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La formación del petróleo en el sur del Golfo de México: predicción de su calidad

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Demetrio Marcos Santamaría Orozco
2008-09-25

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La formación del petróleo en el sur del Golfo de México: predicción de su calidad

  1. 1. M E X I C O LLAA FFOORRMMAACCIIÓÓNN DDEELL PPEETTRRÓÓLLEEOO EENN EELL SSUURR DDEELL GGOOLLFFOO DDEE MMÉÉXXIICCOO:: PPRREEDDIICCCCIIÓÓNN DDEE SSUU CCAALLIIDDAADD ESPECIALIDAD: GEOLOGÍA Demetrio Marcos Santamaría Orozco Doctor en Ciencias Naturales 25 de septiembre de 2008 México, D. F.
  2. 2. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 2 CONTENIDO Página Resumen ejecutivo 3 I Introducción 4 II Formación del Petróleo 5 III Desarrollo de la geoquímica en México 5 IV Antecedentes 6 V Marco geológico 8 VI Ambientes sedimentarios 10 VII Avances, desarrollos y nuevas metodologías en la geoquímica 13 VIII Discusión 20 IX Conclusiones 25 X Referencias 26 Agradecimientos 29 Currículo Vital 29
  3. 3. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 3 RESUMEN EJECUTIVO El sur del Golfo de México produce más del 65% de petróleo en México. En esta región se presentan varios horizontes generadores de aceite crudo y gas asociado: Oxfordiano, (confirmado en la región de Ek-Balam) Tithoniano, (confirmado en la mayoría de los yacimientos de la Sonda de Campeche), Turoniano-Cenomaniano (con indicios por presentar algunos afloramientos en la planicie costera y confirmado en la parte norte) y Mioceno (también con indicios por extrapolaciones de regiones cercanas y confirmado en la parte norte). Estos periodos coinciden con intervalos generadores reportados en otras provincias petroleras del mundo. El horizonte más prolífico de petróleo en ésta región es el “Tithoniano” y las diferencias entre los petróleos derivados de estas rocas se deben básicamente a: el grado de madurez alcanzado por las rocas tithonianas, desde poco maduras (generadoras de aceite con gravedades menores a 10 °API con contenidos de azufre mayores de 4%) hasta muy maduras (generadoras de aceites con valores superiores a 45°API con contenidos de azufre menores de 0.5%), aunque también son influenciados desde su origen; por los ambientes de depósito que propiciaron el desarrollo y la acumulación de una gran cantidad de materia orgánica precursora (clima cálido en una plataforma calcárea de condiciones restringidas), los nutrientes de esos organismos marinos contenidos en los sedimentos (Jurásico Medio-Superior) tipo calcáreo evaporítico con altos contenidos de sulfatos, haluros y carbonatos, los microorganismos degradadores de esos precursores producían altas cantidades de mercaptanos o tioalcoholes, la distribución espacial de las rocas generadoras tanto lateral (en los tres depocentros de la plataforma), como verticalmente (siete intervalos de mayor acumulación de materia orgánica), la escasa alteración por biodegradación o lavado de agua de los aceites acumulados, principalmente en los yacimientos carbonatados del Cretácico. La Sonda de Campeche es además un laboratorio natural de generación de petróleo, y por tanto es posible calibrar y ajustar los resultados de laboratorio y, con un enfoque metodológico integral (que utiliza datos de pirólisis, cromatografía de gases, cinética composicional y la integración datos geológicos, geofísicos, de yacimientos y de producción), es viable predecir, no sólo que relación gas/aceite tendría un petróleo generado y almacenado en regiones cercanas a zonas productoras pero aún no exploradas, sino también que composición química y que propiedades físicas habría de esperarse. La predicción de la calidad del aceite impacta directamente en los precios de venta y por ende, es primordial para definir una estrategia de explotación y desarrollo de nuevos campos. Palabras clave: Golfo de México, formación de petróleo, rocas generadoras, calidad, predicción, generación, migración, almacén.
  4. 4. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 4 I. INTRODUCCIÓN. México es y ha sido un país petrolero. En los últimos diez años se ha mantenido entre los seis países con mayor producción de hidrocarburos del mundo, alrededor de 3 millones de barriles por día en promedio (PEMEX, 2008), pero ¿Por qué tiene tanto petróleo bajo su subsuelo, ya sea en tierra como en el lecho marino de sus aguas territoriales? La respuesta es simple, porque en ciertas regiones del país se dieron condiciones geológicas inmejorables para acumular y preservar grandes cantidades de materia orgánica, las cuales fueron depositadas junto con otros sedimentos, y con el transcurrir del tiempo (millones de años) se convirtieron en esas rocas generadoras. Fue tal el proceso de sepultamiento que las rocas generadoras alcanzaron profundidades, que incrementaron la presión y temperatura necesarias para generar hidrocarburos. Posteriormente siguieron fenómenos de expulsión y migración, junto con una serie de procesos geológicos que formaron trampas, además hubo tal la sincronía que los hidrocarburos pudieron almacenarse en los yacimientos de las provincias petroleras de México. La región más productiva de petróleo fue el Golfo de México y sus zonas aledañas en el continente, donde el principal horizonte generador fue el Jurásico Superior. La Sonda de Campeche después de 28 años de producción, sigue siendo la provincia petrolífera más importante de México, produciendo casi 2 millones de barriles por día (PEMEX, 2008). Se localiza en el sur del Golfo de México (Figura 1). La exploración continua en el área del estudio por PEMEX ha dado como resultado una inmensa cantidad de información geológica, geofísica y geoquímica. Sin embargo, detalles acerca de la distribución de rocas generadoras en el espacio y tiempo, así como el entendimiento detallado de los mecanismos que controlan la generación, expulsión, migración y acumulación de hidrocarburos todavía son poco entendidos. Figura 1. Localización de la Sonda de Campeche, Sur del Golfo de México. El Pilar Reforma-Akal está flanqueado en sus extremos oriental por la Cuenca de Comalcalco y occidental por la Cuenca de Macuspana. El campo más grande en rojo es Cantarell.
