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Quimica del petroleo
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2. Generación del petróleo
1. Sistema Petrolero
2. Roca generadora y producción natural de hidrocarburos
3. Sistemas generadores en México
Métodos Geofísicos
Sedimentología
Estratigrafía-Paleontología
GeologíaEstructural
Dinámica de geofluidos
Exploración Petrolera
Geoquímica
TectónicaPetrología
Exploración Petrolera: Una investigación multi-disciplinaria
Exploración Petrolera: Etapas de investigación
Análisis de cuencas sedimentarias
Sistema Petrolero
Análisis de horizontes petroleros (plays)
Estudio de Prospecto
Estudio de secuencias estratigráficas y su estilo estructural
Estudio de elementos y procesos para generación, migración, acumulación de hidrocarburos
Estudio de un segmento estratigráfico o series de trampas con similitudes geológicas y que contiene petroleo con una composición similar
Estudio detallado de una trampa específica cuyo objetivo es la perforación
*
Sistema Petrolero (SP)(Magoon y Dow, 1994)
Sistema natural de hidrocarburos que incluye todos los elementos y procesos geológicos que son esenciales para su generación y acumulación. Esta definición implica la existencia de rutas de migración (ahora o en el pasado), que representan la conexión entre fuente y acumulación.
Un objetivo importante es mapear, en tiempo y espacio, la evolución del SP con el fin de localizar HC aún no descubiertos.
Un caso de estudio de SP provee una base objetiva a partir de la cual es posible determinar el riesgo de exploración para un prospecto o play relacionado o complementario
Elementos del SP (Magoon y Dow, 1994)
Roca fuente
Aquella que esta generando o ha generado y expulsado petróleo. Esta roca necesita haber estado sometida a un calentamiento durante un lapso de tiempo geológico para alcanzar madurez termal para generar hidrocarburos
Roca almacén Aquella que almacena en sus poros petróleo o gas
Roca sello Aquella que impide que el petróleo se escape de la roca almacén
Aquella que cubre a la roca fuente y causa su enterramiento a una profundidad tal para que se den condiciones adecuadas para la generación de petróleo y gas a partir de materia orgánica
Roca de sobrecarga
E1
E2
E3
E4
Procesos del SP (Magoon y Dow, 1994)
Generación de HC
Proceso mediante el cual la materia orgánica contenida en la roca fuente es transformada en hidrocarburos por la acción de la temperatura y del tiempo
Procesos de movimiento o flujo de los hidrocarburos desde la roca fuente hasta la trampa
Migración de HC
P1
P2
Proceso de retención de los hidrocarburos en una trampa
Acumulaciónde HC
P4
Incluye todos los procesos que producen la disposición geométrica favorable para que el petróleo quede acumulado y atrapado en ellas
Formaciónde trampasP3
Material a generar durante el estudio de un SP (Maggon y Dow, 2001)
1. Mapa del SP (Extensión geográfica)
2. Sección transversal del SP (Extensión estratigráfica)
3. Tabla de campos de gas y/o petroleo del SP
4. Gráfica de sepultamiento, mostrando el momento crítico y el periodo de generación
5. Gráfica de eventos geológicos y geoquímicos
1. Mapa del SPSu objetivo es mostrar:
(a) La extensión geográfica del SP
(b) El área en donde se ubica la roca fuente activa
(c) Las acumulaciones superficiales y subterráneas de HC relacionadas genéticamente a la roca fuente
(d) La localización de la gráfica de sepultamiento
(e) La localización de la sección transversal
El mapa puede prepararse para condiciones del presente, aunque debe refinarse a condiciones de Momento Crítico (CM, critical moment, periodo en el cual la mayoría de los HC se generaron, migraron y se acumularon)
1.Mapa del SP Sistema hipotético Deer-Boar
Magoon y Dow (2000)
A A’
Extensión máxima de Zona de Roca Almacén
*
Zona de generación gas seco Zona de generación
gas húmedo y aceite
Frontera del SP
2. Sección transversal del SPEsta debe localizarse de tal forma que:
(1) corte la mayor parte de las acumulaciones más importantes,
(2) atraviese la zona que muestre el mayor espesor de la roca de sobrecarga, y
(3) se extienda sobre la mayor parte del sistema petrolero
Es posible iniciar con una sección para condiciones actuales, aunque es recomendable contar con una en el CM, que muestre la geometría o estilo estructural de los elementos del SP en el momento principal de la generación-migración-acumulación.
