CAPITULO 2
YACIMIENTOS Y GRADIENTES DE PRESION
2.1 ORIGEN Y CLASIFICACION DE LOS ROCAS
HISTORIA DE LA TIERRA
La ciencia que estudia la tierra y su evolución es la geología. La tierra esta
formada por una gran variedad de materiales como aire, agua, hielo, minerales,
rocas y organismos vivos. Los movimientos relativos de estos materiales por agentes
tales como el viento, la lluvia, los ríos, las olas, crecimiento de los organismos y la
actividad volcánica, ocasionan todos los cambios en la corteza terrestre.
Estos cambios comprenden la formación de nuevas rocas a partir de otras
antiguas, estructuras nuevas en la corteza y nuevas distribuciones de mares y
continentes, montañas y llanuras. El paisaje actual es solamente la última fase de
una serie de variadísima e infinita de paisajes terrestres y marinos.
Es por eso que una roca no es sólo un conjunto de minerales, sino que es una
página de la autobiografía de la tierra; dispuestas en orden apropiado, estas páginas
engloban la historia de la tierra.
Se considera que la tierra se formó junto con el sistema solar, a partir de la
condensación de polvo cósmico, hace aproximadamente cinco millones de años,
pasando por una etapa de fusión inducida por la comprensión gravitacional y el
desprendimiento de energía de elementos radioactivos.
Con el transcurso del tiempo geológico (millones de años), al irse enfriando la
tierra, se solidificó el material fusionado (magma) dando origen a las rocas ígneas
que formaron la corteza terrestre. Simultáneamente se liberaron masas de vapor y
gases que construyeron la atmósfera, generándose lluvias torrenciales que formaron
los océanos.
El movimiento del agua, removió partículas de roca, arrastrándolas a los lugares
más bajos. A este proceso se le llamo erosión el cual también se debe a la acción
del viento, a la formación de glaciares (hielo) y cambios de temperatura.
Finalmente, las partículas o detritos derivados de las rocas ígneas fueron
transportados y acumulados, proceso que se conoce como sedimentación. En la
figura 1 puede observarse como ciertos bloques de rocas ígneas se han desgastado
de sus formas originales (líneas punteadas) y entre estos bloques aparece un valle
parcialmente lleno con los sedimentos resultantes.
Fig. 1. Valle de sedimentos formada por la erosión.
La figura 2 no muestra el corte de nuestro planeta en donde se representa el
núcleo magmática, el núcleo exterior, el manto y la denominada corteza terrestre
también llamada litosfera que tiene aproximadamente 50 Km. de espesor.
Fig. 2.- Corte transversal de la tierra
A continuación se anotan algunos datos numéricos de la tierra:
Diámetro Ecuatorial----------------------------------- 12,757 Km.
Diámetro Polar----------------------------------------- 12.714 Km.
Longitud del Meridiano Polar----------------------- 40,077 Km.
Superficie total------------------------------------------ 510 Millones de km²
Superficie cubierta por mares----------------------- 361 Millones de km² (70.78%)
Superficie de tierra emergida------------------------ 149 Millones de km² (29.22%)
Mayor altura conocida--------------------------------8,882 m. sobre el nivel del mar
Mayor profundidad marina conocida------------- 10,480 m. bajo el nivel del mar
Como el libro de la tierra es inmensamente largo, se ha clasificado su contenido,
del mismo modo que un libro extenso se divide en volúmenes, secciones y párrafos;
así se dividen los intervalos correspondientes de tiempo, o sea:
Divisiones de un libro:
Historia de la
tierra
Volumen Capítulo Sección Párrafo
Intervalos de
tiempo
Era Periodo Época Edad
La Tabla 1 representa la llamada Escala Geológica del Tiempo, la cual nos da la
referencia general de la historia de la tierra y de la vida.
TABLA 1
ESCALA GEOLOGICA DEL TIEMPO
ERAS PERIODOS ESPESOR MÁXIMO
DE ESTRATOS EN
METROS
DURACIÓN
APROXIMADA
EN AÑOS
VIDA
CARACTERISTICA
CENOZOICA
CUATERNARIO
-Actual
-Pleistoceno
TERCIARIO
-Plioceno
-Mioceno
-Oligoceno
-Eoceno
1,220
4,000
6,400
4,570
4,270
25,000
1,000,000
15,000,000
35,000,000
50,000,000
70,000,000
Hombre Moderno
Hombre de la Edad Piedra
Mamíferos y plantas con flores
MESOSOICA
-Cretácico
-Jurásico
-Triásico
19,500
6,100
7,620
120,000,000
150,000,000
190,000,000
Reptiles
PALEOZOICA
-Pérmico
-Carbonífero
-Devónico
-Silúrico
-Ordivícico
-Cámbrico
4,000
12,190
11,280
4,570
12,190
12,190
220,000,000
280,000,000
320,000,000
350,000,000
400,000,000
500,000,000
Anfibios y plantas primitivas
Peces
Invertebrados y fósiles abundantes
PRECAMBRICA
-Proterozoico
-Arqueozoico
-Eozoico
Desconocidos en
detalle pero
inmensamente grandes
1750,000,000
Restos escasos de esponjas y algas
Sin evidencia fósil de vida
ORIGEN DE LA
TIERRA
Por lo menos
5000,000,000
CLASIFICACION DE LAS ROCAS
Las referencias que hicimos anteriormente de las rocas, son suficientes para
mostrar que pueden dividirse en tres grandes grupos, de acuerdo a su origen:
a) Rocas Ígneas
b) Rocas sedimentarias
c) Rocas metamórficas
La figura 3 muestra el ciclo evolutivo de las rocas.
