14/05/2012. Tema 3. Generación del Petróleo

Transcripción

1 Tema 3. Generación del Petróleo 1

2 Petróleo (del griego: πετρέλαιον, "aceite de roca") es una mezcla compleja no homogénea de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos insolubles en agua. HC término comúnmente usado para indicar al petróleo crudo o gas natural. Químicamente, los HC son compuestos que tienen solo H y C Por más que contienen N S O, y porfirinas que contienen metales como V y Ni. PARA LOS GEOQUÍMICOS ORGÁNICOS LO IMPORTANTE ES LA PROCEDENCIA DE LA M.O. Y NO EL PALEOAMBIENTE SEDIMENTARIO El contenido de O 2 está determinado por su disponibilidad y solubilidad (depende de T, P y salinidad) Medio óxico (saturado en O): 8 2 ml O 2 /l H 2 0. Medio disóxico : 2 0,2 ml O 2 /l H 2 0 Subóxico : 0,2 0,0 ml O 2 /l H 2 0 Anóxico : 0 ml O 2 /l H 2 0 Se considera el inicio de las condiciones de Anoxia a partir de una concentración de oxígeno < 0,5 ml/l Agua de mar = 6-8 ml/l 2

3 EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO -SIMILITUD ESTRUCTURAL DE ALGUNOS COMPUESTOS CONSTITUYENTES DEL PETRÓLEO CON SUSTANCIAS ORGÁNICAS SINTETIZADAS POR ORGANISMOS VIVOS. COMPLEJOS PORFIRÍNICOS CON ESTRUCTURAS SIMILARES A LA CLOROFILA Y HEMOGLOBINA -PRESENCIA DE RESTOS IDENTIFICABLES DE ANIMALES Y PLANTAS -ACTIVIDAD ÓPTICA DEL PETRÓLEO, CAPACIDAD PARA ROTAR EL PLANO DE LUZ POLARIZADA, CARACTERÍSTICO DE COMPUESTOS BIOGÉNICOS 3

4 EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO -CONTENIDO DE PORFIRINAS, DERIVADA DE CLOROFILA, LAS QUE NO SON ESTABLES A TEMPERATURAS DE ROCAS IGNEAS -RELACION C 13 /C 12 EN PETRÓLEOS SE APROXIMA A LA HALLADA EN MATERIA ORGÁNICA DE ORGANISMOS VIVOS, QUE A LA ATMOSFÉRICA O INORGÁNICA (CARBONATOS) -PRESENCIA DE COMPUESTOS DEL NITRÓGENO EN PETRÓLEOS, CARACTERÍSTICOS DE ORGANISMOS VIVOS. -DETECCIÓN DE HIDROCARBUROS EN SEDIMENTOS RECIENTES Y SUELOS, SIMILARES A LOS PETRÓLEOS EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO -RELACIÓN PETRÓLEO Y ROCAS SEDIMENTARIAS, FUNDAMENTALMENTE EN EDADES DONDE HUBO ABUNDANTE VIDA, Y AUSENCIA DE PETRÓLEO EN CANTIDADES SUSTANCIALES EN ÁREAS DE ROCAS ÍGNEAS, O EN ROCAS ANTERIORES AL CÁMBRICO, DONDE LA VIDA FUE ESCASA. LAS EVIDENCIAS GEOQUÍMICAS Y GEOLÓGICAS OBTENIDAS A PARTIR DE ESTUDIOS DE SEDIMENTOS Y PETRÓLEOS DEMUESTRAN QUE LA MAYOR PARTE DE LOS HIDROCARBUROS SE ORIGINAN A PARTIR DE LA MATERIA ORGÁNICA DISEMINADA EN LAS CUENCAS SEDIMENTARIAS 4

5 ESTO NO INVALIDA EL HECHO DE QUE EL CARBONO Y EL HIDRÓGENO FUERON ORIGINARIAMENTE CONSTITUYENTES NO BIOGÉNICOS DE LA TIERRA, NI DESCARTA LA EXISTENCIA DE COMPUESTOS HIDROCARBONADOS DEL TIPO PETROLÍFEROS EN ORÍGENES ABIOGÉNICOS. METANO PRESENTE EN EMANACIONES VOLCÁNICAS, HIDROCARBUROS DISEMINADOS EN ROCAS PLUTÓNICAS, O EN METEORITOS, CUERPOS CELESTES, AUNQUE SIEMPRE CANTIDADES DESPRECIABLES Ciclo do Carbono Carbono en la atmósfera e hidrósfera En la Corteza terrestre el C se presenta en tres formas: -C elemental en rocas ígneas - C reducido en la materia orgánica transformada -C oxidado en los carbonatos Hay aproximadamente tres veces más C orgánico en arcillas y pelitas, que en rocas calcáreas y arenas 5

