................................. 21
Porosidad ........................................................................................................................... 21
Saturación .......................................................................................................................... 22
Permeabilidad .................................................................................................................... 23
Fases de la exploración petrolera. ......................................................................................... 24
DATOS IMPORTANTES PARA PERFORACION. ........................................................................ 27
CORRELACION DE POZOS ....................................................................................................... 28
Conclusión .................................................................................................................................. 30
Glosario ...................................................................................................................................... 31
Bibliografía ................................................................................................................................. 32
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Importancia de la Geología en la Ingeniería Petrolera
Ing. Ángel Vicente Muñoz López
Ing. Enrique Jorge Jiménez Rodríguez
Ing. Carlos Alfonso Cruz Cárdenas
Introducción
Geología es el campo de la ciencia que se interesa por el origen
de la Tierra, su historia, su forma, la materia que la configura y
los procesos que actúan o han actuado sobre ella.
Para comprender las rocas y los minerales, se sirven de
conocimientos de otros campos, como la física, la química y la
biología. De esta forma, temas geológicos como la geoquímica, la
geofísica, la geocronología y la paleontología, incorporan otras
ciencias, y esto permite a los geólogos (científicos que estudian
las rocas y los materiales derivados que forman parte de la
litósfera) comprender mejor el funcionamiento de los procesos
terrestres a lo largo del tiempo.
Aunque cada ciencia de la Tierra tiene su enfoque
particular, todas suelen superponerse con la geología. De esta
forma, el estudio del agua de la Tierra en relación con los
procesos geológicos requiere conocimientos de hidrología y de
oceanografía, mientras que la medición de la superficie terrestre
utiliza la cartografía y la geodesia.
Como ciencia mayor, la geología no sólo implica el estudio de la
superficie terrestre, también se interesa por el interior del
planeta. Este conocimiento es de interés científico básico y está al
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servicio de la humanidad. De esta forma, la geología aplicada se
centra en la búsqueda de minerales útiles en el interior de la
tierra, la identificación de entornos estables, en términos
geológicos, para las construcciones y la predicción humanas de
desastres naturales asociados con las fuerzas geodinámicas.
El geólogo británico William Smith hizo progresar la
estratigrafía al descubrir los estratos de Inglaterra y
representarlos en un mapa geológico que hoy permanece casi
inalterado.
Smith, en un primer momento, investigó los estratos a lo largo de
distancias relativamente cortas; luego, correlacionó8 unidades
estratigráficas del mismo periodo pero con distinto contenido en
rocas.
Muchos geólogos del siglo XIX comprendieron que la Tierra
es un planeta con actividad térmica y dinámica, tanto en su
interior como en su corteza. Los que eran conocidos como
estructuralistas o neocatastrofistas creían que los trastornos
catastróficos o estructurales eran responsables de las
características topográficas de la Tierra. Así, el geólogo inglés
William Buckland y sus seguidores postulaban cambios frecuentes
del nivel marino y cataclismos en las masas de tierra para
explicar las sucesiones y las roturas, o discontinuidades, de las
secuencias estratigráficas.
En la práctica, los geólogos se especializan en una rama,
física o histórica, de la geología.
La geología física incluye campos como geofísica,
geoquímica, petrología, mineralogía y otras, enfocadas hacia los
procesos y las fuerzas que dan forma al exterior de la Tierra y
que actúan en su interior.
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Por su lado, la geología histórica se interesa por la evolución de la
superficie terrestre y de sus formas de vida e implica
investigaciones de paleontología, estratigrafía, paleografía,
geocronología, entre otras.
Geofísica
El objetivo de los geofísicos es deducir las propiedades físicas de
la Tierra, junto a su composición interna, a partir de diversos
fenómenos físicos. Estudian el campo geomagnético, el
paleomagnetismo en rocas y suelos, los fenómenos de flujo de
calor en el interior terrestre, la fuerza de la gravedad y la
propagación de ondas sísmicas (sismología).
La geofísica combina también información física y geológica para
resolver problemas prácticos relacionados con la búsqueda de
petróleo y gas, la localización de estratos de agua, la detección de
yacimientos con minas nuevas de metales y con diversos tipos de
ingeniería civil.
Geoquímica
La geoquímica se refiere a la química de la Tierra en su conjunto,
pero el tema se divide en áreas como la geoquímica sedimentaria,
la orgánica, el nuevo campo de la geoquímica del entorno y
algunos otros que tienen aplicaciones prácticas en la búsqueda de
minerales.