Fig. 3 Ciclo evolutivo de las rocas
a) Rocas Ígneas.-ya se notó que por el enfriamiento de la tierra, la materia en
estado de fusión dio origen a las rocas ígneas. Las erupciones volcánicas
proporcionan una prueba espectacular de que el interior de la tierra se
encuentra todavía caliente; básicamente un volcán es una grieta o apertura
por la cual el magma procedente de las profundidades es lanzado a la
superficie bajo la forma de corriente de lava, nubes explosivas de gases y
cenizas volcánicas, dando lugar a enfriarse las rocas ígneas.
b) Rocas sedimentarias.-Como producto de los procesos erosivos y por la
acción de agentes de transporte como vientos, ríos y mares, así como la
propia acción de la vía generadora de sedimentos orgánicos, se dio origen a
las rocas sedimentarias.
Para la industria del petróleo estas rocas son las más importantes, ya que en
ellas ocurre el origen, migración y acumulación de depósitos de hidrocarburos.
Estas rocas se clasifican a su vez en:
Clásticas
Químicas
Orgánicas
Las rocas sedimentarias clásticas son aquéllas formadas a partir de fragmentos o
material clástico, compuesto por partículas de minerales o de otras rocas que ya
existían previamente.
Las rocas sedimentarias químicas son las que se forman por la precipitación,
evaporación de aguas salobres y reacciones químicas de sales disueltas.
Las rocas sedimentarias orgánicas son la que se forman por desechos orgánicos
de plantas y animales.
TABLA 2
ROCAS SEDIMENTARIAS
CLÁSTICAS QUIMICAS ORGANICAS
Conglomerados
Arenicas
Limolitas
Esquistos
Caliza
Dolomita
Arena
Yeso
Sal o anhidrita
Turba
Carbón
Diatomita
Calizas
Estas rocas poseen dos propiedades importantes que son:
Porosidad
Permeabilidad
Porosidad.-Los espacios entre las partículas de una roca se denominan poros
(figura 4), estos espacios pueden ser ocupados por fluidos como agua, aceite o gas,
tal y como se observa en una esponja la cual puede contener líquidos o permanecer
vacía sin variar su volumen total.
Fig. 4.- Porosidad de las rocas
En algunas rocas estos espacios pueden o no estar comunicados, lo cual es muy
importante, ya que de estos depende que pueda existir flujo a través de la roca.
El volumen de poros entre el volumen total de la roca nos da una medida
porcentual de la porosidad. Así por ejemplo, si tenemos una roca con un volumen de
10 cm³ y un volumen poroso de 2 cm³ el valor de su porosidad (ø) sería:
2 cm³
Ø = = 0.2 = 20% de porosidad
10 cm³
Los valores más comunes de porosidad varían según el tipo y las características
de las rocas en porcentajes de 5 a 25 %. Estas mediciones se hacen a partir de
núcleos en laboratorios o indirectamente por medio de análisis de registros de
pozos.
Fig. 5.- Porosidad y permeabilidades características de rocas en yacimientos
comerciales
Se conoce como porosidad primaria la que se refiere a los espacios resultantes
en la roca después de su proceso de sedimentación.
La porosidad secundaria de una roca es aquella resultante de fracturas, cavernas
y otras discontinuidades en la matriz rocosa.
Permeabilidad.-La permeabilidad de una roca es la medida de su capacidad
específica para que exista flujo a través de ella.
En la Industria petrolera la unidad que se usa para medir la permeabilidad es el
Darcy.
Se dice que una roca tiene permeabilidad 1 Darcy si un gradiente de presión de 1
at/cm induce un gasto de 1 cm³/seg por cm² de área transversal, con un líquido de
viscosidad igual a 1 centipiose (cp). Para fines prácticos se utiliza el milidarcy (md)
que es la milésima parte de 1 Darcy.
Fig. 6.-Definición de Darcy
c)
Rocas metamórficas.-Cuando las rocas de la corteza terrestre se encuentran
bajo la influencia de presión por columnas de sedimentos, tracción por
movimientos telúricos; elevadas temperaturas por actividad ígnea; reaccionan
con cambios en la estructura y composición mineral, con lo cal llegan a
transformarse en nuevos tipos de rocas que se les llama metamórficas.
