La geoquímica del petróleo es una rama de la geoquímica (la aplicación de conceptos químicos para comprender los sistemas geológicos) que se ocupa específicamente del petróleo y su origen, generación y acumulación, así como de su extracción, refinamiento y uso. [1] [2] El petróleo, también conocido como petróleo crudo, es una mezcla sólida , líquida y/o gaesosa de hidrocarburos . [3] Estos hidrocarburos provienen del enterramiento y metamorfosis de materia orgánica de hace millones de años; [4] la materia orgánica proviene de animales marinos , plantas y algas . [5] El petróleo se extrae de la Tierra (por encima o por debajo de su superficie, dependiendo de la geología de la formación), se refina y se utiliza como fuente de energía. [3]
El petróleo crudo se clasifica generalmente en cuatro tipos: ligero , pesado , dulce y agrio . [6] El petróleo es una fuente de energía no renovable (también conocida como " combustible fósil "), por lo que la eficacia de la extracción y el refinado es importante para su uso continuo; se utilizan múltiples técnicas para detectar y extraer petróleo crudo, en función de la roca madre en la que se encuentra y del tipo de petróleo en sí. [1]
El petróleo se diferencia en tipos según su gravedad según el Instituto Americano del Petróleo (API) y por la cantidad de azufre que contiene. [7]
La gravedad API de un petróleo crudo es una medida de pureza, es decir, la cantidad de impurezas , como azufre, nitrógeno u oxígeno . [8] Las impurezas aumentan la densidad del crudo. [9] [6]
Los crudos ligeros tienen cifras de gravedad API más altas, debido a que tienen menos impurezas. [9] Se utilizan más comúnmente para producir diésel y gasolina que los petróleos más pesados. [6] Debido a su menor viscosidad , es más fácil de extraer y transportar. [9]
Los crudos pesados tienen cifras de gravedad API más bajas y un mayor porcentaje de impurezas. [9] Se utilizan en la fabricación de productos más pesados, por ejemplo, asfalto [6] , y tienen una viscosidad más alta, lo que hace que sea más difícil de transportar y extraer. [9]
El grado de "dulce" o "agrio" de un petróleo crudo depende de la cantidad de azufre que contenga. [6]
El petróleo crudo "dulce" tiene un contenido de azufre más bajo [7] : menos del 0,5 %. [6] Se puede refinar para producir queroseno, diésel de alta calidad y gasolina. [6]
El petróleo crudo "agrio" tiene un alto contenido de azufre natural (al menos 0,5%). [7] Se requiere un tratamiento adicional en el proceso de refinación; [6] se eliminan las impurezas para refinar el crudo y convertirlo en gasolina. [9] Debido al mayor costo asociado, se lo suele refinar para convertirlo en fueloil y diésel, productos menos valiosos que los del petróleo crudo dulce. [9]
Los tres principales compuestos de hidrocarburos del petróleo son las parafinas , los naftenos y los aromáticos .
Los hidrocarburos parafínicos forman parte de la serie de los alcanos, [10] y son los hidrocarburos más comunes que se encuentran en el petróleo crudo. [11] Las parafinas suelen formar parte de la gasolina, lo que las hace comparativamente más valiosas. [11]
Los hidrocarburos parafínicos también se conocen como alcanos y están representados por la fórmula C n H 2n+2 , donde n es un número entero positivo. [12]
Los hidrocarburos nafténicos son hidrocarburos cíclicos saturados , [10] y son muy importantes en la refinación del petróleo crudo líquido. [11]
También conocidos como alcanos cíclicos, se representan por la fórmula C n H 2n , donde n es un número entero positivo. [13]
Los hidrocarburos aromáticos son cíclicos, [10] y son mucho menos abundantes que los otros dos compuestos hidrocarbonados principales. [11] Están representados por la fórmula C n H n , donde n es un número entero positivo. [14]
Se utilizan técnicas para encontrar la roca madre (el material sólido en el que se encuentra el petróleo), así como el tipo y la cantidad de petróleo que contiene. [1] También se utilizan para observar el tiempo y las vías de migración, que luego se utilizan para predecir cuándo y dónde se puede encontrar petróleo; [1] las fuentes de petróleo se pueden predecir si se encuentra material asociado con la roca madre. [1]