2. Sección transversal del SP Sistema hipotético Deer-Boar
Magoon y Dow (2000)
A A’
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + +
+
+
+ ++ +
Basamento
Roca almacén (arenisca)Roca fuente (lutita/rica org)Roca fuente (lutita/pobre org)
++
Litología
Zona de gas seco
Zona de gas húmedo y aceite
Zona de gas biogénico
Trampas*
Momento crítico: 250 Ma
3. Tabla de campos de gas y/o petroleo
(1) Debe incluir la localización, fechas de descubrimiento, edad del intervalo estratigráfico, peso específico API, relación gas/aceite, cantidad acumulada de HC generados y cantidad remanente de HC que puede producirse.
(2) La complejidad del SP esta en función del número de rocas fuente y almacén
(3) Las dimensiones del SP y la eficiencia de la generación y expulsión pueden determinarse a partir del volumen total de HC recuperables para todos los campos
(4)La roca almacén con el porcentaje más alto de reservas de HC es utilizada para designar al SP
3. Tabla de campos de gas y/o petroleo Sistema hipotético Deer-Boar
Magoon y Dow (2000)
Campo Año Roca ºAPI Rel G/A HC prod HC res (ft3/bo) (106 bo) (106 bo)
Big oil 1954 Boar Ss 32 925 310 90Raven 1956 Boar Ss 31 900 120 12Owens 1959 Boar Ss 33 950 110 19 Just 1966 Boar Ss 34 950 160 36
Hardy 1989 Boar Ss 29 800 85 89Lucky 1990 Boar Ss 15 150 5 70Marginal 1990 Boar Ss 18 200 12 65Teapot 1992 Boar Ss 21 250 9 34
Conversiones: 1000 ft3 = 28.3 m3; 1 bo (barril de aceite) = 6040 ft3 gas (base BTU)
4. Gráfica de sepultamiento(a)Esta debe localizarse en algún punto dentro de la sección
transversal, dentro del área en donde se ubique la roca fuente. En esta posición la roca fuente debe ser térmicamente madura (activa).
(b)Su propósito es el mostrar los elementos esenciales y ubicar temporalmente tres eventos de importancia del SP: (1) el inicio de la generación-migración-acumulación (O, onset), (2) el periodo de agotamiento total o parcial de la roca fuente (S, spent) y (3) el CM.
(c)Para construir la gráfica se requiere de datos estratigráficos, estructurales y geoquímicos. El evento O ocurre usualmente cuando la roca fuente alcanza su madurez termal (0.7 ± 0.1% R0) y finaliza cuando esa misma roca es levantada antes de expeler los HC ó ya ha agotado su capacidad generadora por sepultamiento.
4. Gráfica de sepultamiento Sistema hipotético Deer-Boar
Magoon y Dow (2000)
5. Gráfica de eventos
(a)Representación cronológica, en un gráfico de barras, de los eventos geológicos que dan lugar a la generación, migración y acumulación de HC en el subsuelo.
(b)Esta incluye el intervalo de tiempo (datos paleontológicos o radiométricos) que cubren las unidades litológicas dentro de la extensión estratigráfica del SP (generadora, almacén, sello y de sobrecarga).
(c)Una mayor incertidumbre se tiene para ubicar temporalmente el desarrollo de trampas y la acumulación. El considerar esta incertidumbre convierte a la gráfica de eventos en una de riesgo.
5. Gráfica de eventos Sistema hipotético Deer-Boar
Magoon y Dow (2000)
5. Gráfica de eventos
1. Existe solamente un tipo de roca fuente por cada SP2. Cada roca almacén requiere de una roca sello3. En el gráfico solo deben incluirse rocas almacén que contengan
acumulaciones de HC4. La roca de sobrecarga debe presentarse, considerando su
historia de erosión5. El periodo de formación de trampas se puede determinar
analizando las condiciones geológicas y estructurales de los campos de gas y/o aceite
6. La información sobre generación-migración-acumulación se puede determinar a partir de información geológica y geoquímica de la roca fuente.
7. El periodo de preservación se inicia, por definición, cuando el proceso generación-migración-acumulación culmina y continua hasta el presente.
