fundamentos de geologÍa

FUNDAMENTOS FUNDAMENTOS DEDE

GEOLOGÍAGEOLOGÍA

¡Una Introducción a los últimos 4,5 billones de años!¡Una Introducción a los últimos 4,5 billones de años!

Ing. Danitza Ivana Mendez CamposIng. Danitza Ivana Mendez Campos

Gestión en Petróleo y Gas Natural - TECBAGestión en Petróleo y Gas Natural - TECBA

ContenidoContenido

• Objetivos• Introducción• Tiempo Geológico• Estructura y Composición de la Tierra• Ciclo de las Rocas• Tipos y Diagénesis de las Rocas• Geología del Petróleo


ObjetivosObjetivos

• Obtener un entendimiento básico en Geología y su importancia

• Describir los grupos principales de rocas• Entender la importancia de la rocas

sedimentarias• Delinear la diagénesis sedimentaria con

énfasis en la evolución del petróleo y el gas


En el principio ….En el principio ….


• La Tierra tiene una Historia

– La Sociedad Geológica de América (The Geological Society of America)

• Objetivo

– Utilizando evidencias de campo (recopiladas en Boulder, CO), mostrar que la Tierra tiene una historia mucho más vasta que la historia del ser humano..

• Principios por Entender

– Horizontalidad Original

– SuperposiciónGestión en Petróleo y Gas Natural - TECBAGestión en Petróleo y Gas Natural - TECBA

Principios por EntenderPrincipios por Entender

• Horizontalidad Original

– casi todas las capas sedimentarias se acumulan horizontalmente

– por lo tanto, cualesquier rocas sedimentarias que estén inclinadas significativamente con respecto a la horizontal, son evidencia de las deformaciones de la corteza de la Tierra.

• Superposición

– en cualquier secuencia de rocas estratificadas, la capa inferior fue depositada primero y, por lo tanto, es la capa más vieja


Tiempo GeológicoTiempo Geológico

• Qué tan vasto es el tiempo geológico

Historia de la Tierra y los Seres Historia de la Tierra y los Seres HumanosHumanos

Primeros fósiles con caparazones 560,000,000 años 12 pies / 12 m

100 ft

80 ft

70 ft

60 ft

50 ft

90 ft

40 ft

30 ft

20 ft

10 ft

00 ft

Areniscas blancas que forman los Flatirons 300,000,000 años 6.5 pies / 6.5 m

Primeros mamíferos (de sangre caliente) 245,000,000 años 5.4 pies / 5.4 m

Areniscas blancas de la cordillera de Dakota 130,000,000 años 2.9 pies / 2.9 mExtinción de los dinosaurios 65,000,000 años 1.5 pies / 1.5 m

Primera cultura humana 2,000,000 años 0.55 pulg. / 4.5 cm

Pirámides 4,500 años 0.001 pulg. / 0.1 mm

Edad de la Tierra 4,500,000,000 años 100 pies /100 m

Fósiles más antiguos (Alga) 3,500,000,000 años 78 pies / 78 m

Cristiandad 2,000 años 0.0005 pulg. / 0.04 mm

Areniscas blancas del Cañón Eldorado 1,700,000,000 años 38 pies / 38 m

Primeros animales con vértebras (Peces) 500,000,000 años 11 pies / 11 m

Escala de Tiempo GeológicoEscala de Tiempo Geológico

0 años

65 millones de años




EÓN ERA



Cenozoico

Mesozoico

Paleozoico

Proterozoico

ArqueozoicoPre

cám

bric

oF

aner

ozoi

co

Hadeano

Eón FanerozoicoEón Fanerozoico

65 millones de años 180 millones de años 300 millones de años


Evolución de la vidaEvolución de la vida

Estructura de la TierraEstructura de la Tierra

Atmósfera

Corteza

Manto

Núcleo Externo

Núcleo Interno


Geología

Sedimentos

Yacimientos Petrolíferos o Gasíferos

IgneasIgneas(Primarias) Transformación de Igneas o

Sedimentarias por acción del calor, presión, agentes químicos

MetamórficasMetamórficasSedimentarias

RocasRocas

Grupos Principales de RocasGrupos Principales de Rocas

• Ígneas

• Metamórficas

• Sedimentarias


Ciclo de las RocasCiclo de las Rocas

El ciclo de las rocasMeteorización

Transporte

Deposición

Sedimentos

Petrificación

Rocas

sedimentarias

Metamorfismo

Rocas metamórficas

Fusión Cristalización

Consolidación

Rocas ígneas extrusivasLevantamiento

y Exposición

Rocas ígneas intrusiva

Rocas SedimentariasRocas Sedimentarias

• Enfoque primario para la Geología del Petróleo– 90% de las formaciones perforadas para petróleo y