El petróleo, o evidencia de su presencia inmediata, se puede encontrar en la superficie de la Tierra. Se pueden encontrar filtraciones de petróleo cerca de una zona de falla, donde el movimiento de la corteza terrestre puede exponer la roca madre del petróleo y, por lo tanto, el petróleo crudo en sí. [15] También se pueden encontrar en el fondo del océano y se pueden encontrar mediante imágenes satelitales. [16]
Aunque no se utiliza tan comúnmente como otras técnicas en la actualidad, la destilación se utiliza en el proceso de refinación del petróleo. Implica la división del petróleo crudo en categorías de hidrocarburos y la recuperación de productos a partir del material calentado. [17] Para separar el petróleo se utiliza una torre de destilación con entre 2 y 300 platos teóricos. [16]
De manera similar al proceso de destilación, la cromatografía de gases y líquidos (conocida comúnmente como cromatografía de gases o, más simplemente, GC) utiliza una torre de destilación para separar el petróleo. Sin embargo, en comparación con los 2 a 300 platos teóricos de la destilación, la cromatografía de gases incluye más de 25 000. Esto proporciona un mayor grado de separación. [16]
Para lograr análisis más completos, se utiliza la cromatografía de gases junto con la espectrometría de masas (para hacer cromatografía de gases/espectrometría de masas, o GCMS), con espectrometría infrarroja (para hacer cromatografía de gases/espectrometría infrarroja, o GCIR) y con espectrometría de masas de relación isotópica (para hacer cromatografía de gases/espectrometría de masas de relación isotópica, o GSIRMS). [16]
Si bien el petróleo crudo de una roca madre de petróleo se separa fácilmente mediante cromatografía de gases y cromatografía de gases/espectrometría de masas, la materia orgánica encontrada no es soluble en los solventes utilizados en estas técnicas y, por lo tanto, no se puede analizar adecuadamente. La pirólisis se utiliza para caracterizar los kerógenos (hidrocarburos insolubles) [18] y los asfaltenos (solubilidad limitada en solventes comunes). [19] Existen múltiples métodos de pirólisis; los métodos de huellas dactilares, que utilizan pirólisis flash o pirólisis rápida programada a temperatura, implican una transferencia rápida del producto a la torre de cromatografía de gases. [16] Rock-Eval es un proceso comúnmente utilizado para determinar el contenido de la roca madre. [20] La pirólisis hidratada se realiza dentro del agua y a altas presiones; este método puede simular diferentes profundidades de enterramiento, demostrando las posibilidades del destino de la roca madre y el patrullero asociado. [16]
El valor de la relación isotópica a granel de los isótopos estables del petróleo representa la composición isotópica promedio de los componentes del petróleo. Los isótopos estables del carbono se utilizan a menudo en este método. Mediante este valor de relación se puede determinar si una muestra de petróleo se originó en un entorno marino o no marino, así como la distancia del método y la edad del petróleo. [16] [21]
Gracias a las técnicas mencionadas anteriormente, se encontraron biomarcadores en el petróleo y en extractos de rocas madre. Se trata de fósiles de organismos, pero de un tamaño más parecido al de las moléculas que al de las muestras visibles de la mano. Presentan la misma estructura que sus biomoléculas originales y se utilizan para identificar la materia orgánica de la que se deriva el petróleo. Los biomarcadores también se utilizan para correlacionar los petróleos y las rocas madre, determinar la madurez del petróleo, las diferencias regionales encontradas entre varias muestras y la historia de la cuenca en la que se encontraba la roca madre. [16]
Antes de que se utilizaran la cromatografía de gases y la espectrometría de masas y los biomarcadores, se utilizaba la correlación de la geología de las distintas ubicaciones para determinar cómo se relacionaban las distintas formaciones entre sí y con su entorno. Se realizaban correlaciones petróleo-petróleo (comparando el petróleo con otro petróleo encontrado localmente o en otras áreas) y correlaciones petróleo-fuente (comparando el petróleo y su fuente); la espectrometría infrarroja, los índices de refracción, la materia orgánica extraíble con solventes, la distribución de clases de compuestos y el análisis elemental son todos métodos para realizar correlaciones petróleo-fuente.