Trampas de Hidrocarburos
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TRAMPAS DE HIDROCARBUROS
1.- ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS
Hoy en día todavía se presume que el petróleo y el gas natural son el resultado de una serie de procesos químicos y variaciones
sufridas por materia orgánica provenientes de animales y vegetales, la cual ha sufrido la acción de bacterias, elevadas temperaturas
y presiones durante millones de años, al sentarse las capas de sedimentos que contienen dicha materia orgánica.
Teoría Inorgánica: Explica el origen de estos hidrocarburos gracias a la combinación de elementos químicos como el
carbono y el hidrógeno sometidos a altas temperaturas y presiones, ubicados en capas muy profundas de la tierra.
Teoría Orgánica: Según esta teoría, el petróleo y el gas natural se han formado por la transformación de la materia
orgánica vegetal y animal, cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por efecto de altas temperaturas, acción de
bacterias y microorganismos, altas presiones en el subsuelo y otros agentes a lo largo de millones de años. Esta teoría es la
más aceptada actualmente.
El proceso completo de transformación, mediante el cual la materia orgánica se convierte en hidrocarburos, no se conoce, ya que no
es posible reproducir en un laboratorio los millones de años que se requieren para transformar la materia orgánica en petróleo y gas
natural.
¿QUÉ ES EL PETRÓLEO?
Petróleo: producto de transformación por diagénesis de Kerógeno, constituido por hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos
Kerógeno: sedimento orgánico constituido por restos de fito y zoo- plancton.
Sedimento orgánico: roca o sedimento con una cantidad de materia orgánica superior al 50% en peso de los constituyentes de la
misma.
Proceso para la formación del petróleo:
1º Acumulación de sedimentos en zonas biológicamente activas, cerca de la costa
2° Por enterramiento creciente, en millones de años, la materia orgánica original se transforma en
hidrocarburo líquido y gaseoso (móviles),
3° Los fluidos son exprimidos a capas permeables cercanas, porosas y con agua (areniscas);
4° Por su densidad inferior a la del H2O, los hidrocarburos migran hacia arriba y se evaporan, a menos
que se encuentren con una trampa de petróleo, la que permite la acumulación económica
CONDICIONES PARA LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO
Rocas madre de petróleo (ambientes productores)
Por roca madre entendemos una unidad sedimentaria que ha generado y expulsado suficiente petróleo o gas como para que sea
acumulable y explotable de forma económicamente rentable.
Las localizaciones donde se produce el petróleo son aquellas donde tengamos una abundante masa de agua y abundantes aportes
orgánicos a un subambiente reductor. Éstas zonas pueden ser:
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.
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 periodos de máxima trasgresión.
TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA A PETRÓLEO
Partimos de la existencia de un sedimento orgánico llamado Kerógeno, que se acumula en una roca madre que por procesos
geológicos sufre las consecuencias de la presión, la temperatura y el tiempo, dando lugar según el cuadro que sigue a las siguientes
transformaciones:
2.- ELEMENTOS DE UNA TRAMPA DE HIDROCARBUROS
Trampa petrolífera (Hidrocarburo)
Una trampa petrolífera o trampa de petróleo es una estructura geológica que hace posible la acumulación y concentración del
petróleo, manteniéndolo atrapado y sin posibilidad de escapar de los poros de una roca permeable, subterránea. El petróleo así
acumulado constituye un yacimiento petrolífero y la roca cuyos poros lo contienen se denomina roca almacén.
ELEMENTOS DE LA TRAMPA
Dentro de la trampa también se define:
Cresta El punto estructural más alto. El punto inferior de cierre o punto derrame. El contacto agua - petróleo (cap.) PAY, Gross PAY,
Net PAY
Toda trampa presenta como característica principal una roca de yacimiento, limitada en su tope y base por una roca sello, que
impide que los hidrocarburos acumulados pueden escapar.
Aunque generalmente se encuentra asociado al petróleo, existen yacimientos donde el principal producto es el gas y a los cuales se
les denomina yacimientos gasíferos.
Para que exista una trampa se requieren los siguientes elementos: Una roca almacén, una roca sello y un cierre, los cuales se definen
así:
Roca almacén.- Roca porosa y permeable en la cual se acumulan los hidrocarburos, siendo las más comunes areniscas y calizas. Esta
roca además ha de ser cerrada y tener alguna relación física con la roca madre, ya sea por una fractura que permita el paso de los
hidrocarburos o bien por contacto directo.
Roca sello.- Rocas que impiden a fuga del fluido hacia otro medio, siendo las principales: arcilla, anhidrita y arcillas calcáreas.
