Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir...

45
14/05/2012 1 Tema 3. Generación del Petróleo

Transcript of Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir...

Page 1: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

1

Tema 3.

Generación del

Petróleo

Page 2: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

2

Petróleo (del griego: πετρέλαιον, "aceite de roca") es una mezcla compleja no homogénea de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos insolubles en agua. HC término comúnmente usado para indicar al petróleo crudo o gas natural. Químicamente, los HC son compuestos que tienen solo H y C Por más que contienen N S O, y porfirinas que contienen metales como V y Ni.

• PARA LOS GEOQUÍMICOS ORGÁNICOS LO IMPORTANTE ES LA PROCEDENCIA DE LA

M.O. Y NO EL PALEOAMBIENTE SEDIMENTARIO

El contenido de O2 está determinado por su

disponibilidad y solubilidad (depende de T, P

y salinidad)

Medio óxico (saturado en O): 8 – 2 ml O2/l

H20.

Medio disóxico : 2 – 0,2 ml O2/l H20

Subóxico : 0,2 – 0,0 ml O2/l H20

Anóxico : 0 ml O2/l H20

Se considera el inicio de las condiciones de

Anoxia a partir de una concentración de

oxígeno < 0,5 ml/l

Agua de mar = 6 - 8 ml/l

Page 3: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

3

EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO

-SIMILITUD ESTRUCTURAL DE ALGUNOS COMPUESTOS

CONSTITUYENTES DEL PETRÓLEO CON SUSTANCIAS ORGÁNICAS

SINTETIZADAS POR ORGANISMOS VIVOS. COMPLEJOS

PORFIRÍNICOS CON ESTRUCTURAS SIMILARES A LA CLOROFILA Y

HEMOGLOBINA

-PRESENCIA DE RESTOS IDENTIFICABLES DE ANIMALES Y

PLANTAS

-ACTIVIDAD ÓPTICA DEL PETRÓLEO, CAPACIDAD PARA ROTAR EL

PLANO DE LUZ POLARIZADA, CARACTERÍSTICO DE COMPUESTOS

BIOGÉNICOS

Page 4: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

4

EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO

-CONTENIDO DE PORFIRINAS, DERIVADA DE CLOROFILA, LAS QUE

NO SON ESTABLES A TEMPERATURAS DE ROCAS IGNEAS

-RELACION C13/C12 EN PETRÓLEOS SE APROXIMA A LA HALLADA EN

MATERIA ORGÁNICA DE ORGANISMOS VIVOS, QUE A LA

ATMOSFÉRICA O INORGÁNICA (CARBONATOS)

EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO

-PRESENCIA DE COMPUESTOS DEL NITRÓGENO EN PETRÓLEOS,

CARACTERÍSTICOS DE ORGANISMOS VIVOS.

-DETECCIÓN DE HIDROCARBUROS EN SEDIMENTOS RECIENTES Y

SUELOS, SIMILARES A LOS PETRÓLEOS

EVIDENCIAS A FAVOR DEL ORIGEN ORGÁNICO

-RELACIÓN PETRÓLEO Y ROCAS SEDIMENTARIAS,

FUNDAMENTALMENTE EN EDADES DONDE HUBO ABUNDANTE VIDA, Y

AUSENCIA DE PETRÓLEO EN CANTIDADES SUSTANCIALES EN ÁREAS

DE ROCAS ÍGNEAS, O EN ROCAS ANTERIORES AL CÁMBRICO, DONDE

LA VIDA FUE ESCASA.

LAS EVIDENCIAS GEOQUÍMICAS

Y GEOLÓGICAS OBTENIDAS A

PARTIR DE ESTUDIOS DE

SEDIMENTOS Y PETRÓLEOS

DEMUESTRAN QUE LA MAYOR

PARTE DE LOS HIDROCARBUROS

SE ORIGINAN A PARTIR DE LA

MATERIA ORGÁNICA

DISEMINADA EN LAS CUENCAS

SEDIMENTARIAS

Page 5: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

5

ESTO NO INVALIDA EL HECHO DE

QUE EL CARBONO Y EL HIDRÓGENO

FUERON ORIGINARIAMENTE

CONSTITUYENTES NO BIOGÉNICOS

DE LA TIERRA, NI DESCARTA LA

EXISTENCIA DE COMPUESTOS

HIDROCARBONADOS DEL TIPO

PETROLÍFEROS EN ORÍGENES

ABIOGÉNICOS.

