ENSAYO: EL ORIGEN DEL PETRÓLEO MATERIA: FUNDAMENTOS DE LA GEOLOGÍA DEL PETRÓLEO MAESTRÍA: INGENIERÍA PETROLERA, UVT ELABORADO POR EL EQUIPO #2 Guillermo Antonio Vallejo Guitarth ORIGEN DEL PETRÓLEO Existen dos teorías principales acerca del origen del petróleo: a) La Teoría Inorgánica, la cual tuvo aceptación durante muchos años, ya que fueron las primeras en elaborarse a principios del siglo pasado. b) La Teoría Orgánica, estas empezaron a imponerse al existir mejores técnicas de análisis geológico, ya que las altas presiones y altas temperaturas actuaron sobre los residuos orgánicos de plantas y animales a través del tiempo. La teoría orgánica ha sido sustentada y validada por medio de estudios de laboratorio, los cuales muestran que las rocas productoras de petróleo tienen ciertas características ópticas que son únicas de las sustancias orgánicas. La acción de las altas temperaturas sobre las moléculas orgánicas tiene un efecto de alteración o cambios biológicos, físicos y químicos, lo cual se conoce como diagénesis. Puede establecerse que el petróleo proviene de materia orgánica que ha estado sometida a grandes temperaturas sobre todo en las capas más profundas. A esta materia orgánica que sufre este proceso diagenético, contribuyen principalmente los vegetales superiores en superficie y en el mar, los principales aportadores son el fitoplancton, el zooplancton y las bacterias. Esta materia orgánica sufrirá procesos de degradación, la cual es más severa en un medio aeróbico (con presencia de oxígeno) que en uno anaeróbico (con ausencia de oxígeno) como los que encontramos en los medios acuáticos profundos, como los marinos y lacustres. Durante el proceso de sedimentación, la materia orgánica sufre un proceso de transformación bioquímica de sus constituyentes, debido sobre todo a la acción de microorganismos como las bacterias, debido a que se nutren de estos componentes. Después de estas transformaciones, los microorganismos pueden mineralizarseconvirtiéndose en CO2 y H2O- o pueden servir como unidades de síntesis de los componentes de sus células, volviendo la materia orgánica al ciclo biológico. Existe una pequeña parte que escapa de este ciclo y es lo que constituye la fuente de la materia orgánica fósil. A grandes profundidades, esta matriz orgánica (kerógeno) sufre rompimiento térmico (debido a mayores temperaturas) y catalíticos (debido a la acción de las enzimas), con lo cual se forman cientos de moléculas de hidrocarburos, los cuales son combinados con la mezcla original biogénica simple. De estas dos fuentes (los hidrocarburos fósiles) y más que nada por la formación de nuevas moléculas de hidrocarburos a partir del kerógeno, se deriva la gran cantidad de petróleo disperso en el subsuelo. Los yacimientos de petróleo, los cuales encontramos en sedimentos porosos y permeables, contienen muy poca materia orgánica, esto debido a que se necesita preservar la degradación aeróbica en el momento de la deposición. Las rocas madre, las cuales conservan la materia orgánica que posteriormente formará el petróleo y el gas, las encontramos principalmente en los sedimentos de grano fino, como arcillas y lodos calcáreos finos. Este proceso de deposición de materia orgánica en las cuencas de sedimentación, continúa por millones de años, incorporándose nuevas capas de sedimentos, donde las primeras deposiciones son sepultadas por capas de cientos o miles de metros de depósitos posteriores, lo cual origina un aumento de temperatura y un gradiente geotérmico entre las diversas capas de depósitos; siendo un gradiente geotérmico aceptable en las diversas cuencas sedimentarias de 3°C/100m. Podemos decir que el factor más importante en la formación del petróleo, es la acción de la temperatura - historia térmica-sobre las rocas generadoras o rocas madre. Durante la diagénesis, se producen reacciones a bajas temperaturas que a su vez producen más hidrocarburos y otros compuestos debido a la pérdida de compuestos no hidrocarburos como oxígeno, nitrógeno y azufre. El rango en que ocurre la diagénesis va desde la temperatura superficial hasta los 50°C. La transformación de la materia orgánica durante la diagénesis, se