cap1. geologia de los hidrocarburos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFacultad: INGENIERÍA

Escuela académico profesional: INGENIERÍA GEOLÓGICA

Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes UNC-EAPIG wmorales @unc.edu.pe

Geología de los HidrocarburosGeología de los HidrocarburosCAP ICAP I

Cajamarca Abril de 2012




• CAPITULO I• INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA DE LOS HIDROCARBUROS.• 1.1 Generalidades• 1.2 Génesis de Petróleo y gas• 1.3 Propiedades químicas y físicas de los hidrocarburos• 1.3 Breve reseña histórica de la explotación del petróleo

en el Perú• 1.4 Porosidad primaria, porosidad secundaria, etc.,

Permeabilidad • 1.5 Trampas petrolíferas.- definiciones • 1.6 Introducción a las presiones de los fluidos: Presión

capilar y presión de desplazamiento en los hidrocarbu




• CONCEPTOS BÁSICOS• Play• El play es un modelo inicial que combina un cierto número de factores

geológicos con el resultado de la existencia de acumulaciones de hidrocarburos en un determinado nivel estratigráfico de la cuenca.

• Los aspectos implicados en el play, son los siguientes:• - Sistema de carga: Roca madre (generación; expulsión de fluidos) y

Migración secundaria (capas de transporte; trayectorias de migración).• - Formaciones almacén (almacenan petróleo y permiten su extracción

comercial). Se evalúan la porosidad, la permeabilidad y la geometría del almacén.

• - Sello (caprock).• - Trampas donde se concentre el petróleo, permitiendo su extracción

comercial.• - Relación temporal entre los distintos factores.




• De esta forma, se define play como un conjunto de prospecciones no perforadas y de yacimientos conocidos de petróleo, que en principio, se creen comparten un almacén común, un sello regional y un sistema de carga de petróleo.




Combustibles fosiles (fossil fuels): fuentes de energia que se formaron de los restos de organismos

Petroleo (oil)Gas natural (natural gas)Carbon (coal)Lutitas bituminosas (oil shale)Arenas asfalticas (tar sand)

Recursos de energia: Combustibles fosilesRecursos de energia: Combustibles fosiles




Energía

Es la causa capaz de transformarse en trabajo mecánico y que lleva implícita la generación de calor…

Uno de los principios básico es el de la conservación de la energía: … EN LA NATURALEZA LA ENERGIA NO SE PIERDE, SOLO SE TRANSFORMA… de allí que todo sistema está en perfecto equilibrio.

energía (del griego en, y ergon, acción).




Etimológicamente, petróleo significa aceite (Oleum) de piedra (Petro).

¿Qué es el petróleo?

En algunos sitios el petróleo aflora a la superficie, los cuales se denominan “menes”, de allí que desde la aparición del hombre esta fuente energética ha sido utilizada.




• El petróleo se encuentra bajo tierra, en diferentes regiones, distribuidas por todo el planeta, conocidas con el nombre de cuencas sedimentarias. Las cuencas sedimentarias están formadas por capas o estratos dispuestos uno sobre otro, desde el más antiguo al más reciente y cada estrato tiene constitución diferente al otro.

•El petróleo es producto de la acumulación de restos orgánicos depositados junto con grandes masas de sedimentos en el fondo de los mares, a lo largo de millones de años. Así las cuencas sedimentarias guardan íntima relación con las áreas productoras de petróleo.




El petróleo es una mezcla en la que coexisten en fases sólida, liquida y gaseosa, compuestos denominados hidrocarburos, constituidos por átomos de carbono e hidrogeno y pequeñas proporciones de otros elementos con presencia de nitrógeno, azufre, oxigeno y algunos metales, ocurriendo en forma natural en depósitos de roca sedimentaria. Su color varía entre ámbar y negro.

¿Qué es el petróleo?




La composición elemental del petróleo generalmente está comprendida entre los siguientes rangos porcentuales.

ELEMENTOS PORCENTAJE

Carbono 84 - 87

Hidrógeno 11 - 14

Azufre 0 - 2

Nitrógeno 0,2

Composición básica del petróleo




TEORIA FORMACION DE HIDROCARBUROS

El petróleo y el gas natural son combustibles fósiles que se habrían formado hace millones de años, por la acumulación de restos de animales y vegetales que se fueron acumulando en el fondo del océano.

