Exploración o cateo. Métodos.En la búsqueda y exploración de yacimientos de petróleo no existe un método científico exacto, sino que es preciso realizar multitud de tareas previas de estudio del terreno. Los métodos empleados, dependiendo del tipo de terreno, serán geológicos o geofísicos.

7.1. MÉTODO GEOLÓGICO Y GEOFÍSICO

Se buscan los afloramientos de las formaciones y se miden las direcciones o rumbos y las inclinaciones. Se recogen muestras de las piedras para que los paleontólogos procuren determinar la edad de la roca mediante las fósiles y otras sustancias encontradas en ella. Cuando el terreno no presenta una estructura igual en su superficie que en el subsuelo (por ejemplo, en desiertos, en selvas o en zonas pantanosas), los métodos geológicos de estudio de la superficie no resultan útiles, por lo cual hay que emplear la Geofísica, ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en cuenta las de la superficie.

7.2. MÉTODO MAGNETICO

Consiste en que las rocas tienen su propio valor magnético que se lo mide con un aparato llamado barómetro que puede detectar desde un avión, permitiendo explorar varias zonas para ver si existe petróleo, este método es muy frecuentemente en exploraciones preliminares de las posibilidades petrolíferas de la región; se funda en la medición de las anomalías del campo magnético de la Tierra, provocadas por la falta de homogeneidad de la corteza, se mide con magnetómetros y en ocasiones las investigaciones magnéticas se sustituyen por las gravimétricas

7.3. MÉTODO GRAVIMÉTRICO

El método consiste en registrar distintos valores de la gravedad, dentro del área a explorarse mediante estaciones distantes de 800 a 1600 metros entre sí,

los valores obtenidos en cada estación son registrados más tarde en el mapa de la zona y en base a los mismos, se trazan líneas o contornos, estos contornos suelen reflejar la existencia de estructuras profundas. Así, por ejemplo, la obtención de curvas o contornos cerrados de un elevado valor, indicarán la existencia de un anticlinal de una extensión aproximada a la del área, cubierta por dichas curvas o contornos.

Este método aproveche las diferencias de la gravedad en distintos sectores, la gravitación es la aceleración (m/s2) de un objeto qué está cayendo a la superficie, la gravitación normal (promedia) en la tierra es 9,80665 m/s2. Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentar la gravitación en una región determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleración; el gravímetro es un equipo que puede medir diferencias muy finas en la gravedad. Principalmente cada balanza es un "gravímetro" porque una balanza mide el peso de un objeto.

7.4. MÉTODO SISMOGRÁFICO

Se aplica este método haciendo estallar cargas de dinamita en pozos de poca profundidad, normalmente entre 10 y 30 pies, registrando las ondasreflejadas en las napas profundas por medio de sismógrafos combinados con máquinas fotográficas, toda la información obtenida a lo largo del procesoexploratorio es objeto de interpretación en los centros geológicos y geofísicos de las empresas petroleras. Allí es donde se establece qué áreas pueden contener mantos con depósitos de hidrocarburos, cuál es su potencial contenido de hidrocarburos y dónde se deben perforar los pozos exploratorios para confirmarlo, de aquí sale lo que se llama "prospectos" petroleros.

Perforación de los Pozos, producción del petróleo y destilación:1. Perforación de pozos

La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito dehidrocarburos, es mediante la perforación de un pozo.La profundidad de un pozo es variable, dependiendo de la región y de la profundidad a la cual se encuentra la estructura geológica o formación seleccionada con posibilidades de contener petróleo (por ejemplo, en mendoza hay pozos de 1.500 a 1.800 metros de profundidad, y al pozo promedio en la cuenca neuquina se le asigna una profundidad de 3.200 m., Pero en salta se ha necesitado perforar a 4.000 metros).La etapa de perforación se inicia acondicionando el terreno mediante la construcción de "planchadas" y los caminos de acceso, puesto que el equipo de perforación moviliza herramientas y vehículos voluminosos y pesados. Los primeros pozos son de carácter exploratorio, éstos se realizan con el fín de localizar las zonas donde se encuentra hidrocarburo, posteriormente vendrán los pozos de desarrollo. Ahora para reducir los costos de transporte los primeros pozos exploratorios de zonas alejadas pueden ser perforados por equipos mucho más pequeños que hacen pozos de poco diámetro.Los pozos exploratorios requieren contar con variada información: perforación, perfilaje del pozo abierto, obtención de muestra y cementación.

De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.Hay diversas formas de efectuar la perforación, pero el modo más eficiente y moderno es la perforación rotatoria o trepanación con circulación de barro.

