Geoqumica en la prospeccin de hidrocarburos.

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La prospeccin geoqumica en la bsqueda de petrleo y gas natural

Introduccin

Los mtodos geoqumicos usados en exploracin de petrleo y gas natural se basan en la

premisa que los hidrocarburos migran hacia arriba desde las acumulaciones de petrleo de

la subsuperficie y producen patrones anmalos cerca de la superficie. Las tcnicas de

exploracin geoqumica son directas e indirectas.

Las tcnicas directas requieren anlisis de microcantidades de hidrocarburos que ocurren en

estado libre en los intersticios del suelo o que son absorbidos en las porciones de grano fino

del suelo. Entonces los mtodos geoqumicos pueden suministrar evidencia directa de las

acumulaciones de hidrocarburos. Indicadores superficiales de hidrocarburos en la forma de

manaderos de aceite y gas han sido encontrados prcticamente en todas las provincias

petrolferas del mundo y la mayora de las regiones productoras fueron primero reconocidas

por la presencia de manaderos de aceite y gas en los suelos, rocas y corrientes de agua.

Los mtodos geoqumicos indirectos se basan en la deteccin, en suelos cerca de la

superficie o en la vegetacin, de productos de alteracin inorgnica que resultan de la

migracin ascendente de los hidrocarburos.

1.-Conceptos bsicos

Manaderos

Los escapes (manaderos) dependiendo de su origen, se clasifican en cinco categoras:

1.- Los que emergen de lechos monoclinales con extremos expuestos en superficie.

2.-Asociados con estratos o formaciones en los cuales se gener el aceite.

3.-Grandes acumulaciones petrolferas que han sido destapadas por erosin o quebradas por

fallamiento o plegamiento.

4.-En afloramientos de inconformidades.

5.-Asociados con intrusiones como volcanes de lodo, intrusiones gneas y domos salinos.

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Figura 1 y 2: Manaderos (escapes de hidrocarburos)

Halos, anomalas

La mayor distribucin de hidrocarburos sobre acumulaciones importantes de petrleo es

aquella en la cual los hidrocarburos anmalos forman un halo y donde bajas

concentraciones ocurren sobre la parte principal del depsito, con altos sobre los bordes y

bajos tambin en las reas externas.

Los hidrocarburos se mueven

a lo largo de fracturas a la

superficie causando

anomalas de alteracin del

suelo que son detectables.

Figura 3: Posibles caminos de infiltracin a travs de un set de fracturas y planos de

estratificacin.

Hidrocarburos

Los hidrocarburos son compuestos orgnicos que contienen diferentes combinaciones de

carbono e hidrgeno, presentndose en la naturaleza como gases, lquidos, grasas y, a

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veces, slidos. El petrleo crudo, en cualquiera de sus formas, y el gas natural, que son una

combinacin de diferentes hidrocarburos, son sus principales representantes.

La mayora de los cientficos coincide en que el petrleo y el gas natural se formaron hace

millones de aos, por la descomposicin y transformacin de restos de animales y plantas,

principalmente zooplancton y algas. Grandes cantidades de restos orgnicos se fueron

acumulando en capas y depositndose en zonas sin oxgeno (como en el fondo de los mares

o lagunas del pasado geolgico). Durante este tiempo, tambin se fueron depositando capas

se sedimentos sobre restos orgnicos. Los efectos de la presin y de la alta temperatura del

subsuelo produjeron la descomposicin gradual de los restos hasta quedar transformados en

hidrocarburos.

Cmo se producen los hidrocarburos?

Se forman por la descomposicin y

transformacin de restos de animales y plantas,

que han estado enterrados a grandes

profundidades durante siglos, as tenemos que:

El petrleo crudo, es una mezcla compleja de

hidrocarburos lquidos, compuesto en mayor

medida de carbono e hidrgeno, con pequeas

cantidades de nitrgeno, oxgeno y azufre.

El gas natural, es un hidrocarburo en estado

gaseoso compuesto de metano, principalmente, y

de propano y butano en menor medida.

