TRAMPAS DE HIDROCARBUROS

1.- ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS

Hoy en día todavía se presume que el petróleo y el gas natural son el resultado de una serie de procesos químicos y variaciones

sufridas por materia orgánica provenientes de animales y vegetales, la cual ha sufrido la acción de bacterias, elevadas temperaturas

y presiones durante millones de años, al sentarse las capas de sedimentos que contienen dicha materia orgánica.

Teoría Inorgánica: Explica el origen de estos hidrocarburos gracias a la combinación de elementos químicos como el

carbono y el hidrógeno sometidos a altas temperaturas y presiones, ubicados en capas muy profundas de la tierra.

Teoría Orgánica: Según esta teoría, el petróleo y el gas natural se han formado por la transformación de la materia

orgánica vegetal y animal, cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por efecto de altas temperaturas, acción de

bacterias y microorganismos, altas presiones en el subsuelo y otros agentes a lo largo de millones de años. Esta teoría es la

más aceptada actualmente.

El proceso completo de transformación, mediante el cual la materia orgánica se convierte en hidrocarburos, no se conoce, ya que no

es posible reproducir en un laboratorio los millones de años que se requieren para transformar la materia orgánica en petróleo y gas

natural.

¿QUÉ ES EL PETRÓLEO?

Petróleo: producto de transformación por diagénesis de Kerógeno, constituido por hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos

Kerógeno: sedimento orgánico constituido por restos de fito y zoo- plancton.

Sedimento orgánico: roca o sedimento con una cantidad de materia orgánica superior al 50% en peso de los constituyentes de la

misma.

Proceso para la formación del petróleo:

1º Acumulación de sedimentos en zonas biológicamente activas, cerca de la costa

2° Por enterramiento creciente, en millones de años, la materia orgánica original se transforma en

hidrocarburo líquido y gaseoso (móviles),

3° Los fluidos son exprimidos a capas permeables cercanas, porosas y con agua (areniscas);

4° Por su densidad inferior a la del H2O, los hidrocarburos migran hacia arriba y se evaporan, a menos

que se encuentren con una trampa de petróleo, la que permite la acumulación económica

CONDICIONES PARA LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO

Rocas madre de petróleo (ambientes productores)

Por roca madre entendemos una unidad sedimentaria que ha generado y expulsado suficiente petróleo o gas como para que sea

acumulable y explotable de forma económicamente rentable.

Las localizaciones donde se produce el petróleo son aquellas donde tengamos una abundante masa de agua y abundantes aportes

orgánicos a un subambiente reductor. Éstas zonas pueden ser:

Lagos: normalmente en un contexto tectónico activo y en zonas ecuatoriales, donde la

estratificación de las aguas (por salinidad o densidad) impida la mezcla de las aguas superficiales

y profundas.

Deltas: la roca madre son las lutitas del prodelta, con materia orgánica procedente de vegetales

transportados por los ríos y materia orgánica de fito y zooplancton.

Cuencas marinas semicerradas con un balance positivo (mayor entrada de agua dulce que de

agua salada), y con un modelo de circulación estuarino.

Cuencas marinas abiertas, en zonas de upwelling, donde se produce una zona de mínimo

oxígeno.

En plataformas y cuencas profundas en periodos de máxima trasgresión.

TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA A PETRÓLEO

Partimos de la existencia de un sedimento orgánico llamado Kerógeno, que se acumula en una roca madre que por procesos

geológicos sufre las consecuencias de la presión, la temperatura y el tiempo, dando lugar según el cuadro que sigue a las siguientes

transformaciones:

2.- ELEMENTOS DE UNA TRAMPA DE HIDROCARBUROS

Trampa petrolífera (Hidrocarburo)

Una trampa petrolífera o trampa de petróleo es una estructura geológica que hace posible la acumulación y concentración del

petróleo, manteniéndolo atrapado y sin posibilidad de escapar de los poros de una roca permeable, subterránea. El petróleo así

acumulado constituye un yacimiento petrolífero y la roca cuyos poros lo contienen se denomina roca almacén.

ELEMENTOS DE LA TRAMPA

Dentro de la trampa también se define:

Cresta El punto estructural más alto. El punto inferior de cierre o punto derrame. El contacto agua - petróleo (cap.) PAY, Gross PAY,

Net PAY

Toda trampa presenta como característica principal una roca de yacimiento, limitada en su tope y base por una roca sello, que

impide que los hidrocarburos acumulados pueden escapar.

Aunque generalmente se encuentra asociado al petróleo, existen yacimientos donde el principal producto es el gas y a los cuales se

les denomina yacimientos gasíferos.