Las bacterias presentes habrían descompuesto esta materia muy lentamente, por la escasa cantidad de oxígeno presente en esas profundidades.

Con el paso de tiempo, se incremento la capa de fango y sedimento sobre esta materia orgánica, aumentando la presión sobre ella.

Hidrocarburos




GAS

PETROLEO

AGUA

Roca Impermeable

Roca Porosa

Esquema yacimientos de hidrocarburos




Hidrocarburos

AlifáticosAromáticosPresentan anillos

bencénico

InsaturadosSaturados

Alcanos AlquinosAlquenos

Clasificación de los hidrocarburos




Petróleos livianos (parafínicos)

• Muy fluidos

• Menos pesados que el agua

• Fáciles de manejar

Petróleos pesados (alifáticos)

• Viscosos

• Espesos

• Mas pesados que el agua

• Difíciles de transportar

Tipos de petróleos y sus características




Es un líquido de variados colores que van desde el negro hasta amarillo claro , fluorescente con reflejos verdes o verde azulado.

Su densidad varía entre 0.615 hasta 0.994g/cm3

Insoluble en agua y soluble en éter, benceno, cloroformo, etc.

Viscosidad variable aumentando con la densidad del mismo.

El petróleo y sus características




DefinicionesRecursos: son substancias sólidas, líquidas o gaseosas, susceptibles de ser explotadas por el hombre para su aprovechamiento.

Reservas: a) parte del recurso que resta explotar; b)parte del recurso cuya explotación es económicamente rentable en el momento socioeconómico y político que rija en la actualidad.

Sedimento orgánico: roca o sedimento con una cantidad de materia orgánica superior al 50% en peso de los constituyentes de la misma.

Diagénesis: procesos físicos y químicos que afectan al sedimento después del deposito y hasta antes del metamorfismo de bajo grado

Carbón: sedimento orgánico constituido por restos vegetales transformados durante la diagénesis.

– Carbón húmico: el constituyente orgánico procede de restos vegetales terrestres.

– Carbón sapropélico: el constituyente orgánico procede de restos vegetales subacuáticos.




• Humus: serie de productos macromoleculares de estructura muy compleja (ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas).

• Kerógeno: sedimento orgánico constituido por restos de humus, fitoplancton y zooplancton.• – Kerógeno I: procede de transformación de lípidos y de algas y se considera formado

en ambientes lacustres. Es muy rico en H y pobre en O. Produce crudos ricos en HC saturados• – Kerógeno II: es una mezcla entre KI y KIII, con valores intermedios entre ambos de H y

O y que procede de restos de organismos vegetales y animales marinos. Produce aceites ricos en aromáticos y nafténicos. Genera más gas que los de tipo I.

• – Kerógeno III: procede de transformación de restos vegetales transportados desde el continente (humus) a zonas marinas. Es rico en O y el pobre en H. Genera sobre todo gas seco.

• – Kerógeno IV: proviene de fuentes muy oxidadas durante la deposición. Casi no produce petróleo ni gases.

• Petróleo: producto de transformación por diagénesis de kerógeno, constituido por hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos (HCs).




Origen del petróleo

Las teorías originales, sobre un origen inorgánico del petróleo han quedado descartadas:

Desde mediados del siglo XIX hasta un poco después de la Segunda Guerra Mundial, el petróleo se fabricó industrialmente: rocas sedimentarias se ponían a cocer a una temperatura de 500 ºC en ausencia de oxígeno. A estas temperaturas tan altas ocurren ciertas reacciones fisicoquímicas que transforman la materia orgánica - que abunda en este tipo de rocas - en petróleo. Este proceso podía ser semejante a la formación natural del petróleo, cuyo mecanismo era entonces desconocido.




Factores que condicionan la formación del petróleo

a) Factores biológicos

Aporte de materia orgánica:

a) humus

b) organismos planctónicosTransformación de la materia orgánica en petróleo:

a) enriquecimiento en C e H

b) empobrecimiento en O y N




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.




2da 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).

