Capitulo iv

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOUNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y

METALÚRGICAMETALÚRGICA

Ing. Georges Florencio LLERENA PEREDO.Ing. Georges Florencio LLERENA PEREDO.

GEOLOGÍA DEL PETROLEOGEOLOGÍA DEL PETROLEO

Capitulo IVCapitulo IV

Trampas petrolíferasTrampas petrolíferas

CAP IV . CAP IV . trampa petrolíferatrampa petrolífera o o trampa de petróleotrampa de petróleo

es una estructura geológica que hace posible la acumulación y es una estructura geológica que hace posible la acumulación y concentración del concentración del petróleo, manteniéndolo atrapado y sin , manteniéndolo atrapado y sin posibilidad de escapar de los poros de una roca permeable posibilidad de escapar de los poros de una roca permeable subterránea. El petróleo así acumulado constituye un subterránea. El petróleo así acumulado constituye un yacimiento petrolífero secundario y la roca cuyos poros lo secundario y la roca cuyos poros lo contienen se denomina roca almacén. El petróleo se compone de contienen se denomina roca almacén. El petróleo se compone de un conjunto de numerosas sustancias líquidas distintas, los un conjunto de numerosas sustancias líquidas distintas, los hidrocarburos, que son menos densos que el agua, por lo que , que son menos densos que el agua, por lo que tienden a flotar en ella. Esto produce un movimiento de migración tienden a flotar en ella. Esto produce un movimiento de migración del petróleo desde el momento que se forma, a partir de restos de del petróleo desde el momento que se forma, a partir de restos de plancton, hacia la superficie del suelo, viajando a través de los , hacia la superficie del suelo, viajando a través de los poros de rocas permeables. Una vez que aflora a la superficie, poros de rocas permeables. Una vez que aflora a la superficie, formando la llamada fuente o formando la llamada fuente o manantial de petróleo, va de petróleo, va desapareciendo con los años, pues los desapareciendo con los años, pues los volátiles escapan a la escapan a la atmósfera y el resto de hidrocarburos van siendo degradados por y el resto de hidrocarburos van siendo degradados por microorganismos que se alimentan de ellos, pasando de ahí al que se alimentan de ellos, pasando de ahí al resto de la resto de la cadena trófica de los de los ecosistemas..

La existencia de petróleo en una cuenca sedimentaria está ligada a Roca madre y Almacén, su acumulación en yacimiento explotable, indica la presencia de una trampa capaz de detener la migración de los hidrocarburosEn 1885, White, el padre de la teoría anticlinal de la acumulación de los hidrocarburos, fue cuando apareció el termino “trampa”, para designar las zonas más favorables para la acumulación de hidrocarburos

4.1 .-Definición de trampa, Se puede decir que toda anomalía geológica, cuyo origen tectónico (pliegue anticlinal, flexión, falla), estratigráfico (acuñamiento, arrecife) o litológico (perdida de permeabilidad), que da al techo del almacén, comprendido en su sentido más amplio de zona donde porosidad y permeabilidad desaparecen, una forma cóncava hacia la base, puede constituir una trampa. Se dirá entonces, que el almacén está cerrado.

4.2 NOCION DE CIERRE Se distingue un cierre estructural,

independiente de la presencia de petróleo o gas en el yacimiento

Cierre práctico, llamado también altura de petróleo o de gas, correspondiente al volumen realmente impregnado por los hidrocarburos

Un cierre estructural, se define como el mapa estructural de la trampa: es igual al desnivel entre el punto más alto de la trampa (techo) y la curva de nivel más bajo que se cierra alrededor de él Fig. 4.1 el cierre estructural es igual a Fs.

