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Yacimiento de petróleo

Mapa estructural, con vista hacia abajo, generado por un software de mapas de contorno para un yacimiento de gas y petróleo de 2591 metros de profundidad en el campo Erath, Erat...

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Mapa estructural, con vista hacia abajo, generado por un software de mapas de contorno para un yacimiento de gas y petróleo de 2591 metros de profundidad en el campo Erath, Erath, Luisiana . La brecha de izquierda a derecha cerca de la parte superior indica una falla entre las líneas de contorno azules y verdes y las líneas moradas, rojas y amarillas. La delgada línea circular roja en el centro indica la parte superior del yacimiento de petróleo. Dado que el gas asciende por encima del petróleo, esta última línea marca la zona de contacto entre el gas y el petróleo.

Un yacimiento de petróleo o de gas es una acumulación subterránea de hidrocarburos contenida en formaciones rocosas porosas o fracturadas. Estos yacimientos se forman cuando el querógeno (materia vegetal antigua) se crea en la roca circundante debido a la presencia de altas temperaturas y presiones en la corteza terrestre .

Los yacimientos se clasifican generalmente en convencionales y no convencionales . En los yacimientos convencionales, los hidrocarburos presentes de forma natural, como el petróleo crudo o el gas natural , quedan atrapados por formaciones rocosas suprayacentes de baja permeabilidad , mientras que en los yacimientos no convencionales las rocas presentan alta porosidad y baja permeabilidad, lo que mantiene los hidrocarburos atrapados y, por lo tanto, no requiere una capa de sellado . Los yacimientos se descubren mediante métodos de exploración de hidrocarburos .

Campo petrolífero

Un yacimiento petrolífero con docenas de pozos. Este es el yacimiento petrolífero de Summerland , cerca de Santa Bárbara, California , antes de 1906.
Erupciones de Eagle Ford Shale visibles desde el espacio (longitudes de onda verdes e infrarrojas), en el arco entre "1" y "2", en medio de ciudades del sureste de Texas en 2012.

Un yacimiento petrolífero es una zona de petróleo líquido acumulado bajo tierra en múltiples depósitos (potencialmente interconectados), atrapado a medida que asciende a formaciones rocosas impermeables. En términos industriales, un yacimiento petrolífero implica un beneficio económico que merece atención comercial. [ 1 ] [ 2 ] Los yacimientos petrolíferos pueden extenderse hasta varios cientos de kilómetros en la superficie, lo que significa que las labores de extracción pueden ser extensas y dispersas por toda la zona. Además del equipo de extracción, puede haber pozos exploratorios para sondear los bordes en busca de más áreas de yacimiento, oleoductos para transportar el petróleo a otros lugares e instalaciones de apoyo.

Los yacimientos petrolíferos pueden encontrarse en cualquier lugar donde la geología de la roca subyacente lo permita, lo que significa que algunos pueden estar lejos de la civilización, incluso en alta mar. Poner en marcha una operación en un yacimiento petrolífero puede ser una tarea logísticamente compleja, ya que implica el equipo asociado a la extracción y el transporte, así como infraestructura como carreteras y alojamiento para los trabajadores. Esta infraestructura debe diseñarse teniendo en cuenta la vida útil del yacimiento, ya que la producción puede durar muchos años. Varias empresas, como Hill International , Bechtel , Esso , Weatherford International , Schlumberger , Baker Hughes y Halliburton , cuentan con organizaciones especializadas en la construcción a gran escala de la infraestructura necesaria para la explotación de yacimientos petrolíferos.

El término "campo petrolífero" puede usarse como una forma abreviada de referirse a toda la industria petrolera . Sin embargo, es más preciso dividir la industria petrolera en tres sectores: exploración y producción ( producción de petróleo crudo en pozos y separación del agua del petróleo ), transporte y distribución ( transporte de petróleo crudo por oleoductos y buques cisterna ) y refinación y comercialización ( refinación de petróleo crudo para obtener productos, comercialización de productos refinados y transporte a estaciones de servicio).

