Un yacimiento de petróleo o yacimiento de petróleo y gas es una acumulación subterránea de hidrocarburos contenidos en formaciones rocosas porosas o fracturadas. Estos depósitos se forman cuando se crea kerógeno (materia vegetal antigua) en la roca circundante debido a la presencia de calor y presión elevados en la corteza terrestre .
Los yacimientos se clasifican en términos generales en yacimientos convencionales y no convencionales . En los yacimientos convencionales, los hidrocarburos de origen natural, como el petróleo crudo ( petróleo ) o el gas natural , quedan atrapados por formaciones rocosas suprayacentes con menor permeabilidad , mientras que en los yacimientos no convencionales las rocas tienen alta porosidad y baja permeabilidad, lo que mantiene a los hidrocarburos atrapados en su lugar. , por lo que no requiere una roca de tapa . Los yacimientos se encuentran utilizando métodos de exploración de hidrocarburos .
Un campo petrolero 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 campo petrolero implica que existe un beneficio económico digno de atención comercial. [1] [2] Los campos petroleros 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 áreas de yacimientos, oleoductos para transportar el petróleo a otros lugares e instalaciones de apoyo.
Los campos petroleros pueden aparecer en cualquier lugar que lo permita la geología de la roca subyacente, lo que significa que ciertos campos pueden estar lejos de la civilización, incluso en el mar. Crear una operación en un campo petrolero puede ser una tarea logísticamente compleja, ya que involucra el equipo asociado con la extracción y el transporte, así como 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 Limited , Baker Hughes y Halliburton , tienen organizaciones que se especializan en la construcción a gran escala de infraestructura para apoyar la explotación de campos petroleros.
El término "yacimiento petrolífero" puede utilizarse como abreviatura para referirse a toda la industria petrolera . Sin embargo, es más exacto dividir la industria petrolera en tres sectores: upstream ( producción de petróleo crudo a partir de pozos y separación de agua del petróleo ), midstream (transporte de petróleo crudo por oleoductos y camiones cisterna ) y downstream ( refinado de petróleo crudo para obtener productos, comercialización de productos refinados y transporte a estaciones petroleras).
Más de 65.000 yacimientos petrolíferos se encuentran dispersos por todo el mundo, en tierra y mar adentro. [3] Los más grandes son el campo Ghawar en Arabia Saudita y el campo 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 campos petroleros con reservas probadas de petróleo es un factor subyacente clave en muchos conflictos geopolíticos. [6]
El gas natural se origina mediante el mismo proceso de craqueo térmico geológico que convierte el kerógeno en petróleo. Como consecuencia de ello, el petróleo y el gas natural suelen encontrarse juntos. En el uso común, los depósitos ricos en petróleo se conocen como campos petroleros y los depósitos ricos en gas natural se denominan campos de gas natural.
En general, los sedimentos orgánicos enterrados a profundidades de 1.000 ma 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 livianos que el agua, tienden a elevarse desde sus fuentes hasta filtrarse a la superficie o quedar atrapados en una trampa estratigráfica no permeable. Se pueden extraer de la trampa mediante perforación.
El campo de gas natural más grande es el campo de gas South Pars/Asalouyeh , que se comparte entre Irán y Qatar . El segundo campo de gas natural más grande es el campo de gas de Urengoy , y el tercero es el campo de gas de Yamburg , ambos en Rusia .
Al igual que el petróleo, el gas natural se encuentra a menudo bajo el agua en campos de gas marinos como el Mar del Norte , el campo 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 campos terrestres. Utiliza unas pocas plataformas de perforación marinas muy grandes , debido al coste y a las dificultades logísticas de trabajar sobre el agua.
El aumento de los precios del gas a principios del siglo XXI alentó a los perforadores a volver a visitar campos 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 sitio de Blackbeard en el Golfo de México. [7] La plataforma de perforación de Exxon Mobil allí había alcanzado los 30.000 pies en 2006, sin encontrar gas, antes de abandonar el sitio.