Los hidrocarburos son una fuente importante de

generacin de energa para las industrias, para

nuestros hogares y para el desarrollo de nuestra

vida diaria. Pero no son slo combustibles, sino

que a travs de procesos ms avanzados se separan sus elementos y se logra su

aprovechamiento a travs de la industria petroqumica.

Desarrollo

Para entender qu procesos se llevan a cabo para descubrir yacimientos de petrleo,

primero hay que tener una idea de cmo se form y dnde se suele ubicar. Su formacin se

debi a la descomposicin anaerobia de grandes bosques prehistricos bajo tierra. Los

mismos fueron sepultados debido a grandes cataclismos y erupciones volcnicas. La roca

donde fue formado se denomina roca madre, de all se desplaza a una capa de roca

porosa, roca reservorio, donde queda atrapado gracias a una capa impermeable. Sin

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embargo, no se encuentra en forma de gran lago o laguna, por el contrario, lo hace dentro

de los poros de las rocas del reservorio.

El lugar donde queda atrapado el petrleo suele llamarse trampa geolgica. Las mismas

estn determinadas segn la estructura interna de la tierra, que se presenta en formas

diversas como los pliegues anticlinales, geosinclinales, las fallas, etc. Bsicamente los tipos

de trampas son dos, las estratigrficas y las estructurales. Las primeras son lentes de arena

donde el petrleo se encuentra impregnado entre los granos, que a su vez se encuentran

rodeados por material impermeable que acta como Roca Sello. Por otra parte, las segundas

son fracturas, fallas, en las cuales el petrleo se acumula en los laterales de las mismas.

Ocurrencia

Los hidrocarburos gaseosos son atrapados en los suelos en diferentes formas:

a) Como gases entre los espacios entre las partculas del suelo (gas en los poros).

b) Absorbidos en partculas (gases absorbidos)

c) Disuelto en agua subterrnea (gas disuelto).

La prospeccin geoqumica superficial es bsicamente la bsqueda de fenmenos qumicos

superficiales resultantes de la acumulacin de hidrocarburos.

Afloramientos de hidrocarburos

La expresin geoqumica de superficie de las microfugas de hidrocarburos puede tomar

muchas formas, incluyendo:

1) concentraciones anmalas de hidrocarburos en sedimentos, suelo, agua, y tambin en la

atmsfera;

2) anomalas microbiolgicas,

3) formacin de lutitas parafnicas,

4) presencia de gases anmalos relacionados con hidrocarburos, tales como el helio y el

radn,

5) cambios mineralgicos en el suelo, como la formacin de calcita, pirita, uranita, azufre

elemental y ciertos sulfuros y xidos de hierro,

6) alteraciones de minerales de arcilla,

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7) anomalas de radiacin,

8) anomalas geotermales e hidrolgicas,

9) decoloracin de las capas rojas,

10) anomalas geobotnicas; y

11) alteraciones acsticas, elctricas y magnticas del suelo y los sedimentos.

La figura 4 representa un modelo general de microfuga de hidrocarburos y sus variados

efectos geoqumicos y geofsicos en el suelo y en los sedimentos.

2.0.-Mtodos de prospeccin geoqumica de hidrocarburos

Los mtodos de deteccin directa son los mtodos de exploracin geoqumica diseados

para detectar la presencia de hidrocarburos en suelos, sedimentos cerca de la superficie,

sedimentos en el piso del mar y aguas.

2.1.-Mtodo directo

Gasometra (exploracin geoqumica de superficie)

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Este mtodo analiza la muestra de suelo por su contenido de gases libres y adsorbidos, el

estudio de los materiales orgnicos extrados de slidos por desgasificacin constituye la

base del mtodo gasomtrico de prospeccin geoqumica para hidrocarburos.

