Yacimiento de petróleo

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

Los yacimientos se clasifican en general como convencionales y no convencionales . En los yacimientos convencionales, los hidrocarburos naturales, como el petróleo crudo o el gas natural , quedan atrapados en formaciones rocosas suprayacentes con menor permeabilidad , mientras que en los yacimientos no convencionales las rocas tienen alta porosidad y baja permeabilidad, lo que mantiene los hidrocarburos atrapados en su lugar, por lo que no requieren una roca de cubierta . Los yacimientos se encuentran utilizando métodos de exploración de hidrocarburos .

Un yacimiento petrolífero es un área de petróleo líquido acumulado bajo tierra en múltiples yacimientos (potencialmente vinculados), atrapado a medida que asciende hacia formaciones rocosas impermeables. En términos industriales, un yacimiento petrolífero implica que existe un beneficio económico digno de atención comercial. ^{[1] [2]} Los yacimientos petrolíferos pueden extenderse hasta varios cientos de kilómetros a través de la superficie, lo que significa que los esfuerzos de extracción pueden ser grandes y extenderse por toda el área. Además del equipo de extracción, puede haber pozos exploratorios que sondeen los bordes para encontrar más área de yacimiento, tuberías para transportar el petróleo a otro lugar e instalaciones de apoyo.

Los yacimientos petrolíferos pueden estar en cualquier lugar que lo permita la geología de la roca subyacente, lo que significa que ciertos yacimientos pueden estar muy alejados de la civilización, incluso en el mar. Crear una operación en un yacimiento petrolífero puede ser una tarea logísticamente compleja, ya que involucra el equipo asociado con la extracción y el transporte, así como la infraestructura como carreteras y viviendas para los trabajadores. Esta infraestructura debe diseñarse teniendo en cuenta la vida útil del yacimiento petrolífero, ya que la producción puede durar muchos años. Varias empresas, como Hill International , Bechtel , Esso , Weatherford International , Schlumberger , Baker Hughes y Halliburton , tienen organizaciones que se especializan en la construcción a gran escala de la infraestructura para respaldar la explotación de yacimientos petrolíferos.

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

Hay más de 65.000 yacimientos petrolíferos repartidos por todo el mundo, tanto en tierra como en alta mar. ^[3] Los más grandes son el yacimiento Ghawar en Arabia Saudita y el yacimiento Burgan en Kuwait , con más de 66 a 104 mil millones de barriles (9,5×10 ⁹ m ³ ) estimados en 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]

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

En general, los sedimentos orgánicos enterrados a profundidades de 1.000 m a 6.000 m (a temperaturas de 60 ° C a 150 °C) generan petróleo, mientras que los sedimentos enterrados a mayor profundidad y a temperaturas más altas generan gas natural. Cuanto más profunda sea la fuente, más "seco" será el gas (es decir, menor será la proporción de condensados ​​en el gas). Debido a que tanto el petróleo como el gas natural son más ligeros que el agua, tienden a ascender desde sus fuentes hasta que se filtran a la superficie o quedan atrapados en una trampa estratigráfica no permeable. Se pueden extraer de la trampa mediante perforación.

El mayor yacimiento de gas natural es el de South Pars/Asalouyeh , compartido entre Irán y Qatar . El segundo yacimiento de gas natural 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 de gas en alta mar, como el del Mar del Norte , el yacimiento de gas Corrib frente a 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 unas pocas plataformas de perforación en alta mar de gran tamaño , debido al coste y las dificultades logísticas de trabajar sobre el agua.

El aumento de los precios del gas a principios del siglo XXI animó a los perforadores 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 (9.754 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 allí había alcanzado los 30.000 pies en 2006, sin encontrar gas, antes de abandonar el yacimiento.