El petróleo crudo se encuentra en todos los yacimientos de petróleo formados en la corteza terrestre a partir de restos de seres que alguna vez estuvieron 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, cuando muere, cae al fondo, y estos organismos serán la fuente de nuestro petróleo y gas. Cuando quedan enterradas 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 transforma en hidrocarburos líquidos que se mueven y migran, 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, un lago, un arrecife de coral o una capa de algas , la formación de un yacimiento de petróleo o gas también requiere una cuenca sedimentaria que pasa por cuatro pasos: [9]
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 resultaron con éxito en la formación de más de 150 campos petrolíferos. [10]
Aunque el proceso es generalmente el mismo, varios factores ambientales conducen a la creación de una amplia variedad de embalses. Los embalses existen en cualquier lugar desde la superficie terrestre hasta 30.000 pies (9.000 m) 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 campo importante 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 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 formación de la trampa en relación con el de la generación y migración del petróleo es crucial para garantizar que se pueda formar un reservorio. [13]
Los geólogos petroleros clasifican ampliamente 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 captura para muchos yacimientos de petróleo tienen características de varias categorías y pueden conocerse como trampa combinada. Las trampas se describen como trampas estructurales (en estratos deformados, como pliegues y fallas) o trampas estratigráficas (en áreas donde cambian los tipos de rocas, como discordancias, pellizcos y arrecifes).
Las trampas estructurales se forman como resultado de cambios en la estructura del subsuelo a partir de procesos como plegamiento 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 de sal . Son más fáciles de delinear y más prospectivos que sus contrapartes estratigráficas, ya que la mayoría de las reservas mundiales de petróleo se encuentran en trampas estructurales.
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Las trampas estratigráficas se forman como resultado de variaciones laterales y verticales en el espesor, textura, porosidad o litología de la roca yacimiento. Ejemplos de este tipo de trampa son una trampa de discordancia, una trampa de lente y una trampa de arrecife. [17]
Las trampas hidrodinámicas son un tipo de trampa mucho menos común. [18] Son causados 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 conocido como 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 migratorios. No permiten que los fluidos migren a través de ellos hasta que se altere 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 el diferencial de presión a través del sello exceda la presión de desplazamiento umbral, lo que permitirá que los fluidos migren a través de los espacios porosos del sello. Fugará lo suficiente como para reducir el diferencial de presión por debajo de la presión de desplazamiento y se volverá a sellar. [20]
Un sello hidráulico ocurre en rocas que tienen una presión de desplazamiento significativamente mayor, 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 (petróleo y gas) son acumulaciones en las que las fases de petróleo y gas están estrechamente unidas a la estructura rocosa 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 es que no tienen "trampas". Este tipo de yacimiento también se puede impulsar de una manera única, ya que la flotabilidad podría no ser la fuerza impulsora para 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 debajo de una roca de capa. Las arenas bituminosas son un ejemplo de yacimiento de petróleo no convencional. [22]
Los yacimientos no convencionales y su petróleo no convencional asociado abarcan un amplio espectro de técnicas de extracción y refinamiento 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 sus ventajas y desventajas, ya que los mayores costos de posproducción asociados con la extracción completa y limpia de petróleo son un factor a considerar para una empresa interesada en buscar un yacimiento. Los relaves también quedan atrás, lo que aumenta los costos de limpieza. A pesar de estas compensaciones, la búsqueda de petróleo no convencional se está produciendo a un ritmo mayor debido a la escasez de yacimientos convencionales en todo el mundo.
Después del descubrimiento de un yacimiento, un ingeniero petrolero buscará tener una mejor idea de la acumulación. En un ejemplo simple de libro de texto de un yacimiento uniforme, la primera etapa es realizar un estudio sísmico para determinar el posible tamaño de la trampa. Los pozos de evaluación se pueden utilizar para determinar la ubicación del contacto petróleo-agua y con ello la altura de las arenas petrolíferas. A menudo, junto con datos sísmicos, es posible estimar el volumen de un yacimiento que contiene petróleo.
El siguiente paso es utilizar información de pozos de evaluación para estimar la porosidad de la roca. La porosidad de un campo petrolero, o el porcentaje del volumen total que contiene fluidos en lugar de roca sólida, es del 20 al 35% o menos. Puede dar información sobre la capacidad real. Las pruebas de laboratorio pueden determinar las características de los fluidos del yacimiento, particularmente el factor de expansión del petróleo, o cuánto se expande el petróleo cuando se lleva desde la alta presión y alta temperatura del yacimiento a un "tanque de almacenamiento" en la superficie.
