Cap III Roca Madre

GEOLOGA DEL PETROLEO ROCA MADRE

DR. ING. JOSE COBEA U. 10

3.1.- ROCA MADRE O ROCA GENERADORA El problema de las rocas-madre, es uno de los ms discutidos de la Geologa del petrleo; est estrechamente ligado al problema del origen de los hidrocarburos, y por esto, depende tambin de la geoqumica. Desde este punto de vista, ha sido muy estudiado en detalle y no ser abordado, ms que bajo su aspecto geolgico ms general. Los anlisis efectuados, por numerosos autores, indican que la materia orgnica es un constituyente normal de las rocas sedimentarias. Slo un nmero muy pequeo de rocas, tal como ciertas arcillas rojas, areniscas y rocas metamrficas o volcnicas; se han encontrado completamente desprovistas de materia orgnica. Es sin embargo probable, que slo los sedimentos muy ricos en materia orgnica, hayan sido capaces de convertirse en rocas-madre. Estos sedimentos cuyo origen fue las rocas organgenas, depositadas en medios donde no solamente exista una vida abundante, sino donde la mayor parte de la materia orgnica sedimentada qued protegida de las acciones oxidantes y transformada en hidrocarburos, se clasifican en:

Sedimentos marinos francos, ricos en plancton.

Sedimentos parlicos o deltaicos, ricos en plancton y restos vegetales.

Localmente, sedimentos continentales, ricos en lignito.

Ms raramente, ciertos sedimentos lacustres.

En cualquier caso, se trata de rocas de textura fina, formadas en medio reductor, es decir, en condiciones muy precisas de batimetra y salinidad. Esto, no significa, que todas las rocas que contengan una proporcin importante de materia orgnica, hayan jugado necesariamente, el papel de rocas-madre. Pueden muy bien, no haber producido jams una gota de petrleo, ya sea porque :

materia orgnica no se transform en hidrocarburos libres, como sera el caso de los "esquistos bituminosos", ricos en "kerobitumen"

la evolucin, del sedimento, no permiti a los hidrocarburos desplazarse hacia horizontes-almacn.

En la prctica, el estudio geoqumico, lento y costoso en relacin con la escasa certidumbre de los resultados que puede aportar, se deja a menudo de lado, y se limita a una determinacin de las rocas-madre basada en la observacin de sus caractersticas petrogrficas. Se considera como roca-madre probable, toda roca:



De textura fina, que favoreci en el momento de la sedimentacin, el enterramiento y la proteccin de la materia orgnica. Depositada en medio reductor, marino o, no. Este medio, est atestiguado por la presencia frecuente de minerales sulfurosos (pirita), la ausencia o rareza de fsiles que no sean pelgicos (Foraminferos y Algas planctnicos, dientes de peces, etc.), y en particular la ausencia de trazas de animales excavadores bentnicos. De color oscuro, gris o marrn oscuro a negro, debido a la presencia de una proporcin todava importante de materia orgnica residual, que se presenta muy a menudo bajo la forma de kero-bitumen insoluble, pero que puede incluir trazas ms o menos importantes de betn libre, soluble en los disolventes orgnicos; en general, son productos pesados, del tipo asfalto.

En la mayor parte de los casos, y sobre todo en las series detrticas, las rocas-madre estn representadas por arcillas oscuras, finamente bandeadas, que toman entonces, un aspecto pizarroso, tales, como las arcillas ("shales") de la formacin Frontier (Cretcico de Wyoming), o las arcillitas del Silrico del Sahara. cada una de estas rocas, presenta las caractersticas enumeradas anteriormente, textura fina que no sobrepasa la fraccin "silt", salvo en la proximidad de lentejones arenosos, que estn incluidos en ellas, color gris oscuro a negro, fauna ausente o pelgica En las series calcreas, o que no tienen cambios arcillosos francos, las rocas-madre parecen estar constituidas por calizas finas, muy a menudo arcillosas, resultantes de la consolidacin de limos calcreos, ricos en materia orgnica. La caliza "Luna" del Cretcico de Venezuela, est constituida tambin por una caliza arcillosa, finamente bandeada, de color negro, rica en materia orgnica, con Foraminferos pelgicos y dientes de peces. Est considerada como una de las rocas-madre ms importantes de la cuenca del Maracaibo. Los caracteres petrogrficos, permiten as, determinar las posibles rocas-madre de una serie, pero ellas no habrn jugado realmente su papel, ms que si se encuentran en la cuenca en posicin favorable para, liberar su petrleo a un almacn. El caso ms favorable, est representado por la interdigitacin de las facies-madre y almacn. 3.2.- PROBLEMAS PARA LA GENERACION DE PETROLEO



