Geología del petróleo
La geología del petróleo es el estudio del origen, ocurrencia, movimiento, acumulación y exploración de combustibles de hidrocarburos. Se refiere al conjunto específico de disciplinas geológicas que se aplican a la búsqueda de hidrocarburos (exploración de petróleo).
Análisis de cuencas sedimentarias
La geología del petróleo se ocupa principalmente de la evaluación de siete elementos clave en las cuencas sedimentarias:
- Fuente
- Reservoir
- Sello
- Trampa
- Tiempo
- Maturación
- Migración
En general, todos estos elementos deben evaluarse a través de una 'ventana' en el mundo subterráneo, proporcionado por uno (o posiblemente más) pozos de exploración. Estos pozos presentan solo un segmento unidimensional a través de la Tierra, y la habilidad de inferir características tridimensionales de ellos es una de las más fundamentales en la geología del petróleo. Recientemente, la disponibilidad de datos sísmicos 3D económicos y de alta calidad (de la sismología de reflexión) y datos de diversas técnicas geofísicas electromagnéticas (como la magnetotelúrica) ha ayudado en gran medida a la precisión de dicha interpretación. En la siguiente sección se analizan brevemente estos elementos. Para obtener un tratado más detallado, consulte la segunda mitad de este artículo a continuación.
La evaluación de la fuente utiliza los métodos de la geoquímica para cuantificar la naturaleza de las rocas ricas en materia orgánica que contienen los precursores de los hidrocarburos, de modo que se pueda evaluar el tipo y la calidad del hidrocarburo expulsado.
El yacimiento es una unidad o conjunto de unidades litológicas porosas y permeables que albergan las reservas de hidrocarburos. El análisis de yacimientos al nivel más simple requiere una evaluación de su porosidad (para calcular el volumen de hidrocarburos in situ) y su permeabilidad (para calcular con qué facilidad fluirán los hidrocarburos fuera de ellos). Algunas de las disciplinas clave utilizadas en el análisis de yacimientos son los campos del análisis estructural, la estratigrafía, la sedimentología y la ingeniería de yacimientos.
El sello, o roca tapa, es una unidad de baja permeabilidad que impide el escape de hidrocarburos de la roca reservorio. Los sellos comunes incluyen evaporitas, cretas y lutitas. El análisis de los sellos implica la evaluación de su grosor y extensión, de modo que se pueda cuantificar su eficacia.
La trampa geológica es la característica estratigráfica o estructural que asegura la yuxtaposición del yacimiento y el sello de modo que los hidrocarburos permanezcan atrapados en el subsuelo, en lugar de escapar (debido a su flotabilidad natural) y perderse.
El análisis de la maduración implica evaluar la historia térmica de la roca generadora para hacer predicciones de la cantidad y el momento de la generación y expulsión de hidrocarburos.
Finalmente, los estudios cuidadosos de migración revelan información sobre cómo los hidrocarburos se mueven de la fuente al depósito y ayudan a cuantificar la fuente (o cocina) de hidrocarburos en un área en particular.
Principales subdisciplinas en geología del petróleo
Existen varias subdisciplinas importantes en la geología del petróleo específicamente para estudiar los siete elementos clave discutidos anteriormente.
Momento crítico
El momento crítico es el momento de la generación, migración y acumulación de la mayoría de los hidrocarburos en sus trampas primarias. La migración y acumulación de hidrocarburos ocurre en un período corto en relación al tiempo geológico. Estos procesos (generación, migración y acumulación) ocurren cerca del final de la duración de un sistema petrolero. La duración es el tiempo en que se acumulan los elementos cruciales del sistema petrolero.
El momento crítico es crucial ya que se basa en el historial de enterramiento de la roca generadora cuando se encuentra en su máxima profundidad de enterramiento. Es entonces cuando se genera la mayor parte de los hidrocarburos. Aproximadamente 50%-90% del petróleo se produce y se expulsa en este punto. El siguiente paso son los hidrocarburos que ingresan a la ventana de petróleo. La ventana de petróleo tiene que ver con que la roca generadora tenga la madurez adecuada y también esté a la profundidad adecuada para la exploración de petróleo. Los geocientíficos necesitarán esto para recopilar datos estratigráficos del sistema petrolero para su análisis.
Análisis de la roca madre
En términos de análisis de rocas madre, es necesario establecer varios hechos. En primer lugar, debe responderse la pregunta de si realmente existe alguna roca generadora en el área. La delineación e identificación de posibles rocas generadoras depende de los estudios de estratigrafía, paleogeografía y sedimentología locales para determinar la probabilidad de que se hayan depositado sedimentos ricos en materia orgánica en el pasado.
Si se cree que la probabilidad de que haya una roca generadora es alta, el siguiente asunto a abordar es el estado de madurez térmica de la fuente y el momento de la maduración. La maduración de las rocas generadoras (ver diagénesis y combustibles fósiles) depende en gran medida de la temperatura, de modo que la mayor parte de la generación de petróleo ocurre en el rango de 60 a 120 °C (140 a 248 °F). La generación de gas comienza a temperaturas similares, pero puede continuar más allá de este rango, tal vez hasta 200 °C (392 °F). Por lo tanto, para determinar la probabilidad de generación de petróleo/gas, se debe calcular la historia térmica de la roca generadora. Esto se realiza con una combinación de análisis geoquímico de la roca generadora (para determinar el tipo de kerógeno presente y sus características de maduración) y métodos de modelado de cuencas, como back-stripping, para modelar el gradiente térmico en la columna sedimentaria.
