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TEMA 4.- ESTUDIO DE ACUMULACIONES PETROLERAS

Estudio de cuencas Cuencas sedimentarias

Una cuenca sedimentaria es una acumulacin importante de sedimentos producidos principalmente por la erosin de la superficie de la Tierra o por la acumulacin de minerales de origen biolgico.

Las cuencas sedimentarias son lugares donde se produce la acumulacin de sedimentos, es una depresin en la superficie del basamento, formada por capas o estratos dispuestos uno sobre otro, desde el ms antiguo al ms reciente cada uno diferente del otro. Generalmente, cuando se habla de una cuenca, se asocia la depresin con el espesor superior a lo normal de las rocas que sirven de relleno

Las cuencas sedimentarias tienen muchas variaciones segn su tamao y geometra. Pueden ser simtricas, asimtricas o de perfil regular; las que se encuentran a lo largo de los mrgenes continentales tienden a ser asimtricas, en su mayora son depresiones alargadas que pueden estar delimitadas por fallas o no, y cubren reas entre 1000 y varios millones de kilmetros cuadrados. Es importante sealar que la mayor profundidad de una cuenca no siempre es el lugar donde existe el mayor espesor de sedimentos ya que estos pueden migrar con el tiempo.

Se habla de cuenca sedimentaria cuando el espesor de los sedimentos es de unos cientos de metros y tiene una extensin de algunas decenas de kilmetros cuadrados o ms, aunque son habituales los espesores de varios km con extensiones de decenas de miles de km. Ejemplos: la cuenca del Ebro, la cuenca de Molasse (flanco norte de los Alpes), la cuenca sedimentaria del Guadalquivir, la cuenca del Ganges (flanco sur del Himalaya), la cuenca del Paran. En el mundo existen ms de 600 cuencas sedimentarias.

La formacin de una cuenca sedimentaria requiere un aporte de sedimentos y un lugar que favorezca la deposicin de los mismos.

El anlisis de cuencas la realiza la Estratigrafa que se ocupa del estudio de las cuencas sedimentarias; integrando los datos estratigrficos de los materiales de relleno junto a otros tectnicos, petrolgicos, y geoqumicos

Una cuenca sedimentaria es una regin subsidente (subsidencia = hundimiento progresivo de un sector de la corteza), su existencia est estrictamente ligado al espacio subsidente y mientras haya subsidencia, habr cuenca sedimentaria, cuando se pare esta se colmar.

Las cuencas sedimentarias son unidades morfoestructurales que corresponden a sectores de plataforma recubiertos de sedimentos tras una prolongada subsidencia. Las cuencas sedimentarias estn formadas por plataformas pero, a diferencia de los escudos y los macizos antiguos, que son superficies de erosin puestas en resalte, las cuencas sedimentarias se forman sobre cubetas. A menudo sobre ellas se desarrollan gigantescos sistemas fluviales: Ejemplo el Amazonas, Paran, Congo.

Las cuencas sedimentarias presentan formas comparables, las ms caractersticas son las formas de las estructuras aclinales (estratos horizontales) y monoclinales (estratos inclinados), se desarrollan sobre un zcalo. Los zcalos son las masas de rocas gneas o metamrficas sobre las que se encuentra, de manera discordante, una serie sedimentaria. Son las races profundas de una cordillera. Presenta una cubeta, que es la zona de acumulacin de los sedimentos. En ocasiones la continuidad de la capa sedimentaria puede estar rota, esos son los sectores en los que encontramos una laguna estratigrfica. Esto se puede deber a la interrupcin de la sedimentacin, a la erosin de los estratos o a las tensiones orognicas, en sistemas plegados.