A pesar de que, por su abundancia, el petrleo parezca una materia prima fcilmente generable, debe darse una larga serie de condiciones para su generacin. En primer lugar debe existir una roca que contenga materia orgnica en cantidades suficientes; a estas rocas se les llama rocas madre y suele ser arcillas. A pesar de todo, en general las rocas madres contienen slo entre 1% y 2% de materia orgnica. A continuacin la roca madre debe ser enterrada a una profundidad suficiente como para que la materia orgnica contenida pueda madurar hasta convertirse en petrleo. Para ello es necesario que la roca se encuentre dentro de una cuenca sedimentaria que sufra procesos de subsidencia (hundimiento por su propio peso) y enterramiento, con un aporte suficiente de sedimentos; esto limita el nmero de cuencas en el mundo al 50% de las existentes. Dentro de la roca madre, no toda la materia orgnica se transforma en petrleo. De hecho, se estima que el 70% de la materia orgnica no se transforma, y permanece como un residuo insoluble, por lo que el rendimiento de las rocas madres es aproximadamente el 30%. Pero este porcentaje no es el del petrleo que finalmente obtenemos, pues se estima que slo el 1 % del petrleo generado es capaz de migrar hacia la roca almacn (la roca en que finalmente lo encontraremos) y acumularse en ella, mientras que el 99% no llega a migrar o se pierde debido a que no existe un sello que impida que el crudo escape de la roca almacn. Y hay que aadir otro factor ms: la cantidad de petrleo recuperable; en general menos del 60 % del petrleo es econmicamente recuperable, por problemas de presin, cantidad, viscosidad 3.3- FORMACION Y PRESERVACIN DE LA MATERIA ORGANICA La materia orgnica proveniente de los seres vivos es reciclada en el Ciclo del Carbono, pero alrededor del 0.1% escapa de l y es enterrada. Se estima que ese 0.1% supone un total de 20x1035 Tm de materia orgnica fsil. A pesar de la magnitud de esa cantidad, slo una molcula de CO2 de cada milln se convierte en econmicamente explotable. Las rocas sedimentarias poseen escasa cantidad de materia orgnica (en promedio 1,5 %). En las pelitas el tenor medio es de 2,1 %, en los carbonatos de 0,29 % y en las areniscas de slo el 0,05 %. Algunas rocas contienen cantidades mayores de materia orgnica. Tal el caso de las lutitas negras o las fangolitas bituminosas en las que oscila entre 3 y 10 %. En las lutitas petrolferas (oil shales) la materia orgnica puede superar el 25 %, mientras que en los carbones es mayor al 70 %. Las rocas ricas en materia orgnica son muy escasas, pues constituyen menos del 1 % del volumen total de sedimentos y sedimentitas. No obstante, son de gran importancia como proveedoras de combustibles. CONDICIONES PARA LA ACUMULACIN DE MATERIA ORGNICA

Abundancia de materia orgnica. En determinadas ocasiones es tambin importante la diversidad

Aporte de materia orgnica a los sedimentos.

Ambientes sedimentarios de baja energa en el cual se pueda sedimentar la materia orgnica

Alto potencial para la preservacin de la materia orgnica.



