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Tema-6Roca Generadora

ROCA GENERADORA

Calor

HCS

HCS

HCS

Presin

ROCA GENERADORA

ROCA GENERADORA

CONTINENTE NIVEL DEL MAR

FONDO MARINO

ROCA SELLO

ROCA ALMACENADORA

ROCA GENERADORA

ROCA GENERADORAMigracin del PetrleoMovimiento de aguas subterrneas Diastrofismo Compactacin de estratos Diferencia de capilaridad entre el aceite y el agua.

ROCA GENERADORA

CONCEPTO DE ROCA GENERADORAGENERACIN MIGRACIN ACUMULACIN

Roca SelloSe requiere: Contenido de materia orgnica adecuado, Temperatura-Tiempo Se requiere: Tiempo correcto y rutas de migracin adecuadas.

Roca AlmacnSe requiere: Permeabilidad y porosidad adecuadas, sello.

0.2

Tipo I

TIPO I Tipo II

FUENTELacustre Algceo Marino Algceo

PRODUCTO Crudo Parafnico

Hidrgeno/Carbn 0

Incremento de madurez

II Tipo III Tipo IV III

Crudo

Leoso Materia Orgnica DegradadA

Gas

IV Oxgeno/Carbn 0.3

Nada

ROCA GENERADORAResumen de Terminologa

ROCA GENERADORACaractersticas Roca sedimentaria con alto contenido de sepultamiento y alta temperatura. materia orgnica gran profundidad de

ROCA GENERADORACaractersticas

ROCA GENERADORAGeneracin del gas natural Fuente Saproplica(Kergeno Tipo I-II)20Bacterial CH4 50

Fuente Hmica(Kergeno Tipo III)Bacterial CH4

GAS BIOGNICO Es un gas seco compuesto de metano (C1=99.%), generado como resultado de la fermentacin de la materia orgnica, con las bacterias anaerbicas a una temperatura de 60 - 70 C y Profundidades menores a1000 m..

100 N2 C2+

CO2 C2+ N2

Fases Diagenticas

CO2

Temperatura C

El 20 % de las reservas del mundo son de origen biognico. GAS NATURAL (Termognico) Es un hidrocarburo gaseoso que consiste principalmente de metano(C1) y etano(C2) y gases no hidrocarburados como bixido de Carbono, cido sulfhdrico, Nitrgeno y Helio, desprovisto de hidrocarburos pesados es llamado gas seco. El gas en la naturaleza se origina de dos fuentes:

150

Termogenico CH4

Termogenico CH4

200 H2S H2S

Proporciones Relativas de Gases Formados Hunt, 1979,en Whiticar,1994

-De carbn hmico -De las rocas con kergeno durante o despus de la formacin del petrleo (R. K. Merrill, 1991)

ROCA GENERADORASistemas Generadores

ROCA GENERADORA

El trmino Roca Generadora se ha empleado para asignar a las rocas que son ricas en materia orgnica que son o han sido capaz de generar hidrocarburos para formar

yacimientos de petrleo econmicamente explotables (Tissot y Welte, 1978).Actualmente se distinguen 3 tipos de roca generadora (Waples, 1985): Roca Generadora Efectiva: cualquier roca sedimentaria que ha generado y expelido hidrocarburos. Roca Generadora Posible: cualquier roca sedimentaria en la que su potencial generador no ha sido an evaluado pero la cual pudo haber generado y expelido hidrocarburos. Roca Generadora Potencial: cualquier roca sedimentaria inmadura con riqueza orgnica, la cual puede generar y expeler hidrocarburos si su nivel de maduracin termal fuera ms alto.