El origen y la evolución de los elementos terrestres y de las
grandes clases de rocas y minerales son importantes para los
geoquímicos. En especial estudian la distribución y las
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concentraciones de los elementos químicos en los minerales, las
rocas, los suelos, las formas de vida, el agua y la atmósfera.
Petrología
La petrología se encarga del origen, la aparición, la estructura y la
historia de las rocas, en particular de las ígneas y de las
metamórficas. El estudio de la petrología de sedimentos y de
rocas sedimentarias se conoce como petrología sedimentaria.
La petrografía, disciplina relacionada, trata de la descripción
y las características de las rocas cristalinas determinadas por
examen microscópico con luz polarizada. Los petrólogos estudian
los cambios ocurridos de forma espontánea en las masas de roca
cuando el magma se solidifica, cuando rocas sólidas se funden
total o parcialmente, o cuando sedimentos experimentan
transformaciones químicas o físicas.
Quienes trabajan en este campo se preocupan de la
cristalización de los minerales y de la solidificación del vidrio
desde materia fundida a altas temperaturas (procesos ígneos), de
la recristalización de minerales a alta temperatura sin la
mediación de una fase fundida (procesos metamórficos), del
intercambio de iones entre minerales de rocas sólidas y de fases
fluidas migratorias (procesos metasomáticos o diagenéticos) y de
los procesos de sedimentación, que incluyen la meteorización, el
transporte y el depósito.
Mineralogía
Esta ciencia trata de los minerales de la corteza terrestre y de los
encontrados fuera de la Tierra, como las muestras lunares o los
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meteoritos. La cristalografía, rama de la mineralogía, implica el
estudio de la forma externa y de la estructura interna de los
cristales naturales y artificiales.
Los mineralogistas estudian la formación, la aparición, las
propiedades químicas y físicas, la composición y la clasificación de
los minerales. La mineralogía determinativa es la ciencia de la
identificación de un espécimen por sus propiedades físicas y
químicas. La mineralogía económica se especializa en los procesos
responsables de la formación de menas, en especial de las que
tienen importancia industrial y estratégica.
Geología estructural
Inicialmente a los geólogos estructurales les interesaba
especialmente el análisis de las deformaciones de los estratos
sedimentarios, ahora estudian más las de las rocas en general.
Comparando las distintas características de estructuras, se puede
llegar a una clasificación de tipos relacionados. La geología
estructural comparativa, que se ocupa de los grandes rasgos
externos, contrasta con las aproximaciones teóricas y
experimentales que emplean el estudio microscópico de granos
minerales de rocas deformadas.
Los geólogos especializados en la búsqueda del petróleo y
del carbón deben usar la geología estructural en su trabajo diario,
en especial en la prospección petrolífera, donde la detección de
trampas estructurales que puedan contener petróleo es una
fuente importante de información.
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Sedimentología
Este campo, también llamado geología sedimentaria, investiga los
depósitos terrestres o marinos, antiguos o recientes, su fauna, su
flora, sus minerales, sus texturas y su evolución en el tiempo y en
el espacio.
Los sedimentólogos estudian numerosos rasgos intrincados
de rocas blandas y duras y sus secuencias naturales, con el
objetivo de reestructurar el entorno terrestre primitivo en sus
sistemas estratigráficos y tectónicos. El estudio de las rocas
sedimentarias incluye datos y métodos tomados de otras ramas
de la geología, como la estratigrafía, la geología marina, la
geoquímica, la mineralogía y la geología del entorno.
Paleontología
La paleontología estudia de la vida a través del registro fósil,
investiga la relación entre los fósiles de animales (paleozoología)
y de plantas (paleobotánica) con plantas y animales existentes.
La investigación de fósiles microscópicos
(micropaleontología) implica técnicas distintas que la de
especímenes mayores. Los fósiles, restos de vida del pasado
geológico preservados por medios naturales en la corteza
terrestre, son los datos principales de esta ciencia.
La paleontografía es la descripción formal y sistemática de
los fósiles (de plantas y de animales), y las paleontologías de
invertebrados y vertebrados se consideran con frecuencia
subdisciplinas separadas.
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Geomorfología
La geomorfología, es decir, forma y desarrollo de la Tierra, es el
intento de establecer un modelo explicativo de la parte externa de
la Tierra. Los geomorfólogos explican la morfología de la
superficie terrestre en términos de principios relacionados con la
acción glaciar, los procesos fluviales, el transporte y los depósitos
realizados por el viento, la erosión y la meteorización.