Las cuencas se pueden diferenciar entre las cuencas sedimentarias desarrolladas sobre plataformas precmbricas y las cuencas desarrolladas sobre plataformas caledonianas y hercinianas. Para la ingeniera de yacimientos las cuencas sedimentarias son importantes la naturaleza de los procesos tectnicos y el tiempo geolgico. En este sentido, segn los mecanismos de deformacin y del tipo de sedimento se pueden formar diferentes trampas petrolferas. La deformacin por compresin produce pliegues y fallas, mientras que los domos salinos dependen de la naturaleza y espesor del sedimento que rellena la cuenca

Las deformaciones que ocurren en una cuenca, en la ltima etapa de sedimentacin pueden contribuir a la generacin de hidrocarburos porque se alcanzan temperaturas ms altas que las normales. Sin embargo, cuando se forma una estructura luego de la generacin y migracin del petrleo, lo ms probable es que dicha estructura no contenga hidrocarburos. En general, los procesos tectnicos de gran magnitud, posteriores al desarrollo de la cuenca, pueden producir efectos adversos, como por ejemplo si la deformacin levanta la roca yacimiento cerca de la superficie, se puede perder petrleo y gas debido a la erosin o la invasin de las aguas subterrneas. Por otro lado, las altas temperaturas y grandes profundidades de soterramiento de la roca yacimiento pueden causar metamorfismo y sobremaduracion de los hidrocarburos.

La principal importancia social de las cuencas sedimentarias es que en ellas ocurren las condiciones ideales para la maduracin de hidrocarburos y la acumulacin de otros minerales.La principal relevancia desde el punto de vista cientfico es que la estructura y edad del relleno sedimentario de las cuencas constituyen el mejor registro de eventos de deformacin tectnica, de la evolucin climtica y de otros procesos geolgicos.

Cuencas y medios

La cuenca sedimentaria est ligada a un contexto tectnico de geodinmica interna mientras que el medio sedimentario est ligado a una porcin de la superficie terrestre caracterizada por un conjunto de caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas. Dentro de una cuenca pueden existir varios medios sedimentarios y para un punto concreto puede variar en el tiempo. Por ejemplo la cuenca marina, posee dos medios, la playa y la plataforma. La posicin de los sedimentos va a variar en el tiempo nada ms vare una caracterstica como el nivel del mar, la posicin del medio ha variado dentro de la cuenca.

Clasificacin tectnica.- Tres tipos: extensionales, compresivas y pull-apart . Cuenca extensional.- Es una cuenca cuyo origen es un campo de esfuerzos extensionales. El esfuerzo principal corresponde a la vertical, es una ruptura por fuerzas de cizalla a 65, una falla normal. Los campos de esfuerzos adquieren diferentes valores en tres posiciones, tienen un reparto espacial que correspondera a un elipsoide de tres ejes.Formadas en zonas donde la corteza terrestre ha sido extendida y adelgazada. Ej.: Graben del Rin.

Cuenca compresiva.- El esfuerzo se da en la horizontal, dando origen a una falla inversa.

Cuencas pull-apart.- Son estructuras limitadas por dos fallas transformantes cuya geometra en relevo deja una depresin intermedia que sirve de rea de depsito. Son fallas de direccin o de desgarre. Formadas en zonas de desgarre tectnico (strike-slip) en las que dos placas tectnicas se desplazan sin producir extensin ni compresin, es decir, paralelamente a la zona de falla que las separa. La cuenca se forma entonces en la regin donde dicha falla de rumbo cambia su direccin. Ej.: Mar Muerto.

Clasificacin geogrfica Continentales: si se producen en el continente

Marinas: si se producen en el mar De transicin: si se producen en la zona de transicin continental y marina como es el caso de un deltaPosibles fuentes de sedimentos Un relieve topogrfico importante, que unido a un mecanismo erosivo eficaz y a un proceso de transporte hasta la cuenca permiten el relleno sedimentario de la cuenca. Un aporte importante de carbonato clcico de origen biolgico (p.e., arrecifes coralinos en climas clidos).El crecimiento de la cuenca es favorecido por el hundimiento de la corteza de la tierra, que proporciona mayor espacio de acumulacin del sedimento.

Tipos de cuencas sedimentarias Cuencas marginales.- Formadas en los mrgenes de los continentes, generalmente frente a las desembocaduras de ros de importancia. Ej.: Delta del Nilo.

