Geologia del petroleo

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¿QUE ES LA GEOLOGÍA DE LOS YAMIENTOS DE HIDROCARBUROS?

La Geología de los Yacimientos de Hidrocarburos es la ciencia aplicada de la Geología cuyos estudios tratan básicamente sobre el origen, migración, acumulación y entrampe de los hidrocarburos líquidos (petróleo) y gaseosos (gas natural) dentro de la corteza terrestre.

OBJETIVOS DEL CURSO: GEOLOGIA DE YACIMIENTOS DE HIDROCARBUROS

Lograr que el estudiante pueda:

  • Comprender y analizar los diferentes elementos y procesos que implica la formación de un Yacimiento o Sistema de Hidrocarburos.
  • Aplicar los conceptos aprendidos en la búsqueda o exploración así como en la explotación del mismo.

CAPÍTULO 2

ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS

TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS

TEORÍAS INORGÁNICAS                                                            v

Asumen que los hidrocarburos se forman a partir de la reducción del carbono elemental o de sus formas oxidadas a altas temperaturas, por lo tanto, a profundidades elevadas de la tierra.

TEORÍAS ORGÁNICAS

Sostienen que los hidrocarburos son el resultado de cambios fisicoquímicos de la materia orgánica, proveniente de restos de plantas y animales que se habría depositado y preservado junto con la matriz mineral.

INDICIOS QUE EXPLICAN EL ORIGEN INORGÁNICO

  • Presencia de carbono fijo (no volátil) en rocas no sedimentarias.
  • Síntesis de C02 + H2 a altas temperaturas, esencialmente a partir de compuestos inorgánicos carbonatados más agua.
  • Presencia de catalizadores que favorecen la reacción.
  • El fenómeno se postula como posible en áreas de subducción de placas oceánicas.
  •  Emanaciones gaseosas del manto terrestre.
  • La atmosfera anaeróbica primigenia contenía una fracción importante de metano

TEORIAS INORGÁNICAS

Relacionadas con emanaciones volcánicas Relacionadas con el origen cósmico Relacionadas con síntesis inorgánica Teoría de profir'ev

1. TEORÍAS RELACIONADAS CON EMANACIONES VOLCÁNICAS

Virlet: muchas fuentes termales producen hidrocarburos. Brunet: fuentes de petróleo y bitumen se encuentran casi siempre próximas a volcanes. Levorsen:

2.TEORÍAS RELACIONADAS CON EL ORIGEN CÓSMICO

Boutigny: Imagina una atmosfera primitiva rica en hidrocarburos gaseosos y vapor de agua. Levorsen: Discrepa con Boutgny. Los hidrocarburos

TEORIAS INORGÁNICAS

Relacionadas con emanaciones volcánicas Relacionadas con el origen cósmico Relacionadas con síntesis inorgánica Teoría de profir'ev

1. TEORÍAS RELACIONADAS CON EMANACIONES VOLCÁNICAS

Virlet: muchas fuentes termales producen hidrocarburos. Brunet: fuentes de petróleo y bitumen se encuentran casi siempre próximas a volcanes. Levorsen:

2.TEORÍAS RELACIONADAS CON EL ORIGEN CÓSMICO

Boutigny: Imagina una atmosfera primitiva rica en hidrocarburos gaseosos y vapor de agua. Levorsen: Discrepa con Boutgny. Los hidrocarburos

deberían estar distribuidos uniformemente en ia tierra y las rocas más antiguas deberían tener más hidrocarburos.

3. TEORÍAS RELACIONADAS CON SÍNTESIS INORGÁNICAS

Berthelot: presenta una teoría de formación de petróleo en las proximidades del núcleo de la tierra. Byasson: sostiene que los hidrocarburos se forman por la reacción del CO con el H. Los alemanes producían por este método. Mendeleiev: señala una ecuación de reacción de carburos metálicos con vapor de agua. Kudriavtsev: afirma que el C y el H a temperaturas entre 6000°C y 12000°C forman CH; entre 3000°C y 4000°C CH2 y a temperaturas menores CH3 Slenzak: los hidrocarburos son producidos por diferenciación del material que compone la corteza terrestre. Chekalyuk: el petróleo se forma a grandes profundidades a altas presiones y temperaturas y migra a superficie disuelto en aguas juveniles

4. DISCUSIÓN DE LA TEORÍA DE PROFIR'EV

Acumulaciones comerciales de hidrocarburos en rocas cristalinas. Hidrocarburos en gases volcánicos y en rocas cristalinas. Hidrocarburos en meteoritos. Campos gigantes. Fallas profundas

TEORÍAS INORGÁNICAS ANTIGUAS

Mendeleyev (1877): reacción de carbonatos metálicos con agua a altas temperaturas generando acetileno (C2H2) y, pór condensación, otros HC's. Berthelot (1860) e Mendeleyev (1902): reacción de carbonatos de hierro en el manto generando metano (FeC2 + 2H20 = CH4 + Fe02). Sokoloff (1890): HC's precipitados directamente de la nebulosa original que formo el sistema solar y "acumulados" en el interior de la tierra.

TEORÍAS INORGÁNICAS MODERNAS

Mueller (1963): encontró materia "orgánica" (> 6%) y trazas de HC's (e.g. amino-ácidos) en meteoritos (condritos). Presencia de metano en la atmósfera de los planetas del sistema solar, en emanaciones volcánicas y ocurrencias de HC's en áreas de basamento ígneo. Thomas Gold: el petróleo proviene del metano primordial "precipitado" durante el enfriamiento de la tierra. En la década de 1980 propuso la perforación de dos pozos (~6,5km) en un astroblema ubicado en el escudo de Suecia.

INDICIOS QUE EXPLICAN EL ORIGEN ORGÁNICO

Similitud estructural de algunos compuestos del petróleo con sustancias orgánicas sintetizadas por organismos vivos. Restos identificables de materia orgánica (plantas y animales) en sedimentos. Actividad óptica, es decir, su capacidad para rotar el plano de la luz polarizada. Característica de los compuestos de origen biogénico . Presencia de porfirinas. Estas se derivan probablemente de la clorofila y no son estables a la temperatura que alcanza una roca Ignea. Relación C13/C12 en el petróleo se aproxima más a la hallada en la materia orgánica viva que en la atmosférica o inorgánica (carbonatos). Presencia de compuestos nitrogenados, los cuales, son característicos de organismos vivos. Hallazgo de hidrocarburos en sedimentos recientes y suelos Asociación con rocas sedimentarias representantes de épocas de abundante vida animal y vegetal y ausencia en áreas donde solo afloran rocas ígneas o rocas más antiguas que las cámbricas donde la vida ha sido escasa. Presencia de biomarcadores e isótopos

TEORÍAS ORGÁNICAS

Relacionadas con el vulcanismo Relacionadas con la evaporación del agua del mar Relacionadas con aceites, gorduras y resinas Engler y la teoría hofer - engler Relacionadas con el carbón y petróleo Relacionadas con algas microscópicas Smith y la teoría singenética Teoria organica moderna

1. TEORIAS RELACIONADAS CON EL VULCANISMO

Boccone: (1667) atribuye el origen del petróleo a la destilación de la materia orgánica por acción de fenómenos volcánicos. Humboldt: contribuye para el crédito de la teoría anterior. TEORIAS RELACIONADAS CON LA EVAPORACIÓN DEL AGUA DE MAR Fichtel: de acuerdo con Louis, al final del siglo XVIII, acredita que, tanto la sal como el petróleo provienen de la evaporación de mares primitivos. Hecket: especialista en minas de sal, afirmaba que petróleo se originaba de materia orgánica animal. RELACIONADAS CON ACEITES, GORDURAS Y RESINAS Macquer: sostiene el origen del petróleo por reacciones de aceites vegetales con ácidos minerales

Hatchett: sostiene que los aceites, gorduras y resinas de animales y vegetales forman el petróleo cuando se descomponen.

4. ENGLER Y LA TEORÍA HOFER - ENGLER

Engler: sostiene que materia orgánica animal y ios aceites vegetales son la materia prima para la formación de petróleo por destilación a temperatura moderada y alta presión (teoría Hofer-Engler) RELACIONADAS CON EL CARBÓN Y PETRÓLEO RELACIONADAS CON ALGAS MICROSCÓPICAS A partir de 1980 varios autores atribuían particular importancia a las algas microscópicas como generadoras de petróleo

7. SMITH Y LA TEORÍA SINGENÉTICA

Smith: TEORIA ORGANICA MODERNA

CONCLUSIÓN SOBRE EL ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS

Las evidencias geoquímicas y geológicas obtenidas a partir de estudios de sedimentos y petróleos demuestran claramente que la mayor parte de los hidrocarburos se origina a partir de la materia orgánica diseminada y enterrada en cuencas sedimentarias. Esta afirmación no invalida el hecho de que el carbono y el hidrógeno fueron originalmente constituyentes no biológicos de la tierra, ni descarta la existencia de compuestos hídrocarbonados del tipo de los que constituyen el petróleo que pudieron tener origen abiogenético.

1.2. OCURRENCIA DE LOS HIDROCARBUROS

MANIFESTACIONES DE SUPERFICIE

Manifestaciones activas o "vivas". Petróleo liquido Exudaciones, manaderos y manantiales de bitumen Volcanes y corrientes de barro. Manifestaciones fósiles o "muertas". Petróleo sólido Depósitos diseminados  Sedimentos impregnados de bitumen Depósitos de petróleo asfáltico Depósitos en vetas Depósitos de bitumen sólidos o semisólidos en diques  Depósitos en oquedades y grietas rellenas Esquistos querogénicos o bituminosos.

OCURRENCIA EN EL SUBSUELO

Indicios menores Este rastro es suficientemente importante para ser considerado como indicio de un pozo comercial? Está en el borde de un yacimiento? Reservorio, yacimiento, campo y provincia Reservorio: deposito único de petróleo y/o gas Yacimiento: varios reservorios Campo: varios yacimientos vinculados a un mismo rasgo geológico (Estructural o Estratigráfico) Provincia: Región con varios campos dentro de un ambiente geológico similar o conectado

CAPÍTULO 3

EL SISTEMA DE HIDROCARBUROS (PETROLEOUM SYSTEM)

INTRODUCCIÓN

> El concepto del Sistema de Hidrocarburos fue inicialmente propuesto como el Sistema de Petróleo por Dow en 1974. Las razones de su propuesta son las siguientes:

La habilidad para identificar un Sistema de Hidrocarburos depende únicamente de las técnicas geoquímicas necesitadas para cartografiar facies orgánicas, para entender y manejar muestras de hidrocarburos y llevar acabo correlaciones hidrocarburos- hidrocarburos y hidrocarburos-roca fuente.  La aproximación del Sistema de Hidrocarburos es una manera de organizar la información que únicamente se presta a investigaciones eficientes para propósitos de exploración, la evaluación de recursos, e investigación. El rol de las investigaciones del Sistema de Hidrocarburos en el análisis de cuencas, el análisis de yacimientos y evaluación de prospectos nunca ha sido adecuadamente aclarado.

OBJETIVOS DE LA IDENTIFICACIÓN Y ESTUDIO

DE UN SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Definir, comparar y contrastar los diferentes niveles de las investigaciones de ios hidrocarburos. Describir la historia del modelo del Sistema de Hidrocarburos. Identificar, nombrar y determinar el nivel de certeza de un Sistema de hidrocarburos. Describir las figuras que mejor representan la extensión geográfica, estratigráfica y temporal de un Sistema de Hidrocarburos Describir cómo un estudio del sistema de Hidrocarburos es implementado.