METANO PRESENTE EN

EMANACIONES VOLCÁNICAS,

HIDROCARBUROS DISEMINADOS EN

ROCAS PLUTÓNICAS, O EN

METEORITOS, CUERPOS CELESTES,

AUNQUE SIEMPRE CANTIDADES

DESPRECIABLES

Ciclo do Carbono

Carbono en la atmósfera e hidrósfera

En la Corteza terrestre el C se presenta en tres formas:

-C elemental en rocas ígneas

- C reducido en la materia orgánica transformada

-C oxidado en los carbonatos

Hay aproximadamente tres veces más C orgánico en arcillas y pelitas, que en rocas

calcáreas y arenas

Page 6: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

6

SI SE ASUME QUE

PRACTICAMENTE SU TOTALIDAD

SE FORMA A PARTIR DE LA

MATERIA ORGÁNICA, SOLO EL

2% CONTENIDO EN ROCAS

SEDIMENTARIAS

EVENTUALMENTE PASA A

FORMAR PARTE DEL PETRÓLEO

Y MENOS DE 0,5% DE ÉSTE

ENCUENTRA CAMINO A

RESERVORIO,

LO QUE HACE UNA EFICIENCIA

DEL 0,01%

Productividad Orgánica

La mayoría de ese C se

encuentra diseminado en rocas

sedimentarias y no se

concentrará lo suficiente como

para ser económicamente

rentable (yacimiento)

Productividad Orgánica

Page 7: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

7

Productividad orgánica en océanos Productividad orgánica y anoxia en márgenes continentales

APROXIMADAMENTE UNA MOLÉCULA

DE CARBONO EN 1000 PASA A

FORMAR PARTE DE LA MATRIZ

MINERAL

La vida en la Tierra depende prácticamente del proceso de

fotosíntesis. Las plantas toman de la atmósfera el CO2 que necesitan

para su desarrollo

Evolucionan hasta morir o ser consumidos por herbívoros. Éstos por

carnívoros. Finalmente los residuos orgánicos alimentan la fauna

bentónica

Restitución de CO2: respiración animales y plantas; ataque bacteriano,

oxidación natural de organismos muertos y consumo de combustibles

fósiles por el hombre.

Page 8: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

8

Una pequeña cantidad de m.o. (< 1 %) escapa del ciclo y ha sido

preservada en ambientes donde la oxidación a CO2 no ocurre, y a lo

largo del tiempo geológico se ha convertido en grandes cantidades de

material orgánico fósil, parte del cual se ha acumulado como carbón,

petróleo y gas.

1. Does the the rock have sufficient organic matter?

2. Is the organic matter capable of generating?

3. Has this organic matter generated petroleum?

4. Has the generated petroleum migrated out?

5. Is the rock oil-prone or gas-prone?

Questions for exploration geologist:

Preservation of OM

High productivity (high nutrient supply)

Moderate sedimentation rate

Low oxygen supply

Page 9: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

9

84 % 1 % 14%

46% 37%

Page 10: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

10

I. Organic Matter

II. Petroleum Generation

III. Source Rock Evaluation

IV. Thermal Maturation Models

MACROMOLÉCULAS PROVENIENTES DE ORGANISMOS VIVOS: BIOPOLÍMEROS LOS HIDRATOS DE CARBONO (AZUCAR, ALMIDÓN, CELULOSA Y DERIVADOS) Y LAS PROTEÍNAS SON CONSUMIDOS POR MICROORGANISMOS DANDO H20 + CO2 + N2 + NH3 + HS, DIFICIL DE DETECTARLOS EN SEDIMENTOS

EN CAMBIO LA LIGNINA UN COMPONENTE PRINCIPAL DE VEGETALES, SE ENCUENTRA EN SEDIMENTOS RECIENTES FORMANDO MACROMOLÉCULAS

Una potencial roca generadora contiene cantidades adecuadas de m.o. para generar petróleo, pero

será una roca generadora efectiva cuando alcance una madurez térmica capaz de generar HC

Una roca generadora activa es aquella que está generando y expulsando HC, en el momento crítico,

más comunmente en la ventana de petróleo.

Una roca generadora inactiva es la que ya no genera, aunque tenga potencial. P.ej. por falta de

temperatura (levantamiento).

UNA PEQUEÑA PROPORCIÓN DE LA MATERIA ORGANICA CONTENIDA EN LAS ROCAS SEDIMENTARIAS ES SOLUBLE A SOLVENTES ORGÁNICOS, CONTENIENDO COMPUESTOS LIPÍDICOS, QUE PROVIENEN DE LOS ORGANISMOS O DE LA HIDRÓLISIS DE GRANDES MOLÉCULAS

Page 11: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

11

MACROMOLÉCULAS PROVENIENTES DE ORGANISMOS VIVOS: BIOPOLÍMEROS SON COMPUESTOS ESENCIALES PARA LA VIDA ESOS RESTOS CONTIENEN CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS QUE SON UTILIZADAS PARA CONOCER EL ORIGEN DE LA MATERIA ORGANICA (ESTUDIOS DE CORRELACIÓN PETROLEO – ROCA GENERADORA)

MONOSACÁRIDOS : FRUCTOSA, GLUCOSA, GALACTOSA AMIGDLINA UNIDAD CELULOSA UNIDAD QUITINA UNIDAD LIGNINA

AMINOACIDOS PROTEINAS a ALANINA PROLINA LISINA PEPTIDOS

TRIGLICERIDOS GLICEROL ACIDO OLEICO ACIDO LINOLEICO COLESTEROL DISTERPANO CONSTITUYENTE DE DE RESINAS CLOROFILA – FITOL – FITANO - PRISTANO

BIOMARCADORES

LOS LÍPIDOS SON LOS CONSTITUYENTES DE LAS GRASAS, ACEITES

Y CERAS ANIMALES Y VEGETALES

LA DIAGÉNESIS ORGÁNICA ES EL PROCESO DE ALTERACIÓN

BIOLÓGICA, FÍSICA Y QUÍMICA DE LOS DETRITOS ORGÁNICOS ANTES

QUE SE PRODUZCA UNA EVOLUCIÓN TÉRMICA. ESTE RANGO SERÍA

DE LA TEMPERATURA AMBIENTE EN SUPERFICIE HASTA 50º C.

