2 sistema petrolero
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Sistema PetrolíferoGeología del petróleo JGaibor, EPN 2015
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Agenda
Origen del petróleo Composición del petróleo Ciclo del carbón Sistema Petrolífero
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Origen del petróleo
Origen inorgánico vs. Origen orgánico Teorías inorgánicas
◦ Teoría de Berthelot (1866)
◦ Teoría de Mendeleev (1800s)
Teoría orgánica
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Teoría de Berthelot (1866)
Esta teoría sugiere que metales alcalinoslibres reaccionan con el bióxido decarbono y forman carburos. Estos a su vez
al reaccionar con el agua formaríanacetileno.
Los otros hidrocarburos podrían ser
formados al aumentar la temperatura conla profundidad
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Teoría de Mendeleev (1800s)
Esta teoría sugiere que carburos dehierro en estado nativo reaccionarían conel vapor de agua y producirían
hidrocarburos
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Principales objeciones a las teoríasinorgánicas Petróleo natural contiene componentes
de Azufre y Nitrógeno.
Presencia de metales alcalinos y
carburos de hierro en estado libre
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Teoría orgánica Teoría más aceptada El petróleo tiene un origen biológico Principales argumentos
◦ 99.9% de los depósitos están en cuencassedimentarias
◦ 99% de las rocas tienen edades menorea a 400Ma
◦ Lutitas bituminosas pueden ser calentadas y
producir petróleo◦ Es análogo al carbón◦ El crudo contiene muchos biomarcadores◦ Relación 13C/12C es típica de actividad biológicas
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Composición del crudo
El crudo está compuesto por compuestoshidrocarburados (parafinas, naptenos ehidrocarburos aromáticos), otros
compuestos que contienen cantidadesimportantes de N, S, O, biomarcadores,(Va, Ni)en menor proporción.
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Familias químicas de hidrocarburos
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Familias químicas de hidrocarburos
Hidrocarburos alifáticos:◦ De cadena abierta:
Hidrocarburos saturados (alcanos): Constituyen la serie de lasparafinas o serie del metano . Su fórmula general es CnH2n-2.Las condiciones STP (condiciones estándar de temperatura ypresión) para los gases, son: 60 F y 14.7 psia (presiónabusoluta en libras por pulgada-2). El primer alcano líquido esel pentano (C5H12), y el primer alcano sólido es elhexadecano (C16H34). Metano, Etano, Butano y Propano songaseosos a temperatura ambiente
C1-C4 (Gases), C5-C15 (Liquids) and C15-C27 (Solids)
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Familias químicas de hidrocarburos
Hidrocarburos alifáticos:◦ De cadena abierta: Hidrocarburos no saturados (alquenos): Corresponden
a las olefinas . Su fórmula general es CnH2n. Sonisómeros de las cicloparafinas, es decir, tienen
composición similar a los naftenos. Los carbones sedisponen en cadenas rectas o ramificadas. No estánpresentes en el crudo.
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Familias químicas de hidrocarburos
Hidrocarburos alifáticos:◦ De cadena abierta: Hidrocarburos no saturados (alquinos): u fórmula
general es CnH2n-2. Tienen uno o mas enlacestriples entre átomos de carbono. El más importanteacetileno. No está presente en el crudo
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Familias químicas de hidrocaburos
Hidrocarburos alifáticos:◦ De cadena cerrada (carbociclos): Hidrocarburos alicíclicos: Corresponden a la serie de
los naftenos, que son compuestos con un anillo decarbono. Estos compuestos con anillos, poseen al menos,
3 átomos de carbono.
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Familias químicas de hidrocaburos
Hidrocarburos aromáticos: Se basan en el anillo delbenceno, y poseen la siguiente fórmula general: CnH2n-6. La aromaticidad se define como la relaciónexistente entre el carbono aromático y el carbono
total; esta aromaticidad está relacionada con ladensidad del crudo (cuantos menos hidrocarburosaromáticos, más ligero será el crudo).