Más de 65 000 yacimientos petrolíferos se encuentran dispersos por todo el mundo, tanto en tierra como en alta mar. [ 3 ] Los más grandes son el yacimiento de Ghawar en Arabia Saudita y el yacimiento de Burgan en Kuwait , con reservas estimadas de entre 66 y 104 000 millones de barriles (9500 millones de m³ ) cada uno. [ 4 ] [ 5 ] En la era moderna, la ubicación de los yacimientos petrolíferos con reservas probadas de petróleo es un factor subyacente clave en muchos conflictos geopolíticos. [ 6 ]

Campo de gas

Ubicación de los yacimientos de gas del sur de Irán
Instalaciones del campo de gas de Vučkovec , Croacia
Al fondo se muestra el buque perforador Discoverer Enterprise , trabajando durante la fase exploratoria de un nuevo yacimiento marino. En primer plano se observa el buque de apoyo offshore Toisa Perseus , que ilustra parte de la compleja logística de la exploración y producción de petróleo y gas en alta mar.

El gas natural se origina mediante el mismo proceso geológico de craqueo térmico que convierte el querógeno en petróleo. Por consiguiente, el petróleo y el gas natural suelen encontrarse juntos. En el lenguaje común, los yacimientos ricos en petróleo se conocen como campos petrolíferos, y los ricos en gas natural, como campos de gas natural.

En general, los sedimentos orgánicos enterrados a profundidades de entre 1000 y 6000 metros (a temperaturas de entre 60 ° C y 150  °C) generan petróleo, mientras que los sedimentos enterrados a mayor profundidad y a temperaturas más elevadas generan gas natural. Cuanto más profundo sea el yacimiento, más seco será el gas (es decir, menor será la proporción de condensados ). Dado que tanto el petróleo como el gas natural son más ligeros que el agua, tienden a ascender desde sus fuentes hasta que afloran a la superficie o quedan atrapados en una capa estratigráfica impermeable. Pueden extraerse de la capa mediante perforación.

El yacimiento de gas natural más grande es el de South Pars/Asalouyeh , compartido entre Irán y Qatar . El segundo yacimiento más grande es el de Urengoy , y el tercero es el de Yamburg , ambos en Rusia .

Al igual que el petróleo, el gas natural se encuentra a menudo bajo el agua en yacimientos marinos como el del Mar del Norte , el yacimiento de Corrib frente a las costas de Irlanda y cerca de la isla Sable . La tecnología para extraer y transportar gas natural en alta mar es diferente a la de los yacimientos terrestres. Se utilizan pocas plataformas de perforación marinas de gran tamaño , debido al coste y las dificultades logísticas que implica trabajar sobre el agua.

El aumento de los precios del gas a principios del siglo XXI animó a las empresas perforadoras a volver a explorar yacimientos que antes no se consideraban económicamente viables. Por ejemplo, en 2008, McMoran Exploration superó una profundidad de perforación de más de 32 000 pies (9754 m) (el pozo de prueba más profundo en la historia de la producción de gas) en el yacimiento Blackbeard en el Golfo de México. [ 7 ] La plataforma de perforación de ExxonMobil había alcanzado los 30 000 pies en 2006, sin encontrar gas, antes de abandonar el yacimiento.

Formación

El petróleo crudo se encuentra en todos los yacimientos petrolíferos formados en la corteza terrestre a partir de los restos de seres vivos. La evidencia indica que millones de años de calor y presión transformaron los restos de plantas y animales microscópicos en petróleo y gas natural.

Roy Nurmi, asesor de interpretación de la empresa de servicios petroleros Schlumberger , describió el proceso de la siguiente manera:

El plancton y las algas, las proteínas y la vida que flota en el mar, al morir, se depositan en el fondo, y estos organismos serán la fuente de nuestro petróleo y gas. Cuando quedan enterrados con los sedimentos acumulados y alcanzan una temperatura adecuada, superior a 50 o 70 °C, comienzan a descomponerse. Esta transformación, este cambio, los convierte en hidrocarburos líquidos que se mueven y migran, y que se convertirán en nuestro yacimiento de petróleo y gas. [ 8 ]

Además del ecosistema acuático , que suele ser un mar pero también puede ser un río, lago, arrecife de coral o tapete de algas , la formación de un yacimiento de petróleo o gas también requiere una cuenca sedimentaria que pasa por cuatro etapas: [ 9 ]