Con dicha información, es posible estimar cuántos barriles de petróleo "de reserva" se encuentran en el yacimiento. Este tipo de aceite se denomina aceite de tanque de reserva inicialmente en su lugar . Como resultado del estudio de factores como la permeabilidad de la roca (con qué facilidad 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 lugar se puede esperar razonablemente que sea producido. El factor de recuperación suele ser del 30 al 35 %, lo que da un valor de los recursos recuperables. [24]
La dificultad es que los reservorios no son uniformes. Tienen porosidades y permeabilidades variables y pueden estar compartimentadas, con fracturas y fallas que las rompen y complican el flujo de fluidos. Por esta razón, a menudo se llevan a cabo modelos informáticos de yacimientos económicamente viables. Geólogos, geofísicos e ingenieros de yacimientos trabajan juntos para construir un modelo que permita la simulación del flujo de fluidos en el yacimiento, lo que lleva a una mejor estimación de los recursos recuperables.
Las reservas son sólo la parte de aquellos 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 el valor de los activos, generalmente sigue un conjunto estricto de reglas o pautas.
Para obtener el contenido del yacimiento de petróleo suele ser necesario perforar la corteza terrestre, aunque existen filtraciones de petróleo en la superficie en algunas partes del mundo, como La Brea Tar Pits 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 del fluido y de la roca, la geometría del yacimiento, el tipo de pozo, el número de pozos, la ubicación de los pozos, el concepto de desarrollo y 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 presión suficiente para empujar los hidrocarburos a la superficie. A medida que se producen los fluidos, la presión a menudo disminuirá y la producción fallará. El depósito puede responder a la extracción de fluido de una manera que tienda a mantener la presión. Pueden ser necesarios métodos de impulso artificial.
Este mecanismo (también conocido como impulso 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 depósito 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 tapa de gasolina empuja hacia abajo el líquido ayudando 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 baja arriba 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. Luego, las burbujas alcanzan una 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 superficie del petróleo y formar una capa de gas secundaria. Parte de la energía puede ser suministrada por agua, gas en agua o roca comprimida. 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 los motores 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 disminuyen, la presión del yacimiento se reduce y la energía del yacimiento se agota.
En los yacimientos que ya tienen una capa de gas (la presión virgen ya está por debajo del punto de burbuja), la capa de gas se expande con el agotamiento del yacimiento, empujando hacia abajo las secciones de líquido aplicando presión adicional. Está presente en el yacimiento si hay más gas del que se puede disolver en el yacimiento. El gas suele migrar a la cresta de la estructura. Se comprime encima de la reserva de aceite y, a medida que se produce el aceite, la tapa ayuda a expulsar el aceite. Con el tiempo, la capa de gas baja e infiltra el petróleo, y el pozo producirá más y más gas hasta que produzca solo gas.
Lo mejor es gestionar la capa de gas de manera efectiva, es decir, colocar los pozos de petróleo de manera que la capa de gas no los alcance hasta que se produzca la cantidad máxima de petróleo. Además, una tasa de producción alta puede hacer que el gas migre hacia abajo en el intervalo de producción. En este caso, con el tiempo el agotamiento de la presión del yacimiento no es tan pronunciado como en el caso del impulso de gas basado en solución. En este caso, el precio del petróleo no disminuirá tan abruptamente, sino que dependerá también de la ubicación del pozo con respecto a la capa de gas. Al igual que con otros mecanismos de accionamiento, 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 ocurre con todos los líquidos, se puede comprimir en un pequeño grado. A medida que los hidrocarburos se agotan, 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, lo que empujará a los hidrocarburos hacia arriba, manteniendo la presión.
Con un depósito impulsado por agua, la disminución de la presión del depósito es muy leve; en algunos casos, la presión del yacimiento puede permanecer sin cambios. La relación gas/petróleo también se mantiene estable. La tasa de petróleo permanecerá bastante estable hasta que el agua llegue al pozo. Con el tiempo, el corte de agua aumentará y el pozo quedará regado. [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 alguna afluencia natural de agua. Si el agua comienza a producirse junto con el petróleo, la tasa de recuperación puede resultar antieconómica debido a los mayores costos de extracción y eliminación del agua.
Si los impulsos naturales son insuficientes, como ocurre muy a menudo, entonces la presión se puede mantener artificialmente inyectando agua en el acuífero o gas en el casquete de gas.
La fuerza de gravedad hará que el petróleo se mueva hacia abajo del gas y hacia arriba del agua. Si existe permeabilidad vertical, las tasas de recuperación pueden ser incluso mejores.
Estos ocurren 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 accionamiento de agua) es muy buena, especialmente si la presión en el fondo del pozo se reduce al mínimo (generalmente se hace con compresores en la boca del pozo). Todos los líquidos producidos son de color claro a incoloro, con una gravedad superior a 45 API. El ciclo del gas es el proceso en el que se inyecta y produce gas seco junto con el líquido condensado.