NIVELES DE INVESTIGACIÓN HIDROCARBURÍFERA

Son varios los niveles de investigación hidrocarburifera, todos los cuales son necesarios para un mejor entendimiento de la génesis y hábitat de los hidrocarburos. Análisis de Cuencas Sedimentarias (Sedimentary Basin): Describe o da énfasis a la la secuencia estratigráfica y estilo estructural de las rocas sedimentarias. s Identificación de Sistemas de Hidrocarburos (Petroleum System): Describen la relación genética entre una muestra de roca generadora activa y las acumulaciones resultantes de petróleo y gas.  Estudio de Campos o Yacimientos (Play): Describen la similitud geológica de una serie de trampas actuales. Estudio de Prospectos (Prospect): Describen una trampa individual actual y determinan si tienen valor económico y pueden son explotables con tecnología disponible.

PLAY

 Es 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.  El área geográfica donde se aplica el modelo, se llama play fairway. Un play se considera probado (proven play), si se conocen acumulaciones de petróleo en el área, como resultado de la combinación de los factores que define el play. Se habla de play working para referirse a áreas sujetas a investigación.  En los plays no probados (unproven play) existe la duda de que la combinación de esos factores dé como resultado la acumulación de petróleo.

CONSIDERACIONES ECONÓMICAS EN LOS NIVELES DE INVESTIGACIÓN

Las consideraciones económicas no son importantes en ias investigaciones de la cuenca sedimentaria y el sistema de petróleo, pero son esenciales en la evaluación del yacimiento o prospecto. Una cuenca sedimentaria y un sistema de petróleo existen porque estos fenómenos están basados en procesos naturales (por ejemplo, la prueba de una cuenca es la roca sedimentaria y la de un sistema de petróleo es la presencia de hidrocarburos). En cambio, un yacimiento de petróleo comercial o el prospecto no existen sin considerar las consideraciones económicas.

DIFERENCIA ENTRE ANÁLISIS Y MODELAJE

En el análisis, un ítem existente es analizado para determinar cómo funciona, mientras que en el modelaje, un Ítem hipotético es analizado para determinar cómo debe funcionar. Por ejemplo:

El modelaje del prospecto es usado para justificar la perforación, mientras que el análisis del prospecto es llevado a cabo después de la perforación para entender porque carece de hidrocarburos comerciales.

HISTORIA DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El término Sistema de Petróleo (Oil System) fue introducido por Dow en 1974 y esta basado en el concepto de la correlación Petróleo - Roca generadora. El término Sistema de Petróleo (Petroleum System) fue usado por primera vez por Perrodon en 1980. Independientemente, Demaison ideo la Cuenca Generativa en 1984. Meissner et al. Describió su Maquina de Hidrocarburo en 1984. Ulmishek identificó un Sistema Petrolífero Independiente en 1986 Todos estos conceptos son similares al sistema de petróleo de Dow (Dow's oil system). Expandiendo el trabajo previo, Magno (1987, 1988, 1989 a, b) intentó formalizar el criterio para identificar, nombrar y determinar el nivel de certeza para el Sistema de Petróleo.

DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Es un sistema funcional natural integrado por diversos elementos relacionados a procesos que describe la relación genética entre una roca generadora y las acumulaciones resultantes de petróleo y gas. Es un sistema geológico que abarca las rocas generadoras de hidrocarburos relacionadas e incluye a todos los elementos y procesos geológicos que son esenciales para la existencia de una acumulación de hidrocarburo. El término sistema describe los elementos interdependientes y los procesos que forman la unidad funcional que crea las acumulaciones de hidrocarburos. El sistema de hidrocarburos incluye la zona de maduración de la roca madre, la red de distribución natural, y los acontecimientos de petróleo descubiertos genéticamente relacionados. La presencia de hidrocarburos es la prueba de que un sistema existe. Un sistema de petróleo existe donde todos los elementos y procesos esenciales se producen o se piensa que han tenido la probabilidad de ocurrir.

ELEMENTOS Y PROCESOS DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

ELEMENTOS Roca generadora Roca reservorio      Roca sello Trampa/ sobrecarga

Los elementos deben estar ubicados en tiempo y espacio de tal forma que los procesos requeridos para formar una acumulación de petróleo o gas puedan ocurrir.

PROCESOS Generación * Migración s Acumulación y entrampe Preservación

PROCESOS DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Formación de la trampa:son todos aquellos procesos tectónicos que dan origen a las estructuras geológicas, además de los cambios iitológicos laterales de tas capas. Generación - migración - acumulación. Preservación: es el tiempo que determina la conservación del hidrocarburo dentro del sistema petrolero, ésta se llevará a cabo hasta que ocurra algún fenómeno geológico que altere la composición del sistema.

LÍMITES Y/O EXTENSIÓN DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Un Sistema de Hidrocarburos está limitado por espacio y tiempo.

Limites espaciales Extensión geográfica Extensión estratigráfica Límites temporales Edad Momento critico  Tiempo de conservación

LIMITES Y/O EXTENSIONES ESPACIALES

Definen al Sistema de Hidrocarburos:

Extensión geográfica: es el espacio (superficie) definido por una linea que circunscribe la zona de generación - migración - acumulación de hidrocarburos (petróleo o gas). Se determina en el momento crítico de generación de los hidrocarburos. Extensión estratigráfica: es el espacio (sección) que ocupan las unidades litológicas que abarcan los elementos esenciales dentro de la extensión geográfica del sistema

LIMITES Y/O EXTENSIONES TEMPORALES

Edad: es el tiempo necesario para que se de el proceso de la / generación - migración - acumulación de los hidrocarburos. Momento crítico: es el momento en el tiempo (seleccionado por el investigador) que mejor representa o describe el proceso de la f re­generación - migración - acumulación de los hidrocarburos dentro del sistema. En la carta de eventos se marca justamente al término de los procesos de generación - migración - acumulación y el comienzo de la preservación. Tiempo de preservación: es el tiempo que determina la conservación de los hidrocarburos dentro del sistema, éste se inicia justamente después de que ocurre la generación - migración - acumulación de los hidrocarburos y se extiende hasta nuestros días.

INDENTIFICACION DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Antes de que un sistema de, hidrocarburos pueda ser investigado, este debe ser identificado. Para identificar un sistema de hidrocarburos, el explorador debe encontrar algo de petróleo o gas. Cualquier cantidad de petróleo o gas, esa será la prueba de un sistema de hidrocarburos. Los pasos para identificar un sistema de hidrocarburos son: Buscar algún indicio de la presencia de hidrocarburos (una filtración de petróleo o gas, una muestra en un pozo, etc.). Determinar el tamaño del sistema de hidrocarburos. Asignar un nombre del sistema de hidrocarburos.

TAMAÑO DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El tamaño de un sistema incluye el volumen total de hidrocarburos recuperables que se originaron a partir de un único lente de maduración de la roca madre activa. Dicho volumen total será usado para compararlo con otros sistemas y determinar la eficiencia de la, generación - acumulación. Volumen de hidrocarburos: la muestra incluye los hidrocarburos descubiertos, filtrados y acumulaciones de petróleo y gas. Eficiencia de la generación - acumulación: la eficiencia de la generación acumulación es la relación entre el volumen total de petróleo entrampado (en sitio) en el sistema petrolero y el volumen total de hidrocarburos generado a partir de la zona de maduración de la roca madre activa. El tamaño de un sistema se determina usando una tabla donde se suma la producción acumulada y las reservas remanentes de cada campo perteneciente al mismo sistema de hidrocarburos.

PASOS PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Los pasos para determinar el tamaño del sistema de hidrocarburos son los seguientes: Agrupar las ocurrencias de petróleo y gas genéticamente relacionadas a través de las características geoquímicas y relaciones estratigráficas de campo. Localizar la zona general de la maduración de la roca madre activa responsable de la ocurrencia de los hidrocarburos genéticamente relacionados. Identificar la fuente usando correlaciones hidrocarburo - roca madre. Elaborar una tabla de acumulaciones para determinar la cantidad de hidrocarburos en el sistema y la roca reservorio que contiene el mayor volumen de hidrocarburos

NOMBRE DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El nombre de un sistema de hidrocarburos incluye: El nombre de la roca generadora. El nombre de la roca reservorio principal y/o la roca quecontiene el mayor volumen de hidrocarburos en sitio.  El símbolo que expresa el nivel o grado de certeza.

Ejemplo: Deer - Boa (.), es un sistema de petróleo hipotético constituido por el esquisto Deer del Devónico como roca generadora y la arenisca Boar como la roca reservorio principal. La roca reservorio principal contiene el mayor volumen de hidrocarburos en el sistema de petróleo.

NIVELES DE CERTEZA

Un Sistema de Hidrocarburos puede estar identificado en tres niveles de certeza: Conocido (!): En un i sistema de hidrocarburos conocido, existe una buena relación g^cjuímica entre la roca generadora y las acumulaciones de petróleo y gas. Hipotético (.): En un sistema de petróleo hipotético, la información geoquímica identifica una roca generadora, pero no existe una relación geoquímica entre la roca generadora y las acumulaciones de petróleo y gas. Especulativo (?): En un sistema de petróleo especulativo, la existencia de una roca generadora y la acumulación de petróleo y gas, es postulado enteramente sobre la base de la evidencia geológica y geofísica. El nivel de certeza indica la confianza de que una roca generadora en particular haya generado hidrocarburos y estos hayan sido acumulados en una trampa. Los niveles de certeza, están indicados por los símbolos siguientes: (!) para sistema conocido, (.) para sistema hipotético y (?) para sistema especulativo.

LA INVESTIGACIÓN DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El procedimiento para la investigación de un sistema de hidrocarburos empieza con el estudio de las acumulaciones descubiertas de petróleo y gas, sin considerar el tamaño( El análisis geoquímico de los rastros de petróleo y gas pueden proveer información crítica como la naturaleza responsable del sistema de petróleo). La investigación identifica, nombra y determina el nivel de certeza del sistema. Después de que el sistema es identificado el resto de la investigación está orientada ha determinar la extensión estratigráfica, geográfica y temporal del sistema de hidrocarburos.

Nota: El sistema de hidrocarburos define un nivel de investigación que usualmente yace entre lo de una cuenca sedimentaria y un yacimiento o play

COMPONENTES PARA LA INVESTIGACION DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

La investigación del sistema de hidrocarburos incluye ios siguientes componentes: Correlación geoquímica petróleo - petróleo. Correlación geoquímica petrolero - roca madre. Grafica del historial de enterramiento. Mapa del sistema petrolero. Sección transversal del sistema petrolero. Carta de eventos. Tabla de acumulaciones de hidrocarburos. Determinación de la eficiencia de la generación – acumulación

TIEMPO DE CONSERVACIÓN DE UN SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El tiempo de conservación de un sistema de hidrocarburos, empieza después de la generación del petróleo y gas, y después de que los procesos de migración y acumulación hayan sido completados.

Los procesos que ocurren durante el tiempo de conservación son:

La remigración. La degradación física o biológica La completa destrucción de los hidrocarburos. Si todos los elementos esenciales son destruidos durante el tiempo de conservación, entonces la evidencia de que un sistema de petróleo existe será muy distante.

LA REMIGRACION DE HIDROCARBUROS

Durante el tiempo de conservación, el petróleo re-migrado puede acumularse en trampas formadas después de la generación del hidrocarburo que se ha desprendido en el sistema de petróleo. Si la actividad tectónica es insignificante durante el tiempo de conservación, las acumulaciones permanecerán en sus posiciones originales. La re-migración ocurre durante el tiempo de conservación solo si ocurre plegamientos, fallamientos, levantamientos o erosión.

LA DEGRADACIÓN FÍSICA O BIOLÓGICA

Biodegradación . Lavado por agua . Desasfaltización Alteración térmica

BIODEGRADACION

Se da por debajo de los 60-70 °C, y consiste en la alteración bacteriana de los petróleos. Las bacterias utilizan el oxígeno disuelto en el agua de los poros, u obtienen el oxígeno de los iones de azufre, oxidando selectivamente algunos hidrocarburos. El orden de eliminación es el siguiente:

n-alcanos — isoalcanos -cicloalcanos — hidrocarburos aromáticos.

