Petróleo: Formación y Exploración

Los hidrocarburos, compuestos químicos de carbono e hidrógeno, son el resultado de cambios físico-químicos en la materia orgánica soterrada en sedimentos. La composición y densidad del petróleo varían según el material inicial:

• Carbón: Proviene de desechos vegetales que se sedimentan en ambientes sin oxígeno, se preservan y se someten a presión y temperatura (P y T).
• Organismos: Principal origen del petróleo. Se compactan y, con P-T, se transforman en petróleo.

El kerógeno es la materia prima para la generación de hidrocarburos. Existen diferentes tipos:

• Lacustre: Mayor cantidad de hidrógeno.
• Marino: Menor cantidad de hidrógeno.
• Terrestre: Mayor porcentaje de hidrógeno y oxígeno.

Proceso de formación del petróleo a partir del kerógeno:

1. Diagénesis: Transformación de la materia orgánica.
2. Catagénesis: El kerógeno se transforma en petróleo bajo condiciones de temperatura entre 650-800°C, presión entre 50-5000 atm y profundidad de 3000-7000m.
3. Metagénesis: Se forma gas metano.

Teorías sobre el Origen del Petróleo

• Orgánica: Transformación de materia orgánica.
• Inorgánica: Combinación de elementos de carbono e hidrógeno a altas T-P en capas muy profundas.

Cadena de Valor del Petróleo

Exploración → Explotación → Refinación → Petroquímica básica → Petroquímica secundaria → Productos y subproductos.

Geología del Petróleo

• Estudia, describe e interpreta el origen, migración, entrampamiento y formación de yacimientos.
• Estratigrafía: Estudia las rocas estratificadas.
• Estrato: Unidad sedimentaria homogénea, separada por discontinuidades.
• Las discontinuidades están marcadas por cambios en la composición (planos de estratificación).
• La formación sedimentaria ideal es arenisca de grano fino con alta esfericidad y redondeamiento para mayor porosidad y permeabilidad.
• Facies sedimentaria: Conjunto de características de un depósito en un lugar específico.

Fases de una Exploración Petrolera

1. Primera fase: Definir la existencia de una cuenca sedimentaria.
2. Segunda fase: Definir un sistema petrolero, considerando la generación, expulsión y migración de hidrocarburos.
3. Tercera fase: Determinar *plays* (conjunto de datos de campo con características similares). Si se descubren hidrocarburos, se estiman reservas; si no, se consideran hipotéticos. La *play* comprende espesor, composición, contenido, distribución, calidad-madurez, facies, estructura y litología.
4. Cuarta fase: Definir objetivos (*leads*) y prospectos, incluyendo la evaluación de recursos y reservas probables.
5. Quinta fase: Perforación exploratoria en el centro de la estructura para demostrar la capacidad gasopetrolífera.

Metodología del Estudio

• Insumos: Perfil sísmico (genera ondas que captan estratos con velocidad y tiempo) y perforado (entrega información estructural y litológica).
• Productos: Estadística y geoestadística para la obtención de modelos.
• Herramientas
• Resultados

Elementos del Sistema Petrolero

• Roca generadora: Lutita con materia orgánica. Si se ubica por encima de la ventana del petróleo, es inmadura; en el centro, madura; debajo, sobremadura.
• Roca almacenadora: Roca con buena porosidad y permeabilidad para controlar la extracción de hidrocarburos. Buenos almacenes son arenisca, caliza y dolomías con poco cemento.
• Roca sello: Evita una segunda migración. Su efectividad se determina por litología, ductilidad, espesor, continuidad lateral y profundidad.
• Trampa: Permite la acumulación. Existen tres tipos:
  • Estructurales: Deformación de estratos debido a fallas o pliegues.
  • Estratigráficas: Cambios laterales y verticales en la porosidad de la roca; desaparece la continuidad.
  • Mixtas: Originadas por la combinación de pliegues y/o fallas con cambios en la porosidad.
• Sincronía y migración: Asegura que los elementos se ordenen secuencialmente.

Orden: Roca generadora → Forma generadora (baja densidad) → Sube el aceite → Roca almacenadora → Recibe petróleo → Roca sello → Trampa geológica → Sedimentos a alta P-T.

Clasificación del Sistema Petrolero

• Sistema puro: Sin deformación estructural; características debidas a aspectos sedimentológicos con trampas estratigráficas.
• Sistema híbrido: Reorientación estructural por efecto de la deformación.

Se pueden interpretar utilizando tabla de datos, gráfico de historia de sepultamiento, mapa geológico-geográfico de localización, sección geológica y carta de eventos.

Niveles de Certeza:

• Conocido: Correlación de aceite-roca o gas-roca.
• Hipotético: Ausencia de correlaciones, pero evidencia del origen de gas o aceite.
• Especulativo: Solo postulados geológicos y/o geofísicos.

Oro: Propiedades, Extracción y Usos

• Metal noble más conocido (número atómico 79).
• Maleable, dúctil, no se corroe ni empaña, soldadura autógena.
• Excelente conductor eléctrico, buen aislante de calor y frío.
• Variaciones de amarillo según pureza.
• Densidad: 19.32 g/cm³.
• Dureza: 2.5-3.