El petróleo crudo se encuentra en todos los yacimientos de petróleo formados en la corteza terrestre a partir de los restos de seres vivos. Hay pruebas de 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 petrolíferos 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, caen al fondo, y estos organismos van a ser la fuente de nuestro petróleo y gas. Cuando quedan enterrados con el sedimento acumulado y alcanzan una temperatura adecuada, algo por encima de los 50 a 70 °C, comienzan a cocinarse. Esta transformación, este cambio, los convierte en hidrocarburos líquidos que se mueven y migran, y se convertirán en nuestro depósito de petróleo y gas. ^[8]

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

• Entierro profundo bajo arena y barro
• Cocción a presión
• Migración de hidrocarburos desde la fuente hasta la roca del yacimiento
• Atrapamiento en roca impermeable

El tiempo también es una consideración importante; se sugiere que el valle del río Ohio podría haber tenido tanto petróleo como el Medio Oriente en algún momento, pero que se escapó 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 con éxito la formación de más de 150 campos petrolíferos. ^[10]

Aunque el proceso es generalmente el mismo, diversos factores ambientales conducen a la creación de una amplia variedad de yacimientos. Los yacimientos existen en cualquier lugar desde la superficie terrestre hasta 30.000 pies (9.000 m) por debajo de la superficie y tienen una variedad de 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 el contenido de petróleo y las propiedades físicas como la conectividad de fracturas , la conectividad de poros y la porosidad de la roca . ^[12]

Una trampa se forma cuando las fuerzas de flotabilidad que impulsan la migración ascendente de hidrocarburos a través de una roca permeable no pueden superar las fuerzas capilares de un medio de sellado. El momento de la formación de la trampa en relación con el de la generación y migración del petróleo es crucial para garantizar que se pueda formar un yacimiento. ^[13]

Los geólogos petroleros clasifican las trampas en tres categorías, en función de sus características geológicas: la trampa estructural, la trampa estratigráfica y la mucho menos común trampa hidrodinámica . ^[14] Los mecanismos de captura 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 los tipos de roca cambian, como discordancias, pinzamientos y arrecifes).

Las trampas estructurales se forman como resultado de cambios en la estructura del subsuelo a partir de procesos como plegamientos y fallas , que conducen 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 delinear y más prospectivas que sus contrapartes estratigráficas, y la mayoría de las reservas de petróleo del mundo se encuentran en trampas estructurales.

• Trampas estructurales | azul: roca madre , amarillo: roca reservorio, verde: roca de cubierta , rojo: hidrocarburos
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  Trampa estructural dentro de un anticlinal
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  Trampa estructural a lo largo de un plano de falla
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  Trampa estructural-estratigráfica en un bloque inclinado recubierto de lutitas

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 del yacimiento. Ejemplos de este tipo de trampas son la trampa de discordancia, la trampa de lente y la trampa de arrecife. ^[17]

• Trampas estratigráficas | azul: roca madre , amarillo: roca reservorio, verde: roca de cubierta , rojo: hidrocarburos
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  Trampa estratigráfica bajo una discordancia
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  Trampa estratigráfica en un arrecife de coral fosilizado (amarillo) sellada por lutitas (verde)
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  Trampa estratigráfica alrededor de un domo de sal evaporítica (rosa)

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 de agua, creando una inclinación del contacto hidrocarburo-agua.

El sello (también llamado roca de tapa) es una parte fundamental de la trampa que evita que los hidrocarburos sigan migrando hacia arriba. Un sello capilar se forma cuando la presión capilar a través de las gargantas de los poros es mayor o igual a la presión de flotabilidad de los hidrocarburos migrantes. No permiten que los fluidos migren a través de ellos hasta que se altera su integridad, lo que provoca fugas. Existen dos tipos de sello capilar ^[19] cuyas clasificaciones se basan en el mecanismo preferencial de fuga: el sello hidráulico y el sello de membrana.

Un sello de membrana tendrá fugas siempre que la diferencia de presión a través del sello exceda la presión de desplazamiento umbral, lo que permite que los fluidos migren a través de los espacios porosos en el sello. Se producirán fugas lo suficiente para que la diferencia de presión sea inferior a la presión de desplazamiento y se vuelva a sellar. ^[20]

Un sello hidráulico se produce en rocas que tienen una presión de desplazamiento significativamente más alta, de modo que la presión requerida para la fractura por tensión es en realidad menor que la presión requerida para el desplazamiento del fluido, por ejemplo, en evaporitas o lutitas muy compactas. La roca se fracturará cuando la presión de poro sea mayor que su tensión mínima y su resistencia a la tracción, y luego se volverá a sellar cuando la presión se reduzca y las fracturas se cierren.