ExtracciónDependiendo de la localización se extrae de:

-Lechos geológicos continentales: mediante pozos petrolíferos y con la ayuda de bombas y como resultado

de la presión a la que se someten salen a la superficie.

También se realiza con ayuda de collares de seguridad que son dispositivos circulares son asiento cónico que,

en los pozos petrolíferos, que facilitan el anclaje de los tubos de perforación y al mismo tiempo impiden su deslizamiento.

-Lechos geológicos marinos: mediante pozos petrolíferos con ayuda de plataformas que son estructuras metálicas desde las que se llevan a cabo prospecciones y extracciones petrolíferas de los fondos marinos.

Después de la extracción se canalizan y se distribuyen a través de oleoductos y gasoductos

La destilación del petróleo se realiza mediante las llamadas torres de fraccionamiento. En ella, el petróleo, previamente calentado a temperaturas que oscilan entre los 200ºC a 400ºC, ingresa a la torre de destilación, comúnmente llamada columna de destilación, donde debido a la diferencias de volatilidades comprendidas entre los diversos compuestos hidrocarbonados va separándose a medida que se desplaza a través de la torre hacia la parte superior o inferior. El grado de separación de los componentes del petróleo esta estrechamente ligado al punto de ebullición de cada compuesto.

El lugar al que ingresa el petróleo en la torre o columna se denomina "Zona Flash" y es aquí el primer lugar de la columna en el que empiezan a separarse los componentes del petróleo.

Los compuestos más volátiles, es decir los que tienen menor punto de ebullición, ascienden por la torre a través de platos instalados en forma tangencial al flujo de vapores. En estos platos se instalan varios dispositivos llamados "Copas de Burbujeo", de forma similar a una campana o taza, las cuales son instaladas sobre el plato de forma invertida. Estas copas tienen perforaciones o espacios laterales. El fin de las copas de burbujeo, o simplemente copas, es la de hacer condensar cierto porcentaje de hidrocarburos, los más pesados, y por consiguiente llenando el espacio comprendido entre las copas el plato que lo sostiene, empezando de esta

manera a "inundar" el plato. La parte incondensable, el hidrocarburo volátil, escapará de esa copa por los espacios libres o perforaciones con dirección hacia el plato inmediato superior, en el que volverá a atravesarlo para entrar nuevamente en las copas instaladas en dicho plato, de manera que el proceso se repita cada vez que los vapores incondensables atraviesen un plato. Al final, en el último plato superior, se obtendrá un hidrocarburo "relativamente" más ligero que los demás que fueron retenidos en las etapas anteriores, y que regularmente han sido extraídos mediante corrientes laterales.

En la primera extracción, primer plato, o primer corte, se puede obtener gas, gasolina, nafta o cualquier otro similar. Todo esto dependerá del tipo de carga (alimentación a la planta), diseño y condiciones operativas de los hornos que calientan el crudo, y en general de la planta.

Los siguientes, son los derivados más comunes que suelen ser obtenidos en las torres de destilación. Todos ordenados desde el compuesto más pesado al más ligero:

Residuos sólidos

Aceites y lubricantes

Gasóleo y fuel oil

Queroseno

Naftas

Gasolinas

Disolventes

GLP (Gases licuados del petróleo)

Destilacion primaria o topping: la destilación primaria del petróleo es un proceso continuo de transformaciones físicas, que se verifican a partir de la vaporización del petróleo crudo sometido a determinadas temperaturas. Este proceso de calentar el crudo se realiza en los hornos que alcanzan temperaturas de hasta 400ºC y lo convierten en vapor. Estos vapores entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden por los platos separadores o de burbujeo. A medida que suben pierden calor y se enfrían. 

Estos vapores, al ser enfriados, se condensan, volviendo al estado liquido en forma de productos como nafta virgen (llamada así porque en esa etapa no a sufrido aún transformación química), queroseno, gas-oil, etc… 

En este proceso, que tiene lugar en la torre fraccionaria, inciden la densidad y el punto de ebullición de los líquidos obtenidos por condensación del vapor; estos líquidos se “fraccionan”, depositándose de arriba hacia abajo y viceversa en platos separadores, del interior de la torre. Arriba, lo hacen los de menor peso (densidad) y punto de ebullición; más abajo aquellos en que estos valores aumentan.

Destilación primaria en dos etapas:

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Destilacion destructiva: CRACKING TERMICO-CRACKING CATALÍTICO.

En el año 1934, Rice propuso que las reacciones de craqueo térmico tienen lugar a través de un mecanismo de reacciones en cadena, en las que tienen un papel importante los radicales libres (grupos de átomos que tienen electrones  desapareados).

