1Mark Person, 1David Butler, 2Carl W Gable, 3Tomas Villamil, 4David Wavrek, and 5Daniel Schelling

1NM Tech2Los Alamos National Laboratory3Grupo C&C Energía,  Bogota4Petroleum Systems International LLC5Structural Geology International LLC

Petroleum Hydrogeology of the Llanos Basin:

The Role of Hydrodynamic Stagnation Zones

Rubiales

Person et al. (2012, AAPG Bulletin)

Petroleum Hydrodynamics

Hubbert, M.K.  (1953) Entrapment of Petroleum under Hydrodynamic Conditions, AAPG Bulletin

M.K. Hubbert

Impossible d’afficher l’image.

Tilt of Oil‐Water Contact

Amplification Factor (~5)

Lateral Hydraulic Gradient

xh

xz

ow

w

Hydraulic head (h)

Title of oil water contact (z/x)

x

z

xz

Modified Hele‐Shaw Model

Impossible d’afficher l’image.

z – elevation of oil‐water contacth – headw, g – water, glycerin density

Glycerine

Upper Reservoir Head

Outflow Head

xh

xz

6

Oil Flushing Experiment using Hele‐Shaw Model

Hydrodynamic Stagnation Zones:Form when groundwater flow directions are opposite of structural slope

Person et al. (2012, AAPG Bulletin)

Groundwater Flow Direction

Goal of Study• Do Hydrodynamic Stagnation Zones Exist Within the Llanos Basin? 

• If so, where would one expect to find them?

Llanos Basin,  Colombia

Oil Reservoirs, Llanos Basin

Rubiales Oil Field, Llanos BasinGiant Oil Field: 501 million barrelsDiscovered by Exxon in 1981Heavy Oil (API 12o; 980 kg/m3 )No Structural Closure!

Gomez  et al. (2009)

xh

xz

50

Heavy Oil Amplification Factor

Villegas et al. (1995)

Down DipGroundwater Flow

Anomalous Heads

High  Heads from Leakage Across Fold & Thrust Belt

Rubiales

Observed Hydraulic Head Map, C7 Reservoir

Llanos Basin Structure, Temperature, & Salinity Patterns

Villegas et al. (1995)

Anomalous Heads 

Simulated Hydraulic Heads

ImposedHead B.C.From Fold Belt

Observed & Simulated Heads, C7 Reservoir

O

‐ Oil Migration Direction

Hydrodynamic Stagnation Zones

Conclusions• For regions with gentle structural slope ( < 1%) and typical water table 

topographic gradients ( ~ 0.5 %), groundwater hydrodynamics can create regions where oil is trapped by hydrodynamics without any need for structural closure 

• Hydrodynamic Stagnation zones are most likely to form at the distal edge of a foreland basin where erosion and uplift has created down‐dip groundwater flow

• Dry holes in the Llanos Basin with fresh water shows is a bad sign …these venues may have been hydrodynamically flushed in the past. 

• Hydrodynamic models of secondary oil migration that used relatively heavy oil densities (12o API gravity) predicted the existence of a stagnation zone in the vicinity of the Rubiales oil field. This implies that the position of this field is in equilibrium with it’s current (water washed) density.  

Entrapment of Oil Under Hydrodynamic Conditions

• Hubbert’s Oil Heads• Oil Density (830 kg/m3)• Water Density (1000 kg/m3)

Impossible d’afficher l’image.

Oil Head

HydraulicHead

Elevation

Hydraulic Head (h)

Oil Head (ho)

Elevation (z)

Oil DensityWater Density

Regional Flow Patterns

NW SE

Cross‐Sectional Model Calibration