FACTORES QUE AFECTAN LA ACUMULACIN DE MATERIA ORGNICA

Degradacin Bacteriana

Excavacin y removilizacin por fauna bentnica

La materia orgnica en la columna de agua

LUGARES DE ACUMULACIN DE MATERIA ORGNICA LAGOS Son de origen continental. Intervalos de tiempo geolgico significativos. Condiciones anoxicas. Se da de dos formas: alctonas y autctona. DELTAS Deltas constructivos dominados por accin fluvial. El aporte de M.O. se da de tres formas: Algas de agua dulce, Fitoplancton marino y bacterias, y la Vegetacin de la llanura deltaica CUENCAS MARINAS Cuencas confinadas: estratificacin de agua. Aporte de M.O. a partir de detritos vegetales aportados por ros y por fitoplanton marino. Taludes Continentales: condiciones de anoxia, materia orgnica de plancton marino. TIPOS DE MATERIA ORGNICA La materia orgnica se compone compone de C con cantidades menores menores de H, O , N y S. En los sedimentos se reconocen tres tipos de acumulaciones de materia orgnica: humus, turba (peat) y sapropel. La materia orgnica hmica es el principal constituyente del carbn, mientras que la materia orgnica que se encuentra en las lutitas negras y bituminosas es saproplica. El humus, constituyente de suelos, es materia orgnica de plantas. Suele ser rpidamente oxidado por lo que su potencial de preservacin geolgica es bajo. La turba es tambin materia orgnica hmica que se acumula en pantanos y cinagas de agua dulce o salobre con escasa circulacin y condiciones anxicas Este material hmico tiene buen potencial de condiciones anxicas. Este material hmico tiene buen potencial de preservacin geolgica. El sapropel es materia orgnica muy finamente dividida. Consiste en fitoplancton, zooplancton, esporas, polen y fragmentos muy macerados de plantas superiores. Se acumula en ambientes subcueos como lagos, albuferas y cuencas marinas donde los niveles de oxgeno son bajos. Contenido de materia orgnica color de roca entre 1% y 3% (hasta 20%) negro 0.5% verde a gris La determinacin e identificacin de una roca generadora esta basada en dos factores:

Contenido de Materia Orgnica.

Tipo de Materia Orgnica.



En sentido tradicional la materia orgnica es el material compuesto de molculas orgnicas (monmeros y polmeros) derivados directa o indirectamente de la parte orgnica de los organismos, es decir, que primero es sintetizada por medio de organismos vivos, una vez que mueren se depositan y se preservan, s el medio sedimentario esta en condiciones reductoras; entonces parte de la materia orgnica sedimentada se puede transformar en compuestos del tipo del petrleo. En la actualidad la produccin de materia orgnica terrestre proviene de las plantas superiores y est regida por las condiciones climticas y geogricas. El fitoplancton (diatomeas, dinoflagelados y cocolitofridos), es el productor primario ms importante de la materia orgnica marina la cual esta controlada por las condiciones fsico-qumicas del agua de mar, Los productores ms importantes de materia orgnica marina es el fitoplancton, seguido del zooplancton y por ltimo las bacterias. Fitoplancton 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 quela 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. El 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. Cuencas abiertas: profundidades de 100 a 1000 mts. Degradacion de M.O. Que cae desde la zona ftica El principal contribuyente a la materia orgnica es el fitoplacton, y su produccin est relacionada a variable fsica y qumicas:

As, la luz es fundamental, pues determina la zona ftica

Tambin es importante el aporte de nutrientes, de los que los ms importantes son fosfatos y nitratos, que se generan a travs de descomposicin bacteriana. En este sentido son muy importantes en los ocanos las zonas de productividad, en las que las corrientes provocan el ascenso de los nutrientes.

No slo es importante la produccin de materia orgnica, sino su preservacin, que se da con dos condiciones:

Zonas con altas tasas de deposicin que entierran los restos orgnicos impidiendo que los carroeros los consuman. De todos modos, este punto ha sido puesto en duda en los ltimos aos, dado que en presencia de las otras condiciones, el enterramiento puede ser lento.

Cuerpos de agua estratificados con fondos anxicos, que se generan cuando un cuerpo de agua dulce llega a otro salado ms denso y flota por encima de l, impidiendo la mezcla de aguas y, por tanto, la renovacin del contenido en oxgeno.

En medios continentales la acumulacin se da en lagos estratificados o pantanos anaerbicos.

3.4.- TIPOS DE MATERIA ORGNICA EN LA GENERACIN DE HIDROCARBUROS El tipo de materia orgnica es muy importante de cara a la generacin de hidrocarburos. Por su composicin y origen se puede dividir en cuatro tipos:

Tipo I: lutitas bituminosas de alta calidad.