3er etapa

Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se polimerizan y forman ciclos 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




• Propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos • PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL PETRÓLEO• Veamos algunos de los parámetros empleados en la clasificación del petróleo:• Gravedad (ºAPI)

• Un fluido con una gravedad específica de 1.0 g/cm3 (agua dulce), tiene una gravedad API de 10º. En

• función de su ºAPI podemos hablar de:• Petróleos pesados (ºAPI<20). Son de menor valor comercial y de más difícil• extracción. Típicos de California, Venezuela, México y Sicilia.• Petróleos normales (20<ºAPI<40). La media mundial está en 33 ºAPI.• Petróleos ligeros (ºAPI>40). Típicos de Argelia, SE de Australia, Indonesia y los• Andes.• En condiciones superficiales, los petróleos son menos densos que el agua; sin embargo, en el• subsuelo la densidad del petróleo es menor todavía (0.5 g/cm3). Las densidades de los gases

también• varían, según estén en condiciones superficiales o en el subsuelo.




• Viscosidad (η)• Es la fricción interna del fluido que causa la resistencia a cambiar de forma. Varía con

la presión y la temperatura (mayor temperatura, menor viscosidad).

• La viscosidad varía con la densidad, es decir, es función del número de átomos de carbono y de la cantidad de gas disuelto en el crudo; La viscosidad en crudos ligeros es inferior a 30 mPa; los valores más frecuentes son de 0.5-0.6 mPa (viscosidad de la gasolina); Los crudos pesados (asfálticos) tienen densidades de 50000-100000 mPa; estos crudos (alquitranes naturales), presentan grandes dificultades de recuperación.

• Un buen indicador de viscosidad, es el llamado punto puro, que es la temperatura más baja a la cual el crudo fluye. Así, para puntos puros de más de 40 ºC, son característicos los crudos pesados con ceras; para puntos puros de menos de 36 ºC, se dan crudos ligeros.




• Factor expansión• El petróleo pierde volumen y “se encoge” en

su camino hacia la superficie, debido a la liberación de gases disueltos. El factor de pérdida de volumen (shrinkage) varía entre 1 para los petróleos próximos a la superficie y que casi no contienen gases disueltos, y 2 para petróleos muy gaseosos en almacenes profundos.




El 27 de agosto de 1859 en un pozo construido por Drake, en Oil Creek, Titusville, Pensilvania, se encontró petróleo en cantidades suficientes para ser utilizado masivamente.

Hay que destacar que lo más importante no es que el pozo de Drake fuera o no el primero, sino que con dicho pozo en Titusville se dio inicio a la espectacular carrera de la industria petrolera, la cual no ha parado desde entonces. Desde ese mismo día, otros hombres construyeron su propios pozos petrolíferos en las cercanías del de Drake.

El primer pozo petrolero

Edwin Drake (1819-1880)

Foto del pozo



Exploración de hidrocarburos• Geología de superficie

• Líneas sísmicas

• Pozos exploratorios en tierra y mar

• Exploración desde el espacio





Torre de perforación




Transporte de petróleo

El crudo se envía de los yacimientos a las refinerías para obtener los distintos productos derivados.

Por vía terrestre: Por oleoductos de 30-60 cm de diámetro con estaciones en el trayecto para bombearlo y calentarlo para disminuir su viscosidad. Los poliductos se destinan al transporte alternativo de los diferentes productos. Adicionalmente los productos son transportados por vagones-tanques del ferrocarril o camiones cisternas.

Por vía marítima: buques petroleros, también llamados barcos cisternas o buques tanque, con bodegas de gran capacidad. Japón ha construido petroleros gigantescos, "supertanques" de 400 metros de eslora, que acarrean hasta 500.000 m3.




Refinación de petróleo

Consiste en romper o descomponer hidrocarburos de elevado peso molecular (combustibles como el gas oil y fuel oil), en compuestos de menor peso molecular (naftas).

En el proceso siempre se forma hidrógeno y compuestos del carbono. Es muy importante en las refinerías de petróleo como un medio de aumentar la producción de nafta a expensas de productos más pesados y menos valiosos, como el kerosene y el fuel oil.

Crackeo (rompimiento)

Crackeo (rompimiento)

Es el proceso más importante de la refinación, y esta basada en los diferentes puntos de ebullición de los componentes del crudo, que permite separarlos mediante evaporación y condensación.