6 SI SE ASUME QUE PRACTICAMENTE SU TOTALIDAD SE FORMA A PARTIR DE LA MATERIA ORGÁNICA, SOLO EL 2% CONTENIDO EN ROCAS SEDIMENTARIAS EVENTUALMENTE PASA A FORMAR PARTE DEL PETRÓLEO Y MENOS DE 0,5% DE ÉSTE ENCUENTRA CAMINO A RESERVORIO, LO QUE HACE UNA EFICIENCIA DEL 0,01% Productividad Orgánica Productividad Orgánica La mayoría de ese C se encuentra diseminado en rocas sedimentarias y no se concentrará lo suficiente como para ser económicamente rentable (yacimiento) 6

7 Productividad orgánica en océanos Productividad orgánica y anoxia en márgenes continentales APROXIMADAMENTE UNA MOLÉCULA DE CARBONO EN 1000 PASA A FORMAR PARTE DE LA MATRIZ MINERAL La vida en la Tierra depende prácticamente del proceso de fotosíntesis. Las plantas toman de la atmósfera el CO 2 que necesitan para su desarrollo Evolucionan hasta morir o ser consumidos por herbívoros. Éstos por carnívoros. Finalmente los residuos orgánicos alimentan la fauna bentónica Restitución de CO 2 : respiración animales y plantas; ataque bacteriano, oxidación natural de organismos muertos y consumo de combustibles fósiles por el hombre. 7

8 Questions for exploration geologist: 1. Does the the rock have sufficient organic matter? 2. Is the organic matter capable of generating? 3. Has this organic matter generated petroleum? 4. Has the generated petroleum migrated out? 5. Is the rock oil-prone or gas-prone? Una pequeña cantidad de m.o. (< 1 %) escapa del ciclo y ha sido preservada en ambientes donde la oxidación a CO 2 no ocurre, y a lo largo del tiempo geológico se ha convertido en grandes cantidades de material orgánico fósil, parte del cual se ha acumulado como carbón, petróleo y gas. Preservation of OM High productivity (high nutrient supply) Moderate sedimentation rate Low oxygen supply 8

9 1 % 14% 46% 37% 84 % 9

10 I. Organic Matter II. Petroleum Generation III. Source Rock Evaluation IV. Thermal Maturation Models MACROMOLÉCULAS PROVENIENTES DE ORGANISMOS VIVOS: BIOPOLÍMEROS LOS HIDRATOS DE CARBONO (AZUCAR, ALMIDÓN, CELULOSA Y DERIVADOS) Y LAS PROTEÍNAS SON CONSUMIDOS POR MICROORGANISMOS DANDO H CO 2 + N 2 + NH 3 + HS, DIFICIL DE DETECTARLOS EN SEDIMENTOS EN CAMBIO LA LIGNINA UN COMPONENTE PRINCIPAL DE VEGETALES, SE ENCUENTRA EN SEDIMENTOS RECIENTES FORMANDO MACROMOLÉCULAS Una potencial roca generadora contiene cantidades adecuadas de m.o. para generar petróleo, pero será una roca generadora efectiva cuando alcance una madurez térmica capaz de generar HC Una roca generadora activa es aquella que está generando y expulsando HC, en el momento crítico, más comunmente en la ventana de petróleo. Una roca generadora inactiva es la que ya no genera, aunque tenga potencial. P.ej. por falta de temperatura (levantamiento). UNA PEQUEÑA PROPORCIÓN DE LA MATERIA ORGANICA CONTENIDA EN LAS ROCAS SEDIMENTARIAS ES SOLUBLE A SOLVENTES ORGÁNICOS, CONTENIENDO COMPUESTOS LIPÍDICOS, QUE PROVIENEN DE LOS ORGANISMOS O DE LA HIDRÓLISIS DE GRANDES MOLÉCULAS 10

