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Geo combustibles

  1. 1. Departamento Ciencias Geológicas Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires Geología de Combustibles Horas semanales: 6 hs Tipo de materia: Teóricas, Prácticas y Laboratorio Materias correlativas: Geología Estructural, Sedimentología, GeofísicaProfesor/es responsable/s: Tomás Zapata, Rita Tófalo
  2. 2. Programa y contenidos mínimos:1. Introducción:• Importancia geopolítica de la industria del petróleo y del gas en el mundo. Principales actores. Fuentes alternativas de energía, estado actual de su desarrollo.• Historia del petróleo y del gas en la Argentina. Principales actores. Marco legal e institucional. Situación actual de la industria en los sectores de prospección, producción, transporte, tratamiento y comercialización de hidrocarburos.• Participación de los hidrocarburos en el contexto energético del país.• El mercado del gas. Importancia regional en el Mercosur. Panorama actual y futuro de la industria. Exportación e importación de hidrocarburos y sus derivados.2. Sistemas Petroleros:• Elementos y procesos: roca madre, reservorio, trampa, migración generación de hidrocarburos, relación temporal, etc.• Diagrama geohistórico y modelado 1D, 2D y 3D de Sistema Petrolero
  3. 3. • Reservorios convencionales (porosidad) vs. reservorios fracturados.• Sistemas petroleros no convencionales: gas asociado a mantos de carbón, hidratos de gas y gas de centro de cuenca.• 3. Exploración de Hidrocarburos:• El proyecto exploratorio como una inversión de capital de riesgo sobre un modelo geológico concreto.• Técnicas de interpretación geológicas y geofísicas (sísmica de reflexión).• Cuencas productivas y no productivas de la República Argentina.• Evaluación de recursos y riesgo geológico. Análisis económico de factibilidad de proyectos.4. Perforación y Desarrollo de Campos de Hidrocarburos• Descripción de las herramientas de perforación de pozos verticales y dirigidos.• Análisis de la información de pozos: recortes, coronas, perfiles convencionales y no convencionales (imágenes resisitvas/sónicas, ensayador de formación, medidor de
  4. 4. • presiones de formación, etc.).• Comportamiento de los hidrocarburos en el reservorio (diagrama de fases, etc.).• Modelado de reservorios: modelo estático vs. modelo dinámico.5. Los hidrocarburos y el medio ambiente• Regulaciones existentes. Daños ecológicos producidos por la actividad extractiva, refinadora y de comercialización de hidrocarburos.• Prevención y remediación. Situación actual del control ambiental.
  5. 5. El Origen de los Hidrocarburos:Para explicar el origen de los hidrocarburos, es necesario remontarse al pasado de la historia de la Tierra unos 100 a 300 millones de años eimaginarse cómo pudieron haber sido las condiciones geológicas de esos tiempos y estudiar si estas condiciones, utilizando analogías y estudiosbasados en acumulaciones de hidrocarburos actuales, pudieron haber llevado a la creación de petróleo o gas natural. Los hidrocarburos derivan delos restos de materia orgánica proveniente fundamentalmente de algas y organismos pequeños acuáticos que constituyen el plancton; que sepuede preservar en los sedimentos. En general este escenario corresponde a antiguos mares poco profundos, lagos y ríos. Los sedimentos sondepositados y enterrados en grandes espacios llamados Cuencas Sedimentarias. A medida que el enterramiento aumenta, el calor interno de laTierra y el aumento de la presión de soterramiento producen la maduración de la materia orgánica transformándola lentamente