MICROORGANISMOS TRANSFORMAN LA M.O. RESTANTE A LA

PREDACIÓN DE OTROS ORGANISMOS, UTILIZANDO ENZIMAS QUE

CONVIERTEN LOS BIOPOLÍMEROS EN BIOMONÓMEROS.

Page 12: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

12

CONVERSIÓN DE BIOPOLÍMEROS Y BIOMONÓMEROS EN

MOLÉCULAS MÁS SIMPLES, ORIGINANDOSE LOS GEOPOLÍMEROS,

PRECURSORES DEL KERÓGENO.

KERÓGENO, PRODUCTO COMPLEJO CUYA ESTRUCTURA

COMPRENDE MOLÉCULAS NAFTENO-AROMÁTICAS CONTENIENDO

HETEROÁTOMOS (O, S, N). ES DE ALTO PESO MOLECULAR,

INSOLUBLE EN AGUA Y ALGUNOS SOLVENTES, Y RESISTENTE A

DEGRADACIÓN BACTERIANA.

BITUMEN ES LA FRACCIÓN DE M.O.

QUE ES SOLUBLE EN SOLVENTES

ORGÁNICOS

PEQUEÑA CANTIDAD ORIGINADO

POR COMPONENTES LIPÍDICOS DE

ORGANISMOS. MAYORÍA PROVIENE

DEL CRACKING (DISOCIACIÓN

TÉRMICA)

LIPIDOS SON SOLUBLES EN

PETROLEO, INSOLUBLES EN

AGUA, E INCLUYEN CERAS,

GRASAS, PIGMENTOS,

ESTEROIDES Y TERPENOIDES,

SIENDO LOS MAYORES

PRECURSORES DE LOS HC

EL KERÓGENO SE FORMA EN DOS ETAPAS SUCESIAS:

POLIMERIZACIÓN Y REORDENAMIENTO

POLIMERIZACIÓN INVOLUCRA LA FORMACIÓN DE GEOPOLÍMEROS A

PARTIR DE BIOMONÓMEROS COMIENZA POCO DESPUES DE LA

MUERTE DEL ORGANISMO Y SE COMPLETA EN UN TIEMPO

GEOLÓGICO CORTO, CIENTOS O MILES DE AÑOS

LA PRESERVACIÓN DEL MATERIAL ORIGINAL Y POSIBILIDAD DE

FORMAR KERÓGENO, DEPENDERÁ DE LAS CONDICIONES

BIOQUÍMICAS QUE ENCUENTRA LA M.O. DURANTE SU TRANSPORTE,

SEDIMENTACIÓN Y SOTERRAMIENTO.

Page 13: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

13

EL PROCESO POR EL CUAL LA M.O. SE ALTERA POR EFECTO DEL

INCREMENTO DE TEMPERATURA SE DENOMINA CATAGÉNESIS. SE

PUEDE DIVIDIR EN LA ZONA DE PETRÓLEO, QUE CORRESPONDE A

LA VENTANA DE PETRÓLEO, DONDE EL PETRÓLEO LÍQUIDO ES

ACOMPAÑADO POR LA FORMACIÓN DE GAS, Y LA ZONA DE GAS

HÚMEDO, DONDE HC LIVIANOS SON GENERADOS POR CRACKING,

CONTENIENDO METANO Y CONSIDERABLES CANTIDADES DE ETANO,

PROPANO Y PETRÓLEOS PESADOS.

LA VENTANA DE GAS CORRESPONDE AL INTERVALO TOPE GAS

HÚMEDO – ZONA GAS SECO

DIAGÉNESIS ORGANICA REFIERE A

LOS CAMBIOS QUÍMICOS, FISICOS

Y BIOLÓGICOS DE LA M.O. LUEGO

DE LA SEDIMENTACIÓN, PUDIENDO

ALCANZAR 60 ºC.

ES LA ALTERACIÓN TEMPRANA

DONDE LOS RESTOS DE

ORGANISMOS TERRESTRES O

ACUÁTICOS SON ALTERADOS Y/O

DEGRADADOS POR PROCESOS

QUIMICOS A BAJAS TEMPERATURA

A MEDIDA QUE AUMENTA PROF ,

AUMENTA T SE VA PRODUCIENDO

LA RUPTURA TÉRMICA Y

TERMOCATALÍTICA DE LA M.O.

DISPERSA EN SEDIMENTOS.