11 MACROMOLÉCULAS PROVENIENTES DE ORGANISMOS VIVOS: BIOPOLÍMEROS SON COMPUESTOS ESENCIALES PARA LA VIDA ESOS RESTOS CONTIENEN CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS QUE SON UTILIZADAS PARA CONOCER EL ORIGEN DE LA MATERIA ORGANICA (ESTUDIOS DE CORRELACIÓN PETROLEO ROCA GENERADORA) MONOSACÁRIDOS : FRUCTOSA, GLUCOSA, GALACTOSA AMIGDLINA UNIDAD CELULOSA UNIDAD QUITINA UNIDAD LIGNINA AMINOACIDOS PROTEINAS a ALANINA PROLINA LISINA PEPTIDOS LOS LÍPIDOS SON LOS CONSTITUYENTES DE LAS GRASAS, ACEITES Y CERAS ANIMALES Y VEGETALES TRIGLICERIDOS GLICEROL ACIDO OLEICO ACIDO LINOLEICO COLESTEROL LA DIAGÉNESIS ORGÁNICA ES EL PROCESO DE ALTERACIÓN BIOLÓGICA, FÍSICA Y QUÍMICA DE LOS DETRITOS ORGÁNICOS ANTES QUE SE PRODUZCA UNA EVOLUCIÓN TÉRMICA. ESTE RANGO SERÍA DE LA TEMPERATURA AMBIENTE EN SUPERFICIE HASTA 50º C. MICROORGANISMOS TRANSFORMAN LA M.O. RESTANTE A LA PREDACIÓN DE OTROS ORGANISMOS, UTILIZANDO ENZIMAS QUE CONVIERTEN LOS BIOPOLÍMEROS EN BIOMONÓMEROS. DISTERPANO CONSTITUYENTE DE DE RESINAS CLOROFILA FITOL FITANO - PRISTANO BIOMARCADORES 11

12 CONVERSIÓN DE BIOPOLÍMEROS Y BIOMONÓMEROS EN MOLÉCULAS MÁS SIMPLES, ORIGINANDOSE LOS GEOPOLÍMEROS, PRECURSORES DEL KERÓGENO. KERÓGENO, PRODUCTO COMPLEJO CUYA ESTRUCTURA COMPRENDE MOLÉCULAS NAFTENO-AROMÁTICAS CONTENIENDO HETEROÁTOMOS (O, S, N). ES DE ALTO PESO MOLECULAR, INSOLUBLE EN AGUA Y ALGUNOS SOLVENTES, Y RESISTENTE A DEGRADACIÓN BACTERIANA. BITUMEN ES LA FRACCIÓN DE M.O. QUE ES SOLUBLE EN SOLVENTES ORGÁNICOS PEQUEÑA CANTIDAD ORIGINADO POR COMPONENTES LIPÍDICOS DE ORGANISMOS. MAYORÍA PROVIENE DEL CRACKING (DISOCIACIÓN TÉRMICA) LIPIDOS SON SOLUBLES EN PETROLEO, INSOLUBLES EN AGUA, E INCLUYEN CERAS, GRASAS, PIGMENTOS, ESTEROIDES Y TERPENOIDES, SIENDO LOS MAYORES PRECURSORES DE LOS HC EL KERÓGENO SE FORMA EN DOS ETAPAS SUCESIAS: POLIMERIZACIÓN Y REORDENAMIENTO POLIMERIZACIÓN INVOLUCRA LA FORMACIÓN DE GEOPOLÍMEROS A PARTIR DE BIOMONÓMEROS COMIENZA POCO DESPUES DE LA MUERTE DEL ORGANISMO Y SE COMPLETA EN UN TIEMPO GEOLÓGICO CORTO, CIENTOS O MILES DE AÑOS LA PRESERVACIÓN DEL MATERIAL ORIGINAL Y POSIBILIDAD DE FORMAR KERÓGENO, DEPENDERÁ DE LAS CONDICIONES BIOQUÍMICAS QUE ENCUENTRA LA M.O. DURANTE SU TRANSPORTE, SEDIMENTACIÓN Y SOTERRAMIENTO. 12

13 EL PROCESO POR EL CUAL LA M.O. SE ALTERA POR EFECTO DEL INCREMENTO DE TEMPERATURA SE DENOMINA CATAGÉNESIS. SE PUEDE DIVIDIR EN LA ZONA DE PETRÓLEO, QUE CORRESPONDE A LA VENTANA DE PETRÓLEO, DONDE EL PETRÓLEO LÍQUIDO ES ACOMPAÑADO POR LA FORMACIÓN DE GAS, Y LA ZONA DE GAS HÚMEDO, DONDE HC LIVIANOS SON GENERADOS POR CRACKING, CONTENIENDO METANO Y CONSIDERABLES CANTIDADES DE ETANO, PROPANO Y PETRÓLEOS PESADOS. LA VENTANA DE GAS CORRESPONDE AL INTERVALO TOPE GAS HÚMEDO ZONA GAS SECO DIAGÉNESIS ORGANICA REFIERE A LOS CAMBIOS QUÍMICOS, FISICOS Y BIOLÓGICOS DE LA M.O. LUEGO DE LA SEDIMENTACIÓN, PUDIENDO ALCANZAR 60 ºC. ES LA ALTERACIÓN TEMPRANA DONDE LOS RESTOS DE ORGANISMOS TERRESTRES O ACUÁTICOS SON ALTERADOS Y/O DEGRADADOS POR PROCESOS QUIMICOS A BAJAS TEMPERATURA A MEDIDA QUE AUMENTA PROF, AUMENTA T SE VA PRODUCIENDO LA RUPTURA TÉRMICA Y TERMOCATALÍTICA DE LA M.O. DISPERSA EN SEDIMENTOS. Conversion of Kerogen Organic matter: 1% Kerogen 90% Bitumen 10% Reflectancia Vitrinita, secciones pulidas de kerógeno sumergidas en emulsiones, porcentaje de luz incidente (l 546 nm) reflejada de particulas de vitrinita (telocollinita) PRIMERO LOS HETEROÁTOMOS EN FORMA DE PRODUCTOS VOLÁTILES (CO2, H2S,N2) Y SUCESIVAMENTE SE FORMAN HC CADA VEZ MÁS LIVIANOS, CONVIRTIÉNDOSE LOS SÓLIDOS EN LÍQUIDOS Y ÉSTOS EN GASES. Ro < 0,5 % Barker,