Se producirá un incremento de la densidad y viscosidad del petróleo.

LAVADO POR AGUA

Acompaña a la biodegradación.  Aguas meteóricas subsaturadas en hidrocarburos pueden disolver alguno de los hidrocarburos del almacén. El benceno, el tolueno y el zyleno son los más solubles y son eliminados preferentemente. Este proceso se da por encima de los 70 °C, y se requiere un aporte continuado de aguas meteóricas.

D ESAS F ALT IZ ACIO N

Precipitación de compuestos pesados de los hidrocarburos aromáticos y aiiciclicos , como resultado de la inyección de hidrocarburos ligeros (C1-C6). Este proceso tiene lugar cuando la acumulación de petróleo sufre una carga tardía de gas, y la (cocina^>lcanza un alto grado de madurez.

ALTERACIÓN TÉRMICA

Cambios en la composición por el aumento de la temperatura. Los compuestos pesados son reemplazados progresivamente por compuestos más ligeros hasta llegar al metano. Se da por encima de los 160 °C. Las reacciones de cracking se producen rápidamente, y las acumulaciones de petróleo pueden ser destruidas en un tiempo geológico corto.

TECNICAS DE INVESTIGACIÓN

Exploración  inicial:

Análisis de cuenca sedimentaria: estudio estratigráfico-sedimentario, estructural.           v           ,

Investigación geoquímica:

Datos sobre cantidad de materia orgánica presente en roca, condiciones o indicadores de transformación de materia orgánica y cuanto se genero.

Investigación geofísica:

Ayuda a determinar trampas que acumulan hidrocarburos, facilita la cartografía o dímensionamiento del sistema de hidrocarburos.

Perforación exploratoria:

-Pozo descubridor

-Pozos confirmatorios.

CAPÍTULO 4

GENERACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS

ELEMENTO BÁSICO PARA LA GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS

Materia orgánica. Cantidad Tipo: animal y vegetal Calidad

COMPOSICIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

La materia orgánica depositada en los sedimentos está formada principalmente por macromoléculas provenientes de los organismos vivos a las que se puede llamar genéricamente biopolímeros. Constituyentes principales: Carbohidratos Proteínas Lípidos Otros constituyentes: los macerales s Ligninas Taninos Resinas, etc

LOS CARBOHIDRATOS: (celulosa) almidones

Están entre los compuestos más importantes de los seres vivos (principalmente en las plantas) y su contribución total a la M.O. en los sedimentos es muy alta. Los carbohidratos (en las plantas = celulosa y en los animales = quitina) comprenden desde compuestos sencillos como los azúcares y sus polímeros (mono - oligo y polizacáridos) hasta complejos macromoleculares como la celulosa.    Aunque prácticamente se restrinja a los vegetales superiores, la celulosa es le carbohidrato más abundante en la naturaleza. Los carbohidratos son solubles cuando son hidrolizados transformándose en azucares. Por lo general son insolubles en agua. Los hidratos de carbono comienzan su transformación ya en el medio acuoso, sirviendo de alimento a otros organismos. En un sistema aeróbico, pueden mineralizarse por completo, mientras que en condiciones anaeróbicas se fermentan, desprendiendo H20, C02, H+ y CH3.

LAS PROTEINAS(aminoácidos)

Son polímeros altamente ordenados formados por la unión de aminoácidos, en los cuales se encuentra la mayor parte de nitrógeno presente en los organismos. Las proteínas pueden actuar tanto como constituyentes de diversos materiales (ejemplo: músculos, caparazones) como en la forma de enzimas catalizando las mas variadas reacciones bioquímicas. En un medio acuoso y bajo la acción de enzimas, las proteínas pueden descomponerse en aminoácidos individuales. Son fácilmente asimiladas por las bacterias. En condiciones aeróbicas, se da una mineralización total, formándose agua, dióxido de carbono, amoniaco, ácido sulfhídrico, hidrógeno y metano. En condiciones anaeróbicas, es importante la unión de aminoácidos con hidratos de carbono, para más i tarde transformarse en ácidos húmicos.  El proceso de desaminación (pérdida del grupo amino) de los aminoácidos, puede dar lugar a la formación de ácidos grasos de bajo peso molecular, y la descarboxilación de estos últimos, puede generar la formación de hidrocarburos.

LOS LÍPIDOS

Los lípidos incluyen las grasas animales, los aceites vegetales y las ceras cuyas funciones son de almacenamiento de energía y protección de las células respectivamente. Prácticamente son insolubles en agua.

Las grasas consisten en una mezcla de varios triglicéridos clasificados químicamente como ésteres. Cuando están hidrolizados, los glicéridos dan origen al glicerol y ácidos grasos. Ya en las ceras, el glicerol es sustituido por alcoholes complejos, bien están presentes n-alcanos con varios átomos de carbono.

Además de los lípidos tipicos, existen sustancias similares, como algunos pigmentos (ejemplo clorofila) y los terpenoides y esferoides que cumplen funciones protectoras de las células. Los lípidos son los compuestos más próximos en composición química al petróleo. En la transformación de lípidos a petróleo, están implicadas pocas reacciones, produciendo una mayor cantidad de hidrocarburos que cualquier otra sustancia.

OTROS CONSTITUYENTES: LIGNINAS, TAÑI NOS Y RESINAS (macerales)

Se trata de componentes normales de las plantas superiores:

La lignina: es la sustancia soporte. Consiste básicamente de compuestos poliaromáticos (polifenoles) de alto peso molecular, constituyendo estructuras tridimensionales dispuestas entre los agregados de celulosa que constituyen los tejidos de las plantas. Son sintetizadas por las plantas terrestres a partir de la deshidratación y condensación de alcoholes aromáticos. Los taninos: son sustancias colorantes presentes en algas, hongos y plantas superiores.

Las resinas: están presentes en la madera y cubierta de las hojas, siendo muy resistentes a los ataques químicos

EVOLUCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA EN LA GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS

Producción de materia orgánica Acumulación de materia orgánica Maduración térmica de la materia orgánica:

temperatura y presión

PRODUCCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

FOTOSÍNTESIS

El principal mecanismo de producción de materia orgánica es la fotosíntesis proceso por el cual el agua y el dióxido de carbono son convertidos en glucosa, agua y oxígeno. A partir de la glucosa son formados los polisacáridos y los otros compuestos orgánicos necesarios para la vida. Es realizada por los organismos primarios (autótrofos) que contiene el pigmento clorofila.(de colores verdes)

EL CICLO DEL CARBONO

Se inicia con ei proceso de fotosíntesis, mediante el cual, las plantas y algas marinas convierten el C02 contenido en la atmósfera y en ei agua del mar, en carbono y oxígeno utilizando la energía solar: Las plantas toman de la atmosfera el dióxido de carbono (C02) que necesitan para su desarrollo.  Evolucionan hasta morir o son consumidas por hervívoros, los que a su vez son consumidos por carnívoros y estos, por otros carnívoros. Finalmente, los residuos orgánicos alimentan a la fauna bentónica.

La cadena de la vida cesaría si no existieran los eslabones que cierran el ciclo. El C02 atmosférico se consumiría y la fotosíntesis no sería posible.

La restitución del C02 se realiza por variados caminos: La respiración de los animales y plantas (de vuelta a la atmósfera)  La descomposición bacteriana y la oxidación natural de la materia orgánica que muere. s La combustión de los combustibles fósiles (natural y ocasionada por el hombre). Este ciclo no es 100% eficiente. Una pequeña cantidad (menos del 1 % escapándose del ciclo) ha sido preservada en ambientes donde ia oxidación no ha ocurrido, y a través del tiempo geológico se ha convertido en grandes cantidades de material orgánico fósil parte del cual se ha acumulado como carbón, petróleo y gas. La mayoría sin embargo, se encuentra finamente diseminado en rocas sedimentarias y nunca se concentrará lo suficiente como para ser económicamente recuperable.

DISTRIBUCIÓN DEL CARBONO EN LA CORTEZA DE LA TIERRA

En la corteza terrestre el carbono se presenta en tres formas: Como carbono elemental en rocas ígneas. Como carbono reducido principalmente en la materia orgánica transformada a través del tiempo geológico. Como carbono oxidado en los carbonatos. La cantidad total de carbono es de aproximadamente 9x10A22 g. Los sedimentos continentales y oceánicos contienen 1,20x10A22 g. de carbono orgánico y 6,4x10A22 g. de carbono como carbonatos. Hay aproximadamente tres veces más carbono orgánico en las pelitas (arcillas y limolitas) que en rocas carbonáticas y arenas.

EL CARBONO EN LOS HIDROCARBUROS

El carbono que forma parte del petróleo y gas en los reservorios totaliza la cantidad de 1x10A18 g. o sea cerca del 0,01 % del carbono que se encuentra en las rocas sedimentarías. Una acumulación importante de carbono lo constituye el petróleo disperso en los sedimentos. Se estimó un valor de 166x10A18 g. de carbono en pleitas y carbonatos, que junto con los 16x10A18 g. promediado para las arenas y 21x10A18 g. diseminados en los sedimentos marinos constituyen alrededor de 200x10A18 g. de carbono total correspondientes al petróleo no reservoriado, que representa el 1,7 % del carbono orgánico contenido en los sedimentos.

AMBIENTES PRODUCTORES

ECOSISTEMAS CONTINENTALES

La producción orgánica está controlada por las plantas terrestres y las algas de agua dulce. Las algas de agua dulce contribuyen al aporte de materia orgánica en los lagos (actualmente, Bottrycoccus y Tasmanites). Las condiciones climáticas (temperatura, incidencia de luz solar, humedad) constituyen el principal factor condicionante de la productividad primaria. En climas húmedos con vegetación, si la topografía impide el drenaje y se produce un balance entre la tasa de acumulación y la de subsidencia, las acumulaciones de restos vegetales pueden ser preservadas de la actividad bacteriana en áreas con condiciones de anoxia; se generarán depósitos de turba típicos de llanuras deltáicas, áreas traseras de los lagoons y en las bahías entre los canales distributarios. En los ambientes desérticos o polares la productividad es baja, en tanto en las regiones tropicales, la productividad es alta. Aunque actualmente la producción primaria de origen terrestre sea equivalente a la acuática, la mayor exposición al oxigeno limita su preservación.

MEDIOS CONTINENTALES

Lagos: normalmente en un contexto tectónico activo y en zonas ecuatoriales, donde la estratificación de las aguas (por salinidad o densidad) impida la mezcla de las aguas superficiales y profundas. Deltas: la roca madre son las lutitas del prodelta, con materia orgánica procedente de vegetales transportados por los ríos y materia orgánica de fito- y zooplancton.