Conversion of Kerogen

Barker, 1996

Organic matter: 1%

• Kerogen 90%

• Bitumen 10%

Reflectancia Vitrinita, secciones

pulidas de kerógeno sumergidas en

emulsiones, porcentaje de luz incidente

(l 546 nm) reflejada de particulas de

vitrinita (telocollinita)

PRIMERO LOS HETEROÁTOMOS EN

FORMA DE PRODUCTOS VOLÁTILES

(CO2, H2S,N2) Y SUCESIVAMENTE

SE FORMAN HC CADA VEZ MÁS

LIVIANOS, CONVIRTIÉNDOSE LOS

SÓLIDOS EN LÍQUIDOS Y ÉSTOS EN

GASES.

Ro < 0,5 %

Page 14: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

14

ESTA ALTERACIÓN COMIENZA

EN LA COLUMNA DE AGUA Y

SE EXTIENDE A TRAVES DE

LOS SEDIMENTOS

INCONSOLIDADOS HASTA

PARTE DE LOS COMPACTADOS

COMO RESIDUO QUEDA UNA

SUSTANCIA MÁS RICA EN C

LA CATAGÉNESIS DE LA M.O.

QUE SE PRODUCEN ENTRE 50-

60º Y 200º C, ES LA ETAPA EN

LA QUE SE ORIGINAN LA

MAYOR PARTE DE LOS HC,

QUE CONSTITUYEN EL

PETRÓLEO Y GAS, POR

DEGRADACIÓN TÉRMICA

ESTA DEFINIDA POR VALORES

DE REFLECTANCIA DE LA

VITRINITA ENTRE 0,5 Y 2,0%

(Ro)

LA METAGÉNESIS CORRESPONDE A LA

ZONA DE GAS SECO, DONDE ESE GAS

ES GENERADO (2 4 % GOR)

EL GAS SECO CONTIENE MÁS DE 98%

METANO.

A MAYORES TEMPERATURAS SE

LLEGA A PRODUCTOS FINALES DEL

TIPO GRAFITO.

2.0% < Ro < 4.0%

UNA ROCA GENERADORA EFECTIVA

ESTÁ O HA GENERADO Y EXPELIDO

PETRÓLEO.

ESTA DEFINICIÓN EXCLUYE EL

FACTOR COMERCIAL O ECONÓMICO.

ELLA DEBE SATISFACER 3 REQUISITOS

CANTIDAD DE M.O

CALIDAD DE M.O.

MADUREZ

General Scheme for Hydrocarbon Formation

Tissot et al., 1974

Page 15: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

15

Geochemical Exploration Questions

Are source rocks present?

(Requires minimum amt. of organic C) Are they oil or gas prone?

(Type of OM) Are they thermally mature?

(Are source rocks in the oil window?)

Composition of Organic Matter Common Analytical Methods Used

Elemental Analyses (C, H, O, N, S)

Isotopes

Gas Chromatography (GC)

GC combined with Mass Spectrometry (GC/MS)

Rock-Eval pyrolysis (Hydrogen Index and Oxygen Index)

Page 16: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

16

Types of OM in Sediments

Structured

– Spores and pollen

– Cellular plant tissues (leaves, stems, roots)

Amorphous

– Algal debris

– Decayed higher plants (marine or terrestrial)

Charcoal (carbonized wood)

Recycled kerogen

AMBIENTE

DESARROLLO

ORGANISMOS

MODO

TRANSPORTE

SEDIMENTACION CONDICIONES DEL

AMBIENTE

PRESERVACION

DE MO

TIPO DE MO POSIBILIDAD DE

GENERACION

Lacustre Sedimentacion

vertical

Lagos estratificados Baja Energia

Poco oxigeno

Poca actividad

bacteriana

Moderada cantidad de

mo

Calidad : no oxidada

Cantidad : alta a muy

alta

algal petroleo

Terrestre Sedimentacion

vertical

Pantano Baja Energia

Poco oxigeno

Poca actividad

bacteriana

Calidad : no oxidada

Cantaidad : muy alta

leñosa Gas

Carbon

Talvez poco

petroleo

Terrestre Fluvial Rios

Deltas

AltaEnergía

Mucho oxigeno

Alta actividad

bacteriana aerobia

Mucho mineral

asociado

Calidad : muy

oxidada

leñosa Gas y algo de

petroleo

Terrestre Sedimentacion

vertical

Lagos

eutroficos

Baja Energia

Algo de oxigeno

Moderada actividad

bacteriana anaerobia

Calidad :

relativamente no

oxidada

Cantidad : alta

Leñosa y algal Probablemente no

se conserve

Page 17: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

17

AMBIENTE

DESARROLLO

ORGANISMOS

MODO

TRANSPORTE

SEDIMENTACION CONDICIONES DEL

AMBIENTE

PRESERVACION

DE MO

TIPO DE MO POSIBILIDAD DE

GENERACION

Marino Sedimentacion

vertical

Borde continental

cereca de zona de

upwelling, com

minimo nivel de

oxigeno

200- 1500 m de agua

Baja Energia

Poco oxigeno

Poca actividad

bacteriana.