14 ESTA ALTERACIÓN COMIENZA EN LA COLUMNA DE AGUA Y SE EXTIENDE A TRAVES DE LOS SEDIMENTOS INCONSOLIDADOS HASTA PARTE DE LOS COMPACTADOS COMO RESIDUO QUEDA UNA SUSTANCIA MÁS RICA EN C LA CATAGÉNESIS DE LA M.O. QUE SE PRODUCEN ENTRE 50-60º Y 200º C, ES LA ETAPA EN LA QUE SE ORIGINAN LA MAYOR PARTE DE LOS HC, QUE CONSTITUYEN EL PETRÓLEO Y GAS, POR DEGRADACIÓN TÉRMICA ESTA DEFINIDA POR VALORES DE REFLECTANCIA DE LA VITRINITA ENTRE 0,5 Y 2,0% (Ro) LA METAGÉNESIS CORRESPONDE A LA ZONA DE GAS SECO, DONDE ESE GAS ES GENERADO (2 4 % GOR) EL GAS SECO CONTIENE MÁS DE 98% METANO. General Scheme for Hydrocarbon Formation A MAYORES TEMPERATURAS SE LLEGA A PRODUCTOS FINALES DEL TIPO GRAFITO. 2.0% < Ro < 4.0% UNA ROCA GENERADORA EFECTIVA ESTÁ O HA GENERADO Y EXPELIDO PETRÓLEO. ESTA DEFINICIÓN EXCLUYE EL FACTOR COMERCIAL O ECONÓMICO. ELLA DEBE SATISFACER 3 REQUISITOS CANTIDAD DE M.O CALIDAD DE M.O. MADUREZ Tissot et al.,

15 Geochemical Exploration Questions Are source rocks present? (Requires minimum amt. of organic C) Are they oil or gas prone? (Type of OM) Are they thermally mature? (Are source rocks in the oil window?) Composition of Organic Matter Common Analytical Methods Used Elemental Analyses (C, H, O, N, S) Isotopes Gas Chromatography (GC) GC combined with Mass Spectrometry (GC/MS) Rock-Eval pyrolysis (Hydrogen Index and Oxygen Index) 15

16 Types of OM in Sediments Structured Spores and pollen Cellular plant tissues (leaves, stems, roots) Amorphous Algal debris Decayed higher plants (marine or terrestrial) Charcoal (carbonized wood) Recycled kerogen AMBIENTE DESARROLLO ORGANISMOS MODO TRANSPORTE SEDIMENTACION CONDICIONES DEL AMBIENTE PRESERVACION DE MO TIPO DE MO POSIBILIDAD DE GENERACION Lacustre Sedimentacion vertical Lagos estratificados Baja Energia Poco oxigeno Poca actividad bacteriana Moderada cantidad de mo Calidad : no oxidada Cantidad : alta a muy alta algal petroleo Terrestre Sedimentacion vertical Pantano Baja Energia Poco oxigeno Poca actividad bacteriana Calidad : no oxidada Cantaidad : muy alta leñosa Gas Carbon Talvez poco petroleo Terrestre Fluvial Rios Deltas AltaEnergía Mucho oxigeno Alta actividad bacteriana aerobia Mucho mineral asociado Calidad : muy oxidada leñosa Gas y algo de petroleo Terrestre Sedimentacion vertical Lagos eutroficos Baja Energia Algo de oxigeno Moderada actividad bacteriana anaerobia Calidad : relativamente no oxidada Cantidad : alta Leñosa y algal Probablemente no se conserve 16