Cuencas sedimentarias de antepas.- Formadas junto a orgenos compresivos debido a la flexin de la litosfera terrestre bajo el peso de las rocas apiladas durante la colisin tectnica. Ej.: Cuenca del Ganges, junto al Himalaya.

Una cuenca de antepas es una depresin flexural ubicada " detrs" de un orgeno en donde se acumulan sedimentos provenientes principalmente del mismo. Estas cuencas sedimentarias se forman en escalas de tiempo de entre millones y cientos de millones de aos. Debido al peso del orgeno sobre la litosfera terrestre, la regin del antepas se hunde isostticamente y genera el espacio necesario (cuenca) para atrapar los sedimentos aportados principalmente por ros desde el orgeno. Este hundimiento es debido a que el sistema orgeno-cuenca descansa sobre la astenosfera, que se comporta como un fluido a escalas de tiempo geolgicas, mientras que la litosfera se flexiona como una placa delgada (flexin litosfrica).Ejemplos de cuencas de antepas y los orgenos asociados:

Cuencas extensivas Cuencas de pull-apart Cuencas carbonatadas.- Formadas por acumulacin de carbonato clcico bitico. Ej.: Cuenca del Mar Caribe.

Cuencas de intraplaca.- Formadas en el interior de los continentes en ausencia de deformacin tectnica por fallas, generalmente a consecuencia de la subsidencia o hundimiento del terreno por fenmenos como la topografa dinmica (relacionada al flujo en el manto terrestre). Un ejemplo es la cuenca del lago Chad.

Mtodos Aplicados en la Exploracin PetrolferaExploracin es el usado en la industria petrolera para designar la bsqueda de petrleo o gas. Es la fase anterior al descubrimiento. Para comprobar la existencia de hidrocarburos se debe recurrir a la perforacin de pozos exploratorios.Las herramientas ms utilizadas por los exploradores son: Mapas (mapas de afloramientos de rocas en superficie, mapas topogrficos, mapas del subsuelo mediante la ssmica de reflexin, emisin de ondas de sonido en la superficie del terreno), aeromagnetometra y la gravimetra (permiten determinar el espesor de la capa sedimentaria), geoqumica de superficie (deteccin de hidrocarburos en el subsuelo a travs de la medicin de los gases concentrados en muestras del subsuelo).

TECNICAS DE EXPLORACIN Por imgenes: Fotografas areas, imgenes de satlite, SLAR Geologa: Directa, indirecta Geofsica y geoqumica: Gravimetra, magnetometra, ssmica Profunda: Rayos Gamma, perfilaje elctrico, perfilaje geoqumico, perfilaje trmico, velocidad de perforacin, perfilaje snico, bioestratificacin, otros.

Mtodo por Exploracin por Imgenes.- Fotografas areas y imgenes de satlite: se determina las caractersticas de una zona determinada como la vegetacin, toponimia, corrientes de agua, tipos de roca, fallas geolgicas, anomalas trmicas. Imgenes SLAR se realiza exploracin de zonas normalmente cubiertas por nubes.

Mtodos de Exploracin Geolgica: De superficie: observacin directa, anlisis qumicos, estudios microbiolgicos, reconocimiento de campo, fotogeologa. Los trabajos geolgicos de campo completan las informaciones obtenidas con las fotografas areas Indirecta: Se recogen muestras de rocas del suelo y fsiles. Directa: Apertura de zanjas o perforaciones poco profundas para la extraccin de testigos de terrenos.La exploracin petrolera, y en particular la Geologa, tiende, con las tcnicas que dispone a: Localizar un emplazamiento favorable para la acumulacin de petrleo o gas, donde implantar un sondeo. La geologa de superficie, busca: a) Reconocer la presencia y determinar la naturaleza de las facies favorables para la gnesis y acumulacin de hidrocarburos y fijar su presencia en la serie sedimentaria. Se lo puede agrupar bajo el apartado de bsquedas estratigrficas (potencia de los sedimentos y sus caractersticas litoestratigrfica), y estudios estructurales con el objetico de la bsqueda de trampas estructurales que son las nicas accesibles a la geologa de superficie. b) Desvelar y localizar las trampas, y determinar con la mayor precisin posible, su geometra. Son principalmente los estudios estructurales.