En 1960, Benson amplió esta teoría y propuso la simultaneidad de 3 tipos de reacciones:

-   Reacciones de iniciación de cadena

-   Reacciones de propagación de cadena

-   Reacciones de terminación de cadena

 

Reacciones de iniciación de cadena

Consisten en la formación de radicales libres que tiene lugar por una ruptura homolítica de enlaces C-C o C-H. La energía de enlace está relacionada con la probabilidad en la que ocurrirá la ruptura.

C-C : 79 cal/mol (Un carbono primario)

C-C : 75 cal/mol (Ambos carbonos secundarios)

C-C : 74 cal/mol (Un carbono terciario)

Los enlaces C-H  presentan mayor energía de enlace, (95, 89 y 85 cal/mol) según como sea el átomo de carbono.

Reacciones de propagación de cadena

Los radicales son muy reactivos y darán lugar a las reacciones de propagación:

Reacciones de activación: una especie radicalaria puede crear otro radical distinto

Reacciones de fisión β: el enlace C-C que se encuentra en posición β respecto al radical libre es un enlace débil y fácil de romper. La ruptura produce una olefina más un radical libre nuevo (que se estabiliza produciendo otra olefina).

Reacciones de terminación de cadena

Se estabilizan las especies radicalarias mediante diferentes reacciones:

Reacciones de saturación con hidrógeno Reacciones de saturación mutua Reacciones de desproporción

Las cadenas parafínicas si son de pequeño tamaño se rompen principalmente por los extremos. Cuando aumenta el tamaño, en cambio, por el centro.  La estabilidad térmica es mayor cuanto menor es el tamaño de la molécula. Los naftenos son más difíciles de romper que las cadenas lineales, siendo la ruptura de las cadenas laterales la ruptura más probable. Los anillos aromáticos no se rompen.

Además de esta reacción principal, se producen en menor extensión reacciones de deshidrogenación, que produce naftenos insaturados y reacciones secundarias donde se obtienen aromáticos.

El resultado global del craqueo térmico es la obtención de compuestos de menor peso molecular que muestran gran insaturación y donde se aumenta la proporción de aromáticos.

Cracking catalíticoEl craqueo catalítico es un proceso de conversión que se puede aplicar a una variedad de materias primas que van desde el petróleo al gas de petróleo pesado. Las unidades de craqueo catalítico fluido están actualmente en vigor en aproximadamente 400 refinerías en todo el mundo y las unidades se consideran unos de los logros más importantes del siglo XX. El craqueo catalítico es básicamente el mismo que el craqueo térmico, pero se diferencia por el uso de un catalizador que no es (en teoría) que se consume en el proceso y es una de las varias prácticas aplicaciones que se utilizan en una refinería que emplea un catalizador para mejorar la eficiencia del proceso. El incentivo original para desarrollar los procesos de craqueo surgió de la necesidad de aumentar los suministros de gasolina y aumentar el octanaje de la gasolina, mientras se mantiene el rendimiento de las poblaciones de alto punto de ebullición el uso de catalizadores.

Poder Antidetoinal de las naftas: Número de octanos. La gasolina no explota (solo en el cine) necesita aire, la mezcla para que "detone" dentro del cilindro, es de 17 partes de aire por 1 de gasolina, de hecho se forma un gas que hay que comprimir para que se de dicha explosión, en los 50s del siglo pasado se busco la manera de que la gasolina explotara mas, se le incluía unas partículas a base de carbón con 8 partes de hidrógeno, se llamaban "octanos" se hicieron pruebas y era un rompedero de motores, aunque nunca falto el "retador del peligro" que le metiera gasolina de octanaje en alguna carrera, hasta que hubo casualidades, se regulo el octanaje hasta llegar a 7 octanos por litro ( no recuerdo muy bien la proporción) y para poder usarla en autos comunes había que meter un controlador, y ese fue el plomo, ahora el "poder antidetonante" en la gasolina era a base de plomo hasta

que se descubrió lo contaminante que era, hoy, la manera de controlar la explosión en el cilindro es a base de agua, "aunque usted no lo crea" 

PetroquímicaLa petroquímica es la extracción de cualquier sustancia química a partir de combustibles fósiles. Estos incluyen combustibles fósiles purificados como el metano, el propano, el butano, la gasolina, el queroseno, el gasoil, el combustible de aviación, así como pesticidas, herbicidas, fertilizantes y otros artículos como los plásticos, el asfalto o las fibras sintéticas. 

La petroquímica es una industria dedicada a obtener derivados químicos del gas natural y el petróleo. 

Los productos petroquímicos incluyen todas las sustancias químicas que se extraen del petróleo crudo. La industria petroquímica moderna data del siglo XIX, en el que muchas de las sustancias de hoy en día se consideran petroquímicas y se fabrican a partir de productos no petrolíferos. La mayor parte de los productos petroquímicos se fabrican a partir de un número relativamente pequeño de hidrocarburos, entre los que se incluyen alquenos inferiores como el eteno, propeno, butadieno y aromáticos.