Precipitacion

Calidad : no oxidada

Cantidad : alta

algal petroleo

Marino Sedimentacion

vertical

Poca circulacion de

agua

Somera

Baja Energia

Poco oxigeno

Baja activididad

bacteriana

Calidad : no oxidada

Cantidad : alta

Algal y leñosa petroleo

Marino Sedimentacion

vertical

Oceanico abierto,

profundidades

abisales

Baja Energia

Gran cantidad oxigeno

(corr fondo)

Alta actividad

bacteriana aerobia

Calidad : oxidada

Cantidad : baja

algal -

Marino litoral Corrientes

costeras

Costas, golfos Alta Energia

Mucho oxigeno

Altaactividad

bacteriana aerobia

Calidad :

relativamente no

oxidada

Cantidad : alta

algal petroleo

Kerógeno: materia orgánica en

las rocas no transformada en

hidrocarburos. Es una fracción

particulada de m.o. que se

puede obtener de la

pulverización de roca sometida

a un solvente.

Puede ser extraído de rocas

carbonáticas y silicoclásticas

tratándolas com ácidos

inorgánicos, HCl y HF.

El KG es uma mezcla de

macerales y productos de

degradación de la m.o.

Macerales son restos de varios

tipos de organismos vegetales y

animales, distinguibles

quimicamente, y

morfológicamente, por

reflectancia en microscopio

petrográfico.

Page 18: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

18

GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS

Kerógeno: transformación

kerógeno

residuo

petróleo

CO2,H2O

residuo

gas

CO2,H2O

LA CANTIDAD Y COMPOSICIÓN

MACERAL DEL KERÓGENO

DETERMINA EL POTENCIAL

PETROLÍFERO Y PUEDE VARIAR

VERTICAL Y HORIZONTALMENTE EN

LA ROCA GENERADORA.

LOS TIPOS DE KG SE DISTINGUEN

USANDO LA ´RELACIÓN H/C vs O/C

O DIAGRAMA DE VAN KRAVELEN

EL DIAGRAMA MODIFICADO UTILIZA

EL IH vs OI (PIROLISIS ROCK EVAL)

Y ANALISIS COT

GENERACIÓN DE HIDROCARBUROS

Fracciones de minerales, kerógeno e hidrocarburos en las rocas

Page 19: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

19

Page 20: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

20

Page 21: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

21

METODOS DE ESTUDIO

COT describe la cantidad de C organico en un muestra de roca e incluye al KG y al bitumen.

No es un indicador claro del potencial hidrocarburífero . Metodos: Combustión directa, indirecta

CG cromatografía gaseosa

PETROGRAFIA ORGÁNICA :

TAI (Indice de alteración térmica), cambios de color de polen y esporas al calentamiento

Reflectancia Vitrinita, 40 a 60 secciones pulidas por muestra de kerógeno sumergidas en

emulsiones, se mide el porcentaje de luz incidente (l 546 nm) reflejada de particulas de

vitrinita (telocollinita)

SE UTILIZAN LOS MÉTODOS DE MANERA INTEGRADA

Page 22: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

22

Vitrinite Reflectance Data

Dow and O’Connor, 1982

Maturity

Vitrinite Reflectance Profile, Elmsworth Field, Canada

Welte et al., 1984

Maturity

Page 23: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

23

Page 24: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

24

Page 25: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

25

Page 26: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

26

Tipo III

C O T • Carbono Orgánico Total

Describe la cantidad de C orgánico en un muestra de

roca, incluyendo al KG y al bitumen.

No es un indicador claro del potencial hidrocarburífero .

Metodos: Combustión directa, indirecta

INDICE DE HIDRÓGENO

• HI = (S2/COT) x 100m mg HC/ g TOC

• S2 medida de la cantidad de HC producido por

cracking de KG (mg HC/g roca) y de HC

pesados, representa el potencial de la roca para

generar petróleo.

Indices altos indican gran potencial

Page 27: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

27

ROCK EVAL PIRÓLISIS

S1 cantidad de HC libre que puede ser volatilizado sin cracking de KG (mg HC/g roca). Aumenta a

expensas de S2 con la madurez

S2 medida de la cantidad de HC producido por cracking de KG (mg HC/g roca) y de HC pesados

representa el potencial de la roca para generar petróleo.

S1 + S2 es la medida del potencial genético o cantidad total de HC que podría ser generado

Indice de Productividad, PI = S1/(S1 + S2) aumenta gradualmente con la profundidad para

pelitas. Para Tmax < 435 ºC y Tmax 435 – 445 ºC, valores de PI que excedan 0,2 y 0,3

respectivamente, son considerados anómalos

Indice de Hidrógeno, HI = (S2/COT) x 100m mg HC/ g TOC y S2/S3 son proporcionales a la

cantidad de Hidrogeno en el KG, e indican la potencialidad de generación. Indices altos indican

gran portencial

Indice de Oxigeno, OI = (S3/COT) X 100, mg CO2 /g COT, se relaciona con la cantidad de oxigeno

en el KG. , el valor de S3 se obtiene de la pirolisis rock-eval.