ECOSISTEMAS MARINOS

Los mayores productores de materia orgánica en los ambientes marinos son los organismos fitoplanctónicos (diatomeas, dinoflagelados, algas azules y nannoplancton). Se estima que la producción mundial de materia orgánica de origen fitoplanctónica es cerca de 550 billones de toneladas/año, en tanto que la materia orgánica originada por los organismos zooplanctónicos, bentónicos, bacterias y peces, por ejemplo, no pasa los 200 millones de toneladas/año. La productividad primaria es condicionada principalmente por la luminosidad,, disponibilidad de nutrientes (especialmente fósforo y nitrógeno proporcionados por la circulación de corrientes), turbidez, salinidad, temperatura y Ph. Con respecto a la luminosidad, la máxima productividad se da en los primeros 200 metros, y especialmente en el intervalo de 60-80 metros, denominado zona trófica. Con respecto a la temperatura y salinidad, las mejores condiciones ocurren en las zonas de clima templado, donde la productividad es mas alta que en los mares polares o ecuatoriales. En el caso del suministro de nutrientes, el origen puede ser externa (descarga de grandes ríos) o interna (reciclaje de la propia biomasa). La disponibilidad de nutrientes puede ser incrementada por el fenómeno de la resurgencia. Debido a la acción de los vientos y de las corrientes oceánicas, aguas frías y ricas en nutrientes, venidas de áreas mas profundas, llegan a las regiones costeras acarreando un gran aumento de la productividad primaria. En general, la producción primaria de biomasa, decrece desde la costa hacia la plataforma marina y océano abierto. Las latitudes medias húmedas y las ecuatoriales, son más productivas que las latitudes tropicales; Las producciones más bajas se dan en las áreas polares y tropicales áridas. En los océanos abiertos, la producción total de carbono orgánico es importante, pero su concentración es relativamente baja, mientras que en las plataformas continentales (zonas intertidales, arrecifes, estuarios y zonas de upwelling), es elevada.

MEDIOS MARINOS

Cuencas marinas semicerradas: con un balance positivo(mayor entrada de agua dulce que de agua salada), y con un modelo de circulación estuarino. Cuencas marinas abiertas: en zonas de upwelling, donde se produce una zona de mínimo oxígeno. En plataformas y cuencas profundas: en periodo máxima trasgresión.

FACTORES QUE CONTROLAN LA PRODUCTIVIDAD ORGÁNICA

TERRESTRE

Temperatura Insolación Precipitación

ACUATICA

Temperatura Insolación (zona fóyica) Nutrientes ( ríos, upwelling)

ACUMULACIÓN Y PRESERVACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

CUENCAS OXIGENDAS

Los procesos oxidantes son de mayor significancia e importancia en la producción de materia orgánica . La provisión de oxigeno en el agua se lleva a cabo a través de dos procesos físicos:      Movimientos descendentes de aguas saturadas en oxigeno correspondientes a niveles de superficie.       Movimientos ascendentes de aguas frías y densas, ricas en oxigeno (Damaison y Moore op. Cit). Los factores que controlan la oxigenación de las aguas son: la salinidad, temperatura y densidad (Demaisori y Moore op. Cit).

AMBIENTE OXICO

AMBIENTE ANÓXICO.

FORMACIÓN DE AMBIENTES

ANÓXICOS CONSUMO > SUMINISTRO DE 02

Consumo de 02: Alta productividad primaria (blooms de algas, upwelling). Suministro de 02: Estratificación da columna de agua (termo- o picnoclina). Eficiencia/frecuencia de circulación de la columna de Agua. Temperatura y salinidad del agua.

CLASIFICACIÓN DE LOS AMBIENTES ANÓXICOS

Grandes Lagos Anóxicos Cuencas Marinas Restrictas Áreas de Upwelling Depresiones Restrictas en Mar Abierto Océanos Abiertos Anóxicos

MADURACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

PROCESO DE MADURACIÓN

DEGRADACION DE LA MATERIA ORGÁNICA

La materia orgánica dispersa en el secJTmento se degrada progresivamente, pasando de biopolímerós a tgeopo|fmerosf (kerógeno) a través del fraccionamiento, destrucción parcial y reagrupamiento de los componentes elementales de las macromoléculas. Degradación bioquímica. Policondensación e insolubilización.

DEGRADACIÓN BIOQUÍMICA

Se Inicia con la acción bacteriana sobre la materia orgánica. El proceso se realiza a través de la respiración en condiciones aerobias, o por fermentación en condiciones anaerobias. La materia orgánica sedimentada en presencia de bacterias, es oxidada a compuestos inorgánicos (mineralización), utilizando el oxidante disponible (oxígeno, en medios oxigenados) que proporcione la más alta entalpia libre por mol de compuesto orgánico oxidado. En condiciones anaerobias, las bacterias actúan de modo preferente sobre determinados sustratos.

POLICONDENSACIÓN E INSOLUBILIZACIÓN

Al mismo tiempo que los biopolímeros generan geomonómeros, se Inicia un proceso competitivo con la degradación. Muchas de las moléculas presentes en los organismos muertos, son muy reactivas químicamente, y reaccionan espontáneamente entre sí para dar otro tipo de polímeros con estructuras al azar, resistentes a la degradación anaerobia. Estos compuestos, llamados geopolimeros, son relativamente estables y preservan la materia orgánica aún en presencia de bacterias. A medida que se produce la policondensación, se produce la insolubilización.

DIAGENESIS DE LA MATERIA ORGÁNICA

Es el proceso de alteración biológica, fisica y química de los detritos orgánicos antes de que se produzca un efecto pronunciado de temperatura, este proceso tiene tugar en los sedimentos recién depositados. La actividad microbiana es uno de los principales agentes de transformación. Degradación biogénica. La temperatura no juega un rol importante, sin embargo esta se puede acotar en un rango que va desde la temperatura de superficie hasta los 50°C. Con el soterramiento progresivo, ligazones heteroatómicas y grupos funcionales son eliminados; dióxido de carbono, agua y algunos componentes pesados como N, S y O, son liberados. Al final de la diagénesis, la materia orgánica consiste, principalmente, en kerógeno. En términos de exploración de hidrocarburos, las rocas madres son consideradas inmaduras en este estadio.

CATAGENESIS DE LA MATERIA ORGÁNICA

Proceso durante el cual la materia orgánica es alterada por efecto del incremento de temperatura. Degradación termogénica. A medida que la temperatura aumenta durante el soterramiento se produce la ruptura térmica y termocatalitica de la materia orgánica dispersa de los sedimentos. Primero se elimina gran parte de los heteroátomos en forma de productos volátiles (dióxido de carbono, sulfhídrico, nitrógeno) y sucesivamente se forman hidrocarburos . cada vez mas livianos, convirtiéndose los sólidos en líquidos y los flu} líquidos en gases. Queda como residuo una sustancia progresivamente mas rica en carbono y cuya estructura y constitución tiende a asemejarse al grafito normal. Estimativamente, la catagénesis se produce entre los 50° y los 200° C. Es la etapa en la cual se origina la mayor parte de los hidrocarburos que constituyen el petróleo y el gas.  Asimismo se forma el petróleo en primer lugar y en seguida los gases En este periodo corresponde al estadio principal de formación de petróleo y también el estadio principal de formación de gas húmedo.

 

ALTERACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

EN LA PRESENCIA DE OXÍGENO

Las bacterias aeróbicas usan el 02 para procesar la materia

orgánica:

CH20 + 02 — C02 + H20

EN LA AUSENCIA DE OXÍGENO

Para procesar la materia orgánica, las bacterias anaeróbicas usan:

El S04 2- (Sulfato-reducción)

2CH20 + S04 —H2S + 2HC03

El O de la misma materia orgánica (Fermentación)

2CH20 - CH4 + C02

EL KEROGEN

Producto complejo cuya estructura, aun hoy mal conocida, comprende macromoléculas nafteno-aromáticas conteniendo heteroátomos (oxigeno, azufre, nitrógeno). Es de alto peso molecular, insoluble en agua y en los r principales solventes y resistente a la degradación bacteriana. Por el contrario, es suceptible a la degradación térmica

ETAPAS DE LA FORMACIÓN DEL KEROGEN

El Kerógeno se forma en dos etapas sucesivas: a) polimerización y b) reordenamiento. La polimerización involucra la formación de geopolimeros a partir de los biomonómeros. Comienza poco después qué el organismo muere y se completa en un tiempo geológico corto, probablemente dentro de unos pocos cientos o miles de años. El reordenamiento comienza cuando los primeros geopolimeros se han formado y continúan mientras existe el kerógeno

FORMACIÓN DEL KEROGEN

Durante la diagénesis la materia orgánica que ha "sobrevivido" a los organismos predadores, es atacada por microbios que usan enzimas, convirtiendo los biopolímeros en unidades mas sencillas: los biomonómeros. f A la vez que los biopolímeros y los biomonómeros se van convirtiendo en moléculas más simples comienza un proceso que es competitivo con esta degradación y que da origen a ios geopolímeros, precursores del kerógeno. Muchas de las moléculas presentes son químicamente inestables, lo que provoca que se produzcan una serie de reacciones inespecíficas a baja temperatura. De estas resulta la formación del kerógeno.

KEROGEN TIPO I ,

Mayormente provienen de algas, (MO lacustre)

Contienen muchas cadenas alifá,ticas (aclclicas) y pocos núcleos aromáticos: La razón H/C es normalmente muy alta respecto a la razón o/c. El potencial para la generación de petróleo y gas es tamblén elevado. Se deriva principalmente de materia orgánica depositada en ambientes lacustres (materia algal con contenido de 10 a 70% de llpidos) y de materia orgánica enriquecida de lípidos por acción microbiana No Son Importantes, Pero Es El Principal Produgtor Del Petroleo

KEROGEN TIPO II

Proviene de ambientes marinos someros

Contiene mayor número de anillos aromáticos y nafténicos. La razón H/C y el potencial de generación de petróleo y gas son más bajos que los observados en el Kerogen tipo I, aunque todavía son bastante significativos.  Relacionado con materia orgánica marina depositada en ambientes reductores con un contenido de azufre medio a alto, además de polen, esporas y cutículas de vegetales superiores. A ambientes marinos reductores derivan de materiales planctónicos y otros materiales retrabajados más menos extensivamente por microorganismos residentes en los sedimentos (Demaison y Moore, 1980). Presenta un alto potencial de generación de gas y petróleo dependiendo esto de la evolución térmica en la cual se hallen.

KEROGEN TIPO III

MO continental vegetal

Contiene principalmente grupos funcionales poliaromáticos y oxigenados, con pocas cadenas alifáticas. La razón H/C es muy baja o insignificante, por el contrario la razón O/C es mayor que los otros tipos de querógeno.  La materia orgánica es principalmente derivada de yantas terrestres superiores, compuestas básicamente por celulosa y lignina, las cuales son extremadamente deficientes en hidrógeno. Presenta un alto potencial de generación de gas, el potencial generador de petróleo es insignificante o nulo.

TIPOS DE KEROGEN

Tipo I. H/C alto (» 1,5 o mayor) y O/C bajo (< 0,1):="" alta="" proporción="" de="" material="" lipídico,="" cadenas="" alifáticas.="" materia="" orgánica="" proveniente="" de=""> Tipo II. Fuente mas común de crudos. H/C alto y O/C bajo. Compuestos aromáticos y enlaces heteroatómicos. Grupos cetona, ácidos carboxílicos, nafténicos (abundantes) y cadenas alifáticas de longitud moderada. Materia orgánica depositada en sedimentos marinos (mezcla de zoo, fitoplanton y bacterias). Tipo ll-S. S/C > 0,04: Asociado a la incorporación de S a la materia orgánica durante la diagénesis (ambientes sulfato-reductores). Tipo III. H/C baja (<1,0) y="" o/c="" alta="" (0,2="" a="" 0,3).="" alta="" proporción="" de="" compuestos="" aromáticos,="" grupos="" cetonas="" y="" ácidos="" carboxílicos.="" materia="" orgánica="" de="" origen="">1,0)> Tipo IV. H/C baja (» 0,25): Abundancia de compuestos aromáticos y grupos funcionales con oxigeno, ausencia de cadenas alifáticas. Materia orgánica retrabajada y altamente oxidada

ETAPAS DE MADURACION

METAGÉNESIS DE LA MATERIA ORGÁNICA

Corresponde a la última etapa de alteración de la materia orgánica donde por metamorfismo se llega a los productos finales de la evolución de la materia organica. Se alcanza a grandes profundidades y a temperaturas entre los 200° a 250° C. La relación H/C en el kerógeno disminuye de (» 0,4) Los grupos C=0 son ausentes en el kerógeno. El grupo funcional más abundante corresponde a los hidrocarburos aromáticos. Durante esta etapa solo ocurre la generación de gas seco, principalmente CH4. En este estadio las rocas generadoras son consideradas supermaduras o seniles. Este ultimo estadio de evolución de la materia orgánica comienza mas temprano (reflectancia de la vitrinita de aproximadamente de 2 %) que el metamorfismo de la fase mineral (reflectancia de la vitrinita de cerca de 4 %, corresponde al comienzo de las facies de esquistos verdes).