  5. 5. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 5 ||Entender los mecanismos de formación de los hidrocarburos es primordial para la exploración y una pieza clave para unir la cadena de valor de la industria petrolera. II. Formación del Petróleo El petróleo se forma por la descomposición de la materia orgánica contenida en rocas sedimentarias (Tissot y Welte, 1984, Hunt, 1995). Las rocas generadoras son las que contienen gran cantidad de ésta, con valores superiores a 1 % del peso de la roca, generalmente constituidas por sedimentos calcáreos o terrígenos de grano fino y de colores oscuros. El kerógeno es una macromolécula de cadenas poli-metílicas, básicamente de átomos de H y C, así como de N, S, y O, que es insoluble en solventes orgánicos y que fue formada durante la concentración de materia orgánica. La transformación del kerógeno a petróleo está regida por las leyes básicas de la química. El factor principal que transforma la materia orgánica concentrada (kerógeno), es la temperatura. La formación de petróleo en el Golfo de México es debida a la conjunción de varios factores, entre estos están: los periodos geológicos que tuvieron las condiciones necesarias para acumular y preservar grandes cantidades de materia orgánica, los ambientes sedimentarios, de esos tiempos, que propiciaron el desarrollo de los organismos precursores y de sus microorganismos degradadores (algunas bacterias reductoras de los sulfatos), la propia historia geológica del Golfo de México, el grado de transformación que hayan sufrido los kerógenos contenidos en las rocas generadoras y su historia de temperatura, los procesos de generación, expulsión, migración y almacenamiento de los hidrocarburos, asimismo su sincronía y los procesos geológicos estructurales particulares que hayan acontecido en cada yacimiento, además de los procesos diagenéticos que las rocas acumuladoras hayan experimentado. En ciertos lugares también pudo influir la mezcla de aceites o las alteraciones que le hayan ocurrido al petróleo durante su entrampamiento. III. Desarrollo de la geoquímica en México La Geoquímica Orgánica en México comienza a desarrollarse en el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) en la década de los setentas, una década después de que en otros países desarrollados ya se había iniciado formalmente. Petróleos Mexicanos (PEMEX) inicia sus primeros trabajos en los años ochentas. Los primeros trabajos fueron las determinaciones de: parámetros químicos de la pirólisis por Rock-Eval, S1, S2, S3, Temperatura máxima (Tmax), índice de potencial (IP), así como la determinación del Carbono Orgánico Total (TOC por sus siglas en inglés), Cromatografía de Placa, relación de Vanadio/Níquel, Gravedad API, y Petrografía Orgánica, y otros tantos más, los cuales fueron realizados primeramente para la Región Norte (Poza Rica, Ver., Cuenca Tampico-Misantla, Cuenca de Burgos, etc.), quizás comenzó aquí, porque en esa región se tuvo producción desde inicios del siglo pasado. Poco tiempo después se hicieron trabajos en la Región Sur. Esta región empezó a tener producción en los 60 y 70´s, con el descubrimiento de los campos J. A. Bermúdez, Sitio Grande, Cactus, y otros más. Algunos de los análisis fueron: Rock- Eval, COT, Índice de Alteración Térmica (TAI por sus siglas en inglés), reflectancia de la vitrinita (%Ro), etc. Por último la Región Marina inició su producción franca, hasta los inicios de los 80´s y en ésta región se hicieron además de los análisis antes
  6. 6. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 6 mencionados, investigaciones más especializadas como: Cromatografía liquida de alta presión (HPLC por sus siglas en inglés) y Cromatografía de Gases y Espectrometría de Masas (GC-MS por sus siglas en inglés), cinética por Rock–Eval V, determinación de algunos biomarcadores e isotopía de carbono, entre otros. En el IMP los grupos pioneros fueron comandados por: Teresa de Castro, Jaime Rueda, Guadalupe Saenz, Carlos Beltrán y Cristóbal León, quienes aportan numerosos datos de API, TOC, Tmax, % Ro, etc., mientras que en PEMEX los grupos fueron dirigidos por Calos Arredondo, Noel Holguín y María Anunciata Romero, quienes hicieron trabajos de integración geológica geoquímica. Años más tarde, en la década de los noventas, un grupo de especialistas del IMP salió a capacitarse tanto en el extranjero, como en el país, trayendo nuevas técnicas y metodologías que implantan poco a poco en los análisis y estudios especializados de las diferentes especialidades de la geoquímica orgánica (Biomarcadores, Geoquímica de Yacimientos, Modelado Geoquímico, Isotopía, Pirólisis, Cinética composicional, etc.). La mayoría de ellos hacen interpretación e integración de datos e información geológica y geoquímica de varios campos y provincias petroleras de México. Mientras tanto, el Laboratorio de Geoquímica y Petrografía Orgánica del IMP siguió incrementando sus capacidades analíticas y tecnológicas, certificándose con la Norma ISO-9002 en el año 2000. Actualmente, este laboratorio, está muy bien equipado y realiza casi todos los análisis especializados en este tema. Por otro lado, los especialistas de PEMEX se han especializado en los trabajos de integración geológica y geoquímica, para establecer el modelado de cuencas de las provincias petroleras de nuestro