Métodos Analíticos del Oro

• Oro fino: Copelación, que funde una cantidad de muestra a la cual se le añade plomo y plata para separar el oro y la plata de impurezas en un botón metálico (doré).
• Muestras de oro (Mx): *Fire assay* o ensayo de fuego. Una cantidad pulverizada se funde con reactivos para separar la escoria de metales preciosos.

Depósitos de Oro

• Primarios:
  • Vetas masivas de cuarzo con oro nativo.
  • Vetas de cuarzo con abundante pirita.
  • Zonas piríticas con oro en lavas cizalladas sin cuarzo.
• Secundarios:
  • Eluviales: Placeres cerca de la roca origen. El oro encontrado en laderas encima del afloramiento es un eluvión.
  • Aluviales o fluviales: Tipo placer más importante por la cantidad producida. El lugar favorable son los cursos medios de ríos donde la corriente circula por meandros rápidos.

Explotación de Placeres de Oro

• Pequeños: Se utiliza batea, *sluice* y criba. Generalmente es a rajo abierto.
• Grandes: Se utilizan monitores gigantes, pala mecánica, dragalina, draga de garras y draga tipo rosario. Es necesario un estudio para obtener recursos.

Tratamiento del Oro

Se presenta en forma de granos o partículas diseminadas en vetas de cuarzo. Algunos procesos son:

Amalgamación, cianuración, refinación, trituración, cloruración, flotación, tostación-fusión.

Usos del Oro

Monetario, comunicación, ornamentación, joyería, aeronáutica, aeroespacial, odontología, fabricación de vidrios.

Origen del Oro

Origen magmático: durante el enfriamiento se genera el proceso de diferenciación que separa minerales de soluciones acuosas, originando rocas ácidas o básicas. Las soluciones hidrotermales transportan metales desde la intrusión hasta el lugar de depositación, originándose:

• Hipotermales: 300-500 °C, T-P alta.
• Mesotermales: 175 a 300°C, T-P moderada.
• Epitermales: Baja T y P.

• Sp: Resistencia del pilar.
• σv: Esfuerzo vertical.
• σrx: Presión litostática.

Constitución del Macizo Rocoso

• Litología.
• Mineralización.
• Discontinuidades abiertas y cerradas.
• Profundidad: A mayor profundidad, más ancho el pilar.
• Tectónica: Si el pilar pasa por una falla activa, se debe considerar en el plan de seguridad.
• Parámetros mecánicos: Módulo de elasticidad y Poisson.
• Parámetros constitutivos: Cohesión y ángulo de fricción.

Condición Estructural del Macizo Rocoso (M.R.)

• Es necesario medir esfuerzos antes de iniciar la obra.
• Conocer las propiedades mecánicas para entender la respuesta a la compresión.

Metodología

1. Estimar campos de esfuerzo y distancia sobre el pilar.
2. Determinar propiedades de resistencia y deformación.
3. Definir características estructurales del M.R. (localización, persistencia, propiedades mecánicas de discontinuidades).
4. Distribución y magnitud de presión de agua.
5. Evaluar la respuesta del M.R.

Clasificación Geológica de Rocas

Incluye textura, composición, tipo de cementación, diaclasamiento, humedad, poros, etc.

• Desde el punto de vista genético: Ígneas, metamórficas, sedimentarias.
• Desde el punto de vista del comportamiento:
  • Textura cristalina (ígneas, metamórficas, sedimentarias).
  • Textura clástica (conglomerado, brecha, arenisca).
  • Roca de grano muy fino (carbonato, lutita, microdiorita).
  • Roca orgánica (petróleo).
• Comportamiento: Elástico-frágil, plástico, viscoso, isótropo.

Propiedades de las Rocas

• Porosidad: Proporción entre la parte vacía de la roca y la parte sólida (entre 0 y 40%).

• Densidad: Corteza continental = 2.7; corteza oceánica = 2.9.

• Gravedad específica: Densidad del material / densidad del agua. Andesita = 2.5-2.8; diorita = 2.8-3.

• Permeabilidad: Mide la conexión entre poros. Se rige por la ley de Darcy, que depende de factores como viscosidad, presión de fluido y área normal.
• Resistencia: Mide la competencia de la roca mediante ensayos de carga puntual, uniaxial, compresión simple (ruptura por M.R. o plano de debilidad), triaxial y brasileño.

• Durabilidad: Mide la tendencia a degradarse al exponerse al aire, agua, tiempo, etc. Se mide mediante un *test*.

Relación Roca Intacta – Macizo Rocoso

• Las propiedades de la roca intacta no definen al M.R.
• Las discontinuidades pueden ser controladas por estructuras (gravedad) y esfuerzos (resistencia).
• Es necesario escalar las propiedades al M.R., incluyendo parámetros:
  • Resistencia de la roca intacta.
  • Estructuras frecuentes (frecuencia, relleno, orientación).
  • Características geológicas (origen, estructura, alteración).
  • Presencia de agua.
  • Dirección, tamaño y vida útil de la excavación.