ROCA GENERADORAFitoplancton y Zooplancton Dependiendo de su nutricin se distinguen, el fitoplancton o plancton vegetal y el zooplancton o plancton animal. El fitoplancton es capaz de sintetizar su propio alimento. Al igual que la mayora de plantas, fijan carbono por medio del proceso fotosntesis, a partir del agua, gas carbnico y energa luminosa. La importancia del fitoplancton es evidente ya que la tierra est compuesta por tres cuartas partes de agua. Clasificacin del plancton por tamao Otros criterios de clasificacin del plancton se basan en el tamao de los organismos. Se distinguen cuatro categoras que agrupan la mayor parte de los elementos del fitoplancton: el picoplancton con un tamao inferior a 2 micras, el ultraplancton de 2 a 5 micras, el nanoplancton de 5 a 50 micras y el microplancton de 50 a 500 micras, y otras tres que agrupan a la mayor parte de los elementos de zooplancton: el mesoplancton de 0.5 a 5 mm., el macroplancton de 5 a 500 mm. y el megaloplancton de tallas mayores a 500 mm. 1000 micras = a 1 mm Micra = 1 milesima de mm.

ROCA GENERADORAEl 95% de la productividad primaria en el mar se debe al fitoplancton. Este constituye la base de la pirmide alimenticia de todo el ecosistema marino. Est constituido principalmente por algas unicelulares microscpicas.

El zooplancton, por el contrario, est constituido por organismos hetertrofos que no pudiendo sintetizar su propio alimento, la obtienen del medio exterior por ingestin de partculas vivas o muertas.

ROCA GENERADORAMateria Orgnica

Evolucin y Maduracin de la Materia Orgnica. Cuando la materia orgnica es sepultada sufre importantes transformaciones fsico-qumicas controladas por las condiciones de temperatura y presin en el subsuelo hasta convertirse en hidrocarburo. Los siguientes procesos marcan las tres principales etapas de evolucin trmica de la materia orgnica (Tissot y Welte, 1978):

ROCA GENERADORA

Diagnesis: Es el inicio de transformacin de la materia orgnica que ocurre a profundidades

someras donde se desarrollan los procesos de alteracin biolgica, fsica y qumica,ocurriendo la prdida principal de los productos oxigenados por lo que se genera principalmente CO2, NH3, H2O y CH4 biognico. Dentro de esta etapa, las sustancias orgnicas contenidas en la materia orgnica (biopolmeros) son consumidas por

algunos organismos y atacados por microbios que usan enzimas para degradar aestas y transformarlas en biomonmeros, los cuales se condensan y forman complejas molculas (geopolmeros), los cuales son los precursores del kergeno. Durante la diagensis y bajo condiciones reductoras a temperaturas relativamente

bajas (< 50 C) se realizan las primeras reacciones qumicas y biolgicas para laformacin de hidrocarburos.

ROCA GENERADORACatagnesis Es la etapa principal de rompimiento trmico del kergeno, para producir la formacin de hidrocarburos lquidos de C15 a C30. Esta es la etapa principal de formacin de aceite, condensado y gas hmedo, conforme se incrementa la temperatura y la profundidad de sepultamiento. Esta zona en que las rocas generan petrleo y lo expulsan es conocida como la Ventana del petrleo o fase principal de formacin de aceite, y se encuentra en un rango de temperaturas de 60 C a 175 C, dentro del cual ocurre la generacin principal de hidrocarburos lquidos, mientras que entre 175 a 225 C se tiene la generacin principal de gases hmedos. Metagnesis Es la etapa tarda de alteracin de la materia orgnica, posterior a la generacin de los hidrocarburos lquidos, la que se caracteriza por la formacin principal de metano metagentico (gas seco) y un enriquecimiento de carbono que constituye un kergeno residual. La metagensis ocurre a temperaturas entre 225 a 250 C; a estas temperaturas la relacin H/C es menor de 0.4.

ROCA GENERADORAKergeno KERGENO: Es la materia orgnica (MO) diseminada en las rocas sedimentarias, insoluble en

solventes orgnicos (p. ej. Cloroformo (CHCl3), Tri Di-Clorometano (CH2Cl2). La MO original en sedimentos recientes no es kergeno, sino que ste se forma durante la diagnesis. Comienza a formarse en los sedimentos cuando los organismos mueren.