Los subcampos más importantes se especializan en las influencias
tectónicas en la forma de las masas de tierra (morfotectónica), en
la influencia del clima en los procesos morfogenéticos y en los
agregados de tierra (geomorfología del clima) y en la medida y el
análisis estadístico de datos (geomorfología cuantitativa).
Geología económica
Esta rama mayor de la geología conecta con el análisis, la
exploración y la explotación de materia geológica útil para los
humanos, como combustibles, minerales metálicos y no
metálicos, agua y energía geotérmica. Campos afines incluyen la
ciencia de la localización de minerales industriales o estratégicos
(geología de exploración), el procesado de menas o vetas
(metalurgia) y la aplicación práctica de las teorías geológicas a la
minería (geología minera).
Ingeniería geológica
Los ingenieros geólogos aplican los principios geológicos a la
investigación de los materiales naturales —tierra, roca, agua
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superficial y agua subterránea— implicados en el diseño, la
construcción y la explotación de proyectos de ingeniería civil. Son
representativos de estos proyectos los diques, los puentes, las
autopistas, los oleoductos, el desarrollo de zonas de alojamiento y
los sistemas de gestión de residuos.
Geología ambiental
La geología ambiental recoge y analiza datos geológicos con el
objetivo de resolver los problemas creados por el uso humano del
entorno natural. Un área muy importante se ocupa del análisis de
los riesgos y peligros geológicos como terremotos, aludes y
corrimientos de tierra, erosión de las costas e inundaciones. La
geología ambiental se relaciona con otras ciencias físicas como
geoquímica e hidrología, ciencias biológicas y sociales e
ingeniería.
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CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS.
Las rocas se dividen
en tres grandes
grupos de acuerdo a
su origen:
a) Rocas Igneas
b)Rocas Sedimentarias
c) Rocas Metamórficas
a) Rocas Igneas.- Por el enfriamiento de la Tierra la materia en
estado de fusión dio origen a las rocas ígneas. Básicamente un
volcán es una grieta o apertura por la cual el magma procedente
de las profundidades es lanzado a la superficie bajo la forma de
corriente de lava, nubes explosivas de gases y cenizas volcánicas,
dando lugar al enfriarse a nuevas rocas ígneas.
b) Rocas sedimentarias. – Como producto de los procesos
erosivos, y por la acción de agentes de transporte como vientos,
ríos y mares, así como la propia acción de la vida generadora de
sedimentos orgánicos; se da origen a las rocas sedimentarias.
Para la industria del petróleo estas rocas son las más
importantes ya que en ellas ocurre el origen, migración y
acumulación de depósitos de hidrocarburos.
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Estas rocas poseen dos propiedades importantes que son:
¨ Porosidad
¨ Permeabilidad
Porosidad: Los espacios entre las partículas de una roca se
denominan poros, estos espacios pueden ser ocupados por fluidos
como agua, aceite o gas; tal y como se observa en una esponja la
cual puede contener líquido o permanecer vacía sin variar su
volumen total.
Permeabilidad: La permeabilidad de una roca es la medida de su
capacidad específica para que exista flujo a través de ella. En la
industria petrolera la unidad que se usa para medir la
permeabilidad es el Darcy.
c) Rocas Metamórficas.- Cuando las rocas de la corteza
terrestre se encuentran bajo la influencia de presión por columnas
de sedimentos, tracción de movimientos telúricos, elevadas
temperaturas por actividad ígnea; reaccionan con cambios en la
estructura y composición mineral, con lo cual llegan a
transformarse en nuevos tipos de rocas que se les llama
metamórficas.
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Como se vio en el ciclo evolutivo de las rocas, éstas pueden
fundirse y volverse magma convirtiéndose al enfriarse en rocas
ígneas o pueden sufrir el proceso erosivo que las convierte en
sedimentos.
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados
únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. La estructura
molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los
que se unen los átomos de hidrógeno.
El petróleo en la naturaleza se encuentra esencialmente en
los siguientes estados: como gas natural (no condensa al ser
llevado a las condiciones de presión y temperatura de la superficie
terrestre); como condensado (fracción gaseosa del petróleo en el
yacimiento la cual pasa al estado líquido bajo las condiciones de
presión y temperatura de la superficie terrestre); como crudo
(petróleo líquido que alcanza la superficie a través de una
perforación); como mene (petróleo líquido que alcanza la
superficie de modo natural) y como asfalto o bitumen. Este último
es petróleo solido que puede estar concentrado en formas de
lagos de asfalto o difuso en rocas sedimentarias.