Para que exista una trampa se requieren los siguientes elementos: Una roca almacén, una roca sello y un cierre, los cuales se definen

así:

Roca almacén.- Roca porosa y permeable en la cual se acumulan los hidrocarburos, siendo las más comunes areniscas y calizas. Esta

roca además ha de ser cerrada y tener alguna relación física con la roca madre, ya sea por una fractura que permita el paso de los

hidrocarburos o bien por contacto directo.

Roca sello.- Rocas que impiden a fuga del fluido hacia otro medio, siendo las principales: arcilla, anhidrita y arcillas calcáreas.

Cierre.- Es la distancia vertical entre el punto más alto de la trampa y un cierto nivel, por debajo del cual migra el petróleo. En

general existen dos tipos de cierres: estructurales y prácticos.

POROSIDAD

Es el primer factor importante para la existencia de un almacén. La porosidad es la medida de los espacios huecos en una roca, y

resulta fundamental para que ésta actúe como almacén: Porosidad = % (volumen de huecos / volumen total) x 100. Esta se expresa

como ø. Casi todos los almacenes tienen un ø entre 5% y 30%, y la mayoría entre 10% y 20%.

Existen varios tipos de porosidad según la conexión de sus poros:

Porosidad Conectada: poros conectados por un solo lado.

Porosidad Interconectada: poros conectados por varios lados. Las corrientes de agua pueden desalojar el gas y el petróleo (ver

saturación de hidrocarburos).

Porosidad Aislada: poros aislados.

Los poros conectados e interconectados constituyen la porosidad efectiva.

PERMEABILIDAD

Es el segundo factor importante para la existencia de un almacén. La permeabilidad (k) es la capacidad de una roca para que un

fluido fluya a través de ella y se mide en darcys, que es la permeabilidad que permite a un fluido de un centipoise de viscosidad fluir

a una velocidad de 1 cm/s a una presión de 1 atm/cm. Habitualmente, debido a la baja permeabilidad de las rocas, se usan los

milidarcies.

La permeabilidad media de los almacenes varía entre 5 y 500 milidarcies, aunque hay depósitos de hasta 3.000 - 4.000 milidarcies.

Para ser comercial, el petróleo debe fluir a varias decenas de milidarcies.

Migración:

movimiento de hidrocarburos de la roca madre a la roca recipiente, siguiendo vías de porosidad y permeabilidad que permitan su

movimiento.

Migración primaria.

El paso del petróleo desde la roca madre hasta la roca almacén se conoce como

migración primaria, lo cual sucede por los siguientes procesos:

Compactación: se pierde porosidad por disminución del volumen de

sedimento y por las cementaciones asociadas, así como las

recristalizaciones. Todo ello consigue que aumente la presión de fluidos

y por tanto se produce un gradiente de presión y de temperatura,

generando el desplazamiento de los fluidos hacia zonas más

“confortables”(de menor presión y Temperatura).

Cambios químicos de la materia orgánica: pasamos de kerógeno a petróleo y a gas, aumentando

la entropía del sistema, además disminuye el peso molecular de los Hidrocarburos (y por tanto el

tamaño de la cadena) con lo que la movilidad es mayor y puede incluso aumentar tanto la presión

intersticial que cause abundante microfracturación para liberar la presión de los poros.

Deshidratación de arcillas hinchables: esto consigue liberar agua a los poros, con lo que aumenta de nuevo la presión

intersticial.

Los mecanismos por los que se supone que migran los hidrocarburos son los siguientes:

Movimiento en disolución: parte del petróleo es soluble en agua y por lo tanto podría viajar en disolución con ésta. El

problema es que en zonas someras la solubilidad es muy baja y en zonas profundas el tamaño del poro se reduce tanto que

dificultaría los procesos de solubilidad.

Formación de burbujas de Hidrocarburos: estas burbujas viajarían en inmiscibilidad líquida con el agua.

Formación de coloides y micelas de Hidrocarburos: se produce una orientación de las moléculas de los hidrocarburos de

tal modo que la parte hidrofóbica quede protegida por la parte hidrofílica en contacto con el agua.

Difusión como una fase continua: el hidrocarburo se mueve aprovechando fracturas, contactos entre formaciones

rocosas...

3.- TERMINOS DE SEDIMENTOLOGIA Y TIPOS DE YACIMIENTOS

Yacimiento.- Es la unidad de acumulación de hidrocarburos, representada por un volumen continuo de roca impregnada.

Campo.- Reunión en una misma zona de varios yacimientos.

Tipos de Yacimiento

Yacimientos de Petróleo:

En éstos el petróleo es el producto dominante y el gas está como

producto secundario disuelto en cantidades que dependen de la presión

y la temperatura del yacimiento. Reciben el nombre de yacimientos de

petróleo saturados cuando el petróleo no acepta más gas en solución

bajo las condiciones de temperaturas y presión existentes, lo que

ocasiona que cualquier exceso de gas se desplace hacia la parte superior

de la estructura, lo que forma una capa de gas sobre el petróleo.