Destilación




El Negocio del Petróleo




9.9 %

22.5 %

7.6 %

52.4 %

7.6 %

Gasolina Jet fuel Diesel Lubricantes Residuales

15.7Litros 35.712.183.4 12.1

Rendimiento promedio de un barril de petróleo

1 barril = 159 litros




2007. El petróleo en la matriz energética mundial

Petróleo Carbón GasNuclear Hidroelectricidad

Total Consumo = 223 MMBDPE

6.4 %

5.6 %

28.6 %

23.8 %

35.6 %

Transporte IndustriaEléctrico Resid/Comercial

48 %

29 %

16 %7 %

16 %

15 %69 %

2 %

24 %

38 %36 %

4 %

14 %

72 %10

%

100

%

100

%

3 %

97 %

70 %

10 %20 %

29 %

28 % 43 %

41 % 46 %

13 %

Emisión CO2Total = 23.6

millardos TM

21 %

17 %

22 %

40 %

PETROLEO (36 %)

CARBON (23 %)

GAS (21 %)

BIOMASA (11 %)

NUCLEAR (7 %)

HIDRO (2 %)

ELECTRICIDAD (36 %)

RES/COMERC (24 %)

INDUSTRIAL (22 %)

TRANSPORTE (18 %)

2005. Consumo Mundial de Energía

Total = 198 MMBDPE8 %

29 %

16 %47 %




El uso acelerado e indiscriminado de los combustibles fósiles ha ocasionado un deterioro del hábitat del hombre, teniendo como su principal factor la emisión de gases de efecto invernadero, originando así el fenómeno denominado

cambio climático




Crecimiento Población

Crecimiento Desastres

Crecimiento Emisiones

CO2

Cambio Climático




Energías renovables

Transporte

Electricidad

Calentamiento

Biomasa

Eólica

Geotérmica

Maremotriz

Hidráulica




Energía Siglo XXl (otras acciones y tecnologías)

Eficiencia Energética

Automóviles Híbridos

Automóvil de Aire Comprimido

Automóvil a agua

Automóviles eléctricos (Better Place)

Energía Steorn (energía libre) ?

Energía Solar Dirigida Espacial (SSP)

Skysails (Barcos a Vela)

Celdas Solares en rollos

Captura de CO2

Energía genética (LS9 Petroleum™)

Cambio paradigma del motor a combustión interna

La energía alternativa mas barata




La energía es el pilar fundamental de la evolución humana

El petróleo es la fuente energética de mayor uso por su facilidad de transporte y sus múltiples usos.

El crecimiento poblacional y el uso indiscriminado de los combustibles fósiles afectan altamente el hábitat del hombre (efecto antropogénico)

Para preservar la humanidad es necesario un desarrollo sustentable

Es necesario descarbonizar el sistema energético mundial.

Las energías renovables jugaran un preponderante rol en el futuro cercano

Lecciones Aprendidas




¿Dónde se lo encuentra?

Zonas de menos de 600 Millones de años

Yacimientos de roca sedimentaria

Lugares donde hubo mar

Filtración a través de la roca Llega a la superficie

Queda atrapado por una roca impermeable(trampas)

Yacimiento




Porosidad

la porosidad es la capacidad de un material

de tener poros, entendiendo por poro cualquier espacio de una

masa que no esté ocupado por un

.material sólido, sino por un fluido (agua, aire,

petróleo,..).

Cualitativamente




Porosidad

Definición de la Porosidad La porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento de

fluidos que posee una roca y se define como la fracción del volumen total de la roca que corresponde a espacios que pueden almacenar fluidos.

Como el volumen de espacios disponibles para almacenar fluidos no puede ser mayor que el volumen total de la roca, la porosidad es una fracción y el máximo valor teórico que puede alcanzar es 1. Muchas veces la porosidad es expresada como un porcentaje, esta cantidad resulta de multiplicar la ecuación 1.1 por 100.




Clasificación de la porosidadLa porosidad de una roca puede ser clasificada de dos maneras: 1.- Según su origen.