4.2 NOCION DE CIERRE El cierre practico, es igual al desnivel entre el

techo del almacén y la superficie de separación agua-petróleo o agua-gas. En la fig. 4.1, esta representado por Fp. Corresponde a la altura máxima de la zona impregnada, susceptible de ser atravesada por un sondeo implantado en el techo de la trampa

Fig.4.1 b y c, muestran que esta noción de cierre, definida para el caso de un pliegue anticlinal, puede ser extendida a diferentes tipos de trampas, si se consideran como cerradas sobre si mismas. Las curvas de nivel cortadas por un accidente tectónico (falla) o estratigráfico (acuñamiento del almacén)

NOCION DE CIERRE

Fig. 4.1 Cierres de Trampas

4.2 NOCION DE CIERRE

Las curvas de nivel cortadas por un accidente tectónico (falla) o estratigráfico (acuñamiento del almacén)

El conocimiento del valor del cierre estructural, permite antes de la perforación, valorar el volumen máximo del fluido, que puede ser almacenado en la trampa.

4.2 NOCION DE CIERRE

Los valores de los cierres estructurales de los yacimientos explotados, varían desde mil o más metros hasta algunas decenas de metros, en Oriente medio sobrepasan varios centenares de metros

De manera general, a las mayores acumulaciones corresponde los valores de cierre más elevados

4.2 NOCION DE CIERRE S e observa a menudo, que estructuras

muy grandes aparentemente bien cerradas, son estériles, siendo una de las causas, la fracturación que acompaña a los plegamientos intensos y destruye la estanqueidad de las coberturas

En un primer estadio de la exploración, en que es normal interesarse en las estructuras más importantes, pudiendo resultar más favorables los cierres más pequeños.

4.3 Trampas, yacimientos y campos

TRAMPA.-es el elemento geológico base, indispensable para la acomulación de hidrocarburos. Una trampa efectiva que presente un cierre estructural también importante, puede ser estéril. Por el contrario, si hay acumulación de petróleo o gas, hay necesariamente trampa

Fig. 4.2 Esquemas teóricos para indicar las distinciones entre trampas, yacimientos y campos

YACIMIENTO.-es la unidad de acumulación de hidrocarburos, representadas por un volumen continuo de terreno impregnado. La acumulación en un único yacimiento puede ser controlada por una única trampa. Ej. Caso de un almacén que presenta variaciones de permeabilidad y esta afectado por un pliegue anticlinal o por varias trampas combinadas

CAMPO.-Esta constituido por la reunión en una misma zona restringida, de varios yacimientos. Puede estar formado por un mismo tipo de trampas, como en el caso de un anticlinal que afecta a varios horizontes-almacén, netamente separados unos de otros por lechos impermeables, o por la yuxtaposición vertical u horizontal de varias trampas, que forman otros tantos yacimientos

4.4 Clasificación de las trampas CLAPP (1929) distingue:I. Estructuras anticlinales

a) Anticlinal mormalb) Pliegues geoanticlinal o levant. Regionalc) Pliegue inclinadod)

II. Estructuras sinclinales

III. Estructuras homoclinales (flexiones)

4.4 Clasificación de las trampasIV. Estructuras de domos

I. Domo en anclinalII. Domo en monoclinalIII. Domo de sal cerrado IV. Domo de sal perforanteV. Domo producido por intrusión ígnea

V. DiscordanciasVI. Arenas lenticularesVII. Gritas y cavidades

I. En calizas y dolomíasII. En margas y arcillasIII. En rocas ígneas

VIII. Estructuras debido a fallasa) En el labio elevadob) En el labio hundidoc) Cabalgamientod) Bloques fallados o horts

Wilson (1934), distingue 4 categorías:A. Almacén cerrado por una deformación local de

las capas1. Plegamiento

a) Anticlinales y domosb) Sinclinales y cuencas cerradas

2. Fallas que afectan a capas monoclinales3. Combinación de pliegues y fallas4. Intrusiones

a) De salb) De roca ígneas

5. Almacén desarrollado en fisuras

B. Almacén cerrado por variaciones de porosidad

1. En areniscas2. En calizas y dolomías3. En rocas ígneas y metamórficas4. En capas truncadas y selladas por:

a) Un recubrimientob) Hidrocarburos viscosos

C. Combinación de plegamiento local y variaciones de porosidad

D. Combinación de fallas y lenticulacion

Clasificación de trampas SANDERS (1943)I. Trampas estructurales (anticlinales y

fallas)A. NormalesB. Modificadas estratigraficamente

II. Trampas estratigráficasA. Verdaderas o simplesB. Complejas Modificadas estructuralmenteC. En el interior de una trampa estructural