Como se aprecia en el ciclo de las rocas, éstas pueden fundirse y volverse
magma convirtiéndose al enfriarse en rocas ígneas, o pueden sufrir el proceso
erosivo que las convierte en sedimentos.
COMPOSICIÓN MEDIA DE LAS ROCAS
SÍMBOLO NOMBRE %
O Oxigeno 46.71
Si Silicio 27.69
Al Aluminio 8.07
Fe Hierro 5.05
Ca Calcio 3.65
Na Sodio 2.75
K Potasio 2.58
Mg Magnesio 2.08
Ti Titanio 0.62
H Hidrógeno 0.14
TOTAL 99.34%
EXPRESADA EN ÓXIDOS:
Sio2 Sílice 59.07
AL2O3 Alúmina 15.22
Fe2o3/Feo Óxidos de Hierro 6.81
CaO Cal 5.10
Na2o Sosa 3.71
K2O Potasa 3.11
MgO Magnesia 3.45
Tio2 Oxido de Titanio 1.03
H2O Agua 1.30
TOTAL 98.80%
LA CLAVE DEL PASADO
Las rocas son también páginas del libro de la historia de la tierra; uno de los
objetivos principales de la geología es descifrar estas páginas y colocarlas en el
orden histórico apropiado, haciendo válida la frase de que “el presente es la clave del
pasado”.
Por ejemplo la presencia de corales fósiles en una caliza o conchas de animales
marinos, indica que tal caliza fue depositada en el fondo del mar y que lo que ahora
es tierra, estuvo sumergido en el mar; la presencia de salinas señalan la primitiva
existencia de mares continentales que se evaporaron por el calor solar.
Las rocas estratificadas se acumularon capa sobre capa a través del tiempo, es
evidente que los estratos inferiores serán los más antiguos y los superiores los más
jóvenes.
En realidad cada estrato contiene fósiles que vivieron en determinado intervalo de
tiempo, por ellos es posible conocer la edad de las rocas. En todas partes, la
sucesión de fósiles revela un gradual despliegue de diferentes formas de vida, y de
este modo es posible seccionar el conjunto de rocas estratificadas en orden
cronológico.
3. ORIGEN Y MIGRACION DEL PETROLEO
ORIGEN.-Petróleo (del latín petra = roca y oleum = aceite) es el termino general
con el que se designan todos los hidrocarburos naturales, ya sean sólidos o
gaseosos que se encuentran en las rocas
El petróleo se compone de una mezcla de hidrocarburos (compuestos de carbón
e hidrógeno) diferentes, por lo general acompañados de pequeñas cantidades de
compuestos de nitrógeno, azufre y oxígeno.
Siendo fluidos, el aceite y el gas se comportan muy análogamente a las aguas
subterráneas; ocupan los intersticios o espacios porosos de rocas tales como arenas,
areniscas y calizas cavernosas o fisuradas, en aquellos lugares en que estas rocas
almacén están convenientemente encuadradas por rocas impermeables, de modo
que el aceite quede encerrado entre ellas. Las acumulaciones en escala suficiente
para compensar los gastos de explotación, se denominan yacimientos de gas y
aceite.
El petróleo no conserva evidencia visible de su origen; básicamente se manejan
dos teorías: la inorgánica y la orgánica.
La inorgánica sostiene que el aceite se formó por procesos volcánicos y químicos
en la profundidad de la corteza terrestre, desplazándose, posteriormente, a través de
las rocas porosas hasta acumularse en trampas naturales.
Lo Teoría orgánica es la más aceptada por los científicos, ésta afirma que el
carbón e hidrógeno que forman el petróleo, provienen de restos de plantas y
animales acumulados a través del tiempo geológico. A medida que se acomodaron
los sedimentos, la acción de las bacterias junto con las condiciones de presión y
temperatura dieron lugar a la formación de hidrocarburos
Fig. 8 Migración de hidrocarburos
MIGRACIÓN.-Por migración se entiende el movimiento de líquidos y gases del
lugar donde se formaron (roca madre) y que viajan hacia la roca donde se puedan
acumular (roca almacén)
La migración es un proceso continuo, una vez que los hidrocarburos son
generados y expulsados de su lugar de origen, sin tomar en cuenta si se mueven a
través de rocas porosas o por un sistema de fracturas.
Los esquemas sucesivos de la figura 8 muestran el movimiento de ellos.
En la etapa 1 se ilustra la estratificación del gas, aceite y agua arriba del punto de
rebose de la trampa.
En la etapa 2 se muestra como los hidrocarburos llenan la trampa hasta el punto
de rebose, causando que el aceite migre hacia arriba.
La etapa 3 señala como la trampa está llena de gas, éste se mueve debajo
entrando en la trampa, pero un volumen igual se rebasa al mismo tiempo y el aceite
se ha desviado completamente de la trampa.
Pág. 59 - 70 del documento de origen. Esta es la versión txt del archivo MANUAL DE PERFORACIÓN publicado en http://wwwelrinconpetrolero.blogspot.com/2010/10/fundamentos-de-perforacion.html
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