país. Últimamente, varias compañías privadas, en su mayoría extranjeras, también han aportado muchos datos y servicios de geoquímica orgánica a PEMEX. Con todo este esfuerzo se ha comprendido más el elemento generador de los sistemas petroleros de México. IV. Antecedentes Los primeros estudios geoquímicos del sudeste del Golfo de México fueron realizados en el IMP a principios de los años 80´s, pero no fueron publicados. En esos estudios se identificaron las rocas jurásicas como la principal fuente de aceite y gas de la región. Los intervalos generadores fueron reportados por contener kerógeno tipo II. Los análisis de los fluidos de los yacimientos, permitieron adicionalmente identificar tres grupos de aceite. Dos de origen Jurásico en la zona marina y otro del Cretácico en la región de Villahermosa (Tabasco). Se expuso además, que las diferencias entre esos dos aceites se debía a los diferentes grados de madurez o a la biodegradación y concluyeron que el principal intervalo generador era la secuencia del Tithoniano. Adicionalmente, se determinó que los principales yacimientos se encontraban en las brechas calcáreas del Cretácico Superior y, encontraron otros horizontes con potencial presente, como las secuencias del Kimmerigdiano y Mioceno. La integración datos geoquímicos (TOC y Rock-Eval) disponibles de 130 pozos de la Sonda de Campeche y la región de Chiapas-Tabasco indica que las diferencias composicionales de los hidrocarburos se deben a las variaciones de madurez de las rocas generadoras, lo cual era función del sepultamiento. El inicio de la generación del petróleo (para las rocas generadoras del Tithoniano) empezó en el Mioceno en el área
  7. 7. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 7 de Reforma-Tabasco y hasta el Plio-Pleistoceno en la Sonda de Campeche, marcó el inicio de la ventana de generación de aceite en un valor de 7 y no de 15 del índice tiempo temperatura (TTI por sus siglas en inglés) como originalmente lo habían establecido otros autores. Los aceites de la Sonda de Campeche son más pesados que los del área de Reforma-Tabasco, quizás porque esta última región empezó a generar en una fase más tardía de madurez (Holguín, 1987). En este estudio faltaron datos de reflectancia de vitrinita para corroborar tal aseveración. Una recopilación de más de 10 mil datos e información geoquímica describió todas las rocas generadoras, exploradas hasta ese entonces, de México. Destacan por su alto contenido de TOC e hidrocarburos potenciales las calizas arcillosas y lutitas calcáreas de ambientes restringidos del Tithoniano (González y Holguín, 1991). En esos años las reservas petroleras de las Cuencas del Sureste, que incluyen a la región marina, sobrepasaban los 37.5 billones de barriles. En 1993 PEMEX y Chevron colaboraron en un estudio regional del sudeste de México. Las dos compañías realizaron análisis de rocas y aceites por GC y GCMS, e hicieron una correlación sistemática de sus resultados, ambos indicaron que las rocas generadoras pertenecían a estratos del Jurásico Superior tanto para la Sonda de Campeche, como para el área Reforma-Tabasco. Ellos concluyeron adicionalmente que la inmensa mayoría de los campos fueron llenados por lo que había generado la secuencias de rocas del Tithoniano y sólo una parte menor por las secuencias de rocas del Oxfordiano. Los datos geoquímicos indicaron que el intervalo de Tithoniano- Berriasiano tuvo el mejor potencial de generación de petróleo y gas, con un kerógeno tipo II-S. Le seguían las lutitas y margas de las unidades Oxfordiano-Kimmeridgiano. En este estudio se muestran los primeros datos de reflectancia de la vitrinita, que confirma la variación de la madurez de NE-SW en las rocas generadoras en la Sonda de Campeche. Estudios internos del IMP (1994) hechos en cinco pozos productores de la Sonda de Campeche y la región de Reforma-Tabasco muestran la primera caracterización cinética de la generación del hidrocarburo en el área del estudio. Para esto fue utilizado un Rock-Eval V. Los datos informan que el kerógeno inmaduro del Pozo Tunich tuvo un potencial inicial de 144-mgHC/gTOC para una energía de activación (Ea) de 51 kcal/mol y un solo factor de frecuencia principal (A) de 1.969 E+13 seg.-1 . En base a análisis de biomarcadores y datos isotópicos fueron reconocidas tres familias de aceite en la región costa afuera del sudeste que México (IMP 1995 no publicado). Adicionalmente la correlación roca generadora-aceite indicó que la mayor parte de los aceites provenía de la secuencia generadora es del Jurásico Superior. Se ratificó también que las rocas generadoras contienen un kerógeno tipo II a II-S, debido a la presencia de enlaces débiles de azufre y fue establecido que generaron petróleo comenzó a partir de un metamorfismo de bajo grado. Como parte de un estudio más amplio Mello et al. (1995) reconocieron que el Jurásico Superior contenía la roca generadora más prolífica de todo el Golfo de México. Los subsistemas generadores del área marina de Campeche fueron definidos por Romero et al., (2001), en tres horizontes generadores (Oxfordiano, Tithoniano, y Mioceno). Sin embargo más del 90% de toda la generación de hidrocarburos corresponde a la secuencia del Tithoniano (Ortuño, 1999) y no existe aun, un pozo productor de aceite crudo de origen Mioceno. Al igual que estos tres horizontes, también el Turoniano está presente en la parte norte del Golfo de México y los cuatro horizontes coinciden perfectamente con otras regiones del mundo donde se han