Reglas básicas
Niveles de certidumbre de un SP(Magoon y Dow, 1994)
Nivel de certidumbre Criterio Símbolo
Probado Correlación HC-Roca fuente (!)
HipotéticoEn ausencia de una correlación HC-Roca fuente, evidencia geoquímica indica el origen de los HC
(.)
Especulativo Evidencia geológica o geofísica
(?)
Roca Generadora(Hunt, 1995)
Es aquella roca sedimentaria que sea capaz de generar y liberar hidrocarburos para dar lugar a acumulaciones comerciales de gas o aceites.
Las características básicas a considerar en ella son:
(a) Cantidad de materia orgánica (expresada como carbono orgánico total, TOC) (b) Calidad de la materia orgánica (alta o baja en hidrógeno)(c) Maduración termal (inmadura, madura o postmadura
con respecto al kerógeno)
Definiciones de roca generadora(Palacas et al., 1984)
Potencial: roca que tiene la capacidad de generar HC en cantidades suficientes para formar acumulaciones económicas pero que no ha generado HC debido a una madurez termal insuficiente
Activa: roca que actualmente esta generando HC
Agotada: roca que ha generado y expulsado todo su potencial petrolero. Una roca generadora puede estar agotada en petróleo pero puede ser activa en gas
Efectiva: roca que ha generado o que esta generando fluidos con una composición similar al petróleo acumulado en la misma cuenca sedimentaria
Inactiva: roca que alguna vez fue activa, pero que ha dejado de generar antes de su agotamiento. Estas rocas tienen un potencial petrolero, pero fueron “enfriadas” debido a un levantamiento y consecuente erosión de rocas de sobrecarga
Limitada: roca que cumple con los requisitos de una generadora excepto volumen suficiente.
o La mayoría del carbón se recicla en la corteza terrestre.
o Entre 0.01 y 0.1 % de la producción anual de materia orgánica se integra en los sedimentos para convertirse en kerógeno y eventualmente en petróleo.
Organismos vivos:
Fuente original del petróleo
Inicio de fotosíntesis: Precámbrico: 3500 - 2800 Ma
La vida primitiva y su evolución
El fenómeno dio lugar a un enriquecimiento de oxígeno en la atmósfera, por lo que la producción de materia orgánica se incrementó.
El proceso transforma energía luminosa en energía química. Es básicamente una transferencia del hidrógeno del agua al bióxido de carbono para producir materia orgánica en forma de glucosa y oxígeno. El oxígeno se libera en la molécula de agua y no del bióxido de carbono. A partir de la glucosa, los organismos pueden sintetizar polisacáridos como la celulosa y el almidón.
Fotosíntesis
Los organismos primitivos, tales como las algas verdiazules y bacterias fotosintéticas fueron las primeras responsables de la producción de materia orgánica en la Tierra. Un requisito básico para la fotosíntesis es la clorofila, pigmento verde que absorbe la luz solar.
674 kcal
6 CO2 + 12H2O* C6H12O6 + 6O2* + 6H2O hγ
Glucosa
Polisacaridos (celulosa y almidón)
Cantidad de materia orgánica
La cantidad de materia orgánica preservada en rocas sedimentarias esta controlada por procesos geológicos y geoquímicos tales como (Demaison y Moore, 1980):
(a) productividad primaria de materia orgánica,
(b) nivel de anoxia, y
(c) procesos de sedimentación
Cantidad de materia orgánica
El Petróleo se forma a partir de materia orgánica depositada en cuencas sedimentarias, donde la columna de agua es aeróbica ú
óxica (1 ml O2 disuelto /l H2O), pero las aguas profundas son
periódicamente anaerobias ó anóxicas (< 0.1 ml O2 disuelto /l H2O) y
los sedimentos se encuentran constantemente en condiciones anóxicas debajo de pocos centímetros.