Es necesario que la roca generadora se encuentre dentro de
una Cuenca Sedimentaria que sufra procesos de subsidencia
(hundimiento por su propio peso) y enterramiento, con un aporte
suficiente de sedimentos.
La roca generadora debe ser enterrada a una profundidad
suficiente (más de 1000 m) para que la materia orgánica
contenida pueda madurar hasta convertirse en aceite y/o gas.
Estas medidas limitan el número de cuencas en el mundo que
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tienen interés petrolero al 50% de las existentes.El origen del
petróleo aún es incierto siendo las más aceptadas las siguientes
teorías.
TEORIAS DEL ORIGEN DEL PETROLEO
Hipótesis orgánica de Engler
Según esta teoría el petróleo proviene de zonas profundas de la
tierra o mar, donde se formó hace millones de años. Esta teoría
plantea que organismos vivos (peces, y pequeños animales
acuáticos y especies vegetales), al morir se acumularon en el
fondo del mar y se fueron mezclando y cubriendo con capas cada
vez más gruesas de sedimento como lodo, fragmentos de tierra y
rocas, formando depósitos sedimentarios llamados rocas
generadoras de crudo. La acumulación de otras capas geológicas
sobre estos depósitos formó la “roca madre” y generó condiciones
de presión y temperatura lo que facilitó la acción de bacterias
anaeróbicas para transformar lentamente la materia orgánica en
hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) con
pequeñas cantidades de otros elementos.
El petróleo no se encuentra distribuido de manera uniforme
en el subsuelo y para que éste se acumule, deben cumplirse
algunas condiciones básicas: Debe existir una roca permeable
para que, bajo presión, el petróleo pueda moverse a través de los
poros microscópicos de la roca y debe existir una roca
impermeable dispuesta en forma tal, que evite la fuga del
petróleo y el gas natural hacia la superficie. El material orgánico
debe estar en abundancia para que se forme un yacimiento.
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Teoría del carbón
En un experimento de la destilación de carbón lignitos y
bituminoso se obtienen hidrocarburos equivalentes a los
componentes del petróleo. Por medio de este experimento se ha
propuesto que en la naturaleza se obtienen resultados similares
cuando grandes volúmenes de carbón son sometidos a
temperaturas y presiones adecuadas.
Esta es la teoría con mayor grado de validez si se considera que
en muchos campos petroleros existen estratos de carbón.
Hipótesis inorgánica de Berthelotty Mendeleev
Según esta teoría se habría originado por la acción del agua sobre
carburos metálicos produciendo metano y acetileno. Los demás
componentes se habrían generado por reacciones químicas
posteriores. Esta teoría se ha descartado porque no justifica la
presencia de restos fósiles de animales y vegetales en los
yacimientos.
Hipótesis inorgánica de Thomas Gold (1986)
Sugiere que el gas metano que suele encontrarse en los
yacimientos de petróleo, pudo haberse generado a partir de los
meteoritos que cayeron durante la formación de la Tierra hace
millones de años. Esta teoría está generando cada día más
adeptos debido a que la NASA ha probado que las atmósferas de
otros planetas tienen gran contenido de metano.
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Teoría de hidrocarburo
Se fundamentó en experimentos de laboratorio en los cuales
carburos de hierro (Fe3C), calcio y otros elementos en presencia
de agua producían hidrocarburos.
Esta teoría tiene sus más fieles seguidores entre los químicos
pero no es aceptada por los geólogos.
Teoría a base de CaCO3, CaSO4 y agua caliente
Algunos autores propusieron esta teoría basados en que el
carbonato de calcio (CaCO3) y sulfato de calcio (CaSO4), eran
capaces de producir los constituyentes de petróleo en presencia
del agua caliente, pero por medio esta teoría no se pudo explicar
de una manera convincente el proceso químico propuesto.
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FORMACION DE UN YACIMIENTO PETROLERO
Dispuesto lo que hemos visto hasta ahora, nos encontraremos en
la situación de entender la formación de un yacimiento petrolero:
El petróleo está compuesto de cuatro fracciones derivadas de la
transformación de sustancias orgánicas presentes en el
zooplancton, fitoplancton, algas, bacterias y plantas superiores.
En la migración:
El proceso de expulsión tiene lugar cuando la materia prima que
genera los hidrocarburos (Kerógeno), comienza a transformarse
en los componentes del crudo (saturados, aromáticos, resinas
asfaltenos) y en el gas natural.
Este fenómeno genera sobrepresión en las lutitas o calizas
que los contienen y como consecuencia se generan
microfracturas, que permiten la expulsión de éstos compuestos,
comenzando así la migración.