  • Enterrado profundamente bajo arena y lodo.
  • Cocción a presión
  • Migración de hidrocarburos desde la roca fuente hasta la roca reservorio.
  • Atrapamiento por roca impermeable

El factor tiempo también es importante; se sugiere que el valle del río Ohio podría haber tenido tanto petróleo como Oriente Medio en algún momento, pero que se perdió debido a la falta de trampas. [ 9 ] El mar del Norte , por otro lado, soportó millones de años de cambios en el nivel del mar que dieron como resultado la formación de más de 150 yacimientos petrolíferos. [ 10 ]

Aunque el proceso es generalmente el mismo, diversos factores ambientales dan lugar a la creación de una amplia variedad de yacimientos. Estos se encuentran desde la superficie terrestre hasta los 9000 m (30 000 pies ) de profundidad y presentan diversas formas, tamaños y edades. [ 11 ] En los últimos años, los yacimientos ígneos se han convertido en un nuevo e importante campo de exploración petrolera, especialmente en formaciones de traquita y basalto . Estos dos tipos de yacimientos difieren en su contenido de petróleo y propiedades físicas como la conectividad de fracturas , la conectividad de poros y la porosidad de la roca . [ 12 ]  

Geología

Trampas

Se forma una trampa cuando las fuerzas de flotación que impulsan la migración ascendente de hidrocarburos a través de una roca permeable no pueden superar las fuerzas capilares de un medio sellador. El momento de la formación de la trampa en relación con la generación y migración del petróleo es crucial para asegurar la formación de un yacimiento. [ 13 ]

Los geólogos petroleros clasifican generalmente las trampas en tres categorías que se basan en sus características geológicas: la trampa estructural, la trampa estratigráfica y la mucho menos común trampa hidrodinámica . [ 14 ] Los mecanismos de atrapamiento de muchos yacimientos petrolíferos tienen características de varias categorías y pueden conocerse como trampas combinadas. Las trampas se describen como trampas estructurales (en estratos deformados como pliegues y fallas) o trampas estratigráficas (en áreas donde cambian los tipos de roca, como discordancias, acuñamientos y arrecifes).

Trampas estructurales

Las trampas estructurales se forman como resultado de cambios en la estructura del subsuelo debido a procesos como el plegamiento y la formación de fallas , lo que lleva a la formación de domos , anticlinales y pliegues. [ 15 ] Ejemplos de este tipo de trampa son una trampa anticlinal, [ 16 ] una trampa de falla y una trampa de domo salino . Son más fáciles de delimitar y más prometedoras que sus contrapartes estratigráficas, y la mayor parte de las reservas mundiales de petróleo se encuentran en trampas estructurales.

trampas estratigráficas

Las trampas estratigráficas se forman como resultado de variaciones laterales y verticales en el espesor, la textura, la porosidad o la litología de la roca reservorio. Ejemplos de este tipo de trampa son una trampa de discordancia, una trampa de lente y una trampa de arrecife. [ 17 ]

trampas hidrodinámicas

Las trampas hidrodinámicas son un tipo de trampa mucho menos común. [ 18 ] Son causadas por las diferencias en la presión del agua, que están asociadas con el flujo del agua, creando una inclinación del contacto hidrocarburo-agua.

Sello / roca de remate

El sello (también conocido como capa de sellado) es una parte fundamental de la trampa que impide que los hidrocarburos sigan migrando hacia arriba. Un sello capilar se forma cuando la presión capilar a través de los poros es mayor o igual que la presión de flotación de los hidrocarburos que migran. Estos sellos no permiten que los fluidos migren a través de ellos hasta que su integridad se ve comprometida, provocando fugas. Existen dos tipos de sellos capilares [ 19 ] cuyas clasificaciones se basan en el mecanismo de fuga preferencial: el sello hidráulico y el sello de membrana.