gas son sedimentarias– la vasta mayoría de las reservas petroleras son

encontradas en rocas sedimentarias

• Las rocas sedimentarias consisten de sedimentos que en la mayoría de los casos han sido litificados formando rocas sólidas por medio de procesos de compactación y cementación.


Rocas sedimentariasRocas sedimentarias

• La fuente de estos sedimentos puede ser cualquier otro tipo de rocas, como se puede ver en el diagrama que muestra el ciclo de las rocas. Estas rocas se forman por dos orígenes:– Por material detrítico que se origina y transporta

como partículas sólidad originadas por erosión mecánica y química, que es luego litificada.

– Por material soluble producido mayormente por erosión química que cuando se precipita forma las rocas sedimentarias químicas


DiagénesisDiagénesis

• Cambios químicos, físicos y biológicos que ocurren después que los sedimentos son depositados y durante el tiempo que estos sedimentos son transformados en rocas sedimentarias; la diagénesis incluye a la litificación.


Rocas Sedimentarias detríticas Rocas Sedimentarias detríticas (clásticas)(clásticas)

• El tamaño de las partículas es la base para distinguir o clasificar las diferentes clases de rocas sedimentarias detríticas. Algunas rocas sedimentarias detríticas son:– Lutita (Shale)– Arenisca (sandstone)– Conglomerado (conglomerate)


Texturas de las ClásticasTexturas de las Clásticas

• Textura

– Clasto

– Matriz

– Cemento


Formas de las PartículasFormas de las Partículas

Término Forma

Cilíndrica

Esférica

Elipsoidal

Equidimensional


Dimensiones de las PartículasDimensiones de las Partículas

• Partículas

– Grava• Se puede observar

fácilmente

– Arena• visible, sensación

arenosa

– Limo• arenosa para los dientes

– Arcilla• repugnante, no

comestible

• Dimensiones

– >2 mm

– 1/16 a 2 mm

– 1/16 a 1/256 mm

– < 1/256 mm


Sedimentarías QuímicasSedimentarías Químicas

Rocas Sedimentarias químicasRocas Sedimentarias químicas

• La precipitación de sedimentos químicos ocurre de dos formas:

– Por procesos inorgánicos (evaporación y actividad química)

– Por procesos orgánicos (organismos que producen sedimentos)

• La caliza es la roca sedimentaria química más abundante, consiste del mineral llamado calcita y se forma por procesos inorgánicos o como resultado de procesos bioquímicos. Otras rocas sedimentarias químicas son:

– Lidita

– Evaporitas

– Carbón de piedra

EvaporitasEvaporitas

Anhidrita Yeso


CarbonatosCarbonatos

• Precipitados químicamente– CalizaCaCO3

– Dolomita CaMg(CO3)2


Sedimentarías OrgánicasSedimentarías Orgánicas

Carbonatos OrgánicosCarbonatos Orgánicos

• Caliza Fosilífera• Lumaquelita• Creta


Rocas SilíceasRocas Silíceas

• Rocas dominadas por SiO2

• Sílex• Diatomita• Sílex


Carboníferas Carboníferas

• Turba• Lignito• Carbón Bituminoso• Carbón de Antracita

Ambientes SedimentariosAmbientes Sedimentarios


CompactaciónCompactación

Lodo húmedoSedimento compactado

(agua expulsada)Pizarra cementada

(superficies divididas)


CementaciónCementación

• Precipitación del agua del subsuelo– óxido de hierro– sílice– calcita


Porosidad y PermeabilidadPorosidad y Permeabilidad

• Porosidad– cantidad total de espacio vacío

• Permeabilidad– capacidad de transmitir los fluidos a través de los

espacios interconectados de los poros

• Las rocas pueden tener ambas, alta porosidad con baja permeabilidad y viceversa