  8. 8. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 8 observado este tipo de rocas generadoras (Klemme y Ulmishek, 1990). Sistemas análogos de este tipo de rocas podemos encontrar en Arabia, Kuwait, Omán, Emiratos Árabes, Qatar, Irak, Irán, Siria, Turquía, Albania, Grecia, Sicilia, España, Venezuela, Colombia, Cuba y EUA. El origen del petróleo en las cuencas del sureste de México fue propuesto por Guzmán y Mello (1999) basado en análisis isotópicos y de biomarcadores provenientes de aceites de pozos productores de la región. Este trabajo sirve de base para establecer y comparar más aceites de México. Con este mismo enfoque Guzmán et al., (2001) postulan el origen del petróleo en las sub-provincias mexicanas del Golfo de México. No obstante, en estos trabajos se dejan muchas interrogantes sobre la formación del petróleo y su materia orgánica precursora, así como la evolución que sufrieron los las rocas generadoras y sus kerógenos para llegar a generar tanto aceites y gas o llenar los yacimientos del Golfo de México. V. Marco Geológico La evolución geológica de la Sonda de Campeche estuvo controlada por la apertura del Golfo de México. La ruptura del super-continente Pangea comenzó con la apertura del Océano Atlántico. Esta apertura empezó antes en el norte (Triásico Tardío - Jurásico Temprano) que en Centro y Sudamérica (Jurásico Tardío - Cretácico). Durante el Jurásico Temprano-Medio, una parte de este rift originó la formación del Golfo de México. A pesar del hecho que las rocas basálticas son típicas de corteza oceánica, aún no se han perforado este tipo de rocas en el Golfo de México. Sin embargo, datos magnéticos y gravimétricos apoyan el hecho que el basamento, en la parte central del Golfo de México, consiste en este tipo de rocas ígneas. Durante la fase inicial del rift (Jurásico Temprano (?)) en la Sonda de Campeche, un fallamiento activo fue el responsable de la subsidencia a lo largo de una tendencia predominantemente NW-SE. Desde un punto de vista sedimentológico, este episodio se caracterizó por la el depósito de sedimentos arenosos fluviales y eolíticos. Durante el Jurásico Medio el Proto-golfo de México estuvo dominado por la el depósito de grandes espesores de evaporíticas, debido a las condiciones marinas restringidas y clima caluroso. La Sal Louann fue depositada en la parte norte del Golfo de México, considerando que las secuencias evaporíticas en la parte del sur ocurrieron en el Calloviano. La Sal Louann fue cubierta por las Formaciones Norphlet y Smackover, mientras que la Sal calloviana fue cubierta por el Grupo Ek-Balam del Oxfordiano. Desde el Jurásico Tardío, el sur del Golfo de México, se caracterizó por el depósito de sedimentos clásticos en una plataforma externe o cuenca poco profunda. Durante el Cretácico el ambiente sedimentario cambió a una plataforma carbonatada, y predominó el depósito de carbonatos, dolomitas y lutitas. La reducción de tasas del sepultamiento puede atribuirse la declinación de la fase de la subsidencia termal. El tiempo del Paleoceno estuvo marcado por el depósito de brechas calcáreas (dolomíticas). El impacto de un meteorito de más de 10 Km. en el diámetro hacia la paleo-plataforma de Yucatán (Chicxulub) al final del Cretácico (Grajales et al., 2000), se advierte ahora como la explicación más creíble para la existencia de estas brechas, extendidas en una gran área durante el Paleoceno.
  9. 9. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 9 Las etapas más tardías del Terciario y Cuaternario se caracterizaron por el depósito de grandes cantidades de terrígenos, compuestos de sedimentos bentoníticos, arcillas, limos y arenas. La rotación y desplazamiento de la micro-placa Honduras-Nicaragua (bloque Chortis), durante la formación de Centroamérica y el Caribe, dio como consecuencia un levantamiento de la región sur y emergió la Sierra de Chiapas, la cual fue de nuevo la fuente del mayor suministro del sedimentos hacia el sur del Golfo de México. Varias discordancias en el área del estudio han sido nombradas en el Terciario, pero sólo dos han tenido un carácter regional. La primera ocurrió durante el Oligoceno- Mioceno debido al movimiento lateral de la micro-placa del Caribe. La segunda ocurrió durante el Mioceno Temprano y se relaciona a la relajación del régimen del compresivo. Del Mioceno al presente, sin embargo, ocurrieron las tasas de sedimentación más altas y éstas se relacionan con el tectonismo del sistema transpresivo-transtensivo. Una síntesis de los principales eventos geológicos sobre la evolución de la Sonda de Campeche se muestra en Figura 2. La geología de la Sonda de Campeche es descrita en la “Monografía Petrolera de la Zona Marina”, donde expone el estado del arte de la región desde 1970 hasta esa fecha. El trabajo se basa en una recopilación de artículos publicados de la región, de muchos informes internos de PEP-PEMEX y de la gran experiencia de este autor en esa región (Ángeles, 2006). Figura 2 Tabla estratigráfica mostrando los principales eventos geológicos, como: tipo de sedimentación, inestabilidad o estabilidad tectónica, variaciones en las tasas de sedimentación y los sistemas petroleros.