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El proceso de migración está gobernando básicamente por
tres factores principales.
Diferenciales de presión (litostática).
Conductividad entre poros (porosidad, permeabilidad.
Estructuras geológicas (fallas).
Estos factores controlan el movimiento de los fluidos y por
ende el llenado y ubicación en compartimientos de los
yacimientos que conforman los campos petrolíferos.
La determinación de las vías de migración de estos fluidos
permite disminuir los riesgos en la exploración y explotación de
yacimientos maduros.
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El proceso de acumulación tiene lugar inmediatamente
después de los procesos de expulsión y migración y está
relacionado con cambios de porosidad, permeabilidad, asociado a
cambios de facies sedimentarias y estructuras geológicas, la
acumulación de hidrocarburos puede clasificarse como:
1. Estructural.
2. Estratigráfico.
Resumiendo:
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Antecedentes.
Los primeros descubrimientos de campos petrolíferos se dieron
por diferentes indicios producidos en superficie: Impregnaciones y
emanaciones de gas o petróleo, y depósitos superficiales o vetas
de asfalto y de otros residuos más o menos sólidos del petróleo
que quedan después de la pérdida por evaporación de los
constituyentes más volátiles. Una vez encontrados de forma
natural, se procedió a abrirse pozos en las inmediaciones de las
zonas que presentaban estos indicios superficiales. Ya hace
muchos siglos que los Birmanos recogían petróleo en las
exudaciones superficiales y, después, de pozos poco profundos
abiertos a mano.
El campo de Yenangyaung es el ejemplo clásico de
concentración de petróleo en las arenas de un domo alargado.
Oldham fue el primer geólogo que exploró la región y ya en 1855
señaló la importancia de las estructuras anticlinales como
trampas de petróleo. Sin embargo, hasta 1900, apenas se
solicitaban los servicios de los geólogos y a éstos se acudió
después, cuando empezó a intensificarse la demanda de petróleo,
primero para el transporte motorizado, después para los aviones
y eventualmente para fines bélicos y seguridad nacional. Entonces
se puso de manifiesto que el descubrimiento sistemático de
petróleo implica la investigación de trampas potenciales, ósea,
exige un estudio geológico detallado de todas las regiones en las
que es posible que el petróleo se encuentre oculto. La búsqueda
de petróleo se convirtió en una empresa geológica. Sin embargo,
es obvio que, además de las estructuras favorables que pueden
localizarse por afloramientos en superficie, deber haber algunas
que no pueden detectarse así, y otras que están bajo el mar o
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cubiertas por selvas tropicales o pantanos, por extensiones
aluviales, arcillas, arenas del desierto. Los anticlinales y otras
estructuras ocultas como las colinas y domos de sal enterrados,
se pueden detectar por gravimetría. Actualmente la exploración
petrolífera es una empresa conjunta de geofísicos y de geólogos
petroleros.
El descubrimiento de una estructura favorable desde luego
no constituye una garantía de que se encontrara petróleo. Por
otra parte, la ausencia de indicios superficiales no constituye una
prueba de que no se los encontrara; puede ocurrir que el
petróleo, si existe, este tan bien confinado que no pueda escapar.
Si hay o no petróleo en cantidades comerciales solo se puede
determinar perforando.
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DESARROLLO.
Ya tenemos el conocimiento necesario para comprender lo que es
la geología, el petróleo y un yacimiento, con ese principio,
decidimos partir y entrar un poco a las propiedades de las rocas,
tema necesario para llegar a comprender el funcionamiento de las
ramas de la geología con respecto a la exploración y el cálculo de
sus reservas así como en la perforación de yacimiento petroleros.
PROPIEDADES DE LAS ROCAS
Ya mencionamos que un aspecto importante para nosotros en las
rocas sedimentarias es la porosidad y la permeabilidad, pues
bien, ahora veremos que las ramas derivadas y especializas de la
geología son las que nos dirán el valor de estas propiedades, por
medio de la petrofísica.
Porosidad
La porosidad de una roca representa una medida del espacio
disponible para el almacenamiento de fluidos y es la relación del
volumen de poros y huecos entre el volumen bruto de la roca,
indicándose en por ciento. Desde el punto de vista de la
Ingeniería de yacimientos se le puede denominar a éste concepto
como porosidad total, y como porosidad efectiva a la relación de
volumen de huecos comunicados entre el volumen bruto de la
roca.