Cierre.- Es la distancia vertical entre el punto más alto de la trampa y un cierto nivel, por debajo del cual migra el petróleo. En
general existen dos tipos de cierres: estructurales y prácticos.
POROSIDAD
Es el primer factor importante para la existencia de un almacén. La porosidad es la medida de los espacios huecos en una roca, y
resulta fundamental para que ésta actúe como almacén: Porosidad = % (volumen de huecos / volumen total) x 100. Esta se expresa
como ø. Casi todos los almacenes tienen un ø entre 5% y 30%, y la mayoría entre 10% y 20%.
Existen varios tipos de porosidad según la conexión de sus poros:
Porosidad Conectada: poros conectados por un solo lado.
Porosidad Interconectada: poros conectados por varios lados. Las corrientes de agua pueden desalojar el gas y el petróleo (ver
saturación de hidrocarburos).
Porosidad Aislada: poros aislados.
Los poros conectados e interconectados constituyen la porosidad efectiva.
PERMEABILIDAD
Es el segundo factor importante para la existencia de un almacén. La permeabilidad (k) es la capacidad de una roca para que un
fluido fluya a través de ella y se mide en darcys, que es la permeabilidad que permite a un fluido de un centipoise de viscosidad fluir
a una velocidad de 1 cm/s a una presión de 1 atm/cm. Habitualmente, debido a la baja permeabilidad de las rocas, se usan los
milidarcies.
La permeabilidad media de los almacenes varía entre 5 y 500 milidarcies, aunque hay depósitos de hasta 3.000 - 4.000 milidarcies.
Para ser comercial, el petróleo debe fluir a varias decenas de milidarcies.
Migración:
movimiento de hidrocarburos de la roca madre a la roca recipiente, siguiendo vías de porosidad y permeabilidad que permitan su
movimiento.
Migración primaria.
El paso del petróleo desde la roca madre hasta la roca almacén se conoce como
migración primaria, lo cual sucede por los siguientes procesos:
Compactación: se pierde porosidad por disminución del volumen de
sedimento y por las cementaciones asociadas, así como las
recristalizaciones. Todo ello consigue que aumente la presión de fluidos
y por tanto se produce un gradiente de presión y de temperatura,
generando el desplazamiento de los fluidos hacia zonas más
“confortables”(de menor presión y Temperatura).
Cambios químicos de la materia orgánica: pasamos de kerógeno a petróleo y a gas, aumentando
la entropía del sistema, además disminuye el peso molecular de los Hidrocarburos (y por tanto el
tamaño de la cadena) con lo que la movilidad es mayor y puede incluso aumentar tanto la presión
intersticial que cause abundante microfracturación para liberar la presión de los poros.
Deshidratación de arcillas hinchables: esto consigue liberar agua a los poros, con lo que aumenta de nuevo la presión
intersticial.
Los mecanismos por los que se supone que migran los hidrocarburos son los siguientes:
Movimiento en disolución: parte del petróleo es soluble en agua y por lo tanto podría viajar en disolución con ésta. El
problema es que en zonas someras la solubilidad es muy baja y en zonas profundas el tamaño del poro se reduce tanto que
dificultaría los procesos de solubilidad.
Formación de burbujas de Hidrocarburos: estas burbujas viajarían en inmiscibilidad líquida con el agua.
Formación de coloides y micelas de Hidrocarburos: se produce una orientación de las moléculas de los hidrocarburos de
tal modo que la parte hidrofóbica quede protegida por la parte hidrofílica en contacto con el agua.
Difusión como una fase continua: el hidrocarburo se mueve aprovechando fracturas, contactos entre formaciones
rocosas...
3.- TERMINOS DE SEDIMENTOLOGIA Y TIPOS DE YACIMIENTOS
Yacimiento.- Es la unidad de acumulación de hidrocarburos, representada por un volumen continuo de roca impregnada.
Campo.- Reunión en una misma zona de varios yacimientos.
Tipos de Yacimiento
Yacimientos de Petróleo:
En éstos el petróleo es el producto dominante y el gas está como
producto secundario disuelto en cantidades que dependen de la presión
y la temperatura del yacimiento. Reciben el nombre de yacimientos de
petróleo saturados cuando el petróleo no acepta más gas en solución
bajo las condiciones de temperaturas y presión existentes, lo que
ocasiona que cualquier exceso de gas se desplace hacia la parte superior
de la estructura, lo que forma una capa de gas sobre el petróleo.
En yacimientos de petróleos no saturados también se desarrolla la capa
de gas por los vapores que se desprenden en el yacimiento al descender
la presión. La mayor parte del gas natural producido en Venezuela hoy
en día, proviene de yacimientos de gas en solución.