en petróleo yposteriormente, a mayor profundidad, en gas natural. Una vez generados, los hidrocarburos son expulsados hacia los espacios porales de las rocassedimentarias que se encuentran saturados con agua. Debido a que los hidrocarburos son más livianos que el agua, éstos migran verticalmentegracias a la fuerza de flotabilidad hacia la superficie. Si durante este viaje a través de los poros de las rocas los hidrocarburos encuentran unobstáculo, conocido como trampa, éstos detienen su curso y se acumulan en cantidades comerciales llamadas yacimientos.Geología de los hidrocarburos:Las acumulaciones en el subsuelo de hidrocarburos cuya explotación es comercial (genera un beneficio económico) se conocen como yacimientos.Para poder predecir dónde se pueden encontrar dichas acumulaciones, se debe tener en cuenta el concepto de Sistema Petrolero, que se definecomo la sucesión de todos los elementos geológicos que, coordinados por varios procesos, dan lugar a una acumulación de hidrocarburos. Loselementos fundamentales del sistema petrolero son:-Roca Madre: es la roca generadora que produjo el volumen de hidrocarburos que se encuentra entrampado en un yacimiento.-Roca Reservorio: Es un tipo de roca cuya porosidad es tal que puede albergar volúmenes importantes de hidrocarburos. Al mismo tiempo esta rocadebe tener una buena “permeabilidad”, definida geometría e interconexión de las gargantas porales de la roca, y es función de la viscosidad y tipode hidrocarburo que las atraviesa. La permeabilidad controlará la eficiencia de la extracción de los hidrocarburos en el reservorio. Unapermeabilidad alta producirá un buen drenaje de los hidrocarburos desde el yacimiento hacia la superficie, mientras que una baja permeabilidaddificultará su extracción. Por último es importante remarcar que no existen “lagos de petróleo” en profundidad sino que el mismo se encuentradiseminado en el espacio poral de la roca reservorio. Luego de la extracción del hidrocarburo, los espacios porales son ocupados por agua o aire.-Trampa: En un comienzo los mantos sedimentarios se depositaron en sentido horizontal. Pero a lo largo del tiempo geológico, los movimientos ycambios violentos que han sacudido a la corteza terrestre pueden variar su geometría, generando pliegues (curvaturas) y fallas que deformansignificativamente estos mantos sedimentarios generando anticlinales, fallas, domos salinos, etc. Dentro de estos mantos deformados puedenhaber rocas reservorio que al poseer una geometría abovedada que haga que los hidrocarburos que alcanzaron la misma no puedan escapar ysean retenidos.-Roca Sello: Es una unidad litológica cuya porosidad y permeabilidad es tan baja que la presión de flotabilidad de los hidrocarburos no puedeproducir la invasión de sus espacios porales, y por lo tanto inhiben la migración secundaria a través de los mismos. Estos sellos están confinando latrampa y evitan que el hidrocarburo alojado en la misma pueda escaparse.-Sobrecarga: es el proceso de enterramiento descripto anteriormente que provoca la maduración de la roca generadora y la migración primaria delos hidrocarburos.-Relación temporal: conocido también como “timing”, asegura que todos los elementos del sistema petrolero se ordenen de manera secuencial yadecuada. Por ejemplo si la expulsión y migración de hidrocarburos es anterior a la formación de la trampa, entonces las posibilidades de que sehaya formado una acumulación de hidrocarburos son muy bajas. En este caso se habla de que el sistema petrolero no está en relación temporaladecuada o fuera de “timing”.