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Familias químicas de hidrocaburos
Resinas y Asfaltenos◦ Son compuestos policíclos con alto peso molecular y
comprenden la parte más densa del petróleo.Comprenden los miembros mas pesados de las seriesnafténicas y aromáticas, incluyendo moléculasheteroatómicas de azufre, nitrógeno y oxígeno (GrupoNSO). Estos elementos sustituyen a los átomos decarbono en la estructura molecular.
Compuestos de Azufre◦ La concentración de azufre en el crudo puede variar entre
0.1 a 8%. Si contienen más del 1% se denominan crudos conalto contenido de azufre. Los crudos con alto contenido deazufre son más caros de refinar debido al tratamientonecesario para el sulfuro de hidrógeno.
◦ Los yacimientos de calizas presentan mayor porcentaje deestos compuestos
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Familias químicas de hidrocaburos
Compuestos de Oxígeno◦ Los complejos mas comunes son los ácidos.
◦ Ácidos nafténicos tienen importancia
comercial y pueden ser extraídos utilizandouna solución cáustica.
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Familias químicas de hidrocaburos
Compuestos de Nitrógeno◦ Se presentan en cantidades menores al 0.1%
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Familias químicas de hidrocaburos
Organocompuestos metálicos
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Familias químicas de hidrocaburos
La mayoría de los crudos contienen pequeñascantidades de hidrocarburos que no pertenecen ni ala serie de las parafinas ni de los naftenos; éstos, sonlos denominados fósiles geoquímicos o
biomarcadores. la serie más interesante, es la de los isoprenoides los
cuales son típicas de las ceras de las plantas, y por lotanto, son un buen indicador de la procedencia de loshidrocarburos; Los términos más comunes de esta
serie, son el fitano y el pristano, procedentes de laalteración de otro isoprenoide llamado fitol, elpristano se genera en ambientes oxidantes, y elfitano en ambientes reductores.
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Composición del gas natural
El gas natural está compuesto dehidrocarburos no condensables a 20 ºC detemperatura y a presión atmosférica.
Si está compuesto casi en su totalidad por
metano, se le llama gas seco (dry gas). Si la proporción de etano y otras moléculas
pesadas excede un valor arbitrario(normalmente el 4-5%), el gas se llama gas
húmedo (wet gas).
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Origen del gas natural Gas del petróleo: Formado como bioproducto de lageneración de petróleo; El gas acompaña al petróleo
en el almacén y es denominado gas asociado. El gasformado por modificacióntermocatalítica delpetróleo, se llama gas no asociado.
Gas carbonoso: Formado por modificacióntermocatalítica o por otro tipo de modificación apartir del carbón.
Gas bacteriano: Formado por alteración de la materiaorgánica a baja temperatura, en o cerca dela
superficie terrestre, sin conexión directa con el crudo(gas de los pantanos ). Entendemos por gas mineral, aquél desligado del
petróleo (Ej.: He, N, ...)
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Resumen práctico El límite en el número de carbonos entre gas y crudo, es de 4carbonos. El refinado del crudo va a permitir obtener, por
destilación o fraccionamiento (calentamiento), los productosdeseados; en general, el orden de destilación es el siguiente:
Gasolina y nafta (con benceno y otroshidrocarburos volátilesde 4 a 10 átomos de carbono).
Keroseno y petróleos para iluminación (11-13 carbonos). Gas oils ligeros y diesel (14-18 carbonos). Gases pesados y gas oil de calefacción (19-25 carbonos). Lubricantes y fuel oil ligeros (26-40 carbonos).
Aceites residuales y fuel oil pesado (más de 40 carbonos).
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Propiedades físico químicas delpetróleo Color
◦ Mientras más peso molecular tenga, másoscuro es el petróleo.