El origen es planctnico-lacustre, es decir, se acumula en lagos y pantanos



habitualmente anxicos.

Es muy poco frecuente, dado que las zonas de acumulacin (lagos) presentan un rea limitada con respecto a las reas de acumulacin de otros tipos.

Presentan un rendimiento excelente como roca madre.

Tipo II:

lutitas bituminosas de baja calidad.

Su origen es planctnico-marino, habitualmente acumulado en plataformas ocenicas.

Es mucho ms frecuente que el tipo I.

Presenta en general una buena calidad.

Tipo III:

Vegetales superiores continentales, habitualmente acumulados en pantanos o deltas.

Frecuentes.

Su calidad es mediocre, y generan hidrocarburos de poco valor energtico.

Tipo IV:

Residual, restos de materia orgnica diversa.

Presentan una alteracin fuerte tras su sedimentacin.

Muy poco productivos.

3.5.- EL KEROGENO (COMPONENTES Y TIPOS) Es la materia orgnica (MO) diseminada en las rocas sedimentarias, insoluble en solventes orgnicos (p.ej.Cloroformo(CHCl3),TriDi-Clorometano(CH2Cl2). La MO original en sedimentos recientes no es kergeno, si no 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 Kergeno es nica, qumicamente distinta. Es la MO ms abundante en la Tierra. Es la fuente del Petrleo y Gas Prcticamente toda la materia orgnica puede ser clasificada en Saproplica y hmica (Potonie1908). 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. Los Kergenos saproplicos y hmicos a su vez se dividen, dependiendo del anlisis visual del Kergeno en:(Cernocky Bayliss, 1977; en Hunt, 1979)

Saproplicos Amorfo Algceo Herbceo Origen marino

Hmicos Maderceo o leoso Carbonoso o inerte Origen terrestre



El kergeno es la fraccin de la materia orgnica insoluble en disolventes orgnicos que queda tras la diagnesis. El keroseno inicialmente es amarillo plido pero oscurece a marrn claro hasta oscuro y eventualmente a negro. En la maduracin el keroseno sufre cambios qumicos y fsicos. Se compone de fragmentos orgnicos diseminados, que pueden agruparse en unidades llamadas MACERALES:

Vitrinita: principal tipo en muchos kergenos, y principal componente del carbn. Aparece en casi cualquier medio deposicional.

Exinita: derivado de algas, esporas, polen y ceras. No es muy comn. Indica un medio lacustre o marino somero.

Inertinita: proviene de varias fuentes que han sido muy oxidadas durante la deposicin.

Amorfinita: no es un componente "real" de los macerales, ya que incluye todos los componentes amorfos. Son los componentes ms interesantes de cara a la formacin de petrleo, pues, al estar ms machacados, madura a menores temperaturas.

El kergeno, segn su origen y composicin, se puede dividir en cuatro tipos:

Tipo I: Algal

Poco comn, proviene de algas lacustres. Se limita a lagos anxicos y raramente a ambientes marinos Derivado sobre todo de lpidos; tiende a producir crudos ricos en hidrocarburos saturados. Tiene gran capacidad para generar hidrocarburos lquidos. Es el kergeno ms productor de petrleos.

Tipo II: Mixto

Derivado de fuentes marinas mezcladas 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. En general se compone de partculas amorfas, provenientes de la descomposicin del placton y de los animales superiores. Tiende a producir aceites ricos en aromticos y naftnicos, y genera ms gas que el tipo I.

Tipo III: Carbonoso

Rico en vitrinita, tradicionalmente se ha pensado que tena poca capacidad para formar petrleo y generaba sobre todo gas seco. En los ltimos aos se estn descubriendo yacimientos de petrleo basados en kergeno del tipo III.



Se compone de materia orgnicaterrestre (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: Residual

Rico en inertinita; 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 lquidos o gaseosos.