Yacimientos de Gas-Petróleo:
Son aquellas acumulaciones de petróleo que tienen una capa de gas en la
parte más alta de la trampa. La presión ejercida por la capa de gas sobre la del
petróleo es uno de los mecanismos que contribuye al flujo natural del
petróleo hacia la superficie a través de los pozos.
Cuando baja la presión y el petróleo ya no puede subir espontáneamente,
puede inyectarse gas desde la superficie a la capa de gas del yacimiento,
aumentando la presión y recuperando volúmenes adicionales de petróleo.
Yacimientos de Condensados:
En estos yacimientos de hidrocarburos están en estado gaseoso, por
características específicas de presión, temperatura y composición. El gas está
mezclado con otros hidrocarburos líquidos; se dice que se halla en estado
saturado. Este tipo de gas recibe el nombre de gas húmedo.
Durante la producción del yacimiento, la presión disminuye y permite que el gas
se condense en petróleo líquido, el cual al unirse en forma de película a las
paredes de los poros queda atrapado y no puede ser extraído. Esto puede evitarse
inyectando gas a fin de mantener la presión del yacimiento.
Yacimientos de Gas Seco:
En éstos el gas es el producto principal. Son yacimientos que contienen
hidrocarburos en su fase gaseosa, pero al producirlos no se forman
líquidos por los cambios de presión y temperatura.
El gas se genera gracias a un proceso de expansión, parecido al que
ocurre en las bombonas, donde la cantidad de gas está relacionada con
la presión del embace.
Yacimientos de Gas Asociado:
El gas que se produce en los yacimientos de petróleo, el gas-petróleo y
de condensado, recibe el nombre de gas asociado, ya que se produce
conjuntamente con hidrocarburos líquidos.
El gas que se genera en yacimientos de gas seco se denomina gas no
asociado o gas libre y sus partes líquidas son mínimas.
3.1.- TERMINOS DE SEDIMENTOLOGIA Y TIPOS Y TRAMPAS
El gas natural al igual que el petróleo se encuentra acumulado en el subsuelo en estructuras geológicas denominadas trampas.
Dentro de éstas, los hidrocarburos (o el gas) están contenidos en una roca porosa (o con espacios porosos) que se llama roca
yacimiento.
Existen tres Tipos de Trampas:
Trampas Estructurales
Trampas Estratigráficas
Trampas Combinadas
4.- TRAMPAS ESTRUCTURALES
Trampas Estructurales:
Son aquellas constituidas por la deformación de los estratos del
subsuelo, causada por fallas (fracturas con desplazamiento) y
plegamientos.
Las trampas estructurales están constituidas principalmente
por los anticlinales conformados por capas permeables que
contienen los hidrocarburos, limitados siempre por capas
impermeables no fracturadas que impidan el escape. De este
tipo de depósitos se extrae aproximadamente el 80 % del
petróleo mundial.
También son importantes en algunas regiones algunos
sinclinales en los que se deposita el petróleo cuando no existe
agua, así como los diapríticos o domos de sal.
Tipos de trampas estructurales :
Anticlinales: En forma de arco y fueron los primeros tipos de
trampas reconocidos. Se forman en áreas de compresión, pueden
tener múltiples zonas de producción y formar campos gigantes.
Anticlinales Recortados: El tope ha sido erosionado y se encuentra
cubierto por una discordancia.
Fallas Normales: producidas por fuerzas de tensión, la trampa se
encuentra en el bloque levantado.
Fallas Inversas: producidas por fuerzas de compresión. La trampa se
encuentra en el bloque levantado
Anticlinal Fallado: forman barreras impermeables y divide la
estructura en yacimientos separados. Los shales cortados por el plano
de la falla ayudan a formar estas trampas.
Domos: un domo es un anticlinal circular o elíptico. Se forma por la
intrusión de una roca ígnea o por un evento diapírico de sal o shale.
Bloques Fallados Inclinados: rocas sedimentarias, que fueron
fracturados e inclinados por fallas normales. Actualmente se hallan
cubiertos por sedimentos
Reservorios Fracturados: las fracturas aumentan la porosidad,
mejorando la permeabilidad de la roca reservorio.. Las fracturas
ocurren donde la roca ha sido plegada o movida a lo largo de una
falla.
5.- TRAMPAS ESTRATIGRAFICAS
Trampa de hidrocarburos formada durante la sedimentación y en la
cual los hidrocarburos fueron encapsulados como resultado del cambio
de roca de porosa a no porosa, en lugar del plegamiento o falla de los
estratos de roca.
Una trampa estratigráfica es aquella en la que el principal elemento
conformador de la trampa es alguna variación en la estratigrafía de la
roca reservorio, como ser: acuñamiento de areniscas, arrecifes
,discordancia .