III. Combinación de trampa estructural y estratigráfica

Clasificación de trampas Flandrin: (1955) clasifica trampas en:I. Trampas estructurales

1. Formas anticlinalesA. Anticlinales simples, fallados, complejos

2. FracturasA. Monoclinales falladosB. Pliegues-falla

3. DiapirosI. Domos de salII. Anticlinales diapirícos

II. Trampas paleogeográficasA. Anticlinales erosionadosB. AcuñamientosC. Relieves fósiles

III. Trampas litológicas

Clasificación de trampas Trampas Estructurales.-Intervienen

factores tectónicos, pliegues, fallas y sus combinaciones

trampas estratigráficas.- Son debidas a fenómenos de tipo litológico (perdida de permeabilidad), sedimentario (acuñamientos sedimentarios, lentejones, arrecifes) y paleogeográficos (acuñamientos de erosión)

Trampas mixtas.-Intervienen la deformaciones estructurales y las variaciones estratigráfica o litológicas

4.5 Importancia relativa de las diferentes trampas

Las diferentes trampas, no intervienen evidentemente igual, en las reservas y producciones mundiales. Las trampas anticlinales dominan ampliamente, tanto por su número, como por su volumen de las reservas y producciones obtenidas, son las más conocidas desde hace más tiempo

Reservas Campos Categoría de las trampas

Volumen en M.m3 % Número % Anticlinales Fallas Discordancias Arrecifes calcáreos Otras trampas estratigráficas Mixtas

27580 429 969 826 2513 2179

80.0 1.2 2.8 2.4 7.3 6.3

156 21 16 13 30 32

58.2 7.8 6.0 4.9

11.2 11.8

Una estadística establecida sobre 236 campos, entre los más importantes del mundo (excepto Rusia), localizados en 42 cuencas diferentes y que reúnen el 82.5% de las reservas, da la siguiente repartición:

4.6.-Trampas Estructurales En la categoría de trampas estructurales,

se sitúan:1. Las trampas formadas por pliegues

anticlinales2. Las trampas formadas por una falla, o a

menudo, por un sistemas de fallas3. Las trampas que reúnen estos dos

factores estructurales elementales donde a veces se encuentran formas muy complejas, tales como pliegues-fallas o mantos de corrimiento

4.6.1 Trampas anticlinales

Son las que corresponden más exactamente a la definición de trampa

Un pliegue anticlinal, es una deformación de las capas, que les da pendientes contrarias, divergentes a partir de la cumbre y como consecuencia, una forma cóncava hacia la base, lugar ideal para la acumulación de los hidrocarburos

a) Origen de los Anticlinales

Los anticlinales y los domos, pueden tener orígenes diferentes. Sus dimensiones y sus formas, son el resultado a la vez de la intensidad y orientación de las deformaciones, así como el espesor y naturaleza de las capas sedimentarias afectadas

a) Origen de los Anticlinales Los fenómenos creadores de las

deformaciones anticlinales, pueden agruparse en tres categorías:

1. Fenómenos orogénicos, donde predominan los esfuerzos tangenciales

2. Fenómenos epirogénicos, esencialmente verticales de los pliegues de fondo

3. Fenómenos relacionados con la constitución de las series sedimentarias ( domos de sal, compactación)

Tectónica Tangencial Los anticlinales que resultan de una

tectónica tangencial, son en general muy cerrados, estrechos y asimétricos con un buzamiento elevado, a menudo volcados y las fallas numerosas

Por el juego de la desarmonía, la estructura profunda es casi siempre más compleja que la de superficie

Frecuentemente las series plásticas están inyectadas diapíricamente en los ejes de los pliegues y fracturas

Tectónica Tangencial La intensidad de los pliegues va

decreciendo al alejarse del eje de la cadena montañosa, dando formas cada vez más suaves