En general las rocas sedimentarias contienen mezclas de todos los tipos. 3.6.- EVOLUCION Y MADURACION DE LA MATERIA ORGANICA Cuando la materia orgnica es enterrada, empieza a sufrir importantes procesos hasta convertirse en hidrocarburos. Estos procesos pueden dividirse en tres etapas: diagnesis, catagnesis y metagnesis. La diagnesis es la serie de procesos que sufre la materia orgnica desde su enterramiento hasta que se transforma en kergeno y empieza la generacin de petrleo. La materia orgnica incluida en arcillas que se compactan sufre reacciones bastantes complejas. El punto de inicio de estas reacciones son los cuatro biopolmeros principales: carbohidratos, proteinas, ligninas y lpidos. En los primeros estados de la diagnesis los biopolmeros son fragmentados en estructuras ms simples llamadas geomonmeros, los cuales, ms tarde, vuelven a polimerizarse y se transforman en geopolmeros. Durante estos procesos la materia orgnica pierde casi todo el N, mucho O y S, y algo de H y C. Estos procesos se dan en un principio por la accin de bacterias y procesos qumicos no biolgicos, y ms tarde por cracking trmico. En general la transicin a geopolmeros es muy rpida de cientos a miles de aos. El producto final de la diagnesis es el kergeno: materia orgnica insoluble en disolventes orgnicos a causa de su gran peso molecular. La parte soluble es el bitumen. Segn el kergeno es calentado, pasa a la segunda fase de su evolucin, la catagnesis, que es el estado en que a



partir del kergeno se genera petrleo y gas.

El ltimo estado es la metagnesis, en que cesa la generacin de petrleo y gas, pero se sigue generando mucho metano por alteracin del crudo previamente generado. El kergeno remanente es casi grafito. La generacin de los hidrocarburos est fuertemente asociada a la profundidad de enterramiento. La profundidad de generacin depende del gradiente geotrmico local, del tipo de kergeno y de la historia de enterramiento:

A pocas profundidades slo se genera metano biognico.

Entre 1 y 2 km de profundidad empieza la catagnesis.

Antes de los 3 km comienza la zona de formacin de petrleo; a esta zona se le llama la ventana de hidrocarburos.

Entre los 3 y 3.5 km se pasa a la catagnesis tarda; es la principal zona de formacin de gas, y se generan tanto gas hmedo como metano.

A ms de 4 km la roca madre se transforma en supermadura. En este punto empieza la metagnesis y slo se genera metano.

En este proceso la temperatura es muy importante, por lo que tambin podemos realizar una divisin en base a ella:

A los 60 C empieza la generacin principal; los petrleos formados son pesados y ricos en componentes NSO.

Con el incremento de temperatura los petrleos se van haciendo sucesivamente ms ligeros.

A los 100 C se produce la mxima generacin.

Por encima de 100 C la generacin disminuye y se forman condensados (gases con petrleos mezclados).

La ventana de hidrocarburos se cierra a unos 175 C.



La generacin directa desde el kergeno acaba a 225 C.

La generacin de metano acaba a 315 C, aunque la reduccin de porosidad puede provocar que el gas no sea econmicamente explotable

El tiempo y la temperatura se compensan de modo que una cuenca joven caliente y una vieja fra pueden generar hidrocarburos, aunque la segunda tardar mucho ms tiempo que la primera.

Diagrama de Van Krevelen Las caractersticas fsicas y qumicas del kergeno estn directamente relacionadas con las de la materia orgnica predecesora a la formacin de sta. La composicin global del kergeno consta de tres elementos principales C, H, y O por lo que para clasificar los 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. Tipos de Kergeno. 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 se representa 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. Los Kergenos se clasifican quimcamente (Tissot y Durand 1974) en Kergeno tipo I, II, III y IV, dependiendo de su composicin elemental y de su evolucin con respecto a la grafica de Van Krevelen que muestra la relacin atmica de H/C vs. O/C.



DIAGNESIS La materia orgnica incluida en las arcillas se compacta y experimenta reacciones bastante complejas. Uno de los principales agentes de la transformacin durante la diagnesis temprana es la actividad microbiana. Los sedimentos depositados en medios subacuticos contienen grandes cantidades de agua. Por ejemplo en arcillas de 5 cm de profundidad, la porosidad equivale cerca del 80%, o sea, el agua es el 60% en peso del total de este sedimento.