17 AMBIENTE DESARROLLO ORGANISMOS Marino Marino Marino Marino litoral MODO TRANSPORTE Sedimentacion vertical Sedimentacion vertical Sedimentacion vertical Corrientes costeras SEDIMENTACION Borde continental cereca de zona de upwelling, com minimo nivel de oxigeno Poca circulacion de agua Oceanico abierto, profundidades abisales Costas, golfos CONDICIONES DEL AMBIENTE m de agua Baja Energia Poco oxigeno Poca actividad bacteriana. Precipitacion Somera Baja Energia Poco oxigeno Baja activididad bacteriana Baja Energia Gran cantidad oxigeno (corr fondo) Alta actividad bacteriana aerobia Alta Energia Mucho oxigeno Altaactividad bacteriana aerobia PRESERVACION DE MO Calidad : no oxidada Cantidad : alta Calidad : no oxidada Cantidad : alta Calidad : oxidada Cantidad : baja Calidad : relativamente no oxidada Cantidad : alta TIPO DE MO POSIBILIDAD DE GENERACION algal petroleo Algal y leñosa petroleo algal - algal petroleo Kerógeno: materia orgánica en las rocas no transformada en hidrocarburos. Es una fracción particulada de m.o. que se puede obtener de la pulverización de roca sometida a un solvente. Puede ser extraído de rocas carbonáticas y silicoclásticas tratándolas com ácidos inorgánicos, HCl y HF. El KG es uma mezcla de macerales y productos de degradación de la m.o. Macerales son restos de varios tipos de organismos vegetales y animales, distinguibles quimicamente, y morfológicamente, por reflectancia en microscopio petrográfico. 17

18 GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS Kerógeno: transformación LA CANTIDAD Y COMPOSICIÓN MACERAL DEL KERÓGENO DETERMINA EL POTENCIAL PETROLÍFERO Y PUEDE VARIAR VERTICAL Y HORIZONTALMENTE EN LA ROCA GENERADORA. kerógeno CO 2,H 2 O petróleo residuo CO 2,H 2 O gas residuo LOS TIPOS DE KG SE DISTINGUEN USANDO LA RELACIÓN H/C vs O/C O DIAGRAMA DE VAN KRAVELEN EL DIAGRAMA MODIFICADO UTILIZA EL IH vs OI (PIROLISIS ROCK EVAL) Y ANALISIS COT GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS Fracciones de minerales, kerógeno e hidrocarburos en las rocas 18

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21 METODOS DE ESTUDIO COT describe la cantidad de C organico en un muestra de roca e incluye al KG y al bitumen. No es un indicador claro del potencial hidrocarburífero. Metodos: Combustión directa, indirecta CG cromatografía gaseosa PETROGRAFIA ORGÁNICA : TAI (Indice de alteración térmica), cambios de color de polen y esporas al calentamiento Reflectancia Vitrinita, 40 a 60 secciones pulidas por muestra de kerógeno sumergidas en emulsiones, se mide el porcentaje de luz incidente (l 546 nm) reflejada de particulas de vitrinita (telocollinita) SE UTILIZAN LOS MÉTODOS DE MANERA INTEGRADA 21

22 Maturity Vitrinite Reflectance Data Dow and O Connor, 1982 Maturity Vitrinite Reflectance Profile, Elmsworth Field, Canada Welte et al.,

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26 Tipo III C O T Carbono Orgánico Total Describe la cantidad de C orgánico en un muestra de roca, incluyendo al KG y al bitumen. No es un indicador claro del potencial hidrocarburífero. Metodos: Combustión directa, indirecta INDICE DE HIDRÓGENO HI = (S 2 /COT) x 100m mg HC/ g TOC S 2 medida de la cantidad de HC producido por cracking de KG (mg HC/g roca) y de HC pesados, representa el potencial de la roca para generar petróleo. Indices altos indican gran potencial 26

27 ROCK EVAL PIRÓLISIS S 1 cantidad de HC libre que puede ser volatilizado sin cracking de KG (mg HC/g roca). Aumenta a expensas de S 2 con la madurez S 2 medida de la cantidad de HC producido por cracking de KG (mg HC/g roca) y de HC pesados representa el potencial de la roca para generar petróleo. S 1 + S 2 es la medida del potencial genético o cantidad total de HC que podría ser generado Indice de Productividad, PI = S 1 /(S 1 + S 2 ) aumenta gradualmente con la profundidad para pelitas. Para Tmax < 435 ºC y Tmax ºC, valores de PI que excedan 0,2 y 0,3 respectivamente, son considerados anómalos Pyrolysis Increase of S1 with Depth S1 S2 Indice de Hidrógeno, HI = (S 2 /COT) x 100m mg HC/ g TOC y S 2 /S 3 son proporcionales a la cantidad de Hidrogeno en el KG, e indican la potencialidad de generación. Indices altos indican gran portencial Indice de Oxigeno, OI = (S 3 /COT) X 100, mg CO 2 /g COT, se relaciona con la cantidad de oxigeno en el KG., el valor de S3 se obtiene de la pirolisis rock-eval. Barker, 1996 Tmax Tmax, mide la madurez térmica y corresponde en la pirólisis al T para máximo S 2 Pyrolysis Yield of Hydrocarbons with Increasing Temperature Changes in TR and Tmax S2 S1 S1 S2 S2/TOC = HI S3/TOC = OI Barker, 1974 Tmax Espitalie et al.,