Anóxico 3 – 20 1.6
Subóxico 1 – 3 1.2Óxico 0.05 – 1 0.8
Ambiente % TOC H/C de MO Eh
Oxidación
Reducción
Los ambientes anóxicos preservan más materia orgánica con un contenido superior de H. Las condiciones que favorecen esta situación son:
(a) Circulación restringida
Cuenca óxica: velocidad de recarga de agua con O2 > Velocidad de consumo de O2
Cuenca anóxica: velocidad de recarga de agua con O2 < Velocidad de consumo de O2
(b) Cambios en el nivel del mar
Transgresiones extensivas de los mares sobre plataformas
durante el Cretácico como consecuencia de la dinámica de la
Tectónica de Placas (Velocidad de dispersión del piso oceánico
máxima en 100-85 Ma, Aptiano-Turoniano; nivel del mar de 350 m
por encima del actual) (Emery y Aubrey, 1991)
En el intervalo Aptiano-Turoniano se depositó el 29% de las rocas
portadoras que constituyen las reservas mundiales de petróleo
(Klemme y Ulmishek, 1991).
(c) Nivel mínimo de Oxígeno
Fenómeno observado mundialmente en donde la concentración de
O2 en muchas áreas costeras decrecen a un mínimo a una
profundidad de 100 a 500 m (Demaison y Moore, 1980).
Se ha interpretado que la causa de este fenómeno es una gran
actividad biológica en esos niveles, que resulta en una gran
cantidad de materia orgánica muerta que es reciclada en la
columna de agua. Esto da lugar a condiciones anóxicas en los
sedimentos que subyacen a la columna de agua.
Zona favorable para acumulación de materia orgánica (zona de resurgencia y pelágicos)Zona favorable para
acumulación de materia orgánica (zona anóxica de aguas marinas profundas
Zona desfavorable para acumulación de materia orgánica (zona óxica de aguas marinas profundas
Cámbrico: Ausencia de vida en continentes. No se alcanzan niveles máximos de productividad en océanos
Ordovícico: Lutitas negras de Norteamérica
Devónico tardío: Cuenca Urales-Volga, Canadá occidental, África del norte y partes de EEUU.
Jurásico - Cretácico tardío: Evento de transgresión más importante. Mar del Norte, Medio Oriente, Siberia occidental, Venezuela, México
510 Ma 470 Ma 325 Ma
180 Ma 130 Ma 85 Ma
Desarrollo paleogeográfico de Norteamérica
Depositación de materia orgánica y ambiente de sedimentación
Ambiente anaeróbico
macroscópico
Ambiente anaeróbico
microscópico
Sedimento
Agua
O2 disuelto
Agua
Sedimento
O2 disuelto
Ambiente aeróbico
Acumulación de sedimentos finos aumenta la posibilidad de preservación de la materia orgánica, ya que impide la circulación de O2
La sedimentación de granos gruesos permite el flujo de O2 e incrementa la destrucción de la materia orgánica
Componentesdel Carbono
orgánico total
(%TOC)
Extraíble: Es la parte de la materia orgánica que se ha transformado en aceite y gas. Esta parte se encuentra impregnando la roca (Bitumen)
Convertible: Es la parte de la materia orgánica que se transformará en aceite y gas al aplicar una mayor temperatura. Potencial residual petrolero de la roca
Carbono residual: Forma concentrada de carbono que no generará ningún derivado de petróleo
Kerógeno
Minerales, 99%
Materia orgánica, 1%
Material bituminoso, 10%
Kerógeno, 90%
LUTITA
Análisis de Carbono orgánico total (%COT) Sistema LECO
Ácido O2
CO2
% CaCO3
CO2
Detector
gC
0.1-0.5 g Roca en polvo
Roca libre de carbonatos
Residuo
%COT = (gC/gRoca) * 100
Cantidad de materia orgánicaCornford (1986)
Carbono orgánico total(% TOC) Clasificación
< 0.5 Muy pobre0.5 – 1.0 Pobre1.0 – 2.0 Regular2.0 – 4.0 Buena4.0 – 12.0 Muy buena
> 12.0 Excelente
Calidad de materia orgánicaTissot et al. (1974)
Capacidad de la materia orgánica para evolucionar en petróleo, gas ó una combinación de ambos.