Los pliegues resultantes de un esfuerzo tectónico tangencial, son estériles con más frecuencia que otros, a pesar de sus cierres, a veces muy importantes, debido a que aparecen tardíamente en la historia geológica de la cuenca

Tectónica Salina La ascensión de la sal a través de los

terrenos más jóvenes, produce deformaciones en domo anticlinal, acompañada de numerosas fallas y anomalías estratigráficas, creando así trampas diversas

Muy a manudo aparecen accidentados por fallas de importancia variable, que comparten la estructura, cuando el salto de falla es pequeño son imposibles de descubrirlas

Fig. 4.4 Yacimiento de Parentis, Francia. Isobatas del techo de la zona R-1

4.6.2. Trampas por Fallas Un sistema de fallas que se enlazan,

que afectan un monoclinal, pueden crear una trampa, al colocar los horizontes almacén en contacto con un terreno impermeable

Son muy pocos los yacimientos, cuya trampa no está afectada por fracturas

Su papel en la repartición de los fluidos, es esencialmente función del valor del desplazamiento en relación al espesor del almacén o la cobertura

a) Diferentes tipos de Fallas, sus orígenes

Las normales e inversas ofrecen desplazamientos verticales, y las de cizalladura un desplazamiento horizontal

Las de cizalladura no parecen jugar papel importante en la creación de trampas

Las normales, parecen ser el resultado de un fenómeno de hundimiento, por distensión, sin intervención de movimiento tangencial en la cobertura sedimentaria

a) Diferentes tipos de Fallas, sus orígenes

Las fallas normales, aparecen también en las series sedimentarias muy potentes; por encima y en las proximidades de los domos de sal

Las fallas inversas, están ligadas a acciones orogénicas, se encuentran es zonas plegadas o en sus proximidades inmediatas

a) Mapa esquemático de los campos de petróleo y gas, ligados a las fallas de Mexia y de Tehuacana

b) Mapa estructural del horizonte productivo de Woodbine

Yacimientos en trampas de fallas normales

En la zona fallada de Nexia, forma parte de un grupo de una docena de yacimientos alineados, sobre más de 300Km.

El yacimiento de Richland, tejas, está atrapado en las areniscas Cretácicas de Woodbine, en su contacto con la creta de Agustín fig 4.5

Fig. 4.5 Yacimiento de Richland, Tejas c) Corte NW - SE

El campo de Pechelbronn, en la fosa de alsaciana, presente a numerosas trampas por fallas normales en las series Oligocenas de relleno de fosa

Las fallas forman un sistema complejo en relación con la gran falla renana. Los cierres se han creado por las ondulaciones locales de las series o por la intersección de las fallas o por las variaciones de dirección de las superficies de fallas

Fig. 4.6 Cortes parciales a través del campo de Pechelbronn, Francia

En el campo de Creole, en el golfo de México, muestra una serie de trampas formadas por fallas normales de reajuste, por encima de un domo de sal profundo

Una observación de tipo general, es que las fallas normales, son raramente verticales, buzando entre 65º y 70º, siempre en la dirección de l labio hundido

Fig. 4.7 Corte a través del campo Creole, Golfo de Méjico

Yacimientos en fallas inversas

Las trampas formadas en fallas inversas, cuyo cierre está asegurado por un recubrimiento más o menos oblicua que coloca una formación impermeable sobre el almacén, son menos común que las formadas por fallas normales

Aparecen en regiones fuertemente tectonizadas de estructura compleja, donde las fallas no juegan un papel importante, sino que representan accidentes locales que dividen al almacén en compartimientos

En el campo de Starogroznensk, en el borde Norte del Cáucaso, donde la trampa esta formada por las capas del Neógeno superior levantadas a veces volcadas y cubiertas por formaciones más antiguas del Neógeno cabalgante

Fig. 4.8 Cortes geológicos transversales del campo de Starogroznensk U.R.S.S.