De acuerdo con el modo en que se originó, la porosidad puede
clasificarse en:
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Original o primaria.- se forma en el momento de la
deposición de los materiales que integran la roca, se
caracteriza como intergranular en las arenas y areniscas y
como intercristalina u oolitica en algunas calizas.
Secundaria o inducida.- Se forma debido a procesos
geológicos y/o químicos que ocurren después de la
deposición y se caracteriza por el desarrollo de fracturas en
algunas lutitas y calizas y por las cavernas producidas por
disolución en algunas calizas.
La porosidad de las formaciones subterráneas puede ser del
10%, en arenas no consolidadas llega a 30%, en el caso de las
lutitas o arcillas, la porosidad con contenido de agua es de más
del 10%, aunque los poros son generalmente tan pequeños la
roca es impermeable
Saturación
La saturación de una formación es la fracción del volumen poroso
que ocupa un fluido. Con base en este concepto, la saturación del
agua se define como la fracción o porcentaje del volumen poroso
que contiene agua de formación.
Cuando existe sólo agua en los poros, la formación tiene
una saturación de agua del 100%.
Si se toma como símbolo de la saturación la letra “S”, entonces
para denotar la saturación de un líquido o fluido en particular se
utilizan subíndices en la literal “S”, como se muestra en los
siguientes ejemplos:
Sw = Saturación de agua
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So = Saturación de aceite
La saturación de petróleo o gas es la fracción del volumen
poroso que los contiene. De este modo, la suma de todas las
saturaciones de una determinada roca del yacimiento debe ser
igual al 100%.
Por lo anterior, algunas teorías sobre el origen del petróleo
sostienen que antes de la migración del mismo, los poros de los
yacimientos se encontraban ocupados totalmente por agua, parte
de la cual fue desplazada al llegar los hidrocarburos, debido a
esto en la generalidad de los yacimientos los poros están
ocupados por los fluidos: agua, aceite y/o gas.
Permeabilidad
La permeabilidad es la medición de la facilidad con que los
líquidos fluyen a través de una formación. En una determinada
muestra de roca y con cualquier líquido homogéneo, la
permeabilidad será una constante siempre y cuando el líquido no
interactúe con la roca en sí. Generalmente el símbolo de la
permeabilidad es la letra “K”.
Una roca debe tener fracturas capilares o poros
interconectados para ser permeable, por lo general una
permeabilidad mayor se acompaña de una porosidad mayor, sin
embargo, esto no es una regla absoluta, porque se pueden
presentar los siguientes casos:
· Las lutitas y ciertas clases de arenas tienen altas
porosidades, pero sus granos son tan pequeños que los
caminos que permiten el paso de líquidos son escasos y
tortuosos, y por lo tanto su permeabilidad puede ser baja.
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· Otras formaciones, como la caliza, pueden presentar
pequeñas fracturas o fisuras de una gran extensión. La
porosidad de esta formación será baja, pero la
permeabilidad de una fractura puede ser muy grande. En
consecuencia, las calizas fracturadas pueden tener bajas
porosidades, pero permeabilidades muy altas
Fases de la exploración petrolera.
Primera fase: Definición de la existencia de una cuenca
sedimentaria con un espesor potente de sedimentos que permita
la maduración y expulsión.
Esto se define a partir de estudios regionales o de reconocimiento
de gravimetría y magnetometría (a escala pequeña), sísmica de
reflexión, levantamiento geológico de superficie, se hacen pozos
estratigráficos a otra categoría, levantamiento geomorfológico.
¿Qué conocimientos se obtienen?
1. Confeccionar modelos preliminares de desarrollo de la cuenca,
incluyendo los principales momentos de la tectónica, formación de
las rocas madres, de los reservorios y de los sellos.
2. Establecer en el corte la edad y litología de los sedimentos que
pueden constituir rocas madres, reservorios y sellos.
3. Establecer los tipos de trampas posibles.
El factor económico no es importante.
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Segunda Fase: Definición del Sistema petrolero:
Se estudian las rocas madres, reservorio, sello, trampas a un
grado de detalle mayor. Después de definida la existencia del
Sistema Petrolero, se pasa a la Tercera fase.
En la 2da fase el factor económico tampoco es importante.
Tercera Fase: Determinación de la existencia o no de varios
plays.
Se realizan investigaciones geofísicas y geológicas de detalle, que
permite establecer dentro de la región las distintas asociaciones
de estructuras, reservorios y sellos que juntos constituyen la
trampa, con su roca madre lo cual definirá el número de plays
existentes.