Tericamente, los gases componentes de acumulaciones de hidrocarburos ( metano, etano,

propano y butano), y quizs los vapores de los lquidos livianos (C5 C8), escapan de los

mismo y como consecuencia de las diferencias de concentracin (difusin), de presin

(efusin) y cambios de temperatura, se mueven verticalmente (hacia arriba) a travs de

rocas sedimentarias superyacentes.

La velocidad de desplazamiento o traslado hacia arriba depende del gradiente de presin, la

viscosidad del gas, el tamao molecular y el grado de permeabilidad de las rocas

circundantes.

Las muestras de las rocas profundas que se encuentran sobre los yacimientos petrolferos

deben contener mayor cantidad de gases hidrocarburos que las que estn fuera de la zona de

influencia de un yacimiento. La reaccin de los gases hidrocarburos con los suelos puede

causar modificaciones en los mismos o influir en la biologa relacionada con ellos, a ms de

dejar otras seales de la posible existencia de acumulaciones de hidrocarburos en

profundidad.

Una vez aceptado que los gases de los yacimientos petrolferos llegan a la superficie

terrestre con un flujo ms o menos regular, los investigadores buscaron y categorizaron las

manifestaciones de los gases hidrocarburos en o cerca de la superficie. Ms tarde se

hicieron estudios ms detallados y se recurri al anlisis bastante profundo y a la

identificacin y determinacin cuantitativa del conjunto de todos los gases que componan

la muestra (lo que fue facilitado enormemente por el equipo de cromatografa de gas).

Objetivos:

El principal objetivo de un programa de exploracin geoqumica es establecer la presencia

y distribucin de hidrocarburos en el rea y, sobre todo, lo ms importante es determinar la

probable carga de hidrocarburos de un prospecto. En programas de reconocimiento o

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regionales, la presencia de micro o macro afloramientos de hidrocarburos proveen una

evidencia directa de la generacin de hidrocarburos.

Los trabajos detallados de reconocimiento de anomalas superficiales de hidrocarburos

pueden servir para:

Ayudar a decidir la ubicacin de pozos de desarrollo

Delinear los lmites productivos de un yacimiento

Monitorear el drenaje de los hidrocarburos a travs del tiempo, repitiendo los

estudios geoqumicos cada cierto periodo de tiempo.

Etapas del levantamiento geoqumico de superficie

La muestra geoqumica comprende algunas fases que son consideradas importantes para la

realizacin de buenas inspecciones, tales como: planeacin, logsticas y herramienta de

colecta.

a) Planeamiento:

La fase de planeamiento incluye la discusin del rea analizada, una grilla (red) de

puntos, definir parmetros cartogrficos del rea de levantamiento, estos puntos deben

ser de forma regular y concreta.

b) Logstica

Esta fase de logstica incluye los levantamientos necesarios, el equipo de seguridad,

material de escritorio, mano de obra, alimentacin entre otros. Y por ltimo la

formacin de un equipo de gelogos capacitados.

c) Herramientas de colecta

Las herramientas de colecta comprenden tipos de muestra que pueden ser gases libres e

hidrocarburos. En cuanto a los gases libres stos son altamente mviles y se encuentran

dentro de los espacios de poro intersticial.

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Para muestras de gas libre comnmente se emplea el anlisis de Headspace para anlisis

de muestras que son represadas en recipientes de lata de aluminio. Las muestras son

oriundas de perforaciones, en esta tcnica un volumen controlado de sedimento se

encierra en la lata con un volumen de bactericida, esto se da para mantener la muestra

en condiciones normales de recoleccin, luego estas muestras son llevadas al

laboratorio donde se agitan e inyectan al Cromatgrafo de gases equipado con un

detector de ionizacin en llama. En la figura siguiente se muestra el contenido de la lata

de aluminio (Headspace).

Figura 5: Gases libres,

tcnica Headspace

Metodologa

Perforacin del hueco: La perforacin del hueco se hace hasta una profundidad de 1 metro

para la toma de muestra de gasometra, con un taladro manual de cuchara con hojas de

acero reforzado de aprox. 15 cm de dimetro.