Características a considerar:
(a) Origen de la materia orgánica(b) Composición química
Organismos vivos se encuentran constituidos por cuatro bloques químicos ó biopolímeros principales:
(a)Carbohidratos
(b) Proteínas
(c)Lípidos (grasas)
(d)Lignito
a) Carbohidratos: constituidos por azucares, almidones y celulosa,
que son básicos para mantener la vida en plantas y animales. Fórmula
general: Cn(H2O)n y relación O/C ~2. Los azucares son aldehídos o
cetonas de polialcoholes y se dividen en dos grupos: (a) monosacaridos
(e.g., glucosa y fructosa) y (b) disacaridos (e.g., sucrosa y β-maltosa)
Aldo-hexosa Ceto-hexosa
Los monosacaridos pueden unirse entre sí (reacción de condensación) para
formar disacaridos y eliminando agua. La unión química se conoce como
enlace glicosídico, el cual se genera durante la interacción de un grupo –OH
del C-1 de un monosacarido y otro grupo –OH ubicado en un carbono
diferente al C-1 (que usualmente es C-4) del segundo monosacarido.
El proceso de condensación puede ligar de 3-7 unidades de monoscaridos
(oligosacaridos). Incluso puede ligar ≥ 8 unidades de monosacaridos
(polisacaridos). Los polisacaridos más importantes son las celulosas, que
contienen 10-15 x 103 unidades de glucosa y con pesos moleculares > 2.4 x 106.
Otros polisacaridos: ácido algínico (algas café), pectina (bacteria y planta), quitina (algas, insectos y crustáceos), almidón
b) Proteínas: Polímeros de aminoácidos (cadenas hidrocarbonadas con grupos funcionales amino (-NH2) y ácido carboxílico (-CO.OH). Constituyen el 50% del peso seco de animales y que son la fuente principal de nitrógeno en organismos vivos.
Los aminoácidos (se conocen 26 formas básicas) se inter-convierten por movilidad del protón desde el grupo amino al carboxílico, generando una especie conocida como zwitterion:
Los aminoácidos pueden interactuar mutuamente para formar uniones de
péptidos:
Polipéptidos con pesos moleculares > 104 se denominan proteínas. Se ha
reportado que existan > 1084 posibles secuencias formadas por 60 unidades
de aminoácidos.
c) Lípidos (grasas): Substancias insolubles en agua, pero solubles
en solventes orgánicos (éter, cloroformo o benceno). Los más comunes
son las grasas animales y los aceites vegetales.
Representan las fuentes de energía principales de los seres vivos. Los
lípidos incluyen: grasas neutras, ácidos grasos, ceras, terpenos y
esteroides.
Los lípidos son el grupo más importante para la generación de aceites
de petróleo.
Grasas neutras / trigliceridos
NaOH, saponificación
__
_
Na +
Na +
Na +
CalentamientoGradual
T = 50 – 100°C
alcano Sal sódica de ácido carboxílico
+ glicerol
Ácidos grasos (C12 a C36): saturados – animales / insaturados - plantas
R - CO.OH R - H- CO2
Ceras: esteres derivados de mono-alcoholes y que se presentan
como esteroles ó de cadena abierta (C16 – C36)
CH3 (CH2)14 CH2 OH Alcohol cetílico
HO
Colesterol
(C27H46O)
(animales y plantas)
R – OH R - CO.OH R - H
- CO2[O2]
Terpenos: formas poliméricas del isopreno (2-metil-1,3-butadieno), un bloque básico de la clorofila
Monoterpenos (C10), presentes en algas y en aceites esenciales de plantas
Sesquiterpenos (C15), presentes en resinas de coníferas
Triterpenos (C30), que contienen seis unidades de isopreno y derivados del escualeno. Se les considera precursores directos de hidrocarburos
(d)Lignito: Componentes de alto peso molecular caracterizados por
estructuras fenólicas (hidróxi-aromáticos) que se derivan de
monosacaridos comúnes en plantas pero no en tejidos animales.
Se concentran en paredes celulares donde se combinan con celulosas.
Aunque la celulosa forma 40-60% de la madera, el resto es lignito.
Se construyen por reacciones de condensación (con deshidrogenación y
deshidratación) de los alcoholes coniferílico, sinapílico y coumarílico.
Estructura parcial del lignito
Composición química promedio (% peso) de substancias naturales y del petróleo
C H S N O
Carbohidratos 44 6 50
Lignito 63 5 0.1 0.3 32
Proteínas 53 7 1 17 22
Lípidos 76 12 12
Petróleo (aceites) 85 13 1 0.5 0.5
Calidad de materia orgánicaTissot et al. (1974)
Autóctona: materia orgánica desarrollada en el lugar de su depositación (algas, bacterias, fitoplancton)Alóctona: materia orgánica transportada hacia el lugar de su depositación (materia orgánica terrestre)
Diagénesis
Es el proceso mediante el cual los biopolímeros son sometidos a un ataque básicamente microbiano, que se realiza a poca profundidad (con presiones litostáticas menores a 300 bares) y bajas temperaturas (generalmente <50 °C).