EVENTOS ANÓXICOS GLOBALES (OAE'S)

Fases de deposición generalizada (en diferentes partes del mundo)de shales negros ricos en materia orgánica. Principales eventos: OAE 1a (edad Aptiano Temprano), OAE 1b (edad Albiano Temprano), OAE 2 (Cenomaniano Tardlo/Turoniano Temprano), OAE 3 (edad Coniaciano/Santoniano). Periodos de intenso sea-floor spreading y vulcanismo, clima caliente y homogéneo (mares ~10-15°C más calientes) y nivel de mar alto, favoreciendo la implantación y preservación de condiciones anóxicas estables.

Productividad alta??

TEORIAS INORGÁNICAS

Relacionadas con emanaciones volcánicas Relacionadas con el origen cósmico Relacionadas con síntesis inorgánica Teoría de profir'ev

1. TEORÍAS RELACIONADAS CON EMANACIONES VOLCÁNICAS

Virlet: muchas fuentes termales producen hidrocarburos. Brunet: fuentes de petróleo y bitumen se encuentran casi siempre próximas a volcanes. Levorsen:

2.TEORÍAS RELACIONADAS CON EL ORIGEN CÓSMICO

Boutigny: Imagina una atmosfera primitiva rica en hidrocarburos gaseosos y vapor de agua. Levorsen: Discrepa con Boutgny. Los hidrocarburos deberían estar distribuidos uniformemente en ia tierra y las rocas más antiguas deberían tener más hidrocarburos.

3. TEORÍAS RELACIONADAS CON SÍNTESIS INORGÁNICAS

Berthelot: presenta una teoría de formación de petróleo en las proximidades del núcleo de la tierra. Byasson: sostiene que los hidrocarburos se forman por la reacción del CO con el H. Los alemanes producían por este método. Mendeleiev: señala una ecuación de reacción de carburos metálicos con vapor de agua. Kudriavtsev: afirma que el C y el H a temperaturas entre 6000°C y 12000°C forman CH; entre 3000°C y 4000°C CH2 y a temperaturas menores CH3 Slenzak: los hidrocarburos son producidos por diferenciación del material que compone la corteza terrestre. Chekalyuk: el petróleo se forma a grandes profundidades a altas presiones y temperaturas y migra a superficie disuelto en aguas juveniles

4. DISCUSIÓN DE LA TEORÍA DE PROFIR'EV

Acumulaciones comerciales de hidrocarburos en rocas cristalinas. Hidrocarburos en gases volcánicos y en rocas cristalinas. Hidrocarburos en meteoritos. Campos gigantes. Fallas profundas

TEORÍAS INORGÁNICAS ANTIGUAS

Mendeleyev (1877): reacción de carbonatos metálicos con agua a altas temperaturas generando acetileno (C2H2) y, pór condensación, otros HC's. Berthelot (1860) e Mendeleyev (1902): reacción de carbonatos de hierro en el manto generando metano (FeC2 + 2H20 = CH4 + Fe02). Sokoloff (1890): HC's precipitados directamente de la nebulosa original que formo el sistema solar y "acumulados" en el interior de la tierra.

TEORÍAS INORGÁNICAS MODERNAS

Mueller (1963): encontró materia "orgánica" (> 6%) y trazas de HC's (e.g. amino-ácidos) en meteoritos (condritos). Presencia de metano en la atmósfera de los planetas del sistema solar, en emanaciones volcánicas y ocurrencias de HC's en áreas de basamento ígneo. Thomas Gold: el petróleo proviene del metano primordial "precipitado" durante el enfriamiento de la tierra. En la década de 1980 propuso la perforación de dos pozos (~6,5km) en un astroblema ubicado en el escudo de Suecia.

INDICIOS QUE EXPLICAN EL ORIGEN ORGÁNICO

Similitud estructural de algunos compuestos del petróleo con sustancias orgánicas sintetizadas por organismos vivos. Restos identificables de materia orgánica (plantas y animales) en sedimentos. Actividad óptica, es decir, su capacidad para rotar el plano de la luz polarizada. Característica de los compuestos de origen biogénico . Presencia de porfirinas. Estas se derivan probablemente de la clorofila y no son estables a la temperatura que alcanza una roca Ignea. Relación C13/C12 en el petróleo se aproxima más a la hallada en la materia orgánica viva que en la atmosférica o inorgánica (carbonatos). Presencia de compuestos nitrogenados, los cuales, son característicos de organismos vivos. Hallazgo de hidrocarburos en sedimentos recientes y suelos Asociación con rocas sedimentarias representantes de épocas de abundante vida animal y vegetal y ausencia en áreas donde solo afloran rocas ígneas o rocas más antiguas que las cámbricas donde la vida ha sido escasa. Presencia de biomarcadores e isótopos

TEORÍAS ORGÁNICAS

Relacionadas con el vulcanismo Relacionadas con la evaporación del agua del mar Relacionadas con aceites, gorduras y resinas Engler y la teoría hofer - engler Relacionadas con el carbón y petróleo Relacionadas con algas microscópicas Smith y la teoría singenética Teoria organica moderna

1. TEORIAS RELACIONADAS CON EL VULCANISMO

Boccone: (1667) atribuye el origen del petróleo a la destilación de la materia orgánica por acción de fenómenos volcánicos. Humboldt: contribuye para el crédito de la teoría anterior. TEORIAS RELACIONADAS CON LA EVAPORACIÓN DEL AGUA DE MAR Fichtel: de acuerdo con Louis, al final del siglo XVIII, acredita que, tanto la sal como el petróleo provienen de la evaporación de mares primitivos. Hecket: especialista en minas de sal, afirmaba que petróleo se originaba de materia orgánica animal. RELACIONADAS CON ACEITES, GORDURAS Y RESINAS Macquer: sostiene el origen del petróleo por reacciones de aceites vegetales con ácidos minerales

Hatchett: sostiene que los aceites, gorduras y resinas de animales y vegetales forman el petróleo cuando se descomponen.

4. ENGLER Y LA TEORÍA HOFER - ENGLER

Engler: sostiene que materia orgánica animal y ios aceites vegetales son la materia prima para la formación de petróleo por destilación a temperatura moderada y alta presión (teoría Hofer-Engler) RELACIONADAS CON EL CARBÓN Y PETRÓLEO RELACIONADAS CON ALGAS MICROSCÓPICAS A partir de 1980 varios autores atribuían particular importancia a las algas microscópicas como generadoras de petróleo

7. SMITH Y LA TEORÍA SINGENÉTICA

Smith: TEORIA ORGANICA MODERNA

CONCLUSIÓN SOBRE EL ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS

Las evidencias geoquímicas y geológicas obtenidas a partir de estudios de sedimentos y petróleos demuestran claramente que la mayor parte de los hidrocarburos se origina a partir de la materia orgánica diseminada y enterrada en cuencas sedimentarias. Esta afirmación no invalida el hecho de que el carbono y el hidrógeno fueron originalmente constituyentes no biológicos de la tierra, ni descarta la existencia de compuestos hídrocarbonados del tipo de los que constituyen el petróleo que pudieron tener origen abiogenético.

1.2. OCURRENCIA DE LOS HIDROCARBUROS

MANIFESTACIONES DE SUPERFICIE

Manifestaciones activas o "vivas". Petróleo liquido Exudaciones, manaderos y manantiales de bitumen Volcanes y corrientes de barro. Manifestaciones fósiles o "muertas". Petróleo sólido Depósitos diseminados  Sedimentos impregnados de bitumen Depósitos de petróleo asfáltico Depósitos en vetas Depósitos de bitumen sólidos o semisólidos en diques  Depósitos en oquedades y grietas rellenas Esquistos querogénicos o bituminosos.

OCURRENCIA EN EL SUBSUELO

Indicios menores Este rastro es suficientemente importante para ser considerado como indicio de un pozo comercial? Está en el borde de un yacimiento? Reservorio, yacimiento, campo y provincia Reservorio: deposito único de petróleo y/o gas Yacimiento: varios reservorios Campo: varios yacimientos vinculados a un mismo rasgo geológico (Estructural o Estratigráfico) Provincia: Región con varios campos dentro de un ambiente geológico similar o conectado

CAPÍTULO 3

EL SISTEMA DE HIDROCARBUROS (PETROLEOUM SYSTEM)

INTRODUCCIÓN

> El concepto del Sistema de Hidrocarburos fue inicialmente propuesto como el Sistema de Petróleo por Dow en 1974. Las razones de su propuesta son las siguientes:

La habilidad para identificar un Sistema de Hidrocarburos depende únicamente de las técnicas geoquímicas necesitadas para cartografiar facies orgánicas, para entender y manejar muestras de hidrocarburos y llevar acabo correlaciones hidrocarburos- hidrocarburos y hidrocarburos-roca fuente.  La aproximación del Sistema de Hidrocarburos es una manera de organizar la información que únicamente se presta a investigaciones eficientes para propósitos de exploración, la evaluación de recursos, e investigación. El rol de las investigaciones del Sistema de Hidrocarburos en el análisis de cuencas, el análisis de yacimientos y evaluación de prospectos nunca ha sido adecuadamente aclarado.

OBJETIVOS DE LA IDENTIFICACIÓN Y ESTUDIO

DE UN SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Definir, comparar y contrastar los diferentes niveles de las investigaciones de ios hidrocarburos. Describir la historia del modelo del Sistema de Hidrocarburos. Identificar, nombrar y determinar el nivel de certeza de un Sistema de hidrocarburos. Describir las figuras que mejor representan la extensión geográfica, estratigráfica y temporal de un Sistema de Hidrocarburos Describir cómo un estudio del sistema de Hidrocarburos es implementado.

NIVELES DE INVESTIGACIÓN HIDROCARBURÍFERA

Son varios los niveles de investigación hidrocarburifera, todos los cuales son necesarios para un mejor entendimiento de la génesis y hábitat de los hidrocarburos. Análisis de Cuencas Sedimentarias (Sedimentary Basin): Describe o da énfasis a la la secuencia estratigráfica y estilo estructural de las rocas sedimentarias. s Identificación de Sistemas de Hidrocarburos (Petroleum System): Describen la relación genética entre una muestra de roca generadora activa y las acumulaciones resultantes de petróleo y gas.  Estudio de Campos o Yacimientos (Play): Describen la similitud geológica de una serie de trampas actuales. Estudio de Prospectos (Prospect): Describen una trampa individual actual y determinan si tienen valor económico y pueden son explotables con tecnología disponible.

PLAY

 Es 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.  El área geográfica donde se aplica el modelo, se llama play fairway. Un play se considera probado (proven play), si se conocen acumulaciones de petróleo en el área, como resultado de la combinación de los factores que define el play. Se habla de play working para referirse a áreas sujetas a investigación.  En los plays no probados (unproven play) existe la duda de que la combinación de esos factores dé como resultado la acumulación de petróleo.