1.1. Original o Primario1.2. Inducida o secundaria

2.- Según la comunicación de sus poros.2.2. Absoluta o Total2.2. Efectiva




1.1.- Porosidad Primaria:Es aquella que se desarrolla u origina en el momento de la formación o

depositaciòn del estrato.Los poros formados en esta forma son espacios vacíos entre granos

individuales de sedimento.Es propia de las rocas sedimentarias como las areniscas (Detríticas o

Clásticas) y calizas ooliticas (No-Detríticas), formándose empaques del tipo cúbico u ortorrómbico.

1.2.- Porosidad Secundaria o Inducida:Es aquella que se forma a posteriori, debido a un proceso geológico

subsecuente a la depositaciòn del material del estrato o capa. Esta porosidad puede ser:

Porosidad en solución: Disolución de material solidó soluble constitutivo de las rocas.

Porosidad por Fractura: Originada en rocas sometidas a varias acciones de diastrofismo.

Porosidad por Dolomitizacion: Proceso mediante el cual las calizas se convierten en dolomitas, que son mas porosas.




• La porosidad total siempre va a ser mayor o igual a la efectiva. Para el ingeniero de yacimientos la porosidad más importante es la efectiva, pues constituye los canales porosos interconectados, lo que supone que puede haber importante saturaciones de hidrocarburos en dichos espacios.

• La porosidad es considerada :• • Muy Baja cuando es =< 5%• • Baja cuando es >5% pero =<10%• • Promedio cuando es >10% pero =<20%• • Buena cuando es >20% pero =<30%• • Excelente cuando >30%




• Factores que Afectan la Porosidad• • Escogimiento de los granos: Mientras los granos de la roca sean más

uniformes mayor será la porosidad.• • Arreglo de los granos: La simetría influye en el valor de la porosidad,

mientras menos simetría exista más afecta la porosidad.• • Cementación: Los granos estan “pegados” entre sí mediante uuna

cementación natural que por supuesto resta espacio poroso a ser ocupado por los hidrocarburos.

• • Presencia de Grietas y Cavidades: Son factores que favorecen la porosidad

• • Consolidación: La presión de sobrecarga de un estrato crea acercamiento entre las rocas.

• Mientras sea menor su efecto, mayor será el valor de porosidad.




Presencia de material cementante Los granos que conforman la matriz de la roca se encuentran unidos entre sí por material cementante, el cual se encuentra compuesto principalmente por sílice, carbonato de calcio y arcilla. La presencia de material cementante afecta la firmeza y compactación de la roca, por lo tanto afecta la porosidad de la misma. A medida que aumenta la cantidad de material cementante, la porosidad del sistema disminuye, debido a que este material se aloja en los espacios disponibles para la acumulación de fluidos. Por esta razón, la porosidad de arenas no consolidadas (las cuales presentan poca cantidad de material cementante) es mucho mayor que la porosidad de arenas altamente consolidadas o compactadas.

Factores que afectan la Porosidad




Geometría y distribución del tamaño de los granos Figura 1.5 Distribución del tamaño de los granos Dependiendo del ambiente depositacional en el cual se originó la roca, los granos que la conforman presentarán una determinada distribución en su tamaño. Esta variación en el tamaño de los granos se conoce como escogimiento y es un factor que afecta la porosidad de la roca.





La forma de los granos también afecta la porosidad de la roca. Un sistema compuesto por granos perfectamente redondeados presentará una porosidad mayor que un sistema formado por granos alargado, como se aprecia en la figura





Presión de las capas suprayacentes Otro factor que afecta la porosidad es la compactación originada por la presión de sobrecarga, la cual es ejercida por el peso de las capas suprayacentes de la roca. A medida que aumenta la profundidad, la presión ejercida por la columna de sedimentos aumenta, esto genera una fuerza que tiende a deformar los granos y reducir el volumen de espacios vacíos, por lo tanto se origina una reducción en la porosidad.

Cuando los fluidos contenidos en el espacio poroso son producidos, la presión interna disminuye, pero la presión externa (presión de sobrecarga) permanece constante, con esto se crea un desequilibrio que origina esfuerzos que tienden a disminuir el volumen bruto y el volumen poroso de la roca, lo que se traduce en una reducción en la porosidad.


cap1. geologia de los hidrocarburos

Documents

ingenieraescuela

wilver morales

eapig wmorales

ingeniera

unc

humus

kergeno

api