Los yacimientos no convencionales (de petróleo y gas) son acumulaciones en las que las fases de petróleo y gas están estrechamente unidas 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, siendo la principal diferencia que no tienen "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 tales 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 debajo de una roca de cubierta. Las arenas petrolíferas son un ejemplo de yacimiento de petróleo no convencional. ^[22]

Los yacimientos no convencionales y el petróleo no convencional asociado a ellos abarcan un amplio espectro de técnicas de extracción y refinación de petróleo, así como muchas fuentes diferentes. ^[23] Dado que el petróleo está contenido dentro de la roca madre, los yacimientos no convencionales requieren que la entidad extractora funcione como una operación minera en lugar de perforar y bombear como un yacimiento convencional. Esto tiene desventajas, ya que los costos de posproducción más altos asociados con la extracción completa y limpia del petróleo son un factor a considerar para una empresa interesada en explotar un yacimiento. También se dejan relaves , lo que aumenta los costos de limpieza. A pesar de estas desventajas, el petróleo no convencional se está explotando a un ritmo mayor debido a la escasez de yacimientos convencionales en todo el mundo.

Después de descubrir un yacimiento, un ingeniero petrolero intentará hacerse una idea más clara de la acumulación. En un ejemplo sencillo de un yacimiento uniforme, la primera etapa consiste en realizar un estudio sísmico para determinar el posible tamaño de la trampa. Se pueden utilizar pozos de evaluación para determinar la ubicación del contacto agua-petróleo y, con ello, la altura de las arenas petrolíferas. A menudo, junto con los datos sísmicos, es posible estimar el volumen de un yacimiento petrolífero.

El siguiente paso es utilizar la información de los pozos de evaluación para estimar la porosidad de la roca. La porosidad de un yacimiento petrolífero, o el porcentaje del volumen total que contiene fluidos en lugar de roca sólida, es del 20 al 35 % o menos. Puede brindar 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, o cuánto se expande el petróleo cuando se lo lleva desde la alta presión y temperatura del yacimiento hasta un "tanque de almacenamiento" en la superficie.

Con esta información, es posible estimar cuántos barriles de petróleo "de reserva" se encuentran en el yacimiento. Este petróleo se denomina petróleo de reserva inicialmente en el yacimiento . Como resultado del estudio de factores como la permeabilidad de la roca (la facilidad con la que los fluidos pueden fluir a través de la roca) y los posibles mecanismos de impulso, es posible estimar el factor de recuperación, o qué proporción de petróleo en el yacimiento se puede esperar razonablemente que se produzca. El factor de recuperación es comúnmente del 30 al 35%, lo que da un valor para los recursos recuperables. ^[24]

La dificultad es que los yacimientos no son uniformes. Tienen porosidades y permeabilidades variables y pueden estar compartimentados, con fracturas y fallas que los dividen y complican el flujo de fluidos. Por este motivo, a menudo se realizan modelos informáticos de yacimientos económicamente viables. Geólogos, geofísicos e ingenieros de yacimientos trabajan juntos para construir un modelo que permita simular el flujo de fluidos en el yacimiento, lo que conduce a una mejor estimación de los recursos recuperables.

Las reservas son sólo la parte de los recursos recuperables que se desarrollarán a través de proyectos de desarrollo identificados y aprobados. Debido a que la evaluación de las reservas tiene un impacto directo en la empresa o en el valor de los activos, suele seguir un conjunto estricto de reglas o pautas.

Para obtener el contenido del yacimiento de petróleo, generalmente es necesario perforar la corteza terrestre, aunque existen filtraciones de petróleo superficiales 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 operativa. ^{[24] [25]}

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

Un yacimiento virgen puede estar bajo suficiente presión como para impulsar los hidrocarburos a la superficie. A medida que se producen los fluidos, la presión suele disminuir y la producción se tambalea. El yacimiento puede responder a la extracción de fluido de una manera que tienda a mantener la presión. Puede ser necesario utilizar métodos de extracción artificial.

Este mecanismo (también conocido como mecanismo de agotamiento) depende del gas asociado al petróleo. El yacimiento virgen puede ser completamente semilíquido, pero se espera que tenga hidrocarburos gaseosos en solución debido a la presión. A medida que el yacimiento se agota, la presión cae por debajo del punto de burbuja y el gas sale de la solución para formar una capa de gas en la parte superior. Esta capa de gas empuja hacia abajo el líquido, lo que ayuda a mantener la presión.