Gasolina SintéticaSe llama combustible sintético a la gasolina, el queroseno y el gasóleo obtenidos mediante procesos termoquímicos a partir de carbón, de gas natural o de biomasa. Fue inventado por el científico alemán ganador del premio Nobel Friedrich Bergius en el año 1927.

Por extensión, también puede usarse para otros productos combustibles (por ejemplo metanol, dimetiléter o butano) y para otros tipos de materias primas "no convencionales" (por ejemplo las arenas bituminosas o los residuos plásticos).

Los tres principales procesos de producción de combustibles sintéticos son:

Licuefacción directa del carbón.

Producción de gas de síntesis (CO + H2) seguida de síntesis Fischer-Tropsch.

Producción de gas de síntesis seguida de síntesis de metanol y a continuación

transformación del metanol en gasolina y/o gasóleo.

Según que la materia prima sea carbón, gas natural o biomasa, se suele hablar de procesos y productos CTL (del inglés "Coal-to-Liquids" o sea "carbón a líquido"), GTL ("Gas-to-Liquids" o "gas a líquido") o BTL ("Biomass-to-Liquids" o "biomasa a líquido") respectivamente.

Los combustibles sintéticos obtenidos de la biomasa suelen llamarse también biocombustibles, si bien este término se presta a confusión porque incluye tanto al BTL como al bioetanol y el biodiésel, los cuales son obtenidos mediante fermentación, un proceso sustancialmente diferente de la transformación termoquímica utilizada para el BTL.

Procesos:Bergius= El proceso de hidrogenación se aplica también en la producción de gasolina sintética. El proceso Bergius, denominado así por el químico alemán Friedrich Bergius, se usa a gran escala en muchas partes del mundo donde los recursos de petróleo son escasos, y utiliza carbón y alquitrán de hulla como materia prima. El carbón, mezclado con un aceite pesado, se muele hasta convertirse en una pasta fina, y se calienta con hidrógeno, sometido a alta presión, en presencia de un catalizador compuesto por sulfuros metálicos. El aceite resultante vuelve a hidrogenarse, y en una tercera hidrogenación se obtiene gasolina. Una tonelada de carbón produce unos 300 litros de gasolina.

La conversión de carbón, lignito y otra materia carbonada en combustibles líquidos despertó interés en los países que no cuentan con recursos petroleros. Alemania fue la que inició este desarrollo, pero también otros países han construido instalaciones experimentales como garantía contra el agotamiento de los yacimientos petrolíferos.

El proceso Bergius se lleva acabo en dos etapas. En el tratamiento en fase líquida se mezcla carbón pulverizado con residuos de aceite pesado y una pequeña cantidad de catalizador , seguramente oxido de hierro y se convierte en aceites pesados y medianos a una temperatura de 450ºC y una presión de 680 atmósferas. En la segunda etapa, los aceites medianos se vaporizan y pasan junto con hidrógeno, sobre un catalizador fijo. los productos se separan por destilación.

Fischer= Franz Joseph Emil Fisher fue un químico alemán nacido el 19 de marzo de 1877 en Friburgo de Brisgovia. Estudió en Elbs en la ciudad alemana de Giessen. Después de una carrera académica variada en la cual trabajó con personas como Wilhelm Ostwald, se volvió director del Instituto Kaiser Wilhelm para la investigación sobre el carbón en 1913. Junto con Hans Tropsch descubrió el llamado Proceso Fischer-Tropsch el cual produce hidrocarburos líquidos ligeros a partir de óxido de carbono. Para hacer este proceso hizo investigaciones sobre la fabricación de carburantes sintéticos.

Tropsch= Hans Tropsch (1889 - 1935) fue un químico Checo, junto con Franz Fischer, crearon el desarrollo del proceso Fischer-Tropsch. Research. Él trabajó con Franz Fischer y Otto Roelen en el Kaiser Wilhelm, Instituto de Investigación del Carbón.Reacciones. Las reacciones principales son: (Producción de parafinas), (Producción de olefinas) Se trata en ambos casos de reacciones muy exotérmicas, que liberan una gran cantidad de calor. Reacciones secundarias, indeseadas: (Producción de metano), (Producción de alcoholes), (Deposición de carbono sólido) La reacción se lleva a cabo sobre catalizadores de cobalto o hierro. Para un buen rendimiento se requiere alta presión (típicamente 20 - 30 bar) y temperatura (200 - 350ºC). Por encima de los 400ºC la formación de metano resulta excesiva.