Exploracin Geofsica

Mtodo Gravimtrico: Mide las variaciones de la fuerza gravitacional en funcin de las densidades de las rocas.

Mtodo Magntico: Registra las variaciones locales del campo magntico

Mtodo Ssmico de Reflexin: Mide las propiedades de las rocas para transmitir las ondas acsticas provenientes de un detonante, las cuales viajan ms rpido en rocas duras y compactas que en rocas blandas.

Profunda: Rayos Gamma, perfilaje elctrico, perfilaje geoqumico, perfilaje trmico, velocidad de perforacin, perfilaje snico, bioestratificacin, otros.

Geologa del Petrleo

La geologa del petrleo es la utilizacin de la geologa en la bsqueda y explotacin de depsitos de petrleo y gas natural.La geologa del petrleo tambin fue definida por Levorsen como la geologa de los fluidos.La palabra petrleo viene de petra=piedra y oleo=aceite. La palabra petrleo se presenta ampliamente distribuida en la tierra, ya sea como gas, lquido, semislido o slido en ms de un estado en un solo lugar. Hidrocarburos es otro trmino general a menudo usado como sinnimo de petrleo en cualquiera de sus formas.Estudia la formacin, migracin y acumulacin de los hidrocarburos naturales como petrleo, gas y ceras bituminosas.La geologa del petrleo es una aplicacin especializada de la Geologa que estudia todos los aspectos relacionados con la formacin de yacimientos petrolferos y su prospeccin. Entre sus objetivos estn la localizacin de posibles yacimientos, caracterizar su geometra espacial y la estimacin de sus reservas potenciales.En la geologa del petrleo se combinan diversos mtodos o tcnicas exploratorias para seleccionar las mejores oportunidades o plays para encontrar hidrocarburos (petrleo y gas natural).El desarrollo de la geologa del petrleo tuvo lugar principalmente entre las dcadas de los aos 1970 y 1980, cuando las empresas del petrleo crearon grandes departamentos de geologa y destinaron importantes recursos a la exploracin. Los gelogos de esta industria aportaron a su vez nuevos avances a la Geologa, desarrollando, por ejemplo, nuevos tipos de anlisisestratigrfico(estratigrafa secuencial,microfacies, quimioestratigrafa, etc.) ygeofsicos.

Presentacin del PetrleoEl petrleo se halla ampliamente distribuido en la superficie de la tierra, pero no en forma uniforme. En algunas rocas se presenta solo en cantidades infinitesimales medidas em p.p.m y otras p.p.m en miles de millones, mientras que rocas de otras reas, contienen cantidades fabulosas de acumulaciones en miles de millones de barriles. Algunas manifestaciones de petrleo se las observa en afloramientos en la superficie, aunque los ms importantes es su presencia en e l subsuelo, cuya explotacin resulta solo con la perforacin. Los depsitos de petrleo del mundo pueden ser:

a).- Manifestaciones superficiales.-

(En superficie: Representan, exudaciones, manantiales , generalmente salen a travs de fallas, fracturas tensinales sobre anticlinales o domos diapricos, discordancias etc. Se llaman tambin oil seeps Pueden ser tambin manifestaciones de gases, emanaciones de gases en aguas sulfurosas)

El petrleo se presenta de varias formas. Manifestaciones activas.