Esto ocurre cuando el gas natural se encuentra en una capa debajo del petróleo. Cuando se perfora el pozo, la presión reducida en la parte superior significa que el petróleo se expande. A medida que se reduce la presión, alcanza el punto de burbuja y, posteriormente, las burbujas de gas impulsan el petróleo a 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, se agota la fuente de energía. 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 ser suministrada por agua, gas en agua o roca comprimida. Estas suelen ser contribuciones menores con respecto a la expansión de los hidrocarburos.

Si se gestionan adecuadamente las tasas de producción, se pueden obtener mayores beneficios de las unidades de gas en solución. 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 son estables hasta que la presión del yacimiento cae por debajo del punto de burbuja, cuando se alcanza la saturación crítica de gas. Cuando se agota el gas, la relación gas/petróleo y la tasa de petróleo caen, la presión del yacimiento se ha reducido y la energía del yacimiento se ha agotado.

En los yacimientos que ya tienen una tapa de gas (la presión virgen ya está por debajo del punto de burbuja), la tapa de gas se expande con el agotamiento del yacimiento, empujando hacia abajo las secciones líquidas y aplicando presión adicional. Esto está presente en el yacimiento si hay más gas del que se puede disolver en el yacimiento. El gas a menudo migrará a la cresta de la estructura. Se comprime sobre la parte superior de la reserva de petróleo; a medida que se produce el petróleo, la tapa ayuda a expulsar el petróleo. Con el tiempo, la tapa de gas se mueve hacia abajo e infiltra el petróleo, y el pozo producirá cada vez más gas hasta que solo produzca gas.

Lo mejor es gestionar la capa de gas de manera eficaz, es decir, situar los pozos petrolíferos de forma que la capa de gas no los alcance hasta que se haya producido la cantidad máxima de petróleo. Además, una tasa de producción elevada puede provocar que el gas migre hacia abajo, al intervalo de producción. En este caso, con el tiempo, la pérdida de presión del yacimiento no es tan pronunciada como en el caso de la extracción de gas basada en solución. En este caso, la tasa de extracción de petróleo no disminuirá tan abruptamente, sino que dependerá también de la colocación del pozo con respecto a la capa de gas. Al igual que con otros mecanismos de extracción, 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 muy eficiente.

Puede haber agua (normalmente salada) debajo de los hidrocarburos. El agua, como todos los líquidos, es comprimible en un pequeño grado. A medida que se agotan los hidrocarburos, la reducción de la presión en el yacimiento permite que el agua se expanda ligeramente. Aunque esta expansión unitaria es mínima, si el acuífero es lo suficientemente grande, esto se traducirá en un gran aumento de volumen, que empujará hacia arriba los hidrocarburos, manteniendo 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 sin cambios. La relación gas/petróleo también permanece estable. El caudal de petróleo se mantendrá bastante estable hasta que el agua llegue al pozo. Con el tiempo, el corte de agua aumentará y el pozo se llenará de agua. ^[27]

El agua puede estar presente en un acuífero (pero rara vez en uno que se repone con agua superficial ). Esta agua reemplaza gradualmente el volumen de petróleo y gas que se produce en el pozo, dado que la tasa de producción es equivalente a la actividad del acuífero. Es decir, el acuífero se está reponiendo a partir de algún influjo natural de agua. Si el agua comienza a producirse junto con el petróleo, la tasa de recuperación puede volverse antieconómica debido a los mayores costos de extracción y eliminación del agua.

Si los impulsos naturales son insuficientes, como sucede muy a menudo, la presión se puede mantener artificialmente inyectando agua en el acuífero o gas en la capa de gas.

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

Estos se producen si las condiciones del yacimiento permiten que los hidrocarburos existan como gas. La recuperación es una cuestión de expansión del gas. La recuperación de un yacimiento cerrado (es decir, sin impulsión de agua) es muy buena, especialmente si la presión del fondo del pozo se reduce al mínimo (generalmente se hace con compresores en la boca del pozo). Los líquidos producidos son de color claro a incoloros, con una gravedad superior a 45 API. El ciclado de gas es el proceso en el que se inyecta y produce gas seco junto con líquido condensado.