Este ataque trae como consecuencias la degradación de los biopolímeros que da lugar a biomonómeros. Estos, al ser sometidos a procesos de condensación y polimerización, se convierten en una serie de compuestos estructurados que reciben el nombre de geopolímeros, entre los cuales se encuentran los materiales de tipo húmico (ácidos húmicos y flúvicos principalmente) y sapropélico, que son considerados como los precursores del kerógeno.
El principal hidrocarburo generado durante esta etapa, es el CH4, asimismo, se produce también una serie de compuestos como el CO2, H2O y NH3 principalmente, y algunos compuestos heteroatómicos. El metano generado durante esta etapa, recibe el nombre de biogénico o biológico, aunque también es llamado gas seco y es básicamente producido por el proceso de descomposición de la materia orgánica. En esta etapa se presenta generalmente la consolidación del sedimento.
Diagénesis
Sapropélica / Alto contenido de H / Origen acuático
Liptinita: materia orgánica amorfa, sapropel
Exinita: segregaciones, órganos reproductores y sustancias aceitosas de plantas
Húmica / Bajo contenido de H / Origen terrestre
Vitrinita: material maderáceo formado de lignito y celulosa
Inertinita: material con alta concentración de carbón
Calidad de materia orgánica - MaceralesTissot et al. (1974)
Calidad de materia orgánica - KerógenosHunt (1985)
Grupo orgánico
Tipo de kerógeno
Relación H/C
Relación O/C
Sapropélico Húmico
Tipo de maceral Liptinita Vitrinita Inertinita
I II III IV
1.0-1.9 0.8-1.5 0.5-1.0 0.1-0.6
0.02-0.1 0.02-0.2 0.02-0.4 0.01-0.3
Exinita
Biomarcadores
Moléculas presentes en aceites crudos, rocas y sedimentos cuyas estructuras de carbono o esqueletos pueden ser trazados hasta los organismos vivientes. Estructuras resistentes a Diagénesis y Catagénesis, así como a procesos secundarios (biodegradación)
Estos incluyen n-Parafinas, porfirinas (clorofila), isoprenoides alicíclicos (pristano, C19; fitano, C20), terpenoides y esteroides.
Cada biomarcador se encuentra en bajas concentraciones (10-200 ppm) en petróleo, aunque pueden ser determinadas exactamente por medio de sistemas de Cromatografía de Gases acoplados a Espectrometría de Masas (GC-MS)
Discriminación de fuente de sedimentos con n-alcanos: organismos terrestres vs. marinos
(Hunt, 1968)
Hidrocarburos C27, C29, C31
formado por plantas terrestres
Hidrocarburos C15, C17, C19
formado por plancton
Hidrocarburos C27, C29, C31
formado por plantas terrestres
Hidrocarburos C15, C17, C19
formado por plancton
Discriminación de fuente de sedimentos con n-alcanos: organismos terrestres vs. marinos
(Hunt, 1968)
Pirólisis - Cromatografía de gases acoplada a un espectrómetro de masas (Pirólisis-GC-MS)
Método de separación de una mezcla de volátiles, que es arrastrada por un solvente, en función de su interacción con material empacado en una columna. En general, los volátiles con mayor peso molecular mostrarán una menor velocidad de flujo dentro de la columna.
La identificación de los compuestos se realiza por medio de un espectrómetro de masas, donde los compuestos se separan térmicamente en fracciones ionizadas que se identifican en base a sus masas
Muestra Solvente Solvente
A + BAB A
B
Tiempo 1 Tiempo 2 Tiempo 3
Columna empaquetad
a
Separación cromatográfica
Pristano (C19)
Isoprenoide acíclico
Indicador de:
Ambiente óxico-subóxico
Derivado de la Clorofila
Índice de Preferencia de Carbono (ºCPI, Carbon preference index)
Koons et al. (1965)
Relación de longitudes de cadena pares a nones de n-Parafinas C24 a C33
ºCPI = %C25 – C33 non + %C23 – C31 non
2 (%C24 – C32 par)
Plantas continentales 4.0 - 7.0Sedimentos proximales 2.5 – 5.5Organismos marinos 1.1 – 1.2Sedimentos de agua profunda ~1.0
ºCPIMaterial
Experimento que simula la generación de aceites y su liberación desde la roca portadora.