Las trampas del campo de Moreni-Bana, en los Carpatos Rumanos, están ligados también a una falla inversa que trunca los horizontes-almacén del Meotiense y los pone en contacto con una masa salina impermeable, inyectada en el núcleo de un pliegue diapírico agudo

Los yacimientos en fallas inversas, se conocen también en otras regiones de tectónica más tranquila

Fig. 4.9 Campo de Moreni-Bana, Rumania

4.6.3.Trampas que combinan fallas y anticlinales

La mayor parte de los yacimientos en trampas estructurales presentan a la vez, pliegues y fallas. Las fallas en la acumulación suele ser menor, quedando limitado a una compartición del yacimiento

Los sistemas de fallas que pueden afectar a un pliegue son:

Transversales fallas perpendiculares a los ejes anticlinales

Longitudinales, fallas paralelas al eje anticlinalRadiales, para el caso de un domo

Trampa anticlinal de fallas transversales u oblicuas

El yacimiento de Bentheim de Alemania, está formado por un anticlinal, recortado por 7 fallas transversales que delimitan tres paneles principales, oeste, medio y este

Fig. 4.10 Yacimiento de Gas de Bentheim, Alemania

Trampa anticlinal con fallas longitudinales

En Edjeleh, en el Sahara oriental los hidrocarburos están atrapados en un anticlinal alargado, accidentado en su flanco Este por un sistema de fallas normales, sensiblemente paralelas al eje de la estructura y que hunden el labio oriental, varios centenares de metros

Es un yacimiento con varios horizontes-almacén superpuestos en el Carbonífero, Devónico e incluso Cambrico-Ordovícico

Fig. 4.11 Campo de Déjele Saharaa) Corte Transversal b) Isobatas del techo del

almacén D2

En Tuner Valley, Canadá, está representado por una falla inversa cabalgante

La trampa es de tipo anticlinal y las fallas no juegan ningún papel importante a la acumulación de hidrocarburos

Son características de las series sedimentarias potentes despegadas del zócalo y afectadas por una tectónica de cobertura. Las desarmonías internas son frecuentes si no generales, y las inyecciones diapíricas, salinas o arcillosas

Fig. 4.12 Corte a través del campo de Turner Valley, Canadá

En Trinidad, campo de East-Penal, muestra un conjunto de trampas formadas en condiciones complejas

Las series arcillosa y arenosas, Miocenas, dibujan un pliegue falla deformado después del cabalgamiento, ocupado en su núcleo por una masa arcillosa diapírica, que aflora a 2Km. de la línea del corte hacia el Este

Fig. 4.13 Campo de Eats – Penal,

Trinidad

Trampas formadas en condiciones tectónicas complejas

Los fenómenos orogénicos que conducen a la formación de tales estructuras producen más a menudo una dispersión que una concentración de hidrocarburos. Pertenecen a esta categoría dos yacimientos: Oued Gueterini en Argelia y Boryslaw en Polonia

En el primero el petróleo esta atrapado en la calizas Eocenas escamadas y embaladas en un manto de deslizamiento formado por las margas del Cretáceo y Eoceno, reposando sobre una serie Miocena autóctona

Fig. 4.14 Campo de Oled Gueterini, Argelia

Trampas formadas en condiciones tectónicas complejas

En Boryslaw, se han reconocido tres unidades tectónicas, apiladas una sobre otra

Algunos pozos, han encontrado sucesivamente el cretácico superior, el Cretácico inferior, a continuación nuevamente el Eoceno, Cretácico superior e inferior y finalmente el Mioceno y Oligoceno inferior

En los 2 casos los yacimientos han sido descubiertos por indicios superficiales

Fig. 4.15 Campo de Borislaw, Cárpatos

4.6.4 Exploración de las trampas estructurales

Son la más fáciles de reconocer y explorar

En las primeras fases de la investigación, son los únicos objetivos posibles para los sondeos

Fig. 4.16 Anticlinal de Black Mountain, Wyoming

Fig. 4.17 Yacimiento de Naft-Safid, Irán

Fig. 4.18 Mapas estructurales de un sector del centro de Wyoming, mostrando: a) Los campos conocidos en 1948. b)

Los campos descubiertos entre 1948 y 1958.