Diagnesis temprana



Los biopolmeros (compuestos orgnicos, tales como carbohidratos, protenas, etc.) son sometidos a un ataque microbiano, que se realiza a poca profundidad (con presiones litostticas entre 0 y 300 bares) y bajas temperaturas (entre 0 y 50 C). Este ataque origina la degradacin de los biopolmeros (cidos grasos, aminocidos, etc.); estos al ser sometidos a procesos de condensacin y polimerizacin, se convierten en una serie de compuestos estructurados que reciben el nombre de geopolmeros (precursores del kergeno), (cidos hmicos = materia orgnica completamente insoluble derivada de los sedimentos jvenes) Cuando el depsito de materia orgnica derivado de las plantas es masivo, comparado con la contribucin mineral, se forma la turba y luego los carbones pardos (lignito y carbn sub-bituminoso). Pero el hidrocarburo ms importante que se forma durante la diagnesis es el METANO.

El final de la diagnesis, de la materia orgnica sedimentaria, se sita en la forma ms conveniente al nivel que los cidos hmicos extrables han disminuido y en donde la mayor parte de los grupos carboxilo se han eliminado. Esto es equivalente al lmite entre el carbn pardo y el carbn duro, de acuerdo con la clasificacin de carbn, segn en Manual Internacional de Petrologa del carbn. Corresponde a una reflectancia de vitrinita cercana a 0.5%.



CATAGNESIS La segunda etapa es la catagnesis, una vez que se tienen los sedimentos consolidados, se entierran a profundidades mayores a 1, 000 m normalmente, debido al depsito de nuevos sedimentos. En estas condiciones aumenta la temperatura y la presin, lo que genera nuevos cambios en la materia orgnica por lo que el kergeno se transforma en hidrocarburos. El kergeno sufre transformacin trmica y genera el petrleo (geomonmero), gas hmedo y condensado. Posteriormente y debido a condiciones ms drsticas de temperatura y profundidad, se produce la generacin de gas seco o metano catagnico. Las temperaturas que se alcanzan en esta etapa son del orden de 50 y hasta 225C aproximadamente, y la presin vara de 300 a 1500 bares. Con relacin a la temperatura, se produce gas y aceite en los siguientes intervalos: Aceite: de 60 a 175 C Gas: de 50 a 225 C

Los sedimentos con materia orgnica se sepultan rpida o lentamente en funcin de las caractersticas propias de la cuenca sedimentaria, de la tasa de sedimentacin y de su entorno. Cuando la roca generadora alcanza profundidades mayores a 1 km inicia la catagnesis, es decir, inicia la ventana de generacin. A los 2.6 Km se alcanza el mximo pico de generacin de hidrocarburos lquidos. Entre los 3.0 y 3.5 km se pasa a la catagnesis tarda, producindose menos aceite y ms gas; por lo tanto es la principal zona de formacin de gas (seco y hmedo), originndose pequeas fracciones de hidrocarburos condensados. METAGNESIS La tercera etapa dentro del proceso de transformacin de la materia orgnica, corresponde a la metagnesis, que se realiza generalmente a grandes profundidades y altas temperaturas. En esta etapa la materia orgnica residual se transforma en metano y el carbn en antracita. La metagnesis est considerada tambin como el inicio del metamorfismo. Se desarrolla a temperaturas mayores a los 225 C y es la ltima etapa dentro de la transformacin de la materia orgnica, considerada importante para la generacin de gas. La generacin de metano acaba a los 315 C con profundidades cercanas a los 8 Km, es decir, presiones litostticas mayores a 1500 bares. La porosidad de las rocas en estas condiciones disminuye notablemente, por lo que es difcil que se formen a estas profundidades yacimientos de hidrocarburos que tengan rendimiento econmico. Existe algo de generacin adicional de hidrocarburos (principalmente metano) a partir del kergeno; los hidrocarburos lquidos generados previamente tambin se desintegran y se convierten en gas. Es la etapa de rearreglo estructural del kergeno residual METAMORFISMO Cuando el sepultamiento es mayor a los 10 km, inicia el proceso de metamorfismo, teniendo como resultado la transformacin del carbn en meta-antracita y del kergeno residual en grafito. En estas condiciones, es imposible considerar la produccin aun mnima de hidrocarburos gaseosos.