Est

constituido

de

molculas

complejas

formadas

aleatoriamente

por

la

recombinacin de molculas biognicas. Cada molcula de KG es nica, qumicamente distinta. Es la MO ms abundante en la Tierra, es la fuente del Petrleo y Gas

ROCA GENERADORATipos de Kergeno

Los Kergenos saproplicos y hmicos a su vez se dividen, dependiendo del anlisis visual del Kergeno en: (Cernock y Bayliss, 1977; en Hunt, 1979) Amorfo Saproplicos Algceo Herbceo

Hmicos

Maderceo o leoso

Carbonoso o inerte

ROCA GENERADORATipos de Kergeno Las caractersticas fsicas y qumicas del kergeno estn directamente relacionadas con las de la materia orgnica predecesora a la formacin de ste. La composicin global del kergeno consta de tres elementos principales C, H, y O por lo que para clasificarlo se analizan las relaciones atmicas H/C y H/O, sin olvidar que tambin pueden estar contenidos elementos secundarios como S, Mg, Ni, Va, Cu, Co, etc. El kergeno tiene composiciones diferentes segn su origen y, se representa por medio del diagrama de Van Krevelen, donde la posicin dentro de este diagrama depende de su naturaleza original y de la evolucin trmica de la materia orgnica. De este modo se

diferencian tres tipos principales de kergeno (Tissot, 1978), en este diagrama serepresenta tambin la curva de evolucin trmica que sigue cada tipo de kergeno, y que se caracteriza por una prdida inicial de los compuestos oxigenados y ms tarde del hidrgeno, hasta alcanzar la etapa final de transformacin y dejar un residuo muy rico en

carbono.

ROCA GENERADORA

La clasificacin del Kergeno provienede: Petrografa Orgnica. Palinologa. Qumica.

Del tipo de Kergeno depender: Donde y cuando se generarn los HC's, Si sern lquidos o gaseosos y su

cantidad.

ROCA GENERADORATransformacin de la Materia Orgnica en los sedimentos

ROCA GENERADORAMadurez del KergenoH/C

Profundidad y Temperatura

Diagnesis

1.43

Pierden H2

Ganan H2 Diagnesis

Catagnesis

1.29

0.96

Expulsados

0.47

Catagnesis

Metagnesis Bitmenes

Metagnesis

ROCA GENERADORADiagrama Van Krevelen Productos principales de la evolucin del Kergeno: Del Kergeno: El O2 se elimina rpidamente durante la diagnesis, en forma de CO2 y H2O. El H2 se pierde ms rpidamente durante la catagnesis y metagnesis, por la generacin de HCs Con la prdida de H2 la capacidad de generacin de HC's disminuye hasta agotar su potencial petrolfero.

Gas

El color cambia progresivamente: AmarilloDorado-Naranja-Caf Claro-Caf OscuroNegro

ROCA GENERADORAMadurez del KergenoKergeno: Conforme el Kergeno se madura, su estructura se aromatiza y se hace ms plana, mas organizada, y las partculas van reflejando mayormente la luz.

El porcentaje de luz que reflejan las partculas de vitrinita es mayor conforme mayor sea su madurez. A esto se le llama poder de reflexin de la vitrinita reflectancia de vitrinita (Ro).

Los kergenos fluorecen y la longitud de onda de la fluorescencia est en funcin de la madurez del

kergeno.Aromticos Heterocclos

Naftnicos

Cadenas alifticas

ROCA GENERADORATipos de Kergeno Prcticamente toda la materia orgnica puede ser clasificada en Saproplica y hmica (Potonie 1908). El trmino saproplico se refiere al producto obtenido de la descomposicin y polimerizacin de la materia algcea y herbcea principalmente, depositada en condiciones acuticas con bajo contenido de oxgeno atmosfrico. La materia orgnica saproplica genera principalmente aceite y tiene una relacin H/C

de 1.3 a 1.7 La palabra hmico se aplica al producto obtenido de la descomposicin de plantas terrestres superiores, depositadas en medios terrgenos con abundante oxgeno atmosfrico. Los kergenos hmicos producen principalmente gas y tienen una relacin H/C

alrededor de 0.9, esta materia orgnica esta constituida por lignita.