  10. 10. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 10 VI. Ambientes sedimentarios Las principales rocas generadoras de la región están representadas por lutitas calcáreas y calizas arcillosas, la mayoría de ellas presenta laminación horizontal. De acuerdo con los datos estratigráficos, sedimentológicos y paleontológicos; el depósito ocurrió en una plataforma carbonatada tipo rampa, con algunos intervalos de gran aporte de terrígenos de grano fino, la cual era la continuación occidental de la plataforma marina de Yucatán. En esta plataforma externa había algunas depresiones profundas que restringían la circulación de las aguas y por tanto se facilitaban las condiciones de anoxia y reductoras. Para hacer la petrografía orgánica de las rocas, fueron realizados análisis en luz reflejada en secciones pulidas que usan luz fluorescente azul y luz blanca. La técnica usada consistió en determinar la ocurrencia y proporción relativa de diferentes tipos de macerales en los sedimentos. Éstos se diferenciaron según su forma, estructura y reflectividad. Los macerales fueron divididos en tres familias principales: liptinitas, vitrinitas e inertinitas que se caracterizan por un grado creciente de reflectividad. El primero incluye alginitas, esporinitas, cutinitas, resinitas y bituminitas (derivadas de algas, esporas, cutículas, resinas y bitúmenes). Las liptinitas están caracterizadas por una fluorescencia fuerte bajo la excitación luz azul. La vitrinitas se forman de los tejidos celulares macizos de las plantas mayores, o a través de la precipitación y gelificación de substancias húmicas y su poder de reflexión varía en el transcurso de la diagénesis orgánica. El grupo del inertinitas incluye materia orgánica que se ha oxidado por los fuegos naturales (semi-fusinitas y fusinitas) o, porque el esfuerzo térmico ha sido tal, que ya ha alcanzado estados metagéniticos. Por lo tanto, las propiedades de los macerales individuales cambian sistemáticamente en función de la evolución diagenética o el incremento térmico (Figura 3). Figura 3. Distribución de los kerógenos de las rocas generadoras del Tithoniano y su tendencia de madurez, en un Diagrama de Van Krevelen.
  11. 11. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 11 Un cierto grado de variabilidad fue observada en la distribución espacial de materia orgánica de la secuencia del Tithoniano. Esto puede ser debido a las variaciones en las sucesiones sedimentarias, cambios en la hidrodinámica, cambios en el ambiente de depósito local, cambios climáticos, cambios en las tasas de sedimentación, variaciones en el grado de alteración o variaciones en la madurez. La distribución de la materia orgánica en los sedimentos varió de predominantemente de laminado a lenticular, continuo y dispersado. Adicionalmente los cambios en la morfología, color y textura de la materia orgánica fueron considerados en la determinación de la facies orgánica más detallada. Una sola facies orgánica fue reconocida en el área del estudio, con tres sub- facies orgánicas que varían con respecto a su madurez y distribución geográfica. Estructuras sedimentarias observadas en las rocas generadoras del Tithoniano fueron principalmente laminación, laminación cruzada de ángulo bajo y micro-ondulitas. Prácticamente no fue observada ninguna bioturbación. Algunas micro-estilolitas se encontraron en los sedimentos de la parte del sudoeste del área del estudio considerando que las partes nororientales y centrales, a pesar del hecho que las profundidades del sepultamiento son mayores a 4 Km., apenas es visible cualquier deformación del sedimento. Un ejemplo se vio por la presencia de un cráneo de pez de que no mostraba deformación alguna, el cual fue observado bajo la luz del microscopio (Foto 1). Foto 1. Cráneo de un pez, a pesar de que el núcleo de roca fue colectado a más de 4000 metros de columna litológica, no presenta casi deformación. Foto 2 Muestra representativa de la facies B1, en color rojo la clorofilinita, en color amarillo alginitas. Y en negro pirita botroidal. La primera sub-facies (facies B1) se encontró en la parte nororiental del área del estudio. La materia orgánica estaba aquí compuesta de abundantes alginitas (p. ejem. Tasmanites sp.), y material amorfo. La presencia de bituminita es notable, mientras que son escasas las esporinitas. Una característica importante de las muestras analizada fue la presencia de clorofilinita en algunas muestras de núcleos de pozos. Este maceral se caracteriza por un color de fluorescencia rojo vivo que, se altera durante una prolongada exposición de luz azul (3 a 15 min.) para cambiar a un color de fluorescencia parduzco-amarillo (Plato 1). La presencia de este tipo del maceral normalmente se restringe a sedimentos muy inmaduros depositados bajo las condiciones del anóxicas. Bajo la excitación de luz azul los colores de fluorescencia dominantes de las liptinitas fueron amarillos, castaño y rojo (Foto 2). En la luz blanca
