UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad: INGENIERÍA
Escuela académico profesional: INGENIERÍA GEOLÓGICA
Geología de los Hidrocarburos
Geología de los Hidrocarburos
CAP I
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•
CAPITULO I
•
INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA DE LOS HIDROCARBUROS.
•
1.1
Generalidades
•
1.2
Génesis de Petróleo y gas
•
1.3
Propiedades químicas y físicas de los hidrocarburos
•
1.3
Breve reseña histórica de la explotación del petróleo
en el Perú
•
1.4
Porosidad primaria, porosidad secundaria, etc.,
Permeabilidad
•
1.5
Trampas petrolíferas.- definiciones
•
1.6
Introducción a las presiones de los fluidos: Presión
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•
CONCEPTOS BÁSICOS
•
Play
•
El
play es un modelo inicial que combina un cierto número de factores
geológicos con el resultado
de la existencia de acumulaciones de
hidrocarburos en un determinado nivel estratigráfico de la cuenca.
•
Los aspectos implicados en el
play, son los siguientes:
•
-
Sistema de carga:
Roca madre (generación; expulsión de fluidos) y
Migración secundaria (capas de transporte; trayectorias de migración).
•
-
Formaciones almacén
(almacenan petróleo y permiten su extracción
comercial). Se evalúan la porosidad, la permeabilidad y la geometría del
almacén.
•
-
Sello
(caprock).
•
-
Trampas
donde se concentre el petróleo, permitiendo su extracción
comercial.
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•
De esta forma, se define
play como un
conjunto de prospecciones no perforadas y de
yacimientos
conocidos de petróleo, que en
principio, se creen comparten un almacén
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Combustibles fosiles (fossil fuels): fuentes de
energia que se formaron de los restos de
organismos
Petroleo
(oil)
Gas natural
(natural gas)
Carbon
(coal)
Lutitas bituminosas
(oil shale)
Arenas asfalticas
(tar sand)
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Energía
Es la causa capaz de transformarse en trabajo mecánico y que lleva
implícita la generación de calor…
Uno de los principios básico es el de la conservación de la energía: …
EN LA NATURALEZA LA ENERGIA NO SE PIERDE, SOLO SE
TRANSFORMA…
de allí que todo sistema está en perfecto equilibrio.
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Etimológicamente,
petróleo
significa aceite (Oleum) de piedra
(Petro).
¿Qué es el petróleo?
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•
El petróleo se encuentra bajo tierra, en diferentes regiones,
distribuidas por todo el planeta, conocidas con el nombre
de
cuencas sedimentarias
. Las cuencas sedimentarias están
formadas por capas o estratos dispuestos uno sobre otro,
desde el más antiguo al más reciente y cada estrato tiene
constitución diferente al otro.
•
El petróleo es producto de la acumulación de restos
orgánicos depositados junto con grandes masas de
sedimentos en el fondo de los mares, a lo largo de millones
de años. Así las cuencas sedimentarias guardan íntima
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El petróleo es una mezcla en la que coexisten en fases sólida, liquida y
gaseosa, compuestos denominados hidrocarburos, constituidos por átomos de
carbono e hidrogeno y pequeñas proporciones de otros elementos con
presencia de nitrógeno, azufre, oxigeno y algunos metales, ocurriendo en
forma natural en depósitos de roca sedimentaria. Su color varía entre ámbar y
negro.
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La composición elemental del petróleo
generalmente está comprendida entre
los siguientes rangos porcentuales.
ELEMENTOS PORCENTAJE
Carbono
84 - 87
Hidrógeno
11 - 14
Azufre 0 - 2
Nitrógeno 0,2
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TEORIA FORMACION DE HIDROCARBUROS
El petróleo y el gas natural son
combustibles fósiles que se habrían
formado hace millones de años, por la
acumulación de restos de animales y
vegetales que se fueron acumulando en el
fondo del océano.
Las
bacterias
presentes
habrían
descompuesto
esta
materia
muy
lentamente, por la escasa cantidad de
oxígeno presente en esas profundidades.