CONSIDERACIONES ECONÓMICAS EN LOS NIVELES DE INVESTIGACIÓN

Las consideraciones económicas no son importantes en ias investigaciones de la cuenca sedimentaria y el sistema de petróleo, pero son esenciales en la evaluación del yacimiento o prospecto. Una cuenca sedimentaria y un sistema de petróleo existen porque estos fenómenos están basados en procesos naturales (por ejemplo, la prueba de una cuenca es la roca sedimentaria y la de un sistema de petróleo es la presencia de hidrocarburos). En cambio, un yacimiento de petróleo comercial o el prospecto no existen sin considerar las consideraciones económicas.

DIFERENCIA ENTRE ANÁLISIS Y MODELAJE

En el análisis, un ítem existente es analizado para determinar cómo funciona, mientras que en el modelaje, un Ítem hipotético es analizado para determinar cómo debe funcionar. Por ejemplo:

El modelaje del prospecto es usado para justificar la perforación, mientras que el análisis del prospecto es llevado a cabo después de la perforación para entender porque carece de hidrocarburos comerciales.

HISTORIA DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El término Sistema de Petróleo (Oil System) fue introducido por Dow en 1974 y esta basado en el concepto de la correlación Petróleo - Roca generadora. El término Sistema de Petróleo (Petroleum System) fue usado por primera vez por Perrodon en 1980. Independientemente, Demaison ideo la Cuenca Generativa en 1984. Meissner et al. Describió su Maquina de Hidrocarburo en 1984. Ulmishek identificó un Sistema Petrolífero Independiente en 1986 Todos estos conceptos son similares al sistema de petróleo de Dow (Dow's oil system). Expandiendo el trabajo previo, Magno (1987, 1988, 1989 a, b) intentó formalizar el criterio para identificar, nombrar y determinar el nivel de certeza para el Sistema de Petróleo.

DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Es un sistema funcional natural integrado por diversos elementos relacionados a procesos que describe la relación genética entre una roca generadora y las acumulaciones resultantes de petróleo y gas. Es un sistema geológico que abarca las rocas generadoras de hidrocarburos relacionadas e incluye a todos los elementos y procesos geológicos que son esenciales para la existencia de una acumulación de hidrocarburo. El término sistema describe los elementos interdependientes y los procesos que forman la unidad funcional que crea las acumulaciones de hidrocarburos. El sistema de hidrocarburos incluye la zona de maduración de la roca madre, la red de distribución natural, y los acontecimientos de petróleo descubiertos genéticamente relacionados. La presencia de hidrocarburos es la prueba de que un sistema existe. Un sistema de petróleo existe donde todos los elementos y procesos esenciales se producen o se piensa que han tenido la probabilidad de ocurrir.

ELEMENTOS Y PROCESOS DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

ELEMENTOS Roca generadora Roca reservorio      Roca sello Trampa/ sobrecarga

Los elementos deben estar ubicados en tiempo y espacio de tal forma que los procesos requeridos para formar una acumulación de petróleo o gas puedan ocurrir.

PROCESOS Generación * Migración s Acumulación y entrampe Preservación

PROCESOS DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Formación de la trampa:son todos aquellos procesos tectónicos que dan origen a las estructuras geológicas, además de los cambios iitológicos laterales de tas capas. Generación - migración - acumulación. Preservación: es el tiempo que determina la conservación del hidrocarburo dentro del sistema petrolero, ésta se llevará a cabo hasta que ocurra algún fenómeno geológico que altere la composición del sistema.

LÍMITES Y/O EXTENSIÓN DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Un Sistema de Hidrocarburos está limitado por espacio y tiempo.

Limites espaciales Extensión geográfica Extensión estratigráfica Límites temporales Edad Momento critico  Tiempo de conservación

LIMITES Y/O EXTENSIONES ESPACIALES

Definen al Sistema de Hidrocarburos:

Extensión geográfica: es el espacio (superficie) definido por una linea que circunscribe la zona de generación - migración - acumulación de hidrocarburos (petróleo o gas). Se determina en el momento crítico de generación de los hidrocarburos. Extensión estratigráfica: es el espacio (sección) que ocupan las unidades litológicas que abarcan los elementos esenciales dentro de la extensión geográfica del sistema

LIMITES Y/O EXTENSIONES TEMPORALES

Edad: es el tiempo necesario para que se de el proceso de la / generación - migración - acumulación de los hidrocarburos. Momento crítico: es el momento en el tiempo (seleccionado por el investigador) que mejor representa o describe el proceso de la f re­generación - migración - acumulación de los hidrocarburos dentro del sistema. En la carta de eventos se marca justamente al término de los procesos de generación - migración - acumulación y el comienzo de la preservación. Tiempo de preservación: es el tiempo que determina la conservación de los hidrocarburos dentro del sistema, éste se inicia justamente después de que ocurre la generación - migración - acumulación de los hidrocarburos y se extiende hasta nuestros días.

INDENTIFICACION DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Antes de que un sistema de, hidrocarburos pueda ser investigado, este debe ser identificado. Para identificar un sistema de hidrocarburos, el explorador debe encontrar algo de petróleo o gas. Cualquier cantidad de petróleo o gas, esa será la prueba de un sistema de hidrocarburos. Los pasos para identificar un sistema de hidrocarburos son: Buscar algún indicio de la presencia de hidrocarburos (una filtración de petróleo o gas, una muestra en un pozo, etc.). Determinar el tamaño del sistema de hidrocarburos. Asignar un nombre del sistema de hidrocarburos.

TAMAÑO DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El tamaño de un sistema incluye el volumen total de hidrocarburos recuperables que se originaron a partir de un único lente de maduración de la roca madre activa. Dicho volumen total será usado para compararlo con otros sistemas y determinar la eficiencia de la, generación - acumulación. Volumen de hidrocarburos: la muestra incluye los hidrocarburos descubiertos, filtrados y acumulaciones de petróleo y gas. Eficiencia de la generación - acumulación: la eficiencia de la generación acumulación es la relación entre el volumen total de petróleo entrampado (en sitio) en el sistema petrolero y el volumen total de hidrocarburos generado a partir de la zona de maduración de la roca madre activa. El tamaño de un sistema se determina usando una tabla donde se suma la producción acumulada y las reservas remanentes de cada campo perteneciente al mismo sistema de hidrocarburos.

PASOS PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

Los pasos para determinar el tamaño del sistema de hidrocarburos son los seguientes: Agrupar las ocurrencias de petróleo y gas genéticamente relacionadas a través de las características geoquímicas y relaciones estratigráficas de campo. Localizar la zona general de la maduración de la roca madre activa responsable de la ocurrencia de los hidrocarburos genéticamente relacionados. Identificar la fuente usando correlaciones hidrocarburo - roca madre. Elaborar una tabla de acumulaciones para determinar la cantidad de hidrocarburos en el sistema y la roca reservorio que contiene el mayor volumen de hidrocarburos

NOMBRE DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El nombre de un sistema de hidrocarburos incluye: El nombre de la roca generadora. El nombre de la roca reservorio principal y/o la roca quecontiene el mayor volumen de hidrocarburos en sitio.  El símbolo que expresa el nivel o grado de certeza.

Ejemplo: Deer - Boa (.), es un sistema de petróleo hipotético constituido por el esquisto Deer del Devónico como roca generadora y la arenisca Boar como la roca reservorio principal. La roca reservorio principal contiene el mayor volumen de hidrocarburos en el sistema de petróleo.

NIVELES DE CERTEZA

Un Sistema de Hidrocarburos puede estar identificado en tres niveles de certeza: Conocido (!): En un i sistema de hidrocarburos conocido, existe una buena relación g^cjuímica entre la roca generadora y las acumulaciones de petróleo y gas. Hipotético (.): En un sistema de petróleo hipotético, la información geoquímica identifica una roca generadora, pero no existe una relación geoquímica entre la roca generadora y las acumulaciones de petróleo y gas. Especulativo (?): En un sistema de petróleo especulativo, la existencia de una roca generadora y la acumulación de petróleo y gas, es postulado enteramente sobre la base de la evidencia geológica y geofísica. El nivel de certeza indica la confianza de que una roca generadora en particular haya generado hidrocarburos y estos hayan sido acumulados en una trampa. Los niveles de certeza, están indicados por los símbolos siguientes: (!) para sistema conocido, (.) para sistema hipotético y (?) para sistema especulativo.

LA INVESTIGACIÓN DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El procedimiento para la investigación de un sistema de hidrocarburos empieza con el estudio de las acumulaciones descubiertas de petróleo y gas, sin considerar el tamaño( El análisis geoquímico de los rastros de petróleo y gas pueden proveer información crítica como la naturaleza responsable del sistema de petróleo). La investigación identifica, nombra y determina el nivel de certeza del sistema. Después de que el sistema es identificado el resto de la investigación está orientada ha determinar la extensión estratigráfica, geográfica y temporal del sistema de hidrocarburos.

Nota: El sistema de hidrocarburos define un nivel de investigación que usualmente yace entre lo de una cuenca sedimentaria y un yacimiento o play

COMPONENTES PARA LA INVESTIGACION DEL SISTEMA DE HIDROCARBUROS

La investigación del sistema de hidrocarburos incluye ios siguientes componentes: Correlación geoquímica petróleo - petróleo. Correlación geoquímica petrolero - roca madre. Grafica del historial de enterramiento. Mapa del sistema petrolero. Sección transversal del sistema petrolero. Carta de eventos. Tabla de acumulaciones de hidrocarburos. Determinación de la eficiencia de la generación – acumulación

TIEMPO DE CONSERVACIÓN DE UN SISTEMA DE HIDROCARBUROS

El tiempo de conservación de un sistema de hidrocarburos, empieza después de la generación del petróleo y gas, y después de que los procesos de migración y acumulación hayan sido completados.

Los procesos que ocurren durante el tiempo de conservación son:

La remigración. La degradación física o biológica La completa destrucción de los hidrocarburos. Si todos los elementos esenciales son destruidos durante el tiempo de conservación, entonces la evidencia de que un sistema de petróleo existe será muy distante.

LA REMIGRACION DE HIDROCARBUROS

Durante el tiempo de conservación, el petróleo re-migrado puede acumularse en trampas formadas después de la generación del hidrocarburo que se ha desprendido en el sistema de petróleo. Si la actividad tectónica es insignificante durante el tiempo de conservación, las acumulaciones permanecerán en sus posiciones originales. La re-migración ocurre durante el tiempo de conservación solo si ocurre plegamientos, fallamientos, levantamientos o erosión.

LA DEGRADACIÓN FÍSICA O BIOLÓGICA

Biodegradación . Lavado por agua . Desasfaltización Alteración térmica

BIODEGRADACION

Se da por debajo de los 60-70 °C, y consiste en la alteración bacteriana de los petróleos. Las bacterias utilizan el oxígeno disuelto en el agua de los poros, u obtienen el oxígeno de los iones de azufre, oxidando selectivamente algunos hidrocarburos. El orden de eliminación es el siguiente:

n-alcanos — isoalcanos -cicloalcanos — hidrocarburos aromáticos.

Se producirá un incremento de la densidad y viscosidad del petróleo.

LAVADO POR AGUA

Acompaña a la biodegradación.  Aguas meteóricas subsaturadas en hidrocarburos pueden disolver alguno de los hidrocarburos del almacén. El benceno, el tolueno y el zyleno son los más solubles y son eliminados preferentemente. Este proceso se da por encima de los 70 °C, y se requiere un aporte continuado de aguas meteóricas.

D ESAS F ALT IZ ACIO N

Precipitación de compuestos pesados de los hidrocarburos aromáticos y aiiciclicos , como resultado de la inyección de hidrocarburos ligeros (C1-C6). Este proceso tiene lugar cuando la acumulación de petróleo sufre una carga tardía de gas, y la (cocina^>lcanza un alto grado de madurez.

ALTERACIÓN TÉRMICA

Cambios en la composición por el aumento de la temperatura. Los compuestos pesados son reemplazados progresivamente por compuestos más ligeros hasta llegar al metano. Se da por encima de los 160 °C. Las reacciones de cracking se producen rápidamente, y las acumulaciones de petróleo pueden ser destruidas en un tiempo geológico corto.