28 HI versus OI Evaluation of Geochemical Parameters Peters, 1986 Peters, 1986 KG Tipo II 28

29 Grupos Macerales LIPTINITA (EXINITA) Alginita, sporinita, cutinita y resinita VITRINITA Plantas terrestres, collinita, telinita INERTITA Semifusinita, fusinita. FLUORESCENCIA UV MICROSCOPICA 29

30 Lipidos Fito zoo plancton Tipo I Petróleo Resinas Terrestre Tipo II Condensado KERÓGENO (LUZ TRANSMITIDA) MO SAPROPELICA MO HUMICA ALGAL AMORFO HERBÁCEO LEÑOSO CARBONOSO Azucares Terrestre Tipo II Gas MO Terrestre Tipo IV - MACERALES DEL CARBÓN (LUZ REFLEJADA) MO ESTRUCTURADA ALGINITA LIPTINITA EXINITA polen, esporas VITRINITA Fragm leña INERTITA carbonoso KEROGENO TIPO I, II TIPO III TIPO IV H/C 1,7 0,3 1,4 0,3 1,0 0,3 0,45 0,3 O/C 0,1 0,02 0,2 0,02 0,4 0,02 0,3 0,02 FUENTE MARINO Y LACUSTRE TERRESTRE TERRESTRE TERR RECICL PRONOSTICO PETROLEO PETROLEO Y GAS GAS Y CARBONES TRZ DE GAS NO PETROL Elemental Data For Kerogen Characteristics of a Good Oil Source Rock High organic carbon (TOC) High Hydrogen Index (HI) Vitrinite reflectance (indication of maturity) between R o Peters,

31 Anoxia vs bioturbación Indice generación potencial SPI, se define como la cantidad de HC (ton) que puede ser generado por un columna de roca de seccion (m 2 ). Es un método simple para rankear la productividad de una roca generadora, porque integra el tenor con el espesor. 31

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36 Recinto geológico (BB Cox): Suma de condiciones necesarias para la generación. Aporte orgánico biológico Ambiente marino o salobre (tipo de aporte) Temperatura inferior a 200º (mayor parte entre 60 y 150º) Presión equivalente a ~ m Edades entre Cámbrico (600) y Plioceno (1) Roca madre (W. Dow): roca que ha producido y expelido petróleo o gas en cantidades suficientes como para formar acumulaciones comerciales. Potencial roca madre: roca que tiene la capacidad de generar y que todavía no lo ha hecho debido a su insuficiente madurez térmica. 36

37 Factores que favorecen la generación (HD Hedberg): Abundante producción de m.o. apta (rica en H, lipídica) Condiciones rápidas anaeróbicas Ausencia de microorganismos que conviertan a la m.o. en compuestos no naftogénicos Sedimentación rápida y de finos Pronta disposición de roca reservorio 37