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GAS
PETROLEO
AGUA
Roca
Impe
rmea
ble
Roca
Poro
sa
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Hidrocarburos
Alifáticos
Presentan anillos
Aromáticos
bencénico
Insaturados
Saturados
Alcanos
Alquenos
Alquinos
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Petróleos livianos
(parafínicos)
•
Muy fluidos
•
Menos pesados que el agua
•
Fáciles de manejar
Petróleos pesados
(alifáticos)
•
Viscosos
•
Espesos
•
Mas pesados que el agua
•
Difíciles de transportar
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Es un líquido de variados colores que van desde
el negro hasta amarillo claro , fluorescente con
reflejos verdes o verde azulado.
Su densidad varía entre 0.615 hasta 0.994g/cm
3
Insoluble en agua y soluble en éter, benceno,
cloroformo, etc.
Viscosidad variable aumentando con la densidad
del mismo.
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Definiciones
Recursos
:
son substancias sólidas, líquidas o gaseosas, susceptibles de ser explotadas por el
hombre para su aprovechamiento.
Reservas
:
a) parte del recurso que resta explotar; b)parte del recurso cuya explotación es
económicamente rentable en el momento socioeconómico y político que rija en la actualidad.
Sedimento orgánico
:
roca o sedimento con una cantidad de materia orgánica superior al 50% en
peso de los constituyentes de la misma.
Diagénesis:
procesos físicos y químicos que afectan al sedimento después del deposito y hasta
antes del metamorfismo de bajo grado
Carbón
:
sedimento orgánico constituido por restos vegetales transformados durante la diagénesis.
–
Carbón húmico
:
el constituyente orgánico procede de restos vegetales terrestres.
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• Humus: serie de productos macromoleculares de estructura muy compleja (ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas).
• Kerógeno: sedimento orgánico constituido por restos de humus, fitoplancton y zooplancton.
• – Kerógeno I: procede de transformación de lípidos y de algas y se considera formado en ambientes lacustres. Es muy rico en H y pobre en O. Produce crudos ricos en HC saturados
• – Kerógeno II: es una mezcla entre KI y KIII, con valores intermedios entre ambos de H y O y que procede de restos de organismos vegetales y animales marinos. Produce aceites ricos en aromáticos y nafténicos. Genera más gas que los de tipo I.
• – Kerógeno III: procede de transformación de restos vegetales transportados desde el continente (humus) a zonas marinas. Es rico en O y el pobre en H. Genera sobre todo gas seco.
• – Kerógeno IV: proviene de fuentes muy oxidadas durante la deposición. Casi no produce petróleo ni gases.
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Origen del petróleo
Las teorías originales, sobre un origen inorgánico del petróleo
han quedado descartadas
:
Desde mediados del siglo XIX hasta un poco después de la Segunda Guerra Mundial,
el petróleo se fabricó industrialmente: rocas sedimentarias se ponían a cocer a una
temperatura de 500 ºC en ausencia de oxígeno. A estas temperaturas tan altas
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Factores que condicionan la formación del petróleo
a) Factores biológicos
Aporte de materia orgánica:
a) humus
b) organismos planctónicos
Transformación de la materia orgánica en petróleo:
a) enriquecimiento en C e H
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Uno de los supuestos acerca del Origen del Petróleo lo constituye la Teoría de Engler(1911):
1ª etapa
Depósitos de organismos de origen vegetal y animal se acumulan en el fondo de mares internos (lagunas marinas).
· Las bacterias actúan, descomponiendo los constituyentes carbohidratos en gases y materias solubles en agua, y de esta manera son desalojados del depósito.
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2da etapa
A condiciones de alta presión y temperatura, se desprende CO2 de los compuestos con
grupos carboxílicos, y H2O de los ácidos hidroxílicos y de los alcoholes, dejando un residuo
bituminoso.
La continuación de exposiciones a calor y presión provoca un craqueo ligero con
formación de olefinas (
protopetróleo
).
3er etapa
Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se polimerizan y
forman ciclos para dar origen a hidrocarburos de tipo nafténico y parafínico.
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• Propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos
• PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL PETRÓLEO
• Veamos algunos de los parámetros empleados en la clasificación del petróleo:
• Gravedad (ºAPI)
• Un fluido con una gravedad específica de 1.0 g/cm3 (agua dulce), tiene una gravedad API de 10º. En
• función de su ºAPI podemos hablar de:
• Petróleos pesados (ºAPI<20). Son de menor valor comercial y de más difícil
• extracción. Típicos de California, Venezuela, México y Sicilia.
• Petróleos normales (20<ºAPI<40). La media mundial está en 33 ºAPI.