TECNICAS DE INVESTIGACIÓN

Exploración  inicial:

Análisis de cuenca sedimentaria: estudio estratigráfico-sedimentario, estructural.           v           ,

Investigación geoquímica:

Datos sobre cantidad de materia orgánica presente en roca, condiciones o indicadores de transformación de materia orgánica y cuanto se genero.

Investigación geofísica:

Ayuda a determinar trampas que acumulan hidrocarburos, facilita la cartografía o dímensionamiento del sistema de hidrocarburos.

Perforación exploratoria:

-Pozo descubridor

-Pozos confirmatorios.

CAPÍTULO 4

GENERACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS

ELEMENTO BÁSICO PARA LA GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS

Materia orgánica. Cantidad Tipo: animal y vegetal Calidad

COMPOSICIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

La materia orgánica depositada en los sedimentos está formada principalmente por macromoléculas provenientes de los organismos vivos a las que se puede llamar genéricamente biopolímeros. Constituyentes principales: Carbohidratos Proteínas Lípidos Otros constituyentes: los macerales s Ligninas Taninos Resinas, etc

LOS CARBOHIDRATOS: (celulosa) almidones

Están entre los compuestos más importantes de los seres vivos (principalmente en las plantas) y su contribución total a la M.O. en los sedimentos es muy alta. Los carbohidratos (en las plantas = celulosa y en los animales = quitina) comprenden desde compuestos sencillos como los azúcares y sus polímeros (mono - oligo y polizacáridos) hasta complejos macromoleculares como la celulosa.    Aunque prácticamente se restrinja a los vegetales superiores, la celulosa es le carbohidrato más abundante en la naturaleza. Los carbohidratos son solubles cuando son hidrolizados transformándose en azucares. Por lo general son insolubles en agua. Los hidratos de carbono comienzan su transformación ya en el medio acuoso, sirviendo de alimento a otros organismos. En un sistema aeróbico, pueden mineralizarse por completo, mientras que en condiciones anaeróbicas se fermentan, desprendiendo H20, C02, H+ y CH3.

LAS PROTEINAS(aminoácidos)

Son polímeros altamente ordenados formados por la unión de aminoácidos, en los cuales se encuentra la mayor parte de nitrógeno presente en los organismos. Las proteínas pueden actuar tanto como constituyentes de diversos materiales (ejemplo: músculos, caparazones) como en la forma de enzimas catalizando las mas variadas reacciones bioquímicas. En un medio acuoso y bajo la acción de enzimas, las proteínas pueden descomponerse en aminoácidos individuales. Son fácilmente asimiladas por las bacterias. En condiciones aeróbicas, se da una mineralización total, formándose agua, dióxido de carbono, amoniaco, ácido sulfhídrico, hidrógeno y metano. En condiciones anaeróbicas, es importante la unión de aminoácidos con hidratos de carbono, para más i tarde transformarse en ácidos húmicos.  El proceso de desaminación (pérdida del grupo amino) de los aminoácidos, puede dar lugar a la formación de ácidos grasos de bajo peso molecular, y la descarboxilación de estos últimos, puede generar la formación de hidrocarburos.

LOS LÍPIDOS

Los lípidos incluyen las grasas animales, los aceites vegetales y las ceras cuyas funciones son de almacenamiento de energía y protección de las células respectivamente. Prácticamente son insolubles en agua.

Las grasas consisten en una mezcla de varios triglicéridos clasificados químicamente como ésteres. Cuando están hidrolizados, los glicéridos dan origen al glicerol y ácidos grasos. Ya en las ceras, el glicerol es sustituido por alcoholes complejos, bien están presentes n-alcanos con varios átomos de carbono.

Además de los lípidos tipicos, existen sustancias similares, como algunos pigmentos (ejemplo clorofila) y los terpenoides y esferoides que cumplen funciones protectoras de las células. Los lípidos son los compuestos más próximos en composición química al petróleo. En la transformación de lípidos a petróleo, están implicadas pocas reacciones, produciendo una mayor cantidad de hidrocarburos que cualquier otra sustancia.

OTROS CONSTITUYENTES: LIGNINAS, TAÑI NOS Y RESINAS (macerales)

Se trata de componentes normales de las plantas superiores:

La lignina: es la sustancia soporte. Consiste básicamente de compuestos poliaromáticos (polifenoles) de alto peso molecular, constituyendo estructuras tridimensionales dispuestas entre los agregados de celulosa que constituyen los tejidos de las plantas. Son sintetizadas por las plantas terrestres a partir de la deshidratación y condensación de alcoholes aromáticos. Los taninos: son sustancias colorantes presentes en algas, hongos y plantas superiores.

Las resinas: están presentes en la madera y cubierta de las hojas, siendo muy resistentes a los ataques químicos

EVOLUCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA EN LA GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS

Producción de materia orgánica Acumulación de materia orgánica Maduración térmica de la materia orgánica:

temperatura y presión

PRODUCCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

FOTOSÍNTESIS

El principal mecanismo de producción de materia orgánica es la fotosíntesis proceso por el cual el agua y el dióxido de carbono son convertidos en glucosa, agua y oxígeno. A partir de la glucosa son formados los polisacáridos y los otros compuestos orgánicos necesarios para la vida. Es realizada por los organismos primarios (autótrofos) que contiene el pigmento clorofila.(de colores verdes)

EL CICLO DEL CARBONO

Se inicia con ei proceso de fotosíntesis, mediante el cual, las plantas y algas marinas convierten el C02 contenido en la atmósfera y en ei agua del mar, en carbono y oxígeno utilizando la energía solar: Las plantas toman de la atmosfera el dióxido de carbono (C02) que necesitan para su desarrollo.  Evolucionan hasta morir o son consumidas por hervívoros, los que a su vez son consumidos por carnívoros y estos, por otros carnívoros. Finalmente, los residuos orgánicos alimentan a la fauna bentónica.

La cadena de la vida cesaría si no existieran los eslabones que cierran el ciclo. El C02 atmosférico se consumiría y la fotosíntesis no sería posible.

La restitución del C02 se realiza por variados caminos: La respiración de los animales y plantas (de vuelta a la atmósfera)  La descomposición bacteriana y la oxidación natural de la materia orgánica que muere. s La combustión de los combustibles fósiles (natural y ocasionada por el hombre). Este ciclo no es 100% eficiente. Una pequeña cantidad (menos del 1 % escapándose del ciclo) ha sido preservada en ambientes donde ia oxidación no ha ocurrido, y a través del tiempo geológico se ha convertido en grandes cantidades de material orgánico fósil parte del cual se ha acumulado como carbón, petróleo y gas. La mayoría sin embargo, se encuentra finamente diseminado en rocas sedimentarias y nunca se concentrará lo suficiente como para ser económicamente recuperable.

DISTRIBUCIÓN DEL CARBONO EN LA CORTEZA DE LA TIERRA

En la corteza terrestre el carbono se presenta en tres formas: Como carbono elemental en rocas ígneas. Como carbono reducido principalmente en la materia orgánica transformada a través del tiempo geológico. Como carbono oxidado en los carbonatos. La cantidad total de carbono es de aproximadamente 9x10A22 g. Los sedimentos continentales y oceánicos contienen 1,20x10A22 g. de carbono orgánico y 6,4x10A22 g. de carbono como carbonatos. Hay aproximadamente tres veces más carbono orgánico en las pelitas (arcillas y limolitas) que en rocas carbonáticas y arenas.

EL CARBONO EN LOS HIDROCARBUROS

El carbono que forma parte del petróleo y gas en los reservorios totaliza la cantidad de 1x10A18 g. o sea cerca del 0,01 % del carbono que se encuentra en las rocas sedimentarías. Una acumulación importante de carbono lo constituye el petróleo disperso en los sedimentos. Se estimó un valor de 166x10A18 g. de carbono en pleitas y carbonatos, que junto con los 16x10A18 g. promediado para las arenas y 21x10A18 g. diseminados en los sedimentos marinos constituyen alrededor de 200x10A18 g. de carbono total correspondientes al petróleo no reservoriado, que representa el 1,7 % del carbono orgánico contenido en los sedimentos.

AMBIENTES PRODUCTORES

ECOSISTEMAS CONTINENTALES

La producción orgánica está controlada por las plantas terrestres y las algas de agua dulce. Las algas de agua dulce contribuyen al aporte de materia orgánica en los lagos (actualmente, Bottrycoccus y Tasmanites). Las condiciones climáticas (temperatura, incidencia de luz solar, humedad) constituyen el principal factor condicionante de la productividad primaria. En climas húmedos con vegetación, si la topografía impide el drenaje y se produce un balance entre la tasa de acumulación y la de subsidencia, las acumulaciones de restos vegetales pueden ser preservadas de la actividad bacteriana en áreas con condiciones de anoxia; se generarán depósitos de turba típicos de llanuras deltáicas, áreas traseras de los lagoons y en las bahías entre los canales distributarios. En los ambientes desérticos o polares la productividad es baja, en tanto en las regiones tropicales, la productividad es alta. Aunque actualmente la producción primaria de origen terrestre sea equivalente a la acuática, la mayor exposición al oxigeno limita su preservación.

MEDIOS CONTINENTALES

Lagos: normalmente en un contexto tectónico activo y en zonas ecuatoriales, donde la estratificación de las aguas (por salinidad o densidad) impida la mezcla de las aguas superficiales y profundas. Deltas: la roca madre son las lutitas del prodelta, con materia orgánica procedente de vegetales transportados por los ríos y materia orgánica de fito- y zooplancton.

ECOSISTEMAS MARINOS

Los mayores productores de materia orgánica en los ambientes marinos son los organismos fitoplanctónicos (diatomeas, dinoflagelados, algas azules y nannoplancton). Se estima que la producción mundial de materia orgánica de origen fitoplanctónica es cerca de 550 billones de toneladas/año, en tanto que la materia orgánica originada por los organismos zooplanctónicos, bentónicos, bacterias y peces, por ejemplo, no pasa los 200 millones de toneladas/año. La productividad primaria es condicionada principalmente por la luminosidad,, disponibilidad de nutrientes (especialmente fósforo y nitrógeno proporcionados por la circulación de corrientes), turbidez, salinidad, temperatura y Ph. Con respecto a la luminosidad, la máxima productividad se da en los primeros 200 metros, y especialmente en el intervalo de 60-80 metros, denominado zona trófica. Con respecto a la temperatura y salinidad, las mejores condiciones ocurren en las zonas de clima templado, donde la productividad es mas alta que en los mares polares o ecuatoriales. En el caso del suministro de nutrientes, el origen puede ser externa (descarga de grandes ríos) o interna (reciclaje de la propia biomasa). La disponibilidad de nutrientes puede ser incrementada por el fenómeno de la resurgencia. Debido a la acción de los vientos y de las corrientes oceánicas, aguas frías y ricas en nutrientes, venidas de áreas mas profundas, llegan a las regiones costeras acarreando un gran aumento de la productividad primaria. En general, la producción primaria de biomasa, decrece desde la costa hacia la plataforma marina y océano abierto. Las latitudes medias húmedas y las ecuatoriales, son más productivas que las latitudes tropicales; Las producciones más bajas se dan en las áreas polares y tropicales áridas. En los océanos abiertos, la producción total de carbono orgánico es importante, pero su concentración es relativamente baja, mientras que en las plataformas continentales (zonas intertidales, arrecifes, estuarios y zonas de upwelling), es elevada.

MEDIOS MARINOS

Cuencas marinas semicerradas: con un balance positivo(mayor entrada de agua dulce que de agua salada), y con un modelo de circulación estuarino. Cuencas marinas abiertas: en zonas de upwelling, donde se produce una zona de mínimo oxígeno. En plataformas y cuencas profundas: en periodo máxima trasgresión.