Calentamiento isotérmico de la roca en un sistema cerrado en presencia de agua y la medición del material bituminoso y los aceites formados.
Parámetros de calidad de materia orgánicaMétodo de la Pirólisis
Espitalié, J., La Porte, J.L., Madec, M., Marquis, F., Le Plat, P., Paulet, J., Boutefeu, A. 1977. Méthode rapide de caractérisation des roches mères de leur potentiel pétrolier et de leur degré d’évolution. Rev. L’Inst. français pétrole 32, 23-42.
Método de Pirólisis Rock-Eval
1. La técnica involucra hacer pasar una corriente de He (ambiente inerte) a través de 100 mg de muestra pulverizada calentada inicialmente a 300ºC. La temperatura se incrementa a 25ºC/min hasta alcanzar 550ºC.
2. Los vapores liberados son analizados en un detector de ionización de flama (FID) proporcionando: (a) la cantidad de hidrocarburos libres en la muestra (pico S1) y (b) la cantidad de hidrocarburos y compuestos que contienen oxígeno (CO2) y que son generados durante el cracking termal del kerógeno en la roca (picos S2 y S3 respectivamente)
3. El carbono orgánico total (TOC) es determinado, desde el carbón orgánico residual después de la pirólisis, por oxidación bajo aire en un horno independiente (S4)
Potencial generador de materia orgánica(Espitalié et al., 1977)
Potencialgenerador %TOC S1 S2
Pobre
Moderado
Bueno
Muy bueno
0.0 – 0.5
0.5 – 1.0
1.0 – 2.0
> 2.0
0.0 – 0.5 0.0 – 2.5
0.5 – 1.0 2.5 – 5.0
1.0 – 2.0 5.0 – 10.0
> 2.0 > 10.0
Potencial generador de materia orgánica(Tissot y Welte, 1984)
Los hidrocarburos libres que ya existen en la muestra (S1) mas los hidrocarburos que pueden ser generados desde el kerógeno por un incremento en la temperatura (S2) representan el potencial generador de la roca. El parámetro S1 + S2 puede expresarse en unidades de kg/ton de roca o en ppm.
Potencial generador de materia orgánica(Tissot y Welte, 1984)
Potencial generadorS1 + S2 (kg/ton) Interpretación
< 2
2 – 6
6 - 12
> 12
Roca que no tiene características generadoras. Algún potencial de gas
Roca generadora moderada
Buena roca generadora
Muy buena roca generadora
El origen y la maduración del Petróleo (Hunt, 1995)
Vida
Lípidos, proteínas,carbohidratos
Hidrocarburos y Protohidrocarburos
en organismos
Actividad bacterial y reacciones químicas de baja temperatura
50ºCKEROGENO
MATERIAL BITUMINOSO
Reacciones de alta
temperaturaPETROLEO
ACEITESPESADOS
ACEITESLIGEROS Y GAS
GAS PIROBITUMEN
METANO GRAFITO
200ºC250ºC
Diagénesis
Catagénesis
Metagénesis
10-20% 80-90%
Etapas de formación y maduración del Petróleo
Etapas Descripción T (ºC)
DiagénesisAlteración biológica, química y física de materia orgánica antes de un pronunciado efecto de temperatura (reacciones de decarboxilación, deaminación, polimerización y reducción)
< 50
Catagénesis Alteración termal de materia orgánica 50 - 200
Metagénesis Alteración termal en alta temperatura > 200
MateriaOrgánica
Tipo IIIPrincipalmente rocas productoras de gas
Tipos I y IIRocas productoras de
aceite y gas
CH4
CO2, N2
No H2S
Aceite subordinado
CH4, N2
AceiteCH4, C2H6, C3H8etc. ……., CO2
CH4, C2H6, C3H8etc. ……., H2S, CO2
CH4, H2S
Principalmentegas seco
Gas seco
Gas húmedo
Gas seco
Tipo de materia orgánicaPrincipales productos
Tipo de gas
T, P
HI = 0-150 mg HC/g CorgS2/S3 = 0-3
Gas + AceiteHI = 150-300 mg HC/g Corg
S2/S3 = 3-5
AceiteHI >300 mg HC/g Corg
S2/S3 > 5
Madurez termal de la materia orgánica
Es la transformación fisicoquímica de la materia orgánica debido a los cambios de temperatura y presión en los sedimentos que la contienen.