En yacimientos de petróleos no saturados también se desarrolla la capa

de gas por los vapores que se desprenden en el yacimiento al descender

la presión. La mayor parte del gas natural producido en Venezuela hoy

en día, proviene de yacimientos de gas en solución.

Yacimientos de Gas-Petróleo:

Son aquellas acumulaciones de petróleo que tienen una capa de gas en la

parte más alta de la trampa. La presión ejercida por la capa de gas sobre la del

petróleo es uno de los mecanismos que contribuye al flujo natural del

petróleo hacia la superficie a través de los pozos.

Cuando baja la presión y el petróleo ya no puede subir espontáneamente,

puede inyectarse gas desde la superficie a la capa de gas del yacimiento,

aumentando la presión y recuperando volúmenes adicionales de petróleo.

Yacimientos de Condensados:

En estos yacimientos de hidrocarburos están en estado gaseoso, por

características específicas de presión, temperatura y composición. El gas está

mezclado con otros hidrocarburos líquidos; se dice que se halla en estado

saturado. Este tipo de gas recibe el nombre de gas húmedo.

Durante la producción del yacimiento, la presión disminuye y permite que el gas

se condense en petróleo líquido, el cual al unirse en forma de película a las

paredes de los poros queda atrapado y no puede ser extraído. Esto puede evitarse

inyectando gas a fin de mantener la presión del yacimiento.

Yacimientos de Gas Seco:

En éstos el gas es el producto principal. Son yacimientos que contienen

hidrocarburos en su fase gaseosa, pero al producirlos no se forman

líquidos por los cambios de presión y temperatura.

El gas se genera gracias a un proceso de expansión, parecido al que

ocurre en las bombonas, donde la cantidad de gas está relacionada con

la presión del embace.

Yacimientos de Gas Asociado:

El gas que se produce en los yacimientos de petróleo, el gas-petróleo y

de condensado, recibe el nombre de gas asociado, ya que se produce

conjuntamente con hidrocarburos líquidos.

El gas que se genera en yacimientos de gas seco se denomina gas no

asociado o gas libre y sus partes líquidas son mínimas.

3.1.- TERMINOS DE SEDIMENTOLOGIA Y TIPOS Y TRAMPAS

El gas natural al igual que el petróleo se encuentra acumulado en el subsuelo en estructuras geológicas denominadas trampas.

Dentro de éstas, los hidrocarburos (o el gas) están contenidos en una roca porosa (o con espacios porosos) que se llama roca

yacimiento.

Existen tres Tipos de Trampas:

Trampas Estructurales

Trampas Estratigráficas

Trampas Combinadas

4.- TRAMPAS ESTRUCTURALES

Trampas Estructurales:

Son aquellas constituidas por la deformación de los estratos del

subsuelo, causada por fallas (fracturas con desplazamiento) y

plegamientos.

Las trampas estructurales están constituidas principalmente

por los anticlinales conformados por capas permeables que

contienen los hidrocarburos, limitados siempre por capas

impermeables no fracturadas que impidan el escape. De este

tipo de depósitos se extrae aproximadamente el 80 % del

petróleo mundial.

También son importantes en algunas regiones algunos

sinclinales en los que se deposita el petróleo cuando no existe

agua, así como los diapríticos o domos de sal.

Tipos de trampas estructurales :

Anticlinales: En forma de arco y fueron los primeros tipos de

trampas reconocidos. Se forman en áreas de compresión, pueden

tener múltiples zonas de producción y formar campos gigantes.

Anticlinales Recortados: El tope ha sido erosionado y se encuentra

cubierto por una discordancia.

Fallas Normales: producidas por fuerzas de tensión, la trampa se

encuentra en el bloque levantado.

Fallas Inversas: producidas por fuerzas de compresión. La trampa se

encuentra en el bloque levantado

Anticlinal Fallado: forman barreras impermeables y divide la

estructura en yacimientos separados. Los shales cortados por el plano

de la falla ayudan a formar estas trampas.

Domos: un domo es un anticlinal circular o elíptico. Se forma por la

intrusión de una roca ígnea o por un evento diapírico de sal o shale.

Bloques Fallados Inclinados: rocas sedimentarias, que fueron

fracturados e inclinados por fallas normales. Actualmente se hallan

cubiertos por sedimentos

Reservorios Fracturados: las fracturas aumentan la porosidad,

mejorando la permeabilidad de la roca reservorio.. Las fracturas

ocurren donde la roca ha sido plegada o movida a lo largo de una

falla.

5.- TRAMPAS ESTRATIGRAFICAS

Trampa de hidrocarburos formada durante la sedimentación y en la

cual los hidrocarburos fueron encapsulados como resultado del cambio

de roca de porosa a no porosa, en lugar del plegamiento o falla de los

estratos de roca.