  12. 12. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 12 reflejada, vitrinitas (telocolinitas y desmocolinitas) e inertinitas (fusinitas) así como las piritas framboidales y otros minerales constituyentes (cuarzo, calcita) fueron reconocidos. Algunas vitrinitas mostraron alteración debido a la oxidación, indicando el retrabajo de estas partículas. Aproximadamente 20% del área total bajo el campo de visión del microscopio consistió de ésta materia orgánica. Normalizando toda la materia orgánica 80% consistió de liptinitas, 15% vitrinitas y 5% inertinitas. La sub-facies B2 se encontró en la parte central del área del estudio. La materia orgánica esta predominantemente compuesta de alginitas, bituminitas y material amorfo. Los colores de fluorescencia son amarillos y anaranjados. Huesos de peces son comunes (Foto 3). En luz reflejada, vitrinitas (desmocolinitas y telocolinitas), inertinitas (semifusinitas y fusinitas), también se identificaron pirita framboidal y otros minerales. Las vitrinitas oxidados fueron menos comunes que en la sub-facies B1. La materia orgánica contribuyó en promedio de un 5% de la muestra total. La ponderación de la materia orgánica consistió en 75% liptinitas, 15% vitrinitas y 10% inertinitas. La vitrinitas generalmente son de tamaño más pequeño que en la sub- facies B1 que va de 6 a 30 m. La sub-facies B3 se encontró en la parte del sudoeste del área del estudio. Se caracterizó por escasas alginitas y materia orgánica amorfa. Bajo la excitación de luz azul, los colores de fluorescencia predominantes fueron rojos oscuros, naranjas y naranja-amarillo (Foto 4). Fósiles planctónicos calcáreos fueron abundantes. Bajo la luz reflejada las vitrinitas (desmocolinita y telocolinita), inertinitas (semifusinitas y fusinitas), abundantes piritas framboidales, también se observaron otros materiales inorgánicos. En está región la materia orgánica contribuye sólo en un 3% a la muestra total. 80% de esta son liptinitas, 5% de vitrinitas y 15% de inertitnitas. Foto 3. Muestra representativa de la facies B2, gran contenido de material amorfo litodetrinita (alginitas en amarillo), con huesos de peces, radiolarios calcáreos. Foto 4. Muestra representativa de la facies B3, nótese el color oscuro de la materia orgánica que indica un avanzado esfuerzo térmico.
  13. 13. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 13 Estas rocas fueron nombradas Formación Edzna y divididas en tres miembros por Ángeles-Aquino y Cantú-Chapa (2001). La unidad consta de tres miembros F, G y H. El miembro más bajo es un mudstone arcilloso y lutitas bentoníticas de color gris claro a castaño oscuro. El miembro medio consiste de lutitas calcáreas gris oscuro y lutitas calcáreo arenosas negras intercaladas con calizas arcillosas de color oscuro. El miembro superior consiste de mudstones arcillosos y bentoníticos con apariencia balquecina. Estos mudstones están dolomitizados en algunas regiones de la plataforma. Esta formación se correlaciona con las formaciones: La Casita, de los estados de Chihuahua, Coahuila, Zacatecas y Nuevo León; la formación Tamán, de los estados de Tamaulipas, San Luis Potosí, y Veracruz, la Formación Pimienta, de los estados Veracruz y Puebla, la Formación San Andrés, de los estados de Tamaulipas y Veracruz, la Formación Las Trancas de los estados de Hidalgo y Querétaro, la Formación Tepexilotla, de los estados de Veracruz y Oaxaca, la Formación Chinameca, de los estados de Veracruz y Tabasco, la Formación Todos Santos, de los estados de Tabasco y Chiapas y los Lechos rojos de los estados de Campeche y Yucatán. VII. Avances, desarrollos y nuevas metodologías en la geoquímica En el IMP (1998) se hizo una integración a nivel nacional de datos geoquímicos a petición de PEP-PEMEX. La integración abarcó tanto una base de datos de distintos análisis, (COT, Tmax, IP, S2, %Ro, Cromatografía, API, Biomarcadores, Isotópicos, Va/Ni, etc.), así como un atlas cartográfico, de los distintos parámetros geoquímicos, para mostrar la riqueza, calidad, madurez, potencial, etc. Con este estudio se pudieron establecer los horizontes generadores de todas las cuencas petroleras de México. También se ratificó que el Tithoniano es la roca generadora con mayor distribución espacial y con el potencial generador más importante del Golfo de México y sus áreas adyacentes en el continente. Como se mencionó anteriormente las rocas generadoras del Tithoniano en la Sonda de Campeche revelan una sola facies orgánica con tres sub-facies, que de acuerdo a la clasificación de Jones (1987), todas ellas