Figura 6 y 7: Perforacin del huelo. Proceso de etiquetado y envasado de la muestra

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Empaque y etiquetado

Para envasar la muestra de gasometra se emplean latas de aluminio de 250ml con tapa de

cierre hermtico. Aproximadamente 125ml de volumen de la lata son llenadas con la

muestra de suelo tomada a 1 m de profundidad.

Despacho de muestra

Se preparan lotes de muestras en cajas que puedan ser manipuladas por su peso y se

despachan al laboratorio con las planillas de campo.

Figura 8: Recepcin y preparacin de las muestras

Cromatografa de gases

La muestra de suelo envasada y sellada hermticamente se agita y se deja en reposo

aproximadamente 20 minutos antes del anlisis cromatogrfico, para buscar liberar la

mayor proporcin posible del gas que se encuentra adherido a las partculas de suelo.

Para el anlisis por cromatografa de los gases de los hidrocarburos presentes en el suelo, la

muestra de gas se tom de la parte superior del contenedor (Head Space), y se inyect en el

cromatgrafo de alta resolucin dotado de un detector de ionizacin en llama y columna de

50m empacada con xido de aluminio desactivado con cloruro de potasio.

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Figura 9 y 10: Agitado de las muestras. Inyeccin manual Head Space

2.2.-Mtodo indirecto

Duchscherer (1982) opina que los gases hidrocarburos se oxidan al ascender verticalmente

a travs de la seccin sedimentaria y llegan a la superficie, y por reaccin con otros

minerales forman minerales de carbonato como productos de alteracin que llevan una

seal geoqumica que puede usarse en la prospeccin.

Esta seal constituye el c. que puede ser un indicador director de petrleo.

Hay plantas indicadoras locales cuya presencia seala la existencia de bitumen en el suelo,

lo que en s es una gua de yacimientos petrolferos en profundidad. Tambin se sabe que

otras plantas que crecen en suelos con bitumen muestran cambios morfolgicos y/o

fisiolgicos. No obstante, muy a menudo estos cambios no se reconocen en el campo y

menos an todava cuando no se cuenta con la debida preparacin en botnica.

Microbiometria

La prospeccin microbiana se basa en la deteccin de microorganismos capaces de

consumir gases hidrocarburos tales como metano, etano, propano y butano.

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La actividad microbial en un suelo se desarrolla intensamente o dbilmente segn los

nutrimentos disponibles. Donde haya ms nutrimentos existirn colonias de microbios ms

densas. Algunas veces una clase de microbios puede vivir solamente si existe un tipo

especfico de alimento. Tal es el caso de las bacterias que derivan sus energas de vida de la

oxidacin de propano (C3H8).

Puesto que los gases provenientes de yacimientos de hidrocarburos profundos aparecen en

concentraciones distintas en la superficie de los yacimientos, se espera que la densidad en

las colonias de los microorganismos que viven a partir de la oxidacin de estos gases

(nmero de microbios por unidad de volumen suelo) est de acuerdo con la concentracin

misma.

Con el apoyo de un microbilogo es posible identificar los microbios identificando las

bacterias que oxidan el etano y el propano: Mvcobacteriumperrogosumvar. ethanicum y

Micobacteriumrubrumvar. propanicum. Las que se consideran como microfloras claves

para detectar gases de hidrocarburos en suelos y aguas.

La vida microbial genera la energa que necesita del suelo y del agua que ste contiene por

medio de la oxidacin de material orgnico, tal como metano, etano, propano y butano, y

segn esto las colonias de bacterias se desarrollan conforme a la disponibilidad de alimento.

Durante el proceso de oxidacin, por ejemplo, de metano.

(CH4 + 2O2== CO2 + 2H2O)

La oxidacin de un volumen de metano requiere dos volmenes de oxgeno. El oxgeno

proviene mayormente de la atmsfera merced a una colonia de microbios que acta como

bomba, tomando aire de la atmsfera para usar su contenido de oxgeno en el proceso de

oxidacin.