PorosidadPorosidad

• Porosidad Efectiva• Porosidad No Efectiva

• Porosidad Primaria• Porosidad Secundaria


PermeabilidadPermeabilidad

• Medida en Darcys• Unidades : Millidarcies (md)

– 1.0 a 10 Aceptable – 10 a 100 Buena– 100 a1000 Muy Buena– <5 md, areniscas apretadas o calizas densas


PermeabilidadPermeabilidad

Granos redondeados(por ejemplo, arenisca)

150 mdPermeabilidad horizontal

100 mdPermeabilidad vertical

Granos planos(por ejemplo pizarra)

50 mdPermeabilidad vertical

200 mdPermeabilidad horizontal

Petróleo

Gas

Origen del Petroleo

C +

Petróleo

H

Inorgánica Orgánica

Geología del PetróleoGeología del Petróleo

• El campo de la geología relacionado con la evolución y distribución de los hidrocarburos

DistribuciónDistribución

65 millones de años 180 millones de años 300 millones de años

Génesis de los HidrocarburosGénesis de los Hidrocarburos

• 5 Elementos Clave

– Acumulación de Rocas Madre

– Maduración

– Generación y Expulsión

– Expulsión y Migración

– Alteración

Acumulación de Rocas MadreAcumulación de Rocas Madre

• Producción de materias orgánicas– Plantas de tierra árboles, pastos de helechos, etc– Plantas acuáticas algas de plancton, etc– Bacterias

Ambientes DeposicionalesAmbientes Deposicionales

Deposición y OxigenoDeposición y Oxigeno

TTaassaass ddee ddeeppoossiicciióónn

BBaajjaa AAllttaa

OOxxííggeennoo NNoorrmmaall Roca No Madre

Series gruesas de

lutitas y arenas orgánicamente pobres

inter-estratificadas

OOxxííggeennoo RReedduucciiddoo CCoonnssiiddeerraabblleemmeennttee

Cuenca Restringida Subalimentada

Lutitas ricas orgánicas

clásicas gruesas


Análogos ModernosAnálogos Modernos

Medio Ambiente • 1. Cuencas Geológicas de

Profundidad Restringida• 2. Cuencas Geológicas de

Mesetas Submarinas Restringidas

• 3. Llanuras Deltaicas

• 4. Lago Ínter-montañoso

Analogía• A. Fosa de Cariaco

• B. Mar Báltico• C. Costa Afuera en

California

• D. Delta del Mekong• E. Everglades

• F. Lago Junggar

... y espere 100 millones de años... y espere 100 millones de años

1A. Fosa de Cariaco

2B. Costa Afuera en California

2C. Mar Báltico 3E. Delta del Mekong

3D. Everglades 4F. Lago Junggar

MaduraciónMaduración

• Enterramiento– cambios físicos y químicos– temperatura versus profundidad

del enterramiento• Aceite• Gas• Grafito

Generación y ExpulsiónGeneración y Expulsión

• “Ventana” de Aceite y Gas

Expulsión y MigraciónExpulsión y Migración

• Movimiento de los hidrocarburos en el subsuelo

– 1. Descarga

– 2. Drenaje

– 3. Migración

– 4. Remigración

AlteraciónAlteración

• Los hidrocarburos pueden ser alterados en el yacimiento– Degradación Bacteriana– Temperaturas Excesivas en el Yacimiento– Flujo de los Fluidos

TrampasTrampas

• …una estructura sedimentaria o tectónica que impide el movimiento hacia arriba del petróleo o gas y permite que se acumule por debajo de la barrera…

• Combinación de:– Rocas Madre– Camino(s) de la Migración – Rocas del Yacimiento– Sello o Capa Impermeable

Estructura Básica de las TrampasEstructura Básica de las Trampas

Trampas EstructuralesTrampas Estructurales

• Formadas por los movimientos tectónicos, deformando las rocas en estructuras adecuadas

Formación de las TrampasFormación de las Trampas

Trampa de Pliegue Trampa de Falla

Trampas EstratigráficasTrampas Estratigráficas

• Formadas en donde una combinación adecuada de los tipos de roca es depositada en un ambiente particular

Formación de las TrampasFormación de las Trampas

Trampa de Discordancia

Trampas de CombinaciónTrampas de Combinación

• Formada por ambos, elementos Estructurales y Estratigráficos

Clasificación de las TrampasClasificación de las Trampas

• Clasificador de los Campos de Petróleo y Gas– Segunda Edición– Compilada y Editada por el Dr. Norman J. Hyne

• 29 Trampas Diferentes Clasificadas– 11 Trampas Estructurales– 12 Trampas Estratigráficas– 6 Trampas de Combinación

¿Cómo está en el Subsuelo?