Un sello de membrana presentará fugas siempre que la diferencia de presión a través del sello supere la presión de desplazamiento umbral, permitiendo que los fluidos migren a través de los espacios porosos del sello. La fuga será suficiente para que la diferencia de presión sea inferior a la presión de desplazamiento y se vuelva a sellar. [ 20 ]

Se produce un sello hidráulico en rocas con una presión de desplazamiento significativamente mayor, de modo que la presión necesaria para la fractura por tensión es menor que la necesaria para el desplazamiento de fluidos; por ejemplo, en evaporitas o lutitas muy compactas. La roca se fractura cuando la presión de poro supera tanto su tensión mínima como su resistencia a la tracción, y se sella cuando la presión disminuye y las fracturas se cierran.

Yacimientos no convencionales

Clasificación esquemática de yacimientos no convencionales expresada como energía del fluido frente a potencial de flujo basada en valores iniciales sin estimulación.

Los yacimientos no convencionales (de petróleo y gas) son acumulaciones donde las fases de petróleo y gas están fuertemente ligadas a la estructura de la roca por fuertes fuerzas capilares, lo que requiere medidas especializadas para su evaluación y extracción. [ 21 ] Los yacimientos no convencionales se forman de maneras completamente diferentes a los yacimientos convencionales; la principal diferencia radica en que no presentan "trampas". Este tipo de yacimiento también puede ser impulsado de una manera única, ya que la flotabilidad podría no ser la fuerza impulsora de la acumulación de petróleo y gas en dichos yacimientos. Esto es análogo a decir que el petróleo que se puede extraer se forma dentro de la propia roca madre, en lugar de acumularse bajo una roca de cobertura. Las arenas bituminosas son un ejemplo de yacimiento de petróleo no convencional. [ 22 ]

Los yacimientos no convencionales y su petróleo asociado abarcan un amplio espectro de técnicas de extracción y refinación de petróleo, así como diversas fuentes. [ 23 ] Dado que el petróleo se encuentra dentro de la roca madre, los yacimientos no convencionales requieren que la entidad extractora opere como una mina, en lugar de perforar y bombear como en un yacimiento convencional. Esto conlleva desventajas, ya que los mayores costos posteriores a la producción, asociados a la extracción completa y limpia del petróleo, son un factor a considerar para una empresa interesada en explotar un yacimiento. Además, se generan residuos , lo que incrementa los costos de limpieza. A pesar de estas desventajas, la explotación de petróleo no convencional se está incrementando debido a la escasez de yacimientos convencionales en todo el mundo.

Estimación de reservas

Tras el descubrimiento de un yacimiento, un ingeniero petrolero intentará comprender mejor su acumulación. En un ejemplo sencillo de un yacimiento uniforme, la primera etapa consiste en realizar un estudio sísmico para determinar el tamaño posible de la trampa. Los pozos de evaluación permiten determinar la ubicación del contacto agua-petróleo y, por consiguiente, la altura de las arenas petrolíferas. A menudo, combinando estos datos con los datos sísmicos, es posible estimar el volumen de un yacimiento petrolífero.

El siguiente paso consiste en utilizar la información de los pozos de evaluación para estimar la porosidad de la roca. La porosidad de un yacimiento petrolífero, es decir, el porcentaje del volumen total que contiene fluidos en lugar de roca sólida, es del 20-35% o menos. Esto permite obtener información sobre la capacidad real. Las pruebas de laboratorio pueden determinar las características de los fluidos del yacimiento, en particular el factor de expansión del petróleo, es decir, cuánto se expande el petróleo al ser trasladado desde la alta presión y temperatura del yacimiento hasta un depósito en la superficie.

Con esta información, es posible estimar cuántos barriles de petróleo almacenados se encuentran en el yacimiento. Este petróleo se denomina petróleo almacenado inicialmente . Al estudiar factores como la permeabilidad de la roca (la facilidad con la que los fluidos pueden fluir a través de ella) y los posibles mecanismos de impulsión, es posible estimar el factor de recuperación, es decir, qué proporción del petróleo almacenado se puede esperar razonablemente que se produzca. El factor de recuperación suele ser del 30-35%, lo que proporciona un valor para los recursos recuperables. [ 24 ]

La dificultad radica en que los yacimientos no son uniformes. Presentan porosidades y permeabilidades variables y pueden estar compartimentados, con fracturas y fallas que los fragmentan y complican el flujo de fluidos. Por esta razón, se suele realizar la modelización computacional de yacimientos económicamente viables. Geólogos, geofísicos e ingenieros de yacimientos colaboran para construir un modelo que permita simular el flujo de fluidos en el yacimiento, lo que conduce a una estimación más precisa de los recursos recuperables.