corresponden a la clase B, facies marinas con un alto potencial de aceite y bajo potencial de gas (Santamaría, et al., 1995). No obstante, las sutiles diferencias en composición y relación gas/aceite se deben a la variación su de madurez, así como al tipo de contenido orgánico y a su abundancia relativa. Las rocas generadoras abarcaban todo el rango de madurez de la ventana de generación de aceite desde 0.36 hasta 1.29 % Ro (Figura 4). La riqueza orgánica de las rocas generadoras del “Tithoniano” en la Sonda de Campeche depende además de los controles eustáticos que sucedían cuando se depositaron (Santamaría et al., 1997), si ocurría una regresión la concentración de materia orgánica era baja, pero si sucedía lo contrario y se daba una transgresión y la cantidad aumentaba. El horizonte generador presenta siete zonas de abundancia orgánica y abarcaba desde la parte superior del Kimmeridgiano Superior hasta el Berrasiano Inferior (Figura 5) y esto se determinó usando datos paleontológicos y la respuesta de algunos registros eléctricos de pozos. La interpretación de este intervalo coincide con siete ciclos de 3er orden, que a su vez concuerdan con los ciclos eustáticos propuestos en las curvas de Haq, (1987), y puede ser respaldada por el trabajo de Órnelas et al., (1993), quienes se basaron en estudios de biozonificación,
  14. 14. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 14 determinando también siete zonas de abundancia y diversidad faunítica. Sus contenidos faunísticos varían de lo más joven a lo más antiguo de: Crassicollaria, (Tithoniano Superior) Sacocoma arachnoidea, Parastomiophaera malmica, y radiolarios (Tithoniano Medio-Inferior) Carpistomiospheera borsai y abundantes radiolarios (Kimmeridgiano Superior-Tithoniano Inferior). La variación no solo fue vertical, sino también horizontal y se presenta más riqueza orgánica en los tres depocentros de la Sonda de Campeche (Figura 6), en uno de estos se encuentra el Campo Canterell. Figura 4. Distribución de la reflectancia de la vitrinita y su tendencia espacial que varia de NE a SW, los valores cubren toda la ventana de generación del aceite. Santamaría et al., 1998a, proponen que la Sonda de Campeche es única en su tipo, pues se comporta como una laboratorio natural de generación de petróleo y observan que los compuestos benzo y dibenzo - tiofenos tanto de los extractos de rocas generadoras como de los aceites crudos relacionados son influenciados por la madurez, estableciendo el índice C3-di benzo thiofeno (compuestos orgánicos de azufre), el cual puede ser aplicado, tanto para extractos de roca generadora, como para aceites crudos y cubre casi toda la ventana de generación de aceite (Figura 7). La distribución de algunos carbazoles y dibenzocarbazoles (compuestos orgánicos con nitrógeno) en aceites crudos y extractos de rocas generadoras de la Sonda de Campeche varían con respecto al incremento del esfuerzo térmico, y no con respecto a la distancia de migración (Figura 8). Por lo tanto, la distribución depende de las facies orgánicas y de la madurez. La madurez controló además la composición de petróleo (Horsfield et al., 1998a, Clegg et al., 1998). Estos resultados también demostraron la utilidad limitada de la proporción de los benzocarbazoles (Larter et al., 1996) como un indicador de distancia de migración en el sistema petrolero de alta impedancia (como fue definido por Demaison & Huizinga, (1994). El análisis de 7 kerógenos del Tithoniano del sur del Golfo de México, a través de la pirólisis acoplada a un cromatógrafo de gases fue desempeñada por Santamaría., 1998b, quienes utilizaron la técnica de alícuotas de sílice selladas a micro escala
  15. 15. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 15 (MSSV por sus siglas en inglés) y describieron a detalle la serie de compuestos orgánicos de azufre, en su mayoría alquil - tiofenos y alquil – dibenzo - tiofenos y como se iban perdiendo conforme aumentaba el esfuerzo térmico o calentamiento. Figura 5. Cálculo del TOC por medio de registros eléctricos de pozo de la secuencia de rocas generadoras del Tithoniano en un pozo de la zona nordeste, la menos madura y por consiguiente la que presenta los más altos valores. Horsfield, et al. (1998b) predicen de manera general, las composiciones del petróleo usando un nuevo enfoque de la pirólisis MSSV acoplada con un modelo cinético y datos de PVT. Un año más tarde, en México, Santamaría y Romero, 1999, realizan el primer intento por predecir las propiedades físico-químicas de aceites primarios, usando un enfoque datos de pirólisis MSSV (Figura 9). Figura 6. Espesores de la secuencia de rocas generadoras del Tithoniano. Note los tres depocentros que se alinean en dirección NE-SW, el depocentro II envuelve al campo Cantarell.