RocasImpermeables

Pliegues

Trampas

Trampas Estructurales Trampas Estructurales 1 de 61 de 6

ANTICLINAL

Los anticlinales son arcos grandes hacia arriba y fueron unos de los primeros tipos de trampas de petróleo reconocidas. Los anticlinales son formados en áreas de compresión, pueden tener zonas productoras múltiples y pueden formar campos gigantes.

TRAMPA DE FALLA NORMAL

Las fallas normales son causadas por fuerzas tensionales. En donde la falla normal corta las rocas inmersas, se forma una trampa contra la falla. La falla tiene que ser curvada (tal como se muestra en la ilustración) o dos fallas tienen que intersectarse para formar los lados de la trampa.


ANTICLINAL CALVO

Los anticlinales calvos y las estructuras producen de los flancos de la estructura. La parte superior no tiene fósiles. Cuando el anticlinal fue originalmente levantado, las rocas del yacimiento potencial fueron erosionadas desde la cima de la estructura, dejando una discordancia.

TRAMPA DE FALLA INVERSA

Las fallas inversas son causadas por fuerzas de compresión. La trampa es formada mediante rocas inmersas contra la falla. La falla tiene que ser curvada o dos fallas tienen que intersectarse (tal como se muestra en la ilustración) para formar los lados de la trampa.


ANTICLINAL DISLOCADO

Las fallas, ocasionadas con frecuencia por el plegamiento original del anticlinal, pueden en algunas ocasiones formar barreras impermeables y dividir la estructura en depósitos separados. La lutita de las desigualdades en las caras de la fractura a lo largo del plano de la falla puede ocasionar esto.

BLOQUE DE FALLA INCLINADO

Los bloques de falla inclinados son grandes bloques (con frecuencia miden varias millas en un lado) de rocas sedimentarias que fueron partidas e inclinadas por la falla normal. Ellos son formados en áreas de fractura, y ahora están cubiertos con sedimentos, y pueden formar campos gigantes.


DOMO

Un domo es una anticlinal circular o elíptica. Es formado con frecuencia por medio de las intrusiones subyacentes tales como rocas ígneas o rocas sedimentarias ascendentes (diapiro) tales como sal o lutita.

PLIEGUES DE ARRASTRE EN UNA FALLA DE CORRIMIENTO

Los pliegues de arrastre son formados por la fricción generada por los movimientos a lo largo de una falla. Las fallas de corrimiento son fallas inversas de ángulo bajo que ocurren con frecuencia en los cinturones de corrimiento o perturbados. Los pliegues de arrastre se forman tanto arriba como abajo de la falla de corrimiento.


YACIMIENTO FRACTURADO

Las fracturas añaden porosidad y mejoran más aún la permeabilidad de las rocas del yacimiento. Las rocas sedimentarias de grano fino tales como la lutita y la creta tienen porosidad pero carecen de permeabilidad, excepto en donde están fracturadas. Las fracturas ocurren cuando las rocas han sido plegadas o movidas a lo largo de la falla.

ANTICLINAL DE INVERSIÓN SOBRE UNA FALLA DE CRECIMIENTO

Las fallas de crecimiento (abajo hacia la cuenca) ocurren en sedimentos espesos no consolidados (llanuras o deltas oceánicos). Debido a que el plano de la falla es curvado, conforme el lado de la cuenca de la falla se mueve hacia abajo, un anticlinal (de inversión) amplio es formado sobre el lado (océano) de la cuenca.


FALLAS ANTITÉTICAS O SINTÉTICAS SOBRE UN ANTICLINAL DE INVERSIÓN

Las fallas antitéticas o sintéticas son fallas de tensión que cortan el anticlinal de inversión conforme éste se forma. Éstas fallas dividen con frecuencia a la anticlinal de inversión en numerosos depósitos separados.