debe principalmente a la acción microbiana, de tipo aeróbico y anaeróbico. La descomposición de la materia orgánica suministra energía. Esta conversión es completa en las arenas y de forma parcial en los lodos, también obtenemos gases y sólidos inorgánicos. En un sedimento, la materia orgánica tiende al equilibrio, destruyendo y formando nuevas moléculas. Cuando el depósito de la materia orgánica derivado de las plantas supera por mucho al aporte mineral, se forma la turba (material orgánico de color pardo oscuro y rico en carbono. Constituye la primera etapa del proceso por el que la vegetación se transforma en carbón mineral) y luego por fin los hidrocarburos. Podemos decir que la diagénesis termina cuando queda muy poco de los ácidos extraíbles y cuando la mayor parte de los grupos carboxilo han sido eliminados. Al seguirse depositando los sedimentos, los más antiguos quedan sepultados en capas de hasta varios kilómetros de profundidad, lo que aunado a los movimientos tectónicos de las placas, da como resultado en un aumento considerable de temperatura y presión, lo cual origina un gradiente geotérmico que va de 2 a 5°C/100 m de profundidad. Este aumento lineal de temperatura, causa un aumento logarítmico en la razón de reacción de la mayoría de las reacciones involucradas en la formación del petróleo. La catagénesis ocurre en un rango de 50 a 100°C y es la rotura de las cadenas orgánicas para formar cadenas de hidrocarburos, estas cadenas siguen rompiéndose en otras más sencillas en un proceso de destilación natural al aumentar la temperatura, hasta que al final de esta etapa solo quedan hidrocarburos gaseosos, los cuales van del metano al heptano. Esta es la etapa más importante en la formación de aceite, aunque también se produce gas. A mayor profundidad, aumenta la temperatura y vemos con mayor frecuencia la ruptura de los enlaces carbono-carbono, lo que altera no solo a los hidrocarburos ya formados, sino también al kerógeno remanente. Debido a la cinética de la formación y a la estructura del kerógeno, el metano es el compuesto que más se libera. El final de la catagénesis está marcado por la desaparición de las cadenas asfálticas del carbono. Entre 150-200°C se produce la metagénesis, donde los constituyentes orgánicos están compuestos de metano y carbón residual y algunos cristales ordenan su desarrollo. La desintegración de los hidrocarburos de la roca generadora, así como del petróleo líquido acumulado en los yacimientos, producen grandes cantidades de metano. La producción, acumulación y preservación de materia orgánica no degradada es un prerrequisito para la existencia de rocas generadoras de petróleo. Cabe destacar que los productos generados dependen del kerógeno original, es decir, de la materia orgánica, y esta a su vez puede proceder del fitoplancton marino (desde el Precámbrico y hasta el Devónico) o de plantas terrestres a partir del Devónico. En la actualidad, tanto el fitoplancton como las plantas terrestres superiores producen la misma cantidad de materia orgánica. En las diversas etapas de la evolución de la materia orgánica, obtenemos gases como CH4, CO2 y H2S, cuya formación se ve favorecida a grandes profundidades. El CO2 se puede generar en la última etapa de la formación del petróleo, cuando las acumulaciones de crudo sufren degradación por la actividad bacteriana. Por lo anterior, vemos que la teoría orgánica es la que describe y modela de una manera más convincente el origen o formación del petróleo en las capas de la Tierra, ya que está soportada por numerosos estudios experimentales en diversos yacimientos en todo el mundo. Se basa en el efecto de la temperatura sobre la matriz de materia orgánica o kerógeno, lo cual produce los fenómenos de diagénesis, catagénesis y metagénesis o metamorfismo, según el rango de temperaturas involucradas y los diversos gradientes geotérmicos que podamos tener, lo cual propicia las reacciones involucradas en presencia o ausencia de oxígeno, dando lugar a la formación de hidrocarburo líquido y gas así como otros gases no hidrocarburos. Bibliografía: 1. Artículo “Origen del Petróleo e Historia de la Perforación en México”, pp. 3-9