ROCA GENERADORATipo I Poco comn, derivado de algas lacustres. Se limita a lagos anxicos y raramente a ambientes marinos. Tiene gran capacidad para generar hidrocarburos lquidos. Ej. Lutita Green River (Eoceno) Wyoming, Utah, Colorado.

Tipos de Kergeno

Tipo II Fuentes diversas: algas marinas, polen, esporas, ceras de hojas y resinas fsiles y lpidos bacteriales. Gran potencial para generar HC's lquidos y gaseosos. Se asocia a sedimentos marinos de ambientes reductores. Ej. Lutitas del Kimmeridgiano del Mar del Norte, del Toarciano en Pars, Cenomaniano-Turoniano del Medio Oriente, Fm. Monterey del Mioceno, USA. Jursico Superior del Golfo de Mxico Tipo III Se compone de Materia orgnica terrestre (celulosa y lignina) carente de compuestos grasos o cerosos. Tiene muy bajo potencial generador, principalmente de gas. Con inclusiones de kergeno tipo II puede generar algo de lquidos. Tipo IV Consiste principalmente de material orgnico retrabajado y de compuestos altamente oxidados de cualquier origen. Se le considera como un kergeno sin potencial para generar hidrocarburos.

ROCA GENERADORAMadurez del Kergeno

Son los cambios que sufre el Kergeno con el incremento de la temperatura, durante la Catagnesis y la Metagnesis. La Catagnesis corresponde a la etapa principal de transformacin del kergeno donde se genera el petrleo y el gas hmedo (Ventana del Petrleo).

La Metagnesis corresponde a la etapa de generacin del gas seco. No es sinnimo delmetamorfismo de las rocas.

ROCA GENERADORATipos de Kergeno Algceo, es el material que puede ser positivamente relacionado con algas. Qumicamente consiste de molculas de bajo peso molecular con menos anillos condensados y ms cadenas parafnicas largas, con anillos de naftenos.

ROCA GENERADORATipos de Kergeno

Alginita

Luz fluorescente

ROCA GENERADORATipos de Kergeno Herbaceo, es el material que abarca todos los materiales membranosos de las plantas, incluyendo cutculas, hojas, polen, esporas etc.

0.1 mm

ROCA GENERADORATipos de Kergeno

Kergeno en luz transmitida

Kergeno en luz fluorescente

ROCA GENERADORATipos de Kergeno Maderceo, esta formado por los detritos ms lignitificados de los remanentes de la

estructura de las plantas (ramas y tallos). Qumicamente consiste de molculas de alto pesomolecular que contiene anillos aromticos condensados.LIGNOCELULOSICA

ROCA GENERADORATipos de Kergeno Carbonceo, esta ms relacionado a la apariencia negra que presentan las partculas que lo

constituyen. Puede provenir de cualquier tipo de kergeno retrabajado o sobremaduro

ROCA GENERADORA

Expulsin: La expulsin se da a travs de microfracturas originadas por la sobre-presin en los poros. Las RG ms ricas en MO se presionarn primero y expulsarn antes que las RG menos ricas. En rocas pobres la expulsin se da tan tarde que solo se llegan a expulsar productos del cracking trmico del Petrleo (gases) Si el contenido de MO es muy bajo la expulsin puede no darse.

ROCA GENERADORA

La madurez es un fenmeno irreversible

Al incrementarse la madurez, en el kergeno.

El contenido de Hidrgeno se reduce.Decrece el contenido de hetero-tomos. Las partculas se oscurecen.