Trampas EstratigráficasTrampas Estratigráficas 1 de 61 de 6

DISCORDANCIA ANGULAR

Una discordancia angular es una superficie erosional enterrada con capas de rocas inmersas por debajo de ella. Las rocas del yacimiento están ubicadas debajo de la discordancia y las rocas de cubierta sobre la parte superior de ella. Las discordancias angulares pueden formar trampas gigantes.

ARENISCAS ESTRATIGRÁFICAS - CANALES

Las areniscas estratigráficas son cuerpos de arena largos y delgados (canales o barras). Debido a que ellos están con frecuencia encajados en areniscas, ellos están llenos con frecuencia de petróleo, sin contacto con petróleo – agua. Los canales se forman como canales de un río abandonado y canales distributarios sobre deltas constructivos.

Trampas Estratigráficas Trampas Estratigráficas 2 de 62 de 6

ARENAS EN CONTRAFUERTE O SOBRE-POSICIONADAS

Las arenas en contrafuerte o sobre-posicionadas son arenas de playa que fueron depositadas sobre una superficie de discordancia conforme se elevó el nivel del mar. Numerosas arenas en contrafuerte pueden ocurrir a lo largo de una sola discordancia y cada una de ellas pueden formar un depósito.

ARENISCAS ESTRATIGRÁFICAS – BARRAS

Las barras se forman como playas, playas sobre deltas destructivos y barras costa afuera. Ellas son diferentes usualmente de los canales en la sección transversal (canal – U, barra ∩), la orientación (canal en ángulo recto, barra paralela a la costa) y la secuencia vertical (canal – afinamiento hacia arriba, barra – aumento del tamaño del grano hacia arriba).


ACUÑAMIENTO ASCENDENTE DE LAS ARENISCAS

Un acuñamiento ascendente o desencajamiento de las areniscas en la lutita forma una trampa. Estos son comunes en las llanuras costeras en donde el buzamiento ascendente es hacia la tierra. Ellos tienden a ser trampas pequeñas. Si el levantamiento ocasionó el buzamiento, el tipo de trampa es de combinación.

ARRECIFES BARRERA

Los arrecifes barrera son arrecifes grandes separados de la tierra por una laguna. Las calizas planas del arrecife son originalmente buenas rocas de yacimiento y las calizas de la laguna no lo son. La porosidad inversa debida a la re-cristalización, solución y dolomitización tardías puede invertir esto. Los arrecifes barrera pueden formar campos gigantes.


ATOLÓN

Los atolones son arrecifes circulares o elípticos grandes con una laguna central. Originalmente las calizas planas del arrecife circular son rocas del yacimiento potencial y las calizas de micrita de la laguna no lo son. La porosidad inversa puede invertir esto con el tiempo. Los atolones pueden formar campos gigantes.

BANCOS DE ARENA SUMERGIDOS OOLÍTICOS

Los oolíticos son esferas de las dimensiones de la arena de CaCO3, que

fueron precipitados fuera de los mares someros tropicales. Las corrientes y las olas barrieron los oolíticos en montículos alargados. Un banco de arena sumergido oolítico forma un banco pequeño, pero muchos bancos de arena sumergidos son encontrados con frecuencia paralelos entre sí.


ARRECIFES CON PINÁCULOS O MANCHAS PEQUEÑAS DE HIDROCARBUROS

Los arrecifes con pináculos o manchas pequeñas de hidrocarburos (tabla) son arrecifes circulares pequeños. Los arrecifes con pináculos están ubicados en el lado de la cuenca de un arrecife barrera y los arrecifes con manchas pequeñas de hidrocarburos en la laguna. El arrecife forma un campo pequeño, pero usualmente existen numerosos arrecifes (y depósitos) en el curso.

ALUVIÓN DE GRANITO

El aluvión de granito es una arenisca formada por roca de basamento de granito meteorizada. El granito está compuesto de cristales del tamaño de la arena de grano grueso que se meteorizan para formar areniscas que cubren los flancos de las montañas y colinas de granito enterradas. Las rocas madre se producen más profundo, a lo largo de los flancos.