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40 Composición de Hidrocarburos FLUIDOS DEL RESERVORIO AGUA DE FORMACIÓN: SE ENCUENTRA TANTO EN LA ZONA ACUÍFERA COMO LA PETROLÍFERA. ZONA ACUIFERA INACTIVA CUANDO NO CONTRIBUYE AL PROCESO DE PRODUCCIÓN ZONA ACUÍFERA ACTIVA CUANDO PRODUCE, POR BARRIDO O LAVADO LENTO Y GRADUAL DEL PETRÓLEO HACIA ARRIBA TAMBIÉN HAY AGUA ASOCIADA AL PETRÓLEO Y AL GAS. CONNATA, INTERSTICIAL O IRREDUCIBLE. SATURACIÓN ENTRE 10 Y 30% AGUA CONNATA IRREDUCIBLE CUANDO LA SATURACIÓN NO DISMINUYE DURANTE LA EXPLOTACIÓN Composición de los Hidrocarburos Gas natural: C 1 a C 5 (poco CO 2, N 2 e H 2 S) Hidrocarburos líquidos: acíclicos, cíclicos e aromáticos Asfaltos y bitúmenes: gran proporción de resinas y asfaltenos (NOS) Compuestos sulfurados Compuestos nitrogenados Biomarcadores FLUIDOS DEL RESERVORIO PETRÓLEO:.CONSTITUÍDO PRINCIPALMENTE POR HC DE LA SERIE PARAFÍNICA (C n H 2n+2 ) CON MENORES CANTIDADES DE LA SERIE CÍCLICA NAFTÉNICA (C n H 2n ) Y AROMÁTICA(C n H 2n-6 ). ANÁLISIS QUIMICOS COMPLETOS HAN MOSTRADO MILES DE DISTINTOS COMPUESTOS PERTENECIENTES A 18 SERIES DE HC. METODO MUY COSTOSO ANÁLISIS QUÍMICO SIMPLIFICADO. SE MIDEN FRACCIONES PARAFINAS DESDE C 1 A C 5. LAS MÁS PESADAS SE AGRUPAN COMO UNA FRACCIÓN COMPUESTA, DENOMINADA C 6 + Y CARACTERIZADA POR SU P.MOLEC. Y PTO. EBULLICIÓN. OTRA CLASIFICACIÓN SE BASA EN LA GRADO API (American Petroleum Institute). ESTA GRAVEDAD SE MIDE CON UN HIDRÓMETRO FLOTANTE DE MODO SENCILLO Y SE RELACIONA CON LA DENSIDAD (GRAVEDAD ESPECÍFICA) DEL PETRÓLEO RELATIVA AL AGUA A 60ºF Y 1 atm OTRA CLASIFICACIÓN ES POR EL VOLUMEN DE GAS QUE LIBERA ANTES DE COMENZAR LA EXPLOTACIÓN, UNA UNIDAD DE VOLUMEN DE PETRÓLEO. AMBOS VOLÚMENES SE MIDEN EN SUPERFICIE Y SE EXPRESAN EN CONDICIONES STANDARD O DE TANQUE. ESTA RELACIÓN GAS PETROLEO SE DENOMINA CON LA SIGLA GOR EL VOLUMEN DE LIQUIDO SE EXPRESA EN BARRILES (bbl) EL VOLUMEN DE GASES EN PIES CUBICOS (ft 3 ) 40

41 FLUIDOS DEL RESERVORIO GAS NATURAL: O DE FORMACIÓN, CONTIENE TÍPICAMENTE ENTRE 0,6 Y 0,8 DE METANO CON HC C2 A C5, CADA VEZ EN MENOR PROPORCIÓN PUEDE CONTENER IMPUREZAS DE NITRÓGENO, CO 2 O SULFURO DE HIDRÓGENO. ESTOS ULTIMOS SON CORROSIVOS EN PRESENCIA DE AGUA. ADEMAS DEL SULFURO ES VENENOSO. LOS ANÁLISIS DE FRACCIONES DE HC EN FASE GASEOSA, HASTA C5 O C6, SON SENCILLOS DE REALIZAR POR DESTILACIÓN FRACCIONADA A BAJA TEMPERATURA, POR ESPECTROCOSPÍA DE MASA O POR CROMATOGRAFÍA LA CLASIFICACIÓN DEL GAS DE FORMACIÓN SE BASA EN LA DENSIDAD DEL GAS RESPECTO DE LA DEL AIRE A IGUAL TEMPERATURA. MEDICIÓN EN YACIMIENTO. El grado API (American Petroleum Institute) es una medida de densidad que describe que tan pesado o liviano es el petróleo comparadolo con el agua. Si los grados API son mayores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en esta. La formula usada para obtener la gravedad API es la siguiente: Grado API = (141,5/GE a 60 F) - 131,5 La formula usada para obtener la gravedad específica del líquido derivada de los grados API es la siguiente: GE a 60 F = 141,5/(Gravedad API + 131,5) 60 F (o 15 5/9 C) es usado como el valor estándar para la medición y reportes de mediciones. Por lo tanto, un crudo pesado con una gravedad específica de 1 (esta es la densidad del agua pura a 60 F) tendrá la siguiente gravedad API: (141,5/1,0) - 131,5 = 10,0 grados API. El PETRÓLEO se clasifica en liviano, mediano, pesado y extrapesado, de acuerdo a su medición de gravedad API. Crudo liviano es definido como el que tiene gravedades API mayores a 31.1 API Crudo mediano es aquel que tiene gravedades API entre 22.3 y 31.1 API. Crudo Pesado es definido como aquel que tiene gravedades API entre 10 y 22.3 API. Crudos extrapesados son aquellos que tienen gravedades API menores a 10 API. GEOQUÍMICA del PETRÓLEO es la disciplina que aplica los principios químicos al estudio del origen, migración, acumulación y alteraciones de ese fluído y utiliza sus conocimientos en la exploración y recuperación del petróleo, del gas y sustancias relacionadas. Esta disciplina brinda información neceseria para realizar mapas de tenor, tipo y de madurez térmica de la roca generadora. Estos mapas son muy necesarios para determinar la extensión geográfica y estratigráfica, y es la base para los muestreos de afloramientos y pozos para los análisis geoquímicos. Los principales métodos son pirólisis Rock Eval, COT, reflectancia de la vitrinita. 41