Fig. 4.19 Esquema de los principales tipos de trampas estratigráficas.

Fig. 4.20 Corte a través del campo de RIVERDALE, California.

Fig. 4.21 Campo de SCHULER, Arkansas. Corte detallado NW-SE, de la “Morgan Zone”.

Fig. 4.22 Yacimientos de BUSCH City, Kansas.

Fig. 4.23 Campo de VELMA, Oklahoma. Curvas granulométricas de las arenas de Springer.

Fig. 4.24 Campo de CAZAUX, Francia. Bloque diagrama que muestra la imbricación de los cuerpos areniscosos conglomeráticos del Albense.

Fig. 4.25 Región de VILLEMER, Francia. Corte del techo del Dogger.

Fig. 4.26 Corte esquemático a través de un arrecife actual

Fig. 4.27 Corte de un arrecife antiguo, EL CAPITAN, Nuevo México

Fig. 4.28 Migración de los arrecifes.a) Arrecife transgresivo. b) Arrecife regresivo

Fig. 4.29 Corte del campo de SCURRY, Oeste de Tejas.

Fig. 4.30 Corte del campo de SCURRY, SNAYDER Tejas.

Fig. 4.31 Campo de PAGE, Tejas.

Fig. 4.32 Campo de LYTTON, Tejas.

Fig. 4.33 Yacimiento de DEEP RIVER, Michigan.

a) Mapa estructural del techo de la caliza de Rogers City

b) Corte esquemático de la zona productora

Fig. 4.34 Yacimiento de APCO, Tejas.a) Mapa paleogeográfico bajo la discordancia del Pérmicob) Corte NW-SE

Fig. 4.35 Yacimiento de CUTBANK, Montana.

Fig. 4.36 Yacimiento de BLACKWELLS Corner, Californiaa) Mapa estructural del techo de la arena “Agua”.b) Corte

Fig. 4.37 Yacimiento de EAST TEJAS.

Fig. 4.38 Campo de NOTH ANTELOPE HILLS, California.

Fig. 4.39 Contraste de densidad entre la sal y los sedimentos en función de la profundidad

Fig. 4.40 Estructuras salinas del NW de Alemania

Fig. 4.41 Evolución de los domos de sal

Fig. 4.42 Evolución de los domos de

sal en el Norte de Alemania

Fig. 4.43 Perfil sísmico del almohadón de sal de Nusse NW de Alemania

Fig. 4.44 Perfil sísmico del almohadón de sal de BARRIEN y el Domo de sal de THEDINGHAUSEN, NW

de Alemania

Fig. 4.45 Evolución de una masa asimétrica de sal del ZECHSTEIN

Fig. 4.46 Domo de sal de NIENDORE II, NW de Alemania. Extrusión asimétrica de sal.

Fig. 4.47 Corte a través de la masa de sal “en gota” de EILTE, NW de Alemania

Fig. 4.48 Corte transversal del domo asimétrico de sal de LICHTENHORST, NW de Alemania

Fig. 4.49 Perfil sísmico del domo asimétrico de sal de GORLEBEN, NW de Alemania. Sinclinal periférico

primario: Keuper a Malm.

Fig. 4.50 Desarrollo de un seudoanticlinal y de una zona de extrusión en la cuenca de BASSE-SAXE

(DUSTE TWISRINGEN), NW de Alemania.

Fig. 4.51 Perfil de la estructura de ASENDORF entre los domos de sal de TOPS y BAHALBURG, NW de Alemania.

Fig. 4.52 Campo de JENNINGS, Luisiana. Mapa estructural del

techo de la sal (S) y de la arena de Heywood.

Fig. 4.53 Domo de sal de BAYUO BLUE, Luisiana

Fig. 4.54 Campo de SOUTH BOLING, Texas.

Fig. 4.55 Campo de HAWKINS, Texas

Fig. 4.56 Corte esquemático que muestra los tipos de trampas, encontrados frecuentemente relacionados con

domos de sal

Fig. 4.57 Campo de SPINDLETOP, Texas.