Tmax, mide la madurez térmica y corresponde en la pirólisis al T para máximo S2

Increase of S1 with Depth

Barker, 1996

Pyrolysis

Tmax

S1

S2

Yield of Hydrocarbons with Increasing Temperature

Barker, 1974

Pyrolysis

Tmax

S2/TOC = HI

S3/TOC = OI

S1

S2

S1 S2

Changes in TR and Tmax

Espitalie et al., 1977

Page 28: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

28

HI versus OI

Peters, 1986

Evaluation of Geochemical Parameters

Peters, 1986

KG Tipo II

Page 29: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

29

Grupos Macerales

LIPTINITA (EXINITA)

Alginita, sporinita, cutinita y resinita

VITRINITA

Plantas terrestres, collinita, telinita

INERTITA

Semifusinita, fusinita.

FLUORESCENCIA UV

MICROSCOPICA

Page 30: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

30

Lipidos Fito zoo

plancton

Tipo I Petróleo

Resinas Terrestre Tipo II Condensado

Azucares Terrestre Tipo II Gas

MO Terrestre Tipo IV -

MO SAPROPELICA MO HUMICA

KERÓGENO

(LUZ TRANSMITIDA)

ALGAL AMORFO HERBÁCEO LEÑOSO CARBONOSO

MACERALES DEL

CARBÓN (LUZ

REFLEJADA) MO

ESTRUCTURADA

ALGINITA LIPTINITA EXINITA

polen, esporas

VITRINITA INERTITA

Fragm leña carbonoso

KEROGENO TIPO I, II TIPO III TIPO IV

H/C 1,7 – 0,3 1,4 – 0,3 1,0 – 0,3 0,45 – 0,3

O/C 0,1 – 0,02 0,2 – 0,02 0,4 – 0,02 0,3 – 0,02

FUENTE MARINO Y LACUSTRE TERRESTRE TERRESTRE TERR RECICL

PRONOSTICO PETROLEO PETROLEO Y GAS GAS Y CARBONES TRZ DE GAS

NO PETROL

Elemental Data For Kerogen

Peters, 1986

Characteristics of a Good

Oil Source Rock

High organic carbon (TOC)

High Hydrogen Index (HI)

Vitrinite reflectance (indication of maturity) between

0.5 - 1.4 Ro

Page 31: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

31

Indice generación potencial SPI, se define como la cantidad de HC (ton) que puede ser

generado por un columna de roca de seccion (m2). Es un método simple para rankear la

productividad de una roca generadora, porque integra el tenor con el espesor.

Anoxia vs bioturbación

Page 32: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

32

Page 33: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

33

Page 34: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

34

Page 35: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

35

Page 36: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

36

• Recinto geológico (BB Cox):

– Suma de condiciones necesarias para la

generación.

• Aporte orgánico biológico

• Ambiente marino o salobre (tipo de aporte)

• Temperatura inferior a 200º (mayor parte entre 60° y

150º)

• Presión equivalente a ~ 1000 - 1500 m

• Edades entre Cámbrico (600) y Plioceno (1)

– Roca madre (W. Dow): roca que ha producido y expelido petróleo o gas en cantidades suficientes como para formar acumulaciones comerciales.

– Potencial roca madre: roca que tiene la capacidad de generar y que todavía no lo ha hecho debido a su insuficiente madurez térmica.

Page 37: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

37

Factores que favorecen la generación (HD

Hedberg):

– Abundante producción de m.o. apta (rica en H,

lipídica)

– Condiciones rápidas anaeróbicas

– Ausencia de microorganismos que conviertan a

la m.o. en compuestos no naftogénicos

– Sedimentación rápida y de finos

– Pronta disposición de roca reservorio

Page 38: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

38

Page 39: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

39

Page 40: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

40

Composición de Hidrocarburos FLUIDOS DEL RESERVORIO

AGUA DE FORMACIÓN: SE ENCUENTRA TANTO EN LA ZONA ACUÍFERA COMO LA

PETROLÍFERA.

ZONA ACUIFERA INACTIVA CUANDO NO CONTRIBUYE AL PROCESO DE PRODUCCIÓN

ZONA ACUÍFERA ACTIVA CUANDO PRODUCE, POR BARRIDO O LAVADO LENTO Y

GRADUAL DEL PETRÓLEO HACIA ARRIBA

TAMBIÉN HAY AGUA ASOCIADA AL PETRÓLEO Y AL GAS. CONNATA, INTERSTICIAL O

IRREDUCIBLE.

SATURACIÓN ENTRE 10 Y 30% AGUA CONNATA

IRREDUCIBLE CUANDO LA SATURACIÓN NO DISMINUYE DURANTE LA EXPLOTACIÓN

Composición de los Hidrocarburos

• Gas natural: C1 a C5 (poco CO2, N2 e H2S)

• Hidrocarburos líquidos: acíclicos, cíclicos e aromáticos

• Asfaltos y bitúmenes: gran proporción de resinas y asfaltenos (NOS)

•Compuestos sulfurados

• Compuestos nitrogenados

• Biomarcadores

FLUIDOS DEL RESERVORIO

PETRÓLEO: .CONSTITUÍDO PRINCIPALMENTE POR HC DE LA SERIE PARAFÍNICA (CnH2n+2) CON

MENORES CANTIDADES DE LA SERIE CÍCLICA NAFTÉNICA (CnH2n) Y AROMÁTICA(CnH2n-6).