42 Estos métodos son capaces de determinar: 1) Potencial, efectividad y cantidad de petróleo 2) Gradiente de madurez térmica (inmadurez, madurez, sobremadurez) 3) Definir petróleo autóctono y migrado CLAVE EN LOS ESTUDIOS DE ROCA GENERADORA SERÁ: Criterios de muestreo, preparación, análisis de rocas y petróleo Logs geoquímicos Mapas geoquímicos Los logs geoquímicos de pozos son esenciales para el mapeo de las rocas generadoras. En ellos se plotean diversos parámetros geoquímicos, vs profundidad, y pueden ser elaborados a partir de secciones de superficie o luego de las perforaciones. 42

43 HIDROCARBUROS NO CONVENCIONALES HIDRATOS DE GAS HIDRATOS DE GAS ARENAS ASFÁLTICAS LUTITAS BITUMINOSAS PETRÓLEOS PESADOS Los hidratos de gas son un grupo especial de substancias químicas cristalinas que ocurren naturalmente, de agua y gases de poco peso molecular, llamados compuestos de inclusión, que tienen una estructura clathrática o de jaula y que incluyen moléculas de gas metano. 43

44 Formación de los hidratos de gas En la naturaleza los hidratos de gas se pueden formar en los sedimentos de los fondos marinos y en tierra en las zonas de "permafrost" de las regiones Árticas del hemisferio norte. La ocurrencia de hidratos de gas en los sedimentos de los fondos marinos está controlada por la temperatura, presión, composición de la mezcla de metano y de otros gases y la impureza iónica de los contenidos en los espacios porales de las rocas sedimentarias del fondo marino. ESTIMACIÓN DE LOS RECURSOS MUNDIALES DE GAS EN HIDRATOS Las estimaciones mundiales de gas metano en los depósitos de hidratos de gas, in situ, incluyendo las zonas con permafrost en tierra y en los sedimentos de los fondos oceánicos, fluctúan entre x m 3 de gas metano. El mayor volumen de hidratos está en los fondos marinos. De ser así, la cantidad de gas metano contenida en los hidratos de gas es casi dos órdenes de magnitud mayor que el total de metano comercial mundial, remanente recuperable, evaluado en 2.5 x m 3 Y unas dos veces el C equivalente a todos los depósitos conocidos de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). LUTITAS BITUMINOSAS PETRÓLEO EN LUTITAS 35/45 L DE ACEITE POR TON ESTIMATIVO: 3000 MILL DE BARR EN EL MUNDO PETRÓLEO, GAS, AZUFRE Y OTROS SUBPRODUCTOS GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ARENAS ASFÁLTICAS MEZCLA DE ARENA, ARCILLA Y LIMO CON BITUMEN ALTA VISCOSIDAD NO PERMITE SER BOMBEADO MINERÍA A CIELO ABIERTO CANADÁ, RUSIA, ARGENTINA 44

45 1) La reflectancia de la vitrinita (Ro) dentro de algunos límites, es un buen indicador de madurez térmica de la materia orgánica, indicando la temperatura máxima alcanzada. Cuando 1,5% < Ro < 2,5%, solo habría posibilidad de generación de: a) Petróleo pesado b) Gas seco c) Condensado d) Petróleo liviano e) Gas biogénico 2) Cuál es el factor preponderante para favorecer las reacciones que transforman el kerógeno em petróleo y gas? a) Composición del KG b) Acción de catalizadores c) Temperatura d) Presión e) Tiempo 3) En una determinada área de uma cuenca, se mapearon 11 prospectos para petróleo com las siguientes parámetros medios para cada uno: Área 6 km2 Espesor reservorio 30 m Porosidad 25% Saturación de agua 20% Bo 1,1 Recuperación 30% Considerando um Indice de Exito del 15% em perforación de los prospectos, el volumen total de petróleo recuperable que espera descubrir em el área, em millones de m3 sera: a) 12,14 b) 16,19 c) 27,21 d) 35,83 e) 49,73 4) Un campo de 10 km 2 de area cerrada, y en torno de 50 m de espesor de roca sello, tiene un reservorio portador de 20 m espesor, porosidad homogénea de 25% y saturación de petroleo medio en torno de 80%. a) Cuál es el volumen de petroleo in situ en m 3, descubierto por un pozo en este campo? b) Considerando um factor de recuperación de 30%, cuál es el volumen recuperable en m 3, por este pozo? 45