Una trampa estratigráfica es aquella en la que el principal elemento

conformador de la trampa es alguna variación en la estratigrafía de la

roca reservorio, como ser: acuñamiento de areniscas, arrecifes

,discordancia .

Generalmente se originan por cambios laterales y verticales en la

porosidad de la roca. Es decir, cuando desaparece la continuidad de una

roca

Trampa en Cuña:

Trampa estratigráfica que se forma por el acuñamiento de

areniscas, entre arcillas que constituyen una trampa petrolífera.

Trampa en Discordancia:

Trampa estratigráfica que se forma por el plegamiento y erosión de

estratos, seguido por la sedimentación de capas posteriores que

pueden actuar como sello para el hidrocarburo.

Trampa arrecifal:

Son depósitos como montículos de calizas biológicas formados por

organismos que crecieron allí. Tienden a formar campos pequeños

y aislados.

6.- TRAMPAS COMBINADAS

Son aquellas originadas por una combinación de pliegues y/o fallas

con cambios de porosidad de las rocas.

Entre ambos extremos , en forma de gradación continua, se

encuentran trampas en las que se da casi cualquier combinación

imaginable de estructura y estratigrafía.

Pero cuando llega al terreno compartido entre la trampa

estratigráfica y la estructural resulta sumamente difícil decidir la

importancia relativa de ambos factores.

Por tanto, las trampas en las cuales, no existe un factor

predominante entre los estructural y estratigráfico, se denominan

intermedias o Trampas Combinadas

Sedimentología Trampas Combinadas:

Domos de Sal suprayaciendo

Domos y Fallas: el levantamiento de un domo salino, puede

llegar a levantar la cubierta sedimentaria que lo supra yace

formando trampas. la cubierta sedimentaria puede ser cortada

por fallas normales y formarse así trampas por fallas.

Domos de Sal - Roca Techo: la sal es inicialmente halita la cual se

disuelve a medida que el domo se va levantando dejando residuos

insolubles, formándose así una roca techo de varios cientos de pies

de espesor. Las fracturas y cavidades por disolución hacen a la roca

de techo una buena roca reservorio.

Domos de Sal – Trampas en Flancos: a lo largo de los flancos

de los domos salinos, se forman trampas en las rocas

reservorios cortadas por la inyección del domo. Estas trampas

tienden a presentar zonas de pay gruesas

7.- METODOS DE BUSQUEDA Y DETECCION DE TRAMPAS

El hallazgo de yacimientos petrolíferos no es obra librada al azar y obedece a una tarea científicamente organizada, que se planifica

con mucha antelación. Instrumental de alta precisión y técnicos especializados deben ser trasladados a regiones a menudo

deshabitadas, en el desierto o en la selva, obligando a construir caminos y sistemas de comunicación , disponer de helicópteros,

instalar campamentos y laboratorios, etc.

Para encontrar petróleo bajo tierra, los geólogos deben buscar una cuenca sedimentaria con esquistos ricos en materia orgánica,

que lleven enterrados el suficiente tiempo para que se haya formado petróleo (desde unas decenas de millones de años hasta 100

millones de años).

Para realizar esa "exploración o cateo" se utilizan numerosos métodos entre los que podemos mencionar:

Gravimetria

Por medio de un instrumento especial llamado gravímetro se pueden

registrar las variaciones de la aceleración de la gravedad en distintos

puntos de la corteza terrestre. Se determina la aceleración de la

gravedad (g) en puntos del terreno explorando lugares distantes

1.000 ó 5.000 metros entre sí.

El valor (g)varía de acuerdo al achatamiento terrestre, fuerza

centrífuga, altitud y densidad de la corteza terrestre.

Por eso el gravímetro señala la presencia de masas densas de la

corteza constituidas por anticlinales que han sido levantados por

plegamientos y se hallan más próximos a la superficie de la tierra.

Magnetometría

El campo magnético terrestre varía con la latitud, pero también

varía en forma irregular debido a la diferente permeabilidad

magnética de las distintas rocas de la corteza terrestre.

El magnetómetro es un instrumento de gran valor en la búsqueda de

estructuras rocosas para obtener una apreciación de la estructura y

la conformación de la corteza terrestre.

Sismografía

Se aplica este método haciendo estallar cargas de dinamita en pozos de

poca profundidad, normalmente entre 10 y 30 pies, registrando las

ondas reflejadas en las napas profundas por medio de sismógrafos

combinados con máquinas fotográficas.

En la superficie se cubre un área determinada con dichos aparatos de

alta sensibilidad llamados también "geófonos", los cuales van unidos

entre sí por cables y conectados a una estación receptora.

Las ondas producidas por la explosión atraviesan las capas subterráneas

y regresan a la superficie. Los geófonos las captan y las envían a la

estación receptora, donde mediante equipos especiales de cómputo, se

va dibujando en interior de la tierra.