• Petróleos ligeros (ºAPI>40). Típicos de Argelia, SE de Australia, Indonesia y los
• Andes.
• En condiciones superficiales, los petróleos son menos densos que el agua; sin embargo, en el
• subsuelo la densidad del petróleo es menor todavía (0.5 g/cm3). Las densidades de los gases también
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•
Viscosidad (η)
•
Es la fricción interna del fluido que causa la resistencia a cambiar de forma. Varía con la
presión y la temperatura (mayor temperatura, menor viscosidad).
•
La viscosidad varía con la densidad, es decir, es función del número de átomos de
carbono y de la cantidad de gas disuelto en el crudo; La viscosidad en crudos ligeros es
inferior a 30 mPa; los valores más frecuentes son de 0.5-0.6 mPa (viscosidad de la
gasolina); Los crudos pesados (asfálticos) tienen densidades de 50000-100000 mPa;
estos crudos (alquitranes naturales), presentan grandes dificultades de recuperación.
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•
Factor expansión
•
El petróleo pierde volumen y “se encoge” en
su camino hacia la superficie, debido a la
liberación de gases disueltos. El factor de
pérdida de volumen (
shrinkage) varía entre 1
para los petróleos próximos a
la superficie y
que casi no contienen gases disueltos, y 2 para
petróleos muy gaseosos en almacenes
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El 27 de agosto de 1859 en un pozo
construido por Drake, en Oil Creek,
Titusville, Pensilvania, se encontró petróleo
en cantidades suficientes para ser utilizado
masivamente.
Hay que destacar que lo más importante no
es que el pozo de Drake fuera o no el
primero, sino que con dicho pozo en
Titusville se dio inicio a la espectacular
carrera de la industria petrolera, la cual no
ha parado desde entonces. Desde ese
mismo día, otros hombres construyeron su
propios pozos petrolíferos en las cercanías
del de Drake.
El primer pozo petrolero
Edwin Drake
(1819-1880)
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Exploración de hidrocarburos
•
Geología de superficie
•
Líneas sísmicas
•
Pozos exploratorios en tierra y mar
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Transporte de petróleo
El crudo se envía de los yacimientos a las refinerías para obtener los distintos productos derivados.
Por vía terrestre: Por oleoductos de 30-60 cm de diámetro con estaciones en el trayecto para bombearlo y calentarlo para disminuir su viscosidad. Los poliductos se destinan al transporte alternativo de los diferentes productos. Adicionalmente los productos son transportados por vagones-tanques del ferrocarril o camiones cisternas.
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Refinación de petróleo
Consiste
en
romper
o
descomponer hidrocarburos de
elevado
peso
molecular
(combustibles como el gas oil y
fuel oil), en compuestos de menor
peso molecular (naftas).
En el proceso siempre se forma
hidrógeno y compuestos del
carbono. Es muy importante en
las refinerías de petróleo como un
medio de aumentar la producción
de nafta a expensas de productos
más pesados y menos valiosos,
como el kerosene y el fuel oil.
Crackeo (rompimiento)
Crackeo (rompimiento)
Es
el
proceso
más
importante de la refinación,
y esta basada en los
diferentes
puntos
de
ebullición
de
los
componentes del crudo, que
permite
separarlos
mediante evaporación y
condensación.
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9.9 %
22.5 %
7.6 %
52.4 %
7.6 %
Gasolina
Jet fuel
Diesel
Lubricantes
Residuales
15.7
Litros
83.4
12.1
35.7
12.1
Rendimiento promedio de un barril de petróleo
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2007. El petróleo en la matriz energética mundial
Petróleo
Carbón
Gas
Nuclear
Hidroelectricidad
Total Consumo = 223 MMBDPE
16 % 15 % 69 % 2 % 24 % 38 %
36 %
4 %
14 %
72 %
10 %
100 % 100 % 3 % 97 % 70 % 10 % 20 % 29 %
28 % 43 %
41 % 46 %
13 %
Emisión CO2
Total = 23.6
millardos TM
17 %
22 %
40 %
PETROLEO (36 %)
CARBON (23 %)
GAS (21 %)
BIOMASA (11 %)
NUCLEAR (7 %)
ELECTRICIDAD (36 %)
RES/COMERC (24 %)
INDUSTRIAL (22 %)
TRANSPORTE (18 %)
2005. Consumo Mundial de Energía
Total = 198 MMBDPE
8 %
29 %
16 %