Bitumen se le llama al material orgnico de las rocas que se disuelve en solventes orgnicos. Esta materia orgnica que se obtiene de una roca por extraccin con solventes orgnicos, incluye a los Bitmenes y a los Hidrocarburos ligeros. Sinnimos de Bitumen: = Extracto = Materia Orgnica Extrable Extractable = Petrleo no-Migrado Se distinguen dos grandes grupos de bitumenes: Los nafta-bitumen son mezclas de hidrocarburos (lquidos, gases o slidos con molculas de C y H solamente) y cuerpos vecinos con S, O y N; en particular pertenecen al gas natural y a los asfaltenos. Los kera-bitumen contienen C, H, O y un poco de S y N insolubles en el cloroformo comprendiendo la materia orgnica de la 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 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.



Tipos de 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.

ACTIVA Esta generando y expulsando petrleo en el momento crtico del sistema petrolero INACTIVA Se ha detenido de generar y expulsar hidrocarburo, pero aun con potencial. AGOTADA Esta en la etapa Post-Madura, es incapaz de generar petrleo, pero puede generar agua y gas seco. EVALUACIN DE LA ROCA MADRE

Cantidad: determinado a travs del TOC, o Carbono Orgnico Total. Es la medida del total de carbono contenido en la roca madreEste parmetro solo sirve para saber el contenido de M.O TIPO DE ROCA VALOR TOC (%) Lutitas 0,8 Arcillas 2,2 Lutitas Calcreas 1,8 Carbonatos 0,7 Areniscas 0.03 Lutitas Rojas 0.04 Lutitas Verdes 0.11 a 0.54 Lutitas Grises 1.2 a 3 Lutitas Negras 7 a 11 Calizas Y Dolomias 0.2 a 3.2 Lutitas Calcreas y Calizas Arcillosas 4 a 18 RIQUEZA % TOC EN LUTITAS % TOC EN CARBONATOS POBRE 0 0,5 0 0,2 REGULAR 0,5 1,0 0,2 0,5 BUENO 1,0 2,0 0,5 1,0 MUY BUENO 2,5 5,0 1,0 2,0 EXCELENTE > 5,0 > 2,0 Calidad: Se obtiene a travs del anlisis de Pirolisis Rock Eval, entre otros.

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.

Deteccin de componentes hidrogenados y oxigenados.

Se obtiene el tipo de kergeno y el grado de maduracin.

S1: Hidrocarburos generados baja temperatura S2: Rotura trmica del kergeno (potencial de generacin) S3: Compuestos oxigenados voltiles

Madurez termal: Se usan los anlisis de la Reflactancia de la vitrinita (Ro), ndice de color de esporas, etc.

Indicador de la madurez termal de la roca madre, Estudio de fragmentos de kergeno bajo luz reflejada, VR es incremental y unidireccional, se incrementa al incrementar T y Soterramiento



ndice de alteracin trmica (TAI)

El O2 se elimina rpidamente durante la diagnesis, en forma de CO2 y H2O. El H2 se pierde ms rpidamente durante la catagnesis y meta-gnesis, por la generacin de HCs. Con la prdida de H2 la capacidad de generacin de HC's disminuye hasta agotar su potencial petrolfero. El color cambia progresivamente: Amarillo-Dorado-Naranja-Caf Claro-Caf Oscuro-Negro

En resumen, el estudio de los sedimentos que han originado hidrocarburos acumulados en los yacimientos, es uno de los ms complejos de la Geologa petrolfera. Est estrechamente ligado a problemas:

Geoqumicos, concernientes a la naturaleza y evolucin de la materia orgnica, que se deben replantear despus del anlisis de lo que queda en la roca-madre supuesta.

Sedimentolgicos, referentes al medio y condiciones de depsito de los sedimentos organgenos. Paleogeolgicos, que precisan por qu vas y en qu pocas de la historia de la cuenca, han

emigrado los hidrocarburos formados, desde la roca-madre hacia los lugares de acumulacin. Fsicos, que estudian las posibilidades de circulacin de los fluidos en medios diversos, y las

interacciones de los fluidos entre s.

Sin embargo, a pesar del inters que tiene estudiar a fondo las rocas-, madre de una cuenca, se est obligado muy frecuentemente, o por 10 menos durante las primeras etapas de una exploracin, a limitarse a una determinacin cualitativa de las facies supuestas favorables y de su extensin.

Cap III Roca Madre

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