Las reservas constituyen únicamente la parte de los recursos recuperables que se desarrollarán mediante proyectos identificados y aprobados. Dado que la evaluación de las reservas tiene un impacto directo en la empresa o en el valor del activo, suele regirse por un conjunto estricto de normas y directrices.

Producción

Para obtener el contenido de un yacimiento petrolífero, generalmente es necesario perforar la corteza terrestre, aunque existen filtraciones de petróleo en la superficie en algunas partes del mundo, como los pozos de alquitrán de La Brea en California y numerosas filtraciones en Trinidad . Los factores que afectan la cantidad de hidrocarburos recuperables en un yacimiento incluyen la distribución de fluidos en el yacimiento, los volúmenes iniciales de fluidos en el lugar, la presión del yacimiento, las propiedades de los fluidos y las rocas , la geometría del yacimiento, el tipo de pozo, el número de pozos, la ubicación de los pozos, el concepto de desarrollo y la filosofía de operación. [ 24 ] [ 25 ]

La producción moderna incluye métodos de extracción térmicos , de inyección de gas y químicos para mejorar la recuperación de petróleo. [ 26 ]

Desactivar una producción activa es complicado y puede causar consecuencias no deseadas. [ 27 ]

Mecanismos de accionamiento

Un yacimiento virgen puede estar sometido a la presión suficiente para impulsar los hidrocarburos a la superficie. A medida que se extraen los fluidos, la presión suele disminuir y la producción se estanca. El yacimiento puede reaccionar a la extracción de fluidos de forma que tienda a mantener la presión. En estos casos, podrían ser necesarios métodos de impulsión artificial.

Accionamiento por gas de solución

Este mecanismo (también conocido como agotamiento) depende del gas asociado al petróleo. El yacimiento virgen puede ser completamente semilíquido, pero se espera que contenga hidrocarburos gaseosos disueltos debido a la presión. A medida que el yacimiento se agota, la presión cae por debajo del punto de burbuja y el gas se libera, formando una capa de gas en la superficie. Esta capa de gas ejerce presión sobre el líquido, lo que ayuda a mantener la presión.

Esto ocurre cuando el gas natural se encuentra en una capa debajo del petróleo. Al perforar el pozo, la menor presión en la superficie provoca la expansión del petróleo. A medida que disminuye la presión, se alcanza el punto de burbuja, y posteriormente las burbujas de gas impulsan el petróleo hacia la superficie. Las burbujas alcanzan entonces la saturación crítica y fluyen juntas como una sola fase gaseosa. Más allá de este punto y por debajo de esta presión, la fase gaseosa fluye más rápidamente que el petróleo debido a su menor viscosidad. Se produce más gas libre y, finalmente, la fuente de energía se agota. En algunos casos, dependiendo de la geología, el gas puede migrar a la parte superior del petróleo y formar una capa de gas secundaria. Parte de la energía puede provenir del agua, el gas en el agua o la roca comprimida. Estas contribuciones suelen ser menores con respecto a la expansión de los hidrocarburos.

Al gestionar adecuadamente las tasas de producción, se pueden obtener mayores beneficios de los sistemas de bombeo por gas disuelto. La recuperación secundaria implica la inyección de gas o agua para mantener la presión del yacimiento. La relación gas/petróleo y la tasa de producción de petróleo se mantienen estables hasta que la presión del yacimiento cae por debajo del punto de burbuja, momento en el que se alcanza la saturación crítica de gas. Cuando se agota el gas, la relación gas/petróleo y la tasa de producción de petróleo disminuyen, la presión del yacimiento se reduce y la energía del yacimiento se agota.

Tapón de gasolina

En los yacimientos que ya cuentan con una capa de gas (la presión inicial ya está por debajo del punto de burbuja), esta capa se expande a medida que se agota el yacimiento, ejerciendo presión sobre las secciones líquidas. Esto ocurre si el yacimiento contiene más gas del que puede disolverse. El gas suele migrar hacia la cresta de la estructura, donde se comprime sobre la reserva de petróleo. A medida que se extrae el petróleo, la capa de gas ayuda a expulsarlo. Con el tiempo, la capa de gas desciende e infiltra el petróleo, y el pozo producirá cada vez más gas hasta que solo produzca gas.