◦
Los colores varían entre amarillo, café y negro
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Propiedades físico químicas delpetróleo Olor
◦ Olor a gasolina indica abundancia de parafinas
◦ Olor agradable señala mayor cantidad de
aromáticos◦ Olor a azufre sugiere alto contenido de azufre
y nitrógeno
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Propiedades físico químicas delpetróleo Gravedad API
◦ Petróleos pesados (ºAPI
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Propiedades físico químicas delpetróleo Fluorescencia
◦ Todos los petróleo fluorescen bajo luzultravioleta.
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La fluorescencia varía de amarillo claro aobscuro y en tonalidades verdosas y azuladas
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Propiedades físico químicas delpetróleo
Viscosidad◦ Es la fricción interna del fluido que causa la resistencia a cambiar de
forma. Varía con la presión y latemperatura (mayor temperatura, menorviscosidad)
◦ La viscosidad varía con la densidad, es decir, es función del número deátomos de carbono y de la cantidad de gas disuelto en el crudo.
◦
La viscosidad en crudos ligeros es inferior a 30 mPa; los valores másfrecuentes 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 grandesdificultades de recuperación.
◦ Un buen indicador de viscosidad, es el llamado punto puro, que es latemperatura más baja a la cual el crudo fluye. Así, para puntos puros de
más de 40 ºC, son característicos los crudos pesados con ceras; parapuntos puros de menos de 36 ºC, se dan crudos ligeros
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Propiedades físico químicas delpetróleo
Factor de expansión El petróleo pierde volumen y “se encoge” en su camino hacia
la superficie, debido a la liberación de gases disueltos. Elfactor de pérdida de volumen (shrinkage) varía entre 1 paralos petróleos próximos ala superficie y que casi no contienengases disueltos, y 2 para petróleos muy gaseosos en
almacenes profundos.
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Clasificación de los petróleoscrudos
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Clasificación de los petróleoscrudos
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Clasificación de los petróleoscrudos
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Ciclo del carbono
Se inicia con el proceso de fotosíntesis, mediante el cual, las plantasy algas marinas convierten el CO2 atmosférico y contenido en elagua del mar en carbono y oxígeno utilizando la energía solar.
El CO2 es reciclado de diferentes maneras:◦ Respiración de plantas y animales (devuelta a la atmósfera).◦ Descomposición bacteriana y oxidación natural de la materia orgánica
muerta.◦
Combustión de los combustibles fósile s(natural y ocasionada porel hombre). Sin embargo, una pequeña parte de carbono escapa a esteciclo al depositarse en medios donde la oxidación a CO2 nopuede producirse; estos ambientes carecen de oxígeno o son tóxicospara las bacterias.
◦ La proporción de materia orgánica enterrada en los sedimentos nosupera el 1%
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Ciclo del carbono
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Acumulación de carbón
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Concentración del CO2 en laatmósfera
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Efecto invernadero
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Hielo en los polos
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Sistema petrolífero
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Plays petrolíferos – Cuenca Oriente
Rivadeneira y Baby 2004
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Plays petrolíferos – Cuenca Oriente
Rivadeneira y Baby 2004
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Encontrar una cuenca sedimentaria
Geología de superficie Métodos geofísicos
◦ Gravimétricos
◦ Magnéticos◦ Sensores remotos
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Encontrar una roca fuente dehidrocarburo Roca rica en materia orgánica
◦ Lutitas
◦ Calizas fino granulares
Edades de rocas generadoras
E f d
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Encontrar una roca fuente dehidrocarburo
E f d
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Encontrar una roca fuente dehidrocarburo
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Encontrar una roca reservorio
Rocas con porosidad y permeabilidad◦ Areniscas
◦ Calizas
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Encontrar una roca reservorio
Ambiente sedimentario
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Encontrar un sello
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Encontrar una trampa
Trampas estructurales Trampas estratigráficas
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Encontrar una vía de migración
Modelamiento 3D, para evaluación derutas de migración
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Encontrar el timing correcto
P f ió d
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Perforación de un pozoexploratorio