FACTORES QUE CONTROLAN LA PRODUCTIVIDAD ORGÁNICA

TERRESTRE

Temperatura Insolación Precipitación

ACUATICA

Temperatura Insolación (zona fóyica) Nutrientes ( ríos, upwelling)

ACUMULACIÓN Y PRESERVACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

CUENCAS OXIGENDAS

Los procesos oxidantes son de mayor significancia e importancia en la producción de materia orgánica . La provisión de oxigeno en el agua se lleva a cabo a través de dos procesos físicos:      Movimientos descendentes de aguas saturadas en oxigeno correspondientes a niveles de superficie.       Movimientos ascendentes de aguas frías y densas, ricas en oxigeno (Damaison y Moore op. Cit). Los factores que controlan la oxigenación de las aguas son: la salinidad, temperatura y densidad (Demaisori y Moore op. Cit).

AMBIENTE OXICO

AMBIENTE ANÓXICO.

FORMACIÓN DE AMBIENTES

ANÓXICOS CONSUMO > SUMINISTRO DE 02

Consumo de 02: Alta productividad primaria (blooms de algas, upwelling). Suministro de 02: Estratificación da columna de agua (termo- o picnoclina). Eficiencia/frecuencia de circulación de la columna de Agua. Temperatura y salinidad del agua.

CLASIFICACIÓN DE LOS AMBIENTES ANÓXICOS

Grandes Lagos Anóxicos Cuencas Marinas Restrictas Áreas de Upwelling Depresiones Restrictas en Mar Abierto Océanos Abiertos Anóxicos

MADURACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

PROCESO DE MADURACIÓN

DEGRADACION DE LA MATERIA ORGÁNICA

La materia orgánica dispersa en el secJTmento se degrada progresivamente, pasando de biopolímerós a tgeopo|fmerosf (kerógeno) a través del fraccionamiento, destrucción parcial y reagrupamiento de los componentes elementales de las macromoléculas. Degradación bioquímica. Policondensación e insolubilización.

DEGRADACIÓN BIOQUÍMICA

Se Inicia con la acción bacteriana sobre la materia orgánica. El proceso se realiza a través de la respiración en condiciones aerobias, o por fermentación en condiciones anaerobias. La materia orgánica sedimentada en presencia de bacterias, es oxidada a compuestos inorgánicos (mineralización), utilizando el oxidante disponible (oxígeno, en medios oxigenados) que proporcione la más alta entalpia libre por mol de compuesto orgánico oxidado. En condiciones anaerobias, las bacterias actúan de modo preferente sobre determinados sustratos.

POLICONDENSACIÓN E INSOLUBILIZACIÓN

Al mismo tiempo que los biopolímeros generan geomonómeros, se Inicia un proceso competitivo con la degradación. Muchas de las moléculas presentes en los organismos muertos, son muy reactivas químicamente, y reaccionan espontáneamente entre sí para dar otro tipo de polímeros con estructuras al azar, resistentes a la degradación anaerobia. Estos compuestos, llamados geopolimeros, son relativamente estables y preservan la materia orgánica aún en presencia de bacterias. A medida que se produce la policondensación, se produce la insolubilización.

DIAGENESIS DE LA MATERIA ORGÁNICA

Es el proceso de alteración biológica, fisica y química de los detritos orgánicos antes de que se produzca un efecto pronunciado de temperatura, este proceso tiene tugar en los sedimentos recién depositados. La actividad microbiana es uno de los principales agentes de transformación. Degradación biogénica. La temperatura no juega un rol importante, sin embargo esta se puede acotar en un rango que va desde la temperatura de superficie hasta los 50°C. Con el soterramiento progresivo, ligazones heteroatómicas y grupos funcionales son eliminados; dióxido de carbono, agua y algunos componentes pesados como N, S y O, son liberados. Al final de la diagénesis, la materia orgánica consiste, principalmente, en kerógeno. En términos de exploración de hidrocarburos, las rocas madres son consideradas inmaduras en este estadio.

CATAGENESIS DE LA MATERIA ORGÁNICA

Proceso durante el cual la materia orgánica es alterada por efecto del incremento de temperatura. Degradación termogénica. A medida que la temperatura aumenta durante el soterramiento se produce la ruptura térmica y termocatalitica de la materia orgánica dispersa de los sedimentos. Primero se elimina gran parte de los heteroátomos en forma de productos volátiles (dióxido de carbono, sulfhídrico, nitrógeno) y sucesivamente se forman hidrocarburos . cada vez mas livianos, convirtiéndose los sólidos en líquidos y los flu} líquidos en gases. Queda como residuo una sustancia progresivamente mas rica en carbono y cuya estructura y constitución tiende a asemejarse al grafito normal. Estimativamente, la catagénesis se produce entre los 50° y los 200° C. Es la etapa en la cual se origina la mayor parte de los hidrocarburos que constituyen el petróleo y el gas.  Asimismo se forma el petróleo en primer lugar y en seguida los gases En este periodo corresponde al estadio principal de formación de petróleo y también el estadio principal de formación de gas húmedo.

 

ALTERACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

EN LA PRESENCIA DE OXÍGENO

Las bacterias aeróbicas usan el 02 para procesar la materia

orgánica:

CH20 + 02 — C02 + H20

EN LA AUSENCIA DE OXÍGENO

Para procesar la materia orgánica, las bacterias anaeróbicas usan:

El S04 2- (Sulfato-reducción)

2CH20 + S04 —H2S + 2HC03

El O de la misma materia orgánica (Fermentación)

2CH20 - CH4 + C02

EL KEROGEN

Producto complejo cuya estructura, aun hoy mal conocida, comprende macromoléculas nafteno-aromáticas conteniendo heteroátomos (oxigeno, azufre, nitrógeno). Es de alto peso molecular, insoluble en agua y en los r principales solventes y resistente a la degradación bacteriana. Por el contrario, es suceptible a la degradación térmica

ETAPAS DE LA FORMACIÓN DEL KEROGEN

El Kerógeno se forma en dos etapas sucesivas: a) polimerización y b) reordenamiento. La polimerización involucra la formación de geopolimeros a partir de los biomonómeros. Comienza poco después qué el organismo muere y se completa en un tiempo geológico corto, probablemente dentro de unos pocos cientos o miles de años. El reordenamiento comienza cuando los primeros geopolimeros se han formado y continúan mientras existe el kerógeno

FORMACIÓN DEL KEROGEN

Durante la diagénesis la materia orgánica que ha "sobrevivido" a los organismos predadores, es atacada por microbios que usan enzimas, convirtiendo los biopolímeros en unidades mas sencillas: los biomonómeros. f A la vez que los biopolímeros y los biomonómeros se van convirtiendo en moléculas más simples comienza un proceso que es competitivo con esta degradación y que da origen a ios geopolímeros, precursores del kerógeno. Muchas de las moléculas presentes son químicamente inestables, lo que provoca que se produzcan una serie de reacciones inespecíficas a baja temperatura. De estas resulta la formación del kerógeno.

KEROGEN TIPO I ,

Mayormente provienen de algas, (MO lacustre)

Contienen muchas cadenas alifá,ticas (aclclicas) y pocos núcleos aromáticos: La razón H/C es normalmente muy alta respecto a la razón o/c. El potencial para la generación de petróleo y gas es tamblén elevado. Se deriva principalmente de materia orgánica depositada en ambientes lacustres (materia algal con contenido de 10 a 70% de llpidos) y de materia orgánica enriquecida de lípidos por acción microbiana No Son Importantes, Pero Es El Principal Produgtor Del Petroleo

KEROGEN TIPO II

Proviene de ambientes marinos someros

Contiene mayor número de anillos aromáticos y nafténicos. La razón H/C y el potencial de generación de petróleo y gas son más bajos que los observados en el Kerogen tipo I, aunque todavía son bastante significativos.  Relacionado con materia orgánica marina depositada en ambientes reductores con un contenido de azufre medio a alto, además de polen, esporas y cutículas de vegetales superiores. A ambientes marinos reductores derivan de materiales planctónicos y otros materiales retrabajados más menos extensivamente por microorganismos residentes en los sedimentos (Demaison y Moore, 1980). Presenta un alto potencial de generación de gas y petróleo dependiendo esto de la evolución térmica en la cual se hallen.

KEROGEN TIPO III

MO continental vegetal

Contiene principalmente grupos funcionales poliaromáticos y oxigenados, con pocas cadenas alifáticas. La razón H/C es muy baja o insignificante, por el contrario la razón O/C es mayor que los otros tipos de querógeno.  La materia orgánica es principalmente derivada de yantas terrestres superiores, compuestas básicamente por celulosa y lignina, las cuales son extremadamente deficientes en hidrógeno. Presenta un alto potencial de generación de gas, el potencial generador de petróleo es insignificante o nulo.

TIPOS DE KEROGEN

Tipo I. H/C alto (» 1,5 o mayor) y O/C bajo (< 0,1):="" alta="" proporción="" de="" material="" lipídico,="" cadenas="" alifáticas.="" materia="" orgánica="" proveniente="" de=""> Tipo II. Fuente mas común de crudos. H/C alto y O/C bajo. Compuestos aromáticos y enlaces heteroatómicos. Grupos cetona, ácidos carboxílicos, nafténicos (abundantes) y cadenas alifáticas de longitud moderada. Materia orgánica depositada en sedimentos marinos (mezcla de zoo, fitoplanton y bacterias). Tipo ll-S. S/C > 0,04: Asociado a la incorporación de S a la materia orgánica durante la diagénesis (ambientes sulfato-reductores). Tipo III. H/C baja (<1,0) y="" o/c="" alta="" (0,2="" a="" 0,3).="" alta="" proporción="" de="" compuestos="" aromáticos,="" grupos="" cetonas="" y="" ácidos="" carboxílicos.="" materia="" orgánica="" de="" origen="">1,0)> Tipo IV. H/C baja (» 0,25): Abundancia de compuestos aromáticos y grupos funcionales con oxigeno, ausencia de cadenas alifáticas. Materia orgánica retrabajada y altamente oxidada

ETAPAS DE MADURACION

METAGÉNESIS DE LA MATERIA ORGÁNICA

Corresponde a la última etapa de alteración de la materia orgánica donde por metamorfismo se llega a los productos finales de la evolución de la materia organica. Se alcanza a grandes profundidades y a temperaturas entre los 200° a 250° C. La relación H/C en el kerógeno disminuye de (» 0,4) Los grupos C=0 son ausentes en el kerógeno. El grupo funcional más abundante corresponde a los hidrocarburos aromáticos. Durante esta etapa solo ocurre la generación de gas seco, principalmente CH4. En este estadio las rocas generadoras son consideradas supermaduras o seniles. Este ultimo estadio de evolución de la materia orgánica comienza mas temprano (reflectancia de la vitrinita de aproximadamente de 2 %) que el metamorfismo de la fase mineral (reflectancia de la vitrinita de cerca de 4 %, corresponde al comienzo de las facies de esquistos verdes).

EVENTOS ANÓXICOS GLOBALES (OAE'S)

Fases de deposición generalizada (en diferentes partes del mundo)de shales negros ricos en materia orgánica. Principales eventos: OAE 1a (edad Aptiano Temprano), OAE 1b (edad Albiano Temprano), OAE 2 (Cenomaniano Tardlo/Turoniano Temprano), OAE 3 (edad Coniaciano/Santoniano). Periodos de intenso sea-floor spreading y vulcanismo, clima caliente y homogéneo (mares ~10-15°C más calientes) y nivel de mar alto, favoreciendo la implantación y preservación de condiciones anóxicas estables.

Productividad alta??

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