1.- Seepages, manantiales y exudaciones de bitumen, 2.- Volcanes de barro, es un seepages de alta presin que acarrea con el agua, lodo, arena, fragmentos de roca y ocasionalmente petrleo. 3.- Sedimentos impregnados de bitumen, depsitos diseminados, y venas y diques rellenados por bitumen slido. 4.- Lutitas bituminosas (Kerogen shales u oil shales), esta es una clase de lmite del material hidrocarbono, consistiendo de hidrocarburos slido en estado natural; pero ellos no se descomponen en hidrocarburos de petrleo lquidos y gaseoso hasta que no llegan a estar sometidos a una temperatura e 350C o ms. Se los conoce como pirobitmines rellenos de fisuras y venas etc.

Las lutitas bituminosas o lutitas kerogen no se las puede considerar ni dentro del rango de los petrleos ni de los carbones, siendo ms bien un grupo intermedio constituido por sustancias que generan hirocarburos al ser calentadas, poseyendo propiedades tanto de carbones como de petrleos.

b).- Manifestaciones del subsuelo, incluyendo pequeos restos de petrleo y gas, pools, campos y provincias. (En el subsuelo pueden existir: rastros de petrleo, indicios, shows de gases en tambin en reservorios, yacimientos, campos y provincias)

Manifestaciones de Petrleo Solido

El petrleo se lo encuentra tambin como solido, aunque hablando con propiedad, son en realidad lquidos altamente viscosos. Ellos incluyen brea, asfalto, parafina, etc. Los afloramientos de petrleo solido se los encuentra generalmente en dos formas:

1. Depsitos diseminados se los encuentra en sedimentos que contienen petrleo diseminado en forma de asfalto, bitumen, brea, o petrleo pesado y espeso, ocupando los espacios porales de la roca o bien como matriz. Estos depsitos son a menudo denominados arenas bituminosas o calizas bituminosas, dependiendo de la naturaleza de la roca caja.Se pueden distinguir dos tipos de depsitos diseminados: a) Depsitos por desecacin b) Depsitos de mezclas primarias de roca y bitumen. 2. Diques bituminosos: Slidos o semislidos: los hidrocarburos slidos y semislidos pertenecen a tres tipos generales: asfaltos, asfaltitas y pirobitmenes asflticos.

Yacimiento Se entiende por yacimiento una unidad geolgica de volumen limitado, poroso y permeable que contiene hidrocarburos en estado lquido y/o gaseoso. Los cinco ingredientes bsicos que deben estar presentes para tener un yacimiento de hidrocarburos son: (1) fuente, (2) Camino migratorio, (3) Trampa, (4) Almacenaje/Porosidad, (5) Transmisibilidad/Permeabilidad.Yacimiento.- Se lo define como el cuerpo de petrleo o gas o ambos casos que se dan dentro de un reservorio nico y bajo un mismo sistema de presin.Campo.- Es cuando varios yacimientos estn vinculados a un mismo rasgo geolgico, ya sea estructural o estratigrfico. Cada uno de los yacimientos incluidos en un campo pueden estar a distintas profundidades.Provincia.- Es una regin en el que aparecen una cantidad de yacimientos y campos de petrleo dentro de un ambiente geolgico similar.Clasificacin Geolgica de los Yacimientos

Geolgicamente, los yacimientos se clasifican en: 1.- Estratigrficos (lentes de arena, cambios faciales, calizas o dolomas porosas, cambios de permeabilidad. 2.- Estructurales (fracturas en calizas o rocas gneas, discordancias, fallamiento en areniscas, sinclinales, domos salinos, etc.) 3.- Combinados (hace referencia a las posibles combinaciones que se presentan entre los dos grupos anteriores.

Clasificacin de los Yacimientos

GeolgicaPunto de BurbujaEstado de los FluidosMecanismo de ProduccinVariaciones del Volumen originalmente Disponible a hidrocarburos

1.- Estratigrficos2.- Estructurales 3.- Combinados (mixtos)1.- Subsaturados2.- Saturados1.- Petrleo negro2.- Petrleo Voltil3.- Gas condensado (retrgrados) 4.- Gas hmedo5.- Gas seco6.- Asfaltnicos

1.- Produccin Primaria2.- Produccin Secundaria

1- Volumtricos2.- No Volumtricos