BIOHERMAS

Las biohermas son depósitos en forma de montículos o lentes de caliza biológica formados por organismos que crecieron allí. Esto incluye arrecifes construidos por los organismos base tales como los corales y también los montículos construidos por organismos no base. Ellas tienden a formar campos pequeños aislados.

DOLOMITAS PRIMARIAS O SEDIMENTARIAS

Las dolomitas primarias o sedimentarias fueron formadas por la alteración de las calizas en la zona supramareal inmediatamente después de la deposición y con frecuencia están recubiertas por una capa de sal. Los niveles de agua fluctuantes pueden depositar numerosas trampas de este tipo a lo largo de los flancos de la cuenca.

Trampas de Combinación Trampas de Combinación 1 de 31 de 3

DOMOS DE SAL – TRAMPAS DE LOS FLANCOS

A lo largo de los flancos de los domos de sal, las trampas fueron formadas por las rocas del yacimiento arrastradas y perforadas por el domo de sal ascendente. Las trampas prolíficas fueron formadas bajo los salientes de sal. Estas trampas tienden a tener zonas productoras espesas debido a los buzamientos altos sobre las rocas del yacimiento.

DOMOS DE SAL – ROCAS DE CUBIERTA

La sal es primariamente halita que se disuelve conforme el domo de sal asciende dejando a los insolubles (anhidrita, yeso, caliza, dolomita y azufre) para formar las rocas de cubierta de varios cientos de pies de espesor. Las fracturas y las cavidades convierten a las rocas de cubierta en rocas de yacimiento.


CAMBIO DE LAS FACIES DEL BUZAMIENTO ASCENDENTE

Las rocas del yacimiento fueron depositadas con un cambio en las facies, porosas y permeables en un área e impermeables en otra. Posteriormente el levantamiento de las facies impermeables ocasionó una trampa a lo largo del flanco de la estructura. Si el buzamiento fue depositado entonces la trampa es estratigráfica.

DOMOS DE SAL – DOMOS Y FALLAS DE RECUBRIMIENTO

Un domo de sal ascendente, cubre los sedimentos de recubrimiento formando trampas. Conforme los sedimentos ascendentes son cortados por las fallas normales, son formadas las trampas de la falla. Estas fallas pueden separar a las rocas del yacimiento en numerosos depósitos.


ANTICLINAL DE COMPACTACIÓN

Los anticlinales de compactación se forman en sedimentos sobre-enterrados en colinas y arrecifes. Los sedimentos, debido a su porosidad, se compactan más que las colinas de basamento y los arrecifes de caliza. Los sedimentos sobre lo flancos de la estructura enterrada tienen más espesor y la mayor compactación ocurre ahí.

DOLOMITAS SECUNDARIAS O TECTÓNICAS

Las dolomitas secundarias o tectónicas son controladas por medio de las fracturas en las calizas. Las aguas infiltrándose a lo largo de la fracturas convierten a las calizas impermeables en dolomitas adyacentes a las fracturas. El campo sigue la orientación de las fracturas.

Tipos de AceiteTipos de Aceite

Reservas Probadas de PetróleoReservas Probadas de Petróleo

Reservas Probadas de GasReservas Probadas de Gas

Materiales de ReferenciaMateriales de Referencia

• Earth (Tierra)– Frank Press y Raymond Siever– Cuarta Edición, 1986– W.H. Freeman and Company

• Petroleum Geology of the North Sea (Geología del Petróleo en el Mar del Norte)– Editado por K.W. Glennie– Cuarta Edición, 1998– Blackwell Science Ltd.

• Geology Made Simple (Geología de Forma Simple)– William H. Matthews– Segunda Edición, 1977– William Heinemann

Materiales de ReferenciaMateriales de Referencia

• Basic Petroleum Geology (Geología Básica del Petróleo)– Peter K. Link– Primera Edición, 1982– Oil & Gas Consultants International, Inc.

• Practical Petroleum Geology (Geología Práctica del Petróleo)– Jeff Morris, Richard House y Annes McCann-Baker– Primera Edición, 1985– PETEX, Austin, Texas

FUNDAMENTOS FUNDAMENTOS DEDE

GEOLOGÍAGEOLOGÍA

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