Se realiza símica 2D. Después de definidos los diferentes
plays presentes en el corte se realiza un análisis del sistema
petrolero independiente para cada uno de ellos.
Play: Existencia de un grupo de reservorios y prospectos
geológicamente similares, básicamente en cuanto a contener el
mismo sistema de petróleo y gas, referente a la roca madre-
reservorio-trampa.
En esta fase el factor económico es muy importante.
Cuarta Fase: Delimitación de los objetivos (Leads) y los
prospectos en incluye la evaluación de los recursos y reservas
probables.
Se realiza un estudio integral y multidisciplinario de los
factores que inciden en esta evaluación o sea: Estructuración,
reservorios y sellos, llenado de las trampas. Cada uno de ellos
contempla la evaluación e interpretación de un conjunto de
métodos e incluso la ejecución en el campo de algunos de ellos
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como: Sísmica de detalle (3D), geomorfología, geología,
geoquímica, propiedades de las rocas reservorios, ubicación de la
cocina de petróleo y vía de migración. Se evalúan los recursos y
reservas posibles.
Dentro de los trabajos sísmicos, se realiza un volumen de
líneas sísmicas que sea capaz de delimitar estructuras reveladas
anteriormente por la sísmica regional, se procesan e interpretan y
se definen los cierres de las estructuras. Se delimitan los
objetivos y prospectos desde el punto de vista estructural. Una
estructura geológica se puede considerar como un prospecto,
cuando está cerrada estructuralmente por un horizonte sísmico
correlacionado y calibrado como mínimo en tres líneas sísmicas:
Dos perpendiculares al rumbo y una longitudinal de amarre por el
rumbo.
Objetivo (Lead): Estructuras geológicas identificadas como
resultado de las investigaciones geofísicas regionales que
presentan una situación favorable “a priori” para continuar sobre
ellas, los estudios geofísicos detallados y comprobar su cierre
estructural. El objetivo no está preparado para la perforación
exploratoria.
Prospecto: Estructura geológica cuyo cierre ha sido comprobado
con los estudios geofísicos detallados y está preparada
estructuralmente para la perforación exploratoria, si reúne las
demás premisas geológicas del sistema petrolero.
En esta fase el factor económico es muy importante
Quinta Fase: Evaluación de las reservas probadas.
Después de definido los prospectos el próximo paso es la
perforación exploratoria en el centro de la estructura, cuyo
objetivo principal es demostrar la capacidad gasopetrolífera del
prospecto revelado lo cual se realiza a través de ensayos durante
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la perforación y/o posterior a su conclusión y mediante la
explotación experimental en un período tal que permita definir
parámetros esenciales (Presión de capa, de fondo, R. G. P y
otros). En este pozo se recomienda ejecutar perfilaje sísmico
vertical P. S. V o (V. S. P) para calibrar las fronteras sísmicas.
En caso de demostrarse la existencia de hidrocarburos se
calculan las reservas probables para toda la estructura y las
reservas probadas en un radio alrededor del pozo, equivalente al
radio de drenaje del mismo. Recordar que para calcular las
reservas probadas hay que delimitar por perforación los flancos
de la estructura, por lo que se perforan varios pozos de
evaluación, su número depende de la información sísmica
existente. Después de delimitadas las reservas probadas el
prospecto pasa a la etapa de desarrollo y explotación.
DATOS IMPORTANTES PARA PERFORACION.
Los objetivos del pozo se deben determinar con claridad, para que
con base a esto se seleccione la geometría del mismo. No olvidar
que el pozo se debe planear de la profundidad total programada
hacia arriba, y no de arriba hacia abajo.
Estos serán los objetivos Geológicos:
a) Profundidad del horizonte objetivo.
b) Cimas estimadas de las formaciones.
c) Profundidad y posibles formaciones productoras.
d) Requerimientos de muestreos de las formaciones (canal,
núcleos etc.).
e) Requerimientos de pruebas de formación.
f) Requerimientos de registros geofísicos, eléctricos, etc.
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g) Profundidades de asentamiento de las tuberías de
revestimientos y sartas de tubería de producción.
CORRELACION DE POZOS
La correlación es de especial valor para el estudio de las
características y disposición de las formaciones encontradas en
los pozos, éstas se pueden hacer a lo largo de líneas
longitudinales o transversales.
Los registros eléctricos y radioactivos, son registros
mecánicos que dan las características de cada capa, estas pueden
ser copiadas y correlacionadas con otros pozos. En muchos casos
el comportamiento de las rocas ante esos impulsos, se identifican
más fácilmente que las características visuales y litológicas,
además se pueden seguir lateralmente.
