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Energía y Sostenibilidad
Geología y modelos de agotamiento del petróleo Juan Martínez Magaña
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Geología y modelos de agotamiento del petróleo
Geología y modelos de agotamiento del petróleo Juan Martínez Magaña Departamento de Ingeniería Eléctrica Ctedra !"E#C$ de #osteni%ilidad !ni&ersidad 'olitécnica de Catalunya
1 1.1
Geología y física de los recursos La formación del petróleo
(os com%usti%les )ósiles tienen su origen en los procesos de )otosíntesis* producidos en ecosistemas marinos o terrestres+ En los primeros las algas y el )itoplancton son los principales productores de car%ono orgnico* en general la mayor producción primaria de %iomasa marina se produce en las zonas costeras y en latitudes medias y ecuatoriales+ En los segundos la producción orgnica depende %sicamente de las plantas terrestres* y se produce en )unción de la radiación* la temperatura y la ,umedad+ #i la topogra)ía )a&orece la acumulación y las condiciones de ano-ia limitan la acti&idad %acteriana* las acumulaciones de restos generarn depósitos de materia orgnica+ (os principales am%ientes donde se producen los procesos de sedimentación .ue ser&irn de %ase a la creación de las rocas madre son los lagos* deltas y cuencas marinas+
Figura 1.1 – Ciclo del carbono (Fuente: CiclodelCarbono.com )
(a materia orgnica dispersa en los sedimentos tiende al e.uili%rio pasando de %iopolímeros a geopolímeros /o 0erógeno a tra&és del )raccionamiento* destrucción parcial y reagrupamiento de los componentes elementales de las macromoléculas+ El proceso de trans)ormación se produce de tres )ormas di)erentes* en la primera se produce una degradación %io.uímica por la acción %acteriana so%re la materia orgnica* la cual es o-idada a compuestos inorgnicos+ En segundo lugar muc,as de las moléculas presentes en los organismos muertos son reacti&as .uímicamente y espontneamente
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Energía y #osteni%ilidad
reaccionan entre sí para producir geopolímeros* muy esta%les y resistentes a la degradación %acteriana+ 3am%ién se producen procesos de condensación y reagrupación molecular* .ue dan lugar a la )ormación del 0erógeno+ 4parecen así tres tipos de 0erógeno+ 5
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6erógeno de 3ipo I7 se caracteriza por una alta relación 89C y una %a:a relación $9C /;<*1+ Es una materia orgnica rica en lípidos+ Es producto de la degradación micro%iana de esporas* algas planctónicas y materia orgnica animal+ Este tipo de 0erógeno es propio de acumulación de materia orgnica en cuencas lacustres* ocasionalmente tam%ién en marinas+ Con la maduración térmica da lugar a petróleo+ 6erógeno de 3ipo II7 presenta una composición intermedia entre los de 3ipo I y III* sin ser una mezcla de am%os+ (a relación 89C inicial es relati&amente alta mientras .ue la relación $9C es %a:a+ Es com=n en cuencas marinas* resultando de la acumulación de )itoplancton* zooplancton y otros organismos marinos+ 'uede dar lugar a petróleo y gas+ 6erógeno de 3ipo III7 se caracteriza por una relación inicial de 89C %a:a y una relación inicial $9C alta+ Esta composición inicial re)le:a la composición primaria de plantas terrestres /lignina* taninos* celulosa* .ue es la propia de la mayor parte de los car%ones+ Con la maduración térmica* este tipo de 0erógeno pasa a generar a%undante C$2 y metano+
!n sistema petrolero comprende todos los elementos y procesos geológicos necesarios para .ue el petróleo y el gas se acumulen* estos elementos son una roca generadora e)ecti&a* o roca madre* el yacimiento* el sello* y los estratos de so%recarga* .ue )acilitan el sepultamiento de los anteriores* los procesos necesarios incluyen la )ormación de trampas y la generación* migración y acumulación del petróleo+ Estos elementos y procesos de%en de tener lugar en el orden adecuado para .ue la materia orgnica .ue se encuentra en una roca generadora se con&ierta en petróleo y luego sea almacenada y preser&ada+ #i un solo proceso )alta o se produce )uera de la secuencia re.uerida* el rea potencial pierde su &ia%ilidad >1?+
Figura 1. – !imulación de los procesos geológicos" t#rmicos y de flu$o de fluido en las cuencas sedimentarias a tra%#s del tiempo. (Fuente: &. &atla'" )
En geología o en eda)ología se llama roca madre a la roca predominante en un sistema* o sea la roca .ue sostiene a otras rocas* conglomerados o compuestos de menos signi)icado por su &olumen o e)ectos+ (a roca madre generalmente se )ormó primero y )ue in&adida o alterada por sustancias .ue la degeneran o la trans)orman+ En sistemas geológicos de com%usti%les )ósiles suele ser de arcilla* en unidades sedimentarias producidas por partículas de tamaño )ino o partículas calcreas .ue presentan F2
Geología y modelos de agotamiento del petróleo
un contenido de materia orgnica en cantidades su)icientes+ (as rocas madres contienen sólo entre 1A y 2A de materia orgnica+ (a roca est enterrada a pro)undidad* lo .ue aumenta su temperatura y presión y la ,ace alcanzar las condiciones ideales para generar ,idrocar%uros* en lo .ue se denomina &entana de 'etróleo /generalmente entre los B< C y 1B< C y &entana de gas a temperaturas mayores /1< C a 2<< C+ 4l so%repasar los 2<< C de temperatura* los ,idrocar%uros y la materia orgnica se destruyen+ (a roca madre de%e de ser enterrada por sucesi&as capas de sedimentos* o rocas de so%recarga* situados por encima de ella* de tal )orma .ue se alcancen las condiciones de temperatura y presión necesarias para .ue se trans)orme la materia orgnica en petróleo+ El espesor de esta unidad de%e estar entre dos y cuatro 0ilómetros y el período de cocción del petróleo se mide por millones de años+ Esto es lo .ue llamaríamos un yacimiento primario* )ormado normalmente por una capa superior de arcilla impermea%le* por de%a:o de ella una capa de arenas impregnadas de gas natural /,idrocar%uros gaseosos* por de%a:o arenas impregnadas de petróleo /,idrocar%uros lí.uidos y* por =ltimo* una capa in)erior de arenas impregnadas de agua salada+ Con esta colocación* el estrato impermea%le superior atrapa al petróleo en el mismo sitio donde se )ormó y no de:a .ue escape* sólo puede separarse de otros productos siguiendo un gradiente de densidad+ Desde el punto de &ista económico* los yacimientos primarios son de modesta renta%ilidad* pues la cantidad acumulada de reser&a petrolí)era es pe.ueña y el petróleo no est muy concentrado* por lo .ue su e-tracción es lenta+ 'ara .ue el petróleo pueda ser apro&ec,ado de%e de producirse la migración de este desde la roca madre a la llamada roca almacén+ Este proceso se inicia con la llamada migración primaria+
Figura 1.* – +epresentación de una trampa (yacimiento) de petróleo (Fuente: ,L-/0!//)
(a roca almacén es una unidad .ue* en la mayoría de los casos es sedimentaria y est constituida por rocas porosas y permea%les* la porosidad permite el almacenamiento del petróleo* y la permea%ilidad su circulación+ El &olumen del espacio poroso puede &ariar de 1A a 2A en una roca sedimentaria con mala porosidad* ,asta el
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