Análisis geoquímico
A mediados del siglo XX fue cuando los científicos comenzaron a estudiar seriamente la geoquímica del petróleo. La geoquímica se utilizó originalmente para la prospección superficial de hidrocarburos del subsuelo. Hoy en día, la geoquímica sirve a la industria petrolera al ayudar a buscar sistemas petroleros efectivos. El uso de la geoquímica es relativamente rentable y permite a los geólogos evaluar problemas relacionados con los yacimientos. Una vez que se encuentra la correlación entre el petróleo y la roca fuente, los geólogos petroleros utilizarán esta información para generar un modelo 3D de la cuenca. Ahora pueden evaluar el momento de la generación, la migración y la acumulación en relación con la formación de la trampa. Esto ayuda en el proceso de toma de decisiones sobre si es necesaria una mayor exploración. Además, esto puede aumentar la recuperación del petróleo remanente en los yacimientos que inicialmente se consideró irrecuperable.
Análisis de cuenca
Por lo general, se lleva a cabo un análisis de cuenca a gran escala antes de definir las pistas y las perspectivas para futuras perforaciones. Este estudio aborda el sistema petrolero y estudia la roca generadora (presencia y calidad); historia del entierro; maduración (tiempo y volúmenes); migración y enfoque; y sellos regionales potenciales y unidades de reservorio principales (que definen los lechos portadores). Todos estos elementos se utilizan para investigar hacia dónde podrían migrar los hidrocarburos potenciales. Luego se definen las trampas y los prospectos y prospectos potenciales en el área que es probable que haya recibido hidrocarburos.
Etapa de exploración
Aunque un análisis de cuenca suele ser parte del primer estudio que realiza una empresa antes de mudarse a un área para exploración futura, a veces también se realiza durante la fase de exploración. La geología de exploración comprende todas las actividades y estudios necesarios para encontrar nuevas ocurrencias de hidrocarburos. Por lo general, se realizan estudios sísmicos (o sísmicos 3D) y se utilizan datos de exploración antiguos (líneas sísmicas, registros de pozos, informes) para ampliar los nuevos estudios. A veces se llevan a cabo estudios magnéticos y de gravedad, y se mapean las filtraciones y derrames de petróleo para encontrar áreas potenciales para ocurrencias de hidrocarburos. Tan pronto como un pozo de exploración o exploración exploratoria encuentra una ocurrencia significativa de hidrocarburos, comienza la etapa de evaluación.
Etapa de evaluación
La etapa de evaluación se utiliza para delinear el alcance del descubrimiento. Se determinan las propiedades del yacimiento de hidrocarburos, la conectividad, el tipo de hidrocarburo y los contactos gas-petróleo y petróleo-agua para calcular los volúmenes recuperables potenciales. Esto generalmente se hace perforando más pozos de evaluación alrededor del pozo de exploración inicial. Las pruebas de producción también pueden dar una idea de las presiones y la conectividad del yacimiento. El análisis geoquímico y petrofísico brinda información sobre el tipo (viscosidad, química, API, contenido de carbono, etc.) del hidrocarburo y la naturaleza del yacimiento (porosidad, permeabilidad, etc.).
Etapa de producción
Después de que se haya descubierto una ocurrencia de hidrocarburo y la evaluación haya indicado que es un hallazgo comercial, se inicia la etapa de producción. Esta etapa se enfoca en extraer los hidrocarburos de forma controlada (sin dañar la formación, dentro de volúmenes comercialmente favorables, etc.). Los pozos de producción se perforan y completan en posiciones estratégicas. La sísmica 3D suele estar disponible en esta etapa para apuntar a los pozos con precisión para una recuperación óptima. A veces, se utiliza la recuperación mejorada (inyección de vapor, bombas, etc.) para extraer más hidrocarburos o para reconstruir campos abandonados.
Análisis de yacimientos
La existencia de una roca reservorio (por lo general, areniscas y calizas fracturadas) se determina a través de una combinación de estudios regionales (es decir, análisis de otros pozos en el área), estratigrafía y sedimentología (para cuantificar el patrón y el alcance de la sedimentación) y interpretación sísmica. Una vez que se identifica un posible yacimiento de hidrocarburos, las características físicas clave de un yacimiento que son de interés para un explorador de hidrocarburos son su volumen de roca a granel, relación neta a bruta, porosidad y permeabilidad.
El volumen de roca a granel, o el volumen bruto de roca de roca por encima de cualquier contacto de hidrocarburo con agua, se determina mediante el mapeo y la correlación de paquetes sedimentarios. La relación neto-bruto, típicamente estimada a partir de registros análogos y con cable, se utiliza para calcular la proporción de los paquetes sedimentarios que contienen rocas del yacimiento. El volumen total de roca multiplicado por la relación neto-bruto da el volumen neto de roca del yacimiento. El volumen neto de roca multiplicado por la porosidad da el volumen total de poros de hidrocarburos, es decir, el volumen dentro del paquete sedimentario que pueden ocupar los fluidos (sobre todo, hidrocarburos y agua). La suma de estos volúmenes (consulte STOIIP y GIIP) para un prospecto de exploración determinado permitirá a los exploradores y analistas comerciales determinar si un prospecto es financieramente viable.
Tradicionalmente, la porosidad y la permeabilidad se determinaban mediante el estudio de muestras de perforación, análisis de núcleos obtenidos del pozo, examen de partes contiguas del yacimiento que afloran en la superficie (ver, por ejemplo, Guerriero et al., 2009, 2011, en referencias a continuación) y por la técnica de evaluación de formaciones utilizando herramientas operadas con cable que se transmiten al pozo mismo. Los avances modernos en la adquisición y el procesamiento de datos sísmicos significan que los atributos sísmicos de las rocas del subsuelo están fácilmente disponibles y se pueden utilizar para inferir las propiedades físicas/sedimentarias de las rocas mismas.