ANÁLISIS QUIMICOS COMPLETOS HAN MOSTRADO MILES DE DISTINTOS COMPUESTOS

PERTENECIENTES A 18 SERIES DE HC. METODO MUY COSTOSO

ANÁLISIS QUÍMICO SIMPLIFICADO. SE MIDEN FRACCIONES PARAFINAS DESDE C1 A C5. LAS MÁS

PESADAS SE AGRUPAN COMO UNA FRACCIÓN COMPUESTA, DENOMINADA C6+ Y CARACTERIZADA

POR SU P.MOLEC. Y PTO. EBULLICIÓN.

OTRA CLASIFICACIÓN SE BASA EN LA GRADO API (American Petroleum Institute) . ESTA GRAVEDAD SE

MIDE CON UN HIDRÓMETRO FLOTANTE DE MODO SENCILLO Y SE RELACIONA CON LA DENSIDAD

(GRAVEDAD ESPECÍFICA) DEL PETRÓLEO RELATIVA AL AGUA A 60ºF Y 1 atm

OTRA CLASIFICACIÓN ES POR EL VOLUMEN DE GAS QUE LIBERA ANTES DE COMENZAR LA

EXPLOTACIÓN, UNA UNIDAD DE VOLUMEN DE PETRÓLEO. AMBOS VOLÚMENES SE MIDEN EN

SUPERFICIE Y SE EXPRESAN EN CONDICIONES STANDARD O DE TANQUE.

ESTA RELACIÓN GAS PETROLEO SE DENOMINA CON LA SIGLA GOR

EL VOLUMEN DE LIQUIDO SE EXPRESA EN BARRILES (bbl)

EL VOLUMEN DE GASES EN PIES CUBICOS (ft3)

Page 41: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

41

FLUIDOS DEL RESERVORIO

GAS NATURAL: O DE FORMACIÓN, CONTIENE TÍPICAMENTE ENTRE 0,6 Y 0,8 DE

METANO CON HC C2 A C5, CADA VEZ EN MENOR PROPORCIÓN

PUEDE CONTENER IMPUREZAS DE NITRÓGENO, CO2 O SULFURO DE HIDRÓGENO.

ESTOS ULTIMOS SON CORROSIVOS EN PRESENCIA DE AGUA. ADEMAS DEL SULFURO ES

VENENOSO.

LOS ANÁLISIS DE FRACCIONES DE HC EN FASE GASEOSA, HASTA C5 O C6, SON

SENCILLOS DE REALIZAR POR DESTILACIÓN FRACCIONADA A BAJA TEMPERATURA, POR

ESPECTROCOSPÍA DE MASA O POR CROMATOGRAFÍA

LA CLASIFICACIÓN DEL GAS DE FORMACIÓN SE BASA EN LA DENSIDAD DEL GAS

RESPECTO DE LA DEL AIRE A IGUAL TEMPERATURA. MEDICIÓN EN YACIMIENTO.

•El grado API (American Petroleum Institute) es una medida de densidad que describe que tan

pesado o liviano es el petróleo comparadolo con el agua. Si los grados API son mayores a 10, es

más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en esta.

La formula usada para obtener la gravedad API es la siguiente:

Grado API = (141,5/GE a 60 °F) - 131,5

La formula usada para obtener la gravedad específica del líquido derivada de los grados API es

la siguiente:

GE a 60 °F = 141,5/(Gravedad API + 131,5) 60°F (o 15 5/9 °C)

es usado como el valor estándar para la medición y reportes de mediciones.

Por lo tanto, un crudo pesado con una gravedad específica de 1 (esta es la densidad del agua

pura a 60 °F) tendrá la siguiente gravedad API:

(141,5/1,0) - 131,5 = 10,0 grados API.

El PETRÓLEO se clasifica en liviano, mediano, pesado y extrapesado, de acuerdo a su medición

de gravedad API.

Crudo liviano es definido como el que tiene gravedades API mayores a 31.1 °API

Crudo mediano es aquel que tiene gravedades API entre 22.3 y 31.1 °API.

Crudo Pesado es definido como aquel que tiene gravedades API entre 10 y 22.3 °API.

Crudos extrapesados son aquellos que tienen gravedades API menores a 10 ° API.

– GEOQUÍMICA del PETRÓLEO es la disciplina que aplica los

principios químicos al estudio del origen, migración, acumulación y

alteraciones de ese fluído y utiliza sus conocimientos en la

exploración y recuperación del petróleo, del gas y sustancias

relacionadas.

Esta disciplina brinda información neceseria para realizar mapas de

tenor, tipo y de madurez térmica de la roca generadora.

Estos mapas son muy necesarios para determinar la extensión

geográfica y estratigráfica, y es la base para los muestreos de

afloramientos y pozos para los análisis geoquímicos.