Con las muestras superficiales el geólogo rara vez ve el
espesor de las capas, sin embargo con los registros geofísicos si
se puede. También se puede identificar anomalías típicas. La
combinación de muestras con los registros da al geólogo una
poderosa herramienta para la correlación de varias capas.
La referencia más comúnmente usada en los registros para
los esquemas de correlación es el nivel del mar. Por ejemplo
todos los pozos cercanos se refieren a una profundidad
determinada (-400 m), independientemente de la cota topográfica
que tenga el pozo en cuestión.
Los registros geofísicos en los esquemas de correlación es la
manera más expresiva de reflejar variaciones en la estratigrafía y
la estructura entre los pozos, y por eso ellos son ampliamente
usados en los estudios de correlación. En adición, estas secciones
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son fáciles de reconocer porque ellas son necesariamente
exageradas con respecto a la escala vertical.
Los registros en los esquemas de correlación son
preparados para entrecruzar un campo de petróleo en particular
para ilustrar la geometría de un yacimiento. Ellos ilustran cambios
regionales en las capas y señalan cambios de la dirección de su
inclinación o buzamiento. Así ellos son útiles en la evaluación de
las posibilidades petrolíferas de un área.
El método más difundido hoy en día es el método
volumétrico, fundamentado en la utilización de los datos sobre la
distribución del petróleo y el gas dentro de los límites de la
trampa, el volumen del espacio poroso de los colectores y el
contenido de hidrocarburos en él mismo y de los datos de las
propiedades de los fluidos que las saturan, este método no
necesita de datos acerca de la explotación, por eso es el único
método que puede utilizarse en cualquier etapa de los trabajos de
exploración y desarrollo.
Este método se utiliza ampliamente en los yacimientos en
explotación, obteniéndose muy buenos resultados en los
colectores terrígenos y muy inexactos en los colectores
carbonatados, agrietados- porosos.
El método volumétrico se basa en la idea de que el petróleo
yace en los poros de la capa colectora, y que el volumen de estos
poros es posible determinarlo, sabiendo las dimensiones
geométricas de esta capa saturada de petróleo y la porosidad de
las variedades litofaciales que la componen.
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Conclusión
A lo largo del trabajo revisamos los principios de geología e
ingeniería petrolera, logramos enlazarlos, y entender la enorme
importancia de la participación de la geología y sus ramas en la
explotación de yacimientos petroleros, y ahora podemos entender
que de no ser por su intervención y avance tecnológico sería
imposible la localización y perforación rentable de pozos
petrolíferos.
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Glosario
Geofísica.- Ciencia que estudia el interior de la tierra.
Geoquímica.- Estudia los elementos químicos que constituyen el
globo terrestre su distribución y migración.
Petrología.- Ciencia que estudia las rocas y su origen.
Mineralogía.- Ciencia que trata de los minerales, estudia su
composición química, sus propiedades físicas y su origen.
Geología Estructural.- Ciencia que estudia la deformación de las
rocas.
Geología económica.- Ciencia que estudia los minerales y
recursos.
Sedimentología.- Ciencia que estudia los sedimentos.
Paleontología.- Estudia los restos fósiles de organismos tanto
animales como vegetales que habitaron la tierra en épocas
pasadas.
Geomorfología.- Ciencia que estudia las formas de la tierra.
Rocas Ígneas.- se les llama así al magma fundido (roca fundida)
se enfría y se solidifica.
Rocas Sedimentarias.- Son las que se forman por acumulación
de sedimentos.
Rocas metamórficas.- Son las que se forman a partir de otras
rocas mediante un proceso llamado metamorfismo.
Permeabilidad.- Es la capacidad que tiene un material para
permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su estructura
interna.
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Bibliografía
McCain, W. “The Properties of the Petroleum Fluids”. Gulf Publishing Co.
1988.
Berkowitz Norbert. 1997. Fossil Hydrocarbons. Chemistry and Technology.
Academic Press, United States of America.
Instituto politécnico del petróleo, 2008.Geologia Básica del petróleo.
Andrés R, Vásquez H. V.V.A. Consultores, c.a. Introducción a la
Geomecanica petrolera
Manual del coordinador de Pozos Petroleros. PEMEX
Manual del Perforador de Pozos Petroleros. PEMEX
Luca Ferrari (Centro de Geociencias UNAM) “El futuro del Petroleo en
Mexico: Los limites impuestos por la Geologia y la Tecnologia”