La reflectividad aumenta.La capacidad para generar HCs disminuye.

ROCA GENERADORA La composicin qumica del kergeno va a depender de la Materia Orgnica original y de sus cambios durante la diagnesis. Durante la Catagnesis se produce kergeno residual cada vez ms aromtico y ms pobre en H2. Al mismo tiempo se producen molculas pequeas (bitmenes), precursoras del petrleo y gas. La composicin qumica del kergeno define el tiempo de generacin de los HC's y el tipo de productos a obtener.

Los kergenos ricos en lpidos son propensos a generar HC's lquidos, mientras que los que sonpobres en lpidos generarn principalmente gas. El kergeno resintico genera aceite o condensados antes que los otros kergenos. Los kergenos ricos en azufre producen aceites pesados, azufrosos, en condiciones de madurez

incipiente. Las rocas generadoras que generan HC's temprano tambin son capaces de expulsarlos antes (ricas en resinas y azufre). Las rocas generadoras que generan pocos HC's pueden no son capaces de expulsarlos sino hasta

que han sido craqueados a gas.

ROCA GENERADORAEjemplos

Secciones delgadas de rocas generadoras ricas en materia orgnica (luz transmitida)

MO laminada, lagunar

Distribucin difusa de la MO

MO en agregados

ROCA GENERADORAEjemplos

Lignina

MO amorfa

Luz transmitida

Luz natural reflejada

ROCA GENERADORAEjemplos

Agregados minerales

Algas fluorescentes

Luz polarizada

Fluorescencia, excitacin UV

ROCA GENERADORAMadurez del Kergeno INDICE DE ALTERACIN TRMICA (TAI)Nivel de Evolucin:

Inmadurez

Madurez. Fase principal de generacin de aceite

Sobremadurez. Fase principal generacin de gas

de

Segn el color de la materia organica se puede estimar su madurez .

ROCA GENERADORA

ROCA GENERADORAClasificacin Qumica del Kergeno

Los Kergenos se clasifican qumicamente (Tissot y Durand 1974) en Kergeno tipo I, II, III yIV, dependiendo de su composicin elemental y de su evolucin con respecto a la grafca de Van Krevelen que muestra la relacin atmica de H/C vs. O/C.

1200

1000

I

ACEITE

IACEITE

KEROGENO DERIVADO DE MATERIA ORGANICA MARINA KEROGENO DERIVADO DE MATERIA ORGANICA MARINA Y TERRESTRE KEROGENO DERIVADO DE MATERIA ORGANICA TERRESTRE

800

H/C600

II

Y GAS

II III

400

III200 0 0 100

GAS

INMADUROMADURO SOBREMADURO

O/C

200

300

ROCA GENERADORAReflectancia de la Vitrinita Macerales: constituyentes del carbn con estructura molecular similar a la materia orgnica de la cual se derivan, su poder de reflexin al hacerles incidir un rayo de luz es proporcional a su madurez TIPO DE KEROGENO

MACERAL

I

ALGINITA

IIIII

EXINITAVITRINITA

MACERAL VITRINITA PRINCIPAL MATERIAL PARA MEDIR LA REFFLECTANCIA Ro

MACERAL

MACERAL

MACERAL

ROCA GENERADORACarbono Orgnico Total El parmetro de Carbono Orgnico Total (COT) refleja la riqueza orgnica de las rocas sedimentarias y por lo tanto el potencial generador que puede estar contenido en un nivel estratigrfico dentro de una cuenca sedimentaria. Si estas rocas alcanzan la madurez suficiente se convertirn en generadoras de hidrocarburos. Este parmetro se expresa en trminos de por ciento en peso de carbono orgnico.