Lo ideal es gestionar eficazmente la capa de gas, es decir, ubicar los pozos de petróleo de manera que la capa de gas no los alcance hasta que se produzca la máxima cantidad de petróleo. Además, una alta tasa de producción puede provocar que el gas migre hacia abajo, al intervalo de producción. En este caso, con el tiempo, la disminución de la presión del yacimiento no es tan pronunciada como en el caso del empuje de gas por solución. En este caso, la tasa de petróleo no disminuirá tan bruscamente, pero también dependerá de la ubicación del pozo con respecto a la capa de gas. Al igual que con otros mecanismos de empuje, se puede utilizar la inyección de agua o gas para mantener la presión del yacimiento. Cuando una capa de gas se combina con la entrada de agua, el mecanismo de recuperación puede ser altamente eficiente.

Impulso del acuífero (agua)

Debajo de los hidrocarburos puede haber agua (generalmente salada). El agua, como todos los líquidos, es compresible en cierta medida. A medida que se agotan los hidrocarburos, la disminución de la presión en el yacimiento permite que el agua se expanda ligeramente. Si bien esta expansión unitaria es mínima, si el acuífero es lo suficientemente grande, esto se traducirá en un gran aumento de volumen, que ejercerá presión sobre los hidrocarburos, manteniendo así la presión.

En un yacimiento impulsado por agua, la disminución de la presión del yacimiento es muy leve; en algunos casos, la presión del yacimiento puede permanecer inalterada. La relación gas/petróleo también se mantiene estable. El caudal de petróleo se mantendrá relativamente estable hasta que el agua llegue al pozo. Con el tiempo, el contenido de agua aumentará y el pozo se inundará. [ 28 ]

El agua puede estar presente en un acuífero (aunque rara vez se reabastece con agua superficial ). Esta agua reemplaza gradualmente el volumen de petróleo y gas extraído del pozo, siempre que la tasa de producción sea equivalente a la actividad del acuífero. Es decir, el acuífero se reabastece gracias a un aporte natural de agua. Si el agua comienza a extraerse junto con el petróleo, la tasa de recuperación puede volverse antieconómica debido a los mayores costos de extracción y eliminación de agua.

Inyección de agua y gas

Si los mecanismos naturales son insuficientes, como suele ocurrir, la presión puede mantenerse artificialmente inyectando agua en el acuífero o gas en la capa de gas.

Drenaje por gravedad

La fuerza de la gravedad hará que el petróleo se desplace hacia abajo, por encima del gas, y hacia arriba, por encima del agua. Si existe permeabilidad vertical, las tasas de recuperación podrían ser aún mejores.

Yacimientos de gas y condensado de gas

Estos procesos ocurren si las condiciones del yacimiento permiten que los hidrocarburos existan en estado gaseoso. La recuperación depende de la expansión del gas. La recuperación de un yacimiento cerrado (es decir, sin empuje de agua) es muy buena, especialmente si la presión en el fondo del pozo se reduce al mínimo (generalmente con compresores en la cabeza del pozo). Los líquidos producidos son de color claro a incoloro, con una gravedad API superior a 45. El ciclo de gas es el proceso en el que se inyecta y produce gas seco junto con líquido condensado.

Véase también

Referencias

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  2. ↑ Gillis, Gretchen. "Campo petrolífero – Glosario de campos petrolíferos de Schlumberger" . www.glossary.oilfield.slb.com . Consultado el 11 de febrero de 2020 .
  3. ↑ Li, Guoyu (2011). Atlas mundial de cuencas de petróleo y gas . Wiley-Blackwell . ISBN 978-1-4443-9005-6OCLC 707075078​​ 
  4. ↑ Staniford, Stuart (mayo de 2007). "Niveles de agotamiento en Ghawar" . www.321energy.com . Archivado del original el 29 de mayo de 2016. Consultado el 23 de noviembre de 2021 .
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