Los principales métodos son pirólisis Rock Eval, COT, reflectancia de

la vitrinita.

Page 42: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

42

Estos métodos son capaces de determinar:

1) Potencial, efectividad y cantidad de petróleo

2) Gradiente de madurez térmica (inmadurez, madurez, sobremadurez)

3) Definir petróleo autóctono y migrado

CLAVE EN LOS ESTUDIOS DE ROCA GENERADORA SERÁ:

Criterios de muestreo, preparación, análisis de rocas y petróleo

Logs geoquímicos

Mapas geoquímicos

Los logs geoquímicos de pozos son esenciales para el mapeo de las rocas

generadoras. En ellos se plotean diversos parámetros geoquímicos, vs

profundidad, y pueden ser elaborados a partir de secciones de superficie o

luego de las perforaciones.

Page 43: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

43

HIDROCARBUROS NO

CONVENCIONALES

• HIDRATOS DE GAS

• ARENAS ASFÁLTICAS

• LUTITAS BITUMINOSAS

• PETRÓLEOS PESADOS

HIDRATOS DE GAS

Los hidratos de gas son un grupo especial de

substancias químicas cristalinas que ocurren

naturalmente, de agua y gases de poco peso

molecular, llamados compuestos de inclusión, que

tienen una estructura clathrática o de jaula y que

incluyen moléculas de gas metano.

Page 44: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

44

Formación de los hidratos de gas

En la naturaleza los hidratos de gas se pueden formar en

los sedimentos de los fondos marinos y en tierra en las

zonas de "permafrost" de las regiones Árticas del

hemisferio norte.

La ocurrencia de hidratos de gas en los sedimentos de los

fondos marinos está controlada por la temperatura,

presión, composición de la mezcla de metano y de otros

gases y la impureza iónica de los contenidos en los

espacios porales de las rocas sedimentarias del fondo

marino.

ESTIMACIÓN DE LOS RECURSOS

MUNDIALES DE GAS EN HIDRATOS

• Las estimaciones mundiales de gas metano en los depósitos de hidratos de gas, in situ, incluyendo las zonas con permafrost en tierra y en los sedimentos de los fondos oceánicos, fluctúan entre 2.1 – 4 x 1016 m3 de gas metano. El mayor volumen de hidratos está en los fondos marinos.

• De ser así, la cantidad de gas metano contenida en los hidratos de gas es casi dos órdenes de magnitud mayor que el total de metano comercial mundial, remanente recuperable, evaluado en 2.5 x 1014m3

• Y unas dos veces el C equivalente a todos los depósitos conocidos de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural).

LUTITAS BITUMINOSAS

• PETRÓLEO EN LUTITAS

• 35/45 L DE ACEITE POR TON

• ESTIMATIVO: 3000 MILL DE BARR EN EL

MUNDO

• PETRÓLEO, GAS, AZUFRE Y OTROS

SUBPRODUCTOS

• GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

ARENAS ASFÁLTICAS

• MEZCLA DE ARENA, ARCILLA Y

LIMO CON BITUMEN

• ALTA VISCOSIDAD – NO PERMITE

SER BOMBEADO

• MINERÍA A CIELO ABIERTO

• CANADÁ, RUSIA, ARGENTINA

Page 45: Tema 3. Generación del Petróleocuencas.fcien.edu.uy/cursos/materiales/SP 5 Genera.pdf · partir de biomonÓmeros comienza poco despues de la muerte del organismo y se ... el gas

14/05/2012

45

1) La reflectancia de la vitrinita (Ro) dentro de algunos límites, es un buen

indicador de madurez térmica de la materia orgánica, indicando la

temperatura máxima alcanzada. Cuando 1,5% < Ro < 2,5% , solo habría

posibilidad de generación de:

a) Petróleo pesado

b) Gas seco

c) Condensado

d) Petróleo liviano

e) Gas biogénico

2) Cuál es el factor preponderante para favorecer las reacciones que

transforman el kerógeno em petróleo y gas?

a) Composición del KG

b) Acción de catalizadores

c) Temperatura

d) Presión

e) Tiempo

3) En una determinada área de uma cuenca, se mapearon 11 prospectos

para petróleo com las siguientes parámetros medios para cada uno:

Área 6 km2

Espesor reservorio 30 m

Porosidad 25%

Saturación de agua 20%

Bo 1,1

Recuperación 30%

Considerando um Indice de Exito del 15% em perforación de los

prospectos, el volumen total de petróleo recuperable que espera

descubrir em el área, em millones de m3 sera:

a) 12,14

b) 16,19

c) 27,21

d) 35,83

e) 49,73

4) Un campo de 10 km2 de area cerrada, y en torno de 50 m de espesor de

roca sello, tiene un reservorio portador de 20 m espesor , porosidad

homogénea de 25% y saturación de petroleo medio en torno de 80%.

a) Cuál es el volumen de petroleo in situ en m3, descubierto por un pozo en

este campo?

b) Considerando um factor de recuperación de 30%, cuál es el volumen

recuperable en m3, por este pozo?