Tipo de roca Areniscas Lutitas Rojas Lutitas verdes Lutitas grises Lutitas negras Calizas y dolomias Lutitas calcreas y Calizas arcillosas

COT .03 .04 0.11 a .54 1.2 a 3 7 a 11 .2 a 3.2 4 a 18

ROCA GENERADORAReflectancia de la Vitrinita

Escala de madurez los valores de la reflectancia de la vitrinita son: Madurez Reflectancia ( Ro % )

InmadurezMadurez temprana Madurez media Madurez tarda Sobre-madurez

0.2 a 0.50.5 a 0.65 0.65 a 0.9 0.9 a 1. 35 > 1.35

ROCA GENERADORAPotencial Generador Pirlisis (Rock-Eval). Este mtodo (Espitali, et. al, 1977) tiene la finalidad de caracterizar el potencial generador de la materia orgnica asociada a las rocas sedimentarias predecesoras a la generacin de hidrocarburos. Los resultados obtenidos de pirlisis de una muestra de roca permiten:

Caracterizar el tipo de materia orgnica.Evaluar la madurez trmica de la misma. Calcular el contenido de hidrocarburos libres. Cuantificar el potencial petrolero residual.

Determinar el contenido de carbono orgnico total.

ROCA GENERADORA

Durante este proceso de calentamiento progresivo (250 a 550 C) y combustin de la muestra se registran tres picos (Fig. 8.3) que se conocen como S1, S2 y S3. Asociado al S2 se registra la temperatura mxima de pirlisis (Tmax) los cuales se relacionan con el grado de madurez de la materia orgnica, a partir de estos resultados se realizan clculos matemticos para deducir el ndice de Hidrgeno, ndice de Oxgeno, ndice de Produccin, Potencial Petrolero y SPI (ndice de potencial generador). El pico S1 es usado para detectar los hidrocarburos migrados contenidos en una roca, el pico S2 esta relacionado con la descomposicin primaria del kergeno a altas temperaturas y con la descomposicin primaria de compuestos pesados, por ello proporciona informacin acerca del potencial petrolero de una roca; y relacionando este con la Tmax se obtiene el grado de evolucin trmica a la cual ha estado

sujeta una roca. El pico S3 se relaciona con los compuestos oxigenados liberados a partir de carbonatosy de la descomposicin de la materia orgnica. Cabe mencionar que estos parmetros dependen del tipo de materia orgnica que se encuentra contenida dentro de las rocas sedimentarias y por lo tanto del tipo de hidrocarburos resultantes.

ROCA GENERADORA

El carbono orgnico total (COT) se determina en forma automatizada a partir de la suma de los picos S1 y S2. A partir de estos parmetros se calcula el ndice de Hidrgeno e ndice de Oxigeno que tambin tienen una representacin grfica en el diagrama de Van Krevelen, donde se determina la tendencia de evolucin trmica de las rocas. El ndice de Produccin es un parmetro usado para determinar la magnitud de generacin de petrleo, as como, para determinar zonas con presencia de hidrocarburos migrados. Finalmente la informacin de pirlisis nos permite definir; el potencial generador efectivo y consumido de la roca generadora, el grado de madurez trmica (zonas inmaduras, maduras y sobremaduras), as como, manifestaciones de petrleo migrado o in situ.

ROCA GENERADORAFactores que cambian la composicin del petrleoCONTROL INICIAL POR LA ROCA GENERADORA

NMERO DE ACEITES

DEGRADACIN

MADURACIN TERMAL

Lavado de agua Biodegradacin

Aceites ligeros Condensados

BAJO

API

ALTO

ROCA GENERADORAFactores que cambian la composicin del petrleo

Seal laekage and loss of gas

Con el incremento de la profundidad el crudo llega a ser ms ligero y evoluciona a gas GAS

ACEITE

flujo de gas: 1.- Desplaza aceite 2.- Desalfatenizacin

flujo de agua: 1.- lavado con agua 2.- Degradacin por bacterias

Preferential spilling of oil leads to oil updip and leaves gas downdip

ROCA GENERADORAFactores que cambian la composicin del petrleo

Preguntas

ROCA GENERADORA