Generalmente se originan por cambios laterales y verticales en la
porosidad de la roca. Es decir, cuando desaparece la continuidad de una
roca
Trampa en Cuña:
Trampa estratigráfica que se forma por el acuñamiento de
areniscas, entre arcillas que constituyen una trampa petrolífera.
Trampa en Discordancia:
Trampa estratigráfica que se forma por el plegamiento y erosión de
estratos, seguido por la sedimentación de capas posteriores que
pueden actuar como sello para el hidrocarburo.
Trampa arrecifal:
Son depósitos como montículos de calizas biológicas formados por
organismos que crecieron allí. Tienden a formar campos pequeños
y aislados.
6.- TRAMPAS COMBINADAS
Son aquellas originadas por una combinación de pliegues y/o fallas
con cambios de porosidad de las rocas.
Entre ambos extremos , en forma de gradación continua, se
encuentran trampas en las que se da casi cualquier combinación
imaginable de estructura y estratigrafía.
Pero cuando llega al terreno compartido entre la trampa
estratigráfica y la estructural resulta sumamente difícil decidir la
importancia relativa de ambos factores.
Por tanto, las trampas en las cuales, no existe un factor
predominante entre los estructural y estratigráfico, se denominan
intermedias o Trampas Combinadas
Sedimentología Trampas Combinadas:
Domos de Sal suprayaciendo
Domos y Fallas: el levantamiento de un domo salino, puede
llegar a levantar la cubierta sedimentaria que lo supra yace
formando trampas. la cubierta sedimentaria puede ser cortada
por fallas normales y formarse así trampas por fallas.
Domos de Sal - Roca Techo: la sal es inicialmente halita la cual se
disuelve a medida que el domo se va levantando dejando residuos
insolubles, formándose así una roca techo de varios cientos de pies
de espesor. Las fracturas y cavidades por disolución hacen a la roca
de techo una buena roca reservorio.
Domos de Sal – Trampas en Flancos: a lo largo de los flancos
de los domos salinos, se forman trampas en las rocas
reservorios cortadas por la inyección del domo. Estas trampas
tienden a presentar zonas de pay gruesas
7.- METODOS DE BUSQUEDA Y DETECCION DE TRAMPAS
El hallazgo de yacimientos petrolíferos no es obra librada al azar y obedece a una tarea científicamente organizada, que se planifica
con mucha antelación. Instrumental de alta precisión y técnicos especializados deben ser trasladados a regiones a menudo
deshabitadas, en el desierto o en la selva, obligando a construir caminos y sistemas de comunicación , disponer de helicópteros,
instalar campamentos y laboratorios, etc.
Para encontrar petróleo bajo tierra, los geólogos deben buscar una cuenca sedimentaria con esquistos ricos en materia orgánica,
que lleven enterrados el suficiente tiempo para que se haya formado petróleo (desde unas decenas de millones de años hasta 100
millones de años).
Para realizar esa "exploración o cateo" se utilizan numerosos métodos entre los que podemos mencionar:
Gravimetria
Por medio de un instrumento especial llamado gravímetro se pueden
registrar las variaciones de la aceleración de la gravedad en distintos
puntos de la corteza terrestre. Se determina la aceleración de la
gravedad (g) en puntos del terreno explorando lugares distantes
1.000 ó 5.000 metros entre sí.
El valor (g)varía de acuerdo al achatamiento terrestre, fuerza
centrífuga, altitud y densidad de la corteza terrestre.
Por eso el gravímetro señala la presencia de masas densas de la
corteza constituidas por anticlinales que han sido levantados por
plegamientos y se hallan más próximos a la superficie de la tierra.
Magnetometría
El campo magnético terrestre varía con la latitud, pero también
varía en forma irregular debido a la diferente permeabilidad
magnética de las distintas rocas de la corteza terrestre.
El magnetómetro es un instrumento de gran valor en la búsqueda de
estructuras rocosas para obtener una apreciación de la estructura y
la conformación de la corteza terrestre.
Sismografía
Se aplica este método haciendo estallar cargas de dinamita en pozos de
poca profundidad, normalmente entre 10 y 30 pies, registrando las
ondas reflejadas en las napas profundas por medio de sismógrafos
combinados con máquinas fotográficas.
En la superficie se cubre un área determinada con dichos aparatos de
alta sensibilidad llamados también "geófonos", los cuales van unidos
entre sí por cables y conectados a una estación receptora.
Las ondas producidas por la explosión atraviesan las capas subterráneas
y regresan a la superficie. Los geófonos las captan y las envían a la
estación receptora, donde mediante equipos especiales de cómputo, se
va dibujando en interior de la tierra.