  6. 6. El momento crítico en un sistema petrolero tiene lugar durante la expulsión de los hidrocarburos desde la roca madre hacia los mantossedimentarios. En un requisito geológico fundamental que todos los elementos del sistema petrolero estén desarrollados en este momento. El rangode tiempo del momento crítico varía entre 0,5 y 5 millones de años, un lapso considerado como “instantáneo” en la escala de tiempo geológico.Exploración de los Hidrocarburos:En la industria del petróleo se utiliza el nombre de Exploración para designar la búsqueda de hidrocarburos.Hasta la fecha, no existen técnicas que permitan detectar en forma directa la presencia de una acumulación comercial de hidrocarburos. Debido aesto, la única manera de poder precisar dichas acumulaciones es a través de la perforación de pozos, que en algunos casos, superan los 6000metros de profundidad.En la actualidad se utilizan muchos tipos de estudios que provienen de diferentes disciplinas relacionadas con las Ciencias de la Tierra, y por lotanto existen varios tipos de especialistas técnicos llamados “geocientistas”. Los estudios geológicos son los más generales que engloban a lasdiferentes disciplinas provenientes de la Geofísica, la Geoquímica y la Ingeniería.En una primera etapa es importante realizar un relevamiento geológico del terreno a prospectar para poder definir si se encuentran los elementosesenciales del Sistema Petrolero tales como roca generadora, definida a través de la geoquímica, roca reservorio, caracterizada por estudiospetrofísicos, etc. Una vez identificados, se utilizan técnicas geológicas para poder establecer el tiempo en el cual se formaron dichos elementos.Para ello se utilizan los estudios de fósiles, geocronología y estratigrafía. Si todos los elementos del sistema petrolero pudieron haber coexistido conuna relación temporal se establece entonces el Play petrolero. A partir de este momento se debe refinar el método prospectivo para podertransformar el Play petrolero en un prospecto exploratorio, definido como una “inversión de capital en un modelo geológico concreto para laidentificación de nuevas acumulaciones comerciales de hidrocarburos”. En esta etapa se utilizan frecuentemente la información de imágenessatelitales que sirven para integrar toda la información geológica, geográfica y cultural mediante sistemas de información GIS (sistemas deinformación geográfica), el cual se utiliza como plataforma de almacenamiento de datos, manejo de recursos y del monitoreo (anticipo yremediación) del impacto ambiental producido por la industria del petróleo.A partir de lo mapas topográficos y geológicos, es posible extrapolar, como una primera aproximación, la geometría de las rocas en el subsuelo. Enla mayoría de lo casos, debido a que no existen afloramientos de rocas que puedan ser extrapolados en profundidad, se utiliza una técnica muycomún en la Exploración conocida como “Sísmica de Reflexión”.La sísmica de reflexión consiste en provocar mediante una fuente de energía (con explosivos enterrados en el suelo –normalmente entre 3 y 20 m.de profundidad- o con camiones vibradores –éstos implican una importante reducción en el impacto ambiental-) un frente de ondas elásticas queviajan por el subsuelo y se reflejan en las interfases por los distintos estratos. Las ondas elásticas reflejadas son captadas en superficie por untendido de aparatos de muy alta sensibilidad al movimiento del suelo llamados "geófonos", los cuales van unidos entre sí por cables y conectados auna estación receptora. Las ondas elásticas producidas por la fuente de energía atraviesan las capas subterráneas y parte de la energía reflejadaregresa a la superficie. Los geófonos las captan y las envían a la estación receptora (sismógrafo), donde mediante equipos especiales de cómputo,se va dibujando en interior de la tierra. El procesamiento de estas señales permite determinar la posición de los estratos y su profundidad,describiendo la ubicación de los anticlinales y otros tipos de geometría de trampas favorables para la acumulación de los hidrocarburos. El productofinal consiste en una representación del subsuelo como un perfil bidimensional (sísmica 2D) o un cubo tridimensional (sísmica 3D). Una técnica muymoderna consiste en analizar el espectro de frecuencias modificado de las ondas elásticas provenientes del subsuelo y asociarlo con el tipo defluido (agua o hidrocarburos) que se encuentran en los poros de las potenciales rocas reservorios. Estas técnicas se conocen con el nombre de DHI(del Inglés, Direct Hydrocarbon Indicators). Existen otros métodos indirectos de menor resolución y costo, que sirven para el mapeo del subsuelo auna escala regional (no de definición del prospecto exploratorio) donde se utiliza la magnetometría, la gravimetría, la geoeléctrica y lamagnetoteluria.Finalmente, es importante remarcar que la inversión de capitales en Exploración de hidrocarburos es intensiva y supone un riesgo muy elevado yaque en la mayoría de los casos no se alcanza el éxito. Por lo tanto las empresas, estatales o privadas, que se dedican a este tipo de actividaddeben ser de una envergadura tal que le permita afrontar estos riesgos.
  7. 7. Pozo Exploratorio Trampa ReservorioVisualización de un cubo sísmico 3D de un prospecto exploratorio (cortesía de Repsol-YPF) Modelado de Sistema Petrolero 2D y 3D mostrando las vías migratorias y los componentes de hidrocarburos almacenados

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