Materiaorgánica
CH4 biogénico
Zona inmadura
Zona de aceites
Zona de gas
Zona postmadura
Aceite
Gas
Carbón a grafito
Índices de madurez: I. Reflectancia de VitrinitaEstudio microscópico de macerales aislados. La materia orgánica (no pulverizada) se adhiere a un pequeño bloque de material epóxico y una cara es pulida. La inmersión en aceite de los macerales permite la medición de la reflectancia utilizando una luz incidente monocromática (546 nm, región verde del espectro visible).
La vitrinita es el maceral principal para el que se mide la reflectancia y es bi-reflectiva (en presencia de un polarizador, la propiedad varía con la rotación del plano perpendicular al haz incidente) con dos máximos separados 180º. La reflectancia máxima promedio (%R0) será la media de un número de mediciones de partículas individuales (usualmente n = 50)
La reflectancia de la vitrinita aumenta con la madurez, reflejando el incremento de estructuras aromáticas planas y de planos de grafito
Identificación de macerales bajo el microscopio
Fuente de luz
Detector
Granos de vitrinita
De forma general:
1. La fase principal de generación de petróleo ocurre en el intervalo 0.65 – 1.30 %R0, con un pico de generación en ~1%R0. Sin embargo, la generación se inicia en ~0.5%R0 que se considera la frontera de diagénesis-catagénesis.
2. La generación de gas humedo desde el kerógeno ocurre en el intervalo 1.3 – 2.0 %R0, mientras que la de gas seco se da a >2 %R0. Este último valor se asocia a la frontera carbón bituminoso – antracita
3. Bajo etapas avanzadas de metagénesis se alcanzan valores de ~11 %R0, que se asocian a la generación de grafito.
2.0
1.5
1.0
0.5
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0. 300.0
0.00
Diagénesis
Catagénesis
Metagénesis
0.5
1.0
2.0
Relación atómica O/C
Rela
ción
atóm
ica H
/C
CH2
H2O
CO2
CO2H2O
III
II
I
Reflectancia vitrinita
Límites de campo de kerógeno
Trayectoria de evolución del
kerógeno
0.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0. 300.0
0.00
0.5
1.0
2.0
Relación atómica O/C
Rela
ción
atóm
ica H
/C
CH2
H2O
CO2
CO2H2O
III
II
I
Reflectancia vitrinita
Límites de campo de kerógeno
Trayectoria de evolución del
kerógeno
0.5
CO2, H2O
Aceite
Gas
Índices de madurez: II. Índice de alteración térmica
1. Palinología: Separación de granos de polen y esporas de sedimentos por disolución de minerales con HCl y HF. Los microfósiles son utilizados para establecer correlaciones estratigráficas y dataciones.
2. Al ser observados bajo microscopio con luz transmitida, las esporas y el polen cambian de colores claros a obscuros con el aumento de la profundidad. La absorción de luz puede utilizarse como un indicador semi-cuantitativo de madurez
3. Estas variaciones fueron utilizadas por Staplin (1969) para desarrollar el Índice de alteración térmica (TAI). El análisis se restringió a partículas de planta que inicialmente eran amarillas, amarillo verdosas y naranja pálido.
4. TAI = 1-5: amarillo claro (inmaduro: gas biogénico seco + aceites pesados); amarillo obscuro, café claro y café (maduro: aceites y gas húmedo); café obscuro y negro (postmaduro: gas seco)
Espora y cutícula en luz reflejada azul
Madurez, escala de índice de alteración termal (TAI) con colores estándar Munsell y reflectancia de vitrinita
Incremento de TAI con la profundidad y cambio correspondiente en composición de gases en pozos de exploración ubicados en los Territorios noroccidentales del Canadá (TAI = 4 indica el final de la ventana de gas húmedo) (Evans & Staplin, 1971)