  16. 16. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 16 El detalle de las rocas generadoras y los aceites crudos relacionados de la Sonda de Campeche fue descrito por Santamaría, (2000). En este trabajo se describe todos los análisis geoquímicos que se aplicaron a la secuencia del Jurásico superior. También se describe los ambientes de depósito de las rocas del Tithoniano desde un punto de vista del marco sedimentológico. Las técnicas analíticas que se han desempeñado en este trabajo de integración de ideas, se muestra en la Figura 10. Las cinéticas que reporta para las rocas generadoras del Tithoniano son: para la roca inmadura con una reflectancia de vitrinita de 0.38 %Ro (Pozo Chac Mool-1) Energía de activación (Ea) de 54 kcal/mol y, factor de frecuencia (A) de 2.7 E+16 min-1 , mientras que para la roca más madura con 1.09 de %Ro (Pozo Mison-1), una Ea de 74 kcal/mol y A de 7.7 E+21 min.-1 . Figura 7. Parámetro molecular de madurez que puede servir tanto para extractos de roca generadora, como para aceites crudos relacionadas a las primeras. El Índice C3BT está basado en compuestos orgánicos con azufre. El ajuste que tiene es mayor de 96%. Cuadros rojos aceites crudos, rombos azules extractos de rocas generadoras. Figura 8. Parámetro molecular utilizado originalmente para calcular la distancia de migración. Los carbazoles son compuestos orgánicos con nitrógeno. En la Sonda de Campeche donde la migración es básicamente vertical y de relativas cortas distancias, el parámetro es afectado por la madurez. Cuadros rojos aceite crudos, rombos extractos de rocas generadoras. 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Reflectancia de la Vitrinita % Benzo(a)Carbazole/(Benzo(a)Carbazole+Benzo( c)Carbazole)
  17. 17. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 17 Una de las secuencias en el mundo entero, donde se han reportado más parámetros de madurez, ya sean, ópticos, químicos, moleculares, e incluso indirectos, como respuesta la respuesta de los registros eléctricos de pozo (Figura 11), ha sido las rocas generadoras de la Sonda de Campeche (Santamaría y Horsfield., 2001). La formación del petróleo fue desempeñada utilizando un enfoque de balance de masas, el cual se basaba en la relación de transformación (TR por sus siglas en inglés). Para esto se tomaron dos secuencias naturalmente maduradas, que mostraban todo el rango de la madurez, una fue de Canadá y la otra de México, (Horsfield, et al., 2001). El campo más grande de México y el segundo en el mundo después de Ghawar en Arabia Saudita (4.5 millones de barriles de aceite por día, (mbd)), es hasta hora Cantarell, con una reserva original de más de 30 mil millones de barriles. Este campo llegó a producir más de 2.1 mbd en el 2003 y hasta el 2007 había producido más de 11.5 mil millones de barriles. Les sigue en producción el campo Burgan en Kuwait con 1.7 mbd. Cantarell “El Gigante” o campo supercargazo, tiene grandes intercomunicaciones de sus aceites crudos, como fue demostrado en el estudio de geoquímica de yacimientos (Santamaría, et al., 2002). Las cuales ocurren, porque existe dentro del yacimiento fenómenos de convección, debido a la explotación misma del campo que provocan las plataformas de producción. Santamaría y Horsfield., 2003, calcularon el potencial de generación de gas las rocas generadoras del Tithoniano en el Sonda de Campeche, el cual siempre es bajo respecto a la generación total de hidrocarburos. En etapas de bajo estrés térmico son menores a 10% y en etapas de gran estrés térmico no sobrepasa el 45 %. Estos gases siempre son del tipo asociado y amargo, con altos contenidos de S, H2S, CO2 y N2. Figura 9. Comparación de resultados de dos series, una madurada artificialmente utilizando la técnica de pirólisis MSSV y la otra de una naturalmente madurada. En la primera se usó la muestra inmadura 0.36 %Ro y se calentó en 7 pasos, en la segunda se usaron 7, cada una de ellas con distinta madurez, desde 0.36 hasta 1.29 %Ro.
  18. 18. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 18 Figura 10. Técnicas analíticas utilizadas para hacer la caracterización geoquímica, tanto de las rocas generadoras de la región sur del Golfo de México, como de los aceites crudos relacionados. Modificado de Santamaría, 2000. Figura 11. Parámetros de madurez, ópticos, químicos y moleculares de las rocas generadoras de petróleo en sur del Golfo de México (Tomado de Santamaría y Horsfield 2001). 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 R r IAT Tm ax IH PI S2 B(a)Cz/B(a)C z+B(c)C z2M N/1M N 2EN/1EN 20S/(20S+20R )Ts/(Ts+Tm ) 4-M DR 2,3-M DR M D R M D R’ Ph/C 18 ED R’BTs/DBTs C 3BTI Ajuste lineal R 2 con % Ro
  19. 19. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 19 Santamaría y Horsfield., 2004 predicen las cantidades y composiciones de gas y aceite en zonas aún no perforadas de la Sonda de Campeche y utilizan la relación gas aceite (GOR por sus siglas en inglés) obtenida de los pozos productores y la comparan con la relación obtenida en el laboratorio, a través de un análisis de pirólisis en sistema cerrado, usando la técnica MSSV. Los resultados son sorprendentes ya que el ajuste es de casi un 90 % y con esta correlación es fácil extrapolar los datos a regiones cercanas pero aun no exploradas, varios diagramas sobre la metodología para predecir la calida de aceite son mostrados en las Figuras 12 y 13. Santamaría, 2006, estima los volúmenes de hidrocarburos en la Sonda de Campeche usando un enfoque geoquímico integral. Figura 13 Distribución de la relación Gas/Aceite (GOR) de la Sonda de Campeche. La configuración fue obtenida por datos de producción a boca de pozo y por los experimentos de maduración artificial usando la Pirólisis en sistema cerrado y acoplada a un cromatógrafo de gases, el MSSV. Figura 12 Comparación de las relaciones Gas/Aceite GORs (peso /peso) desde la Sonda de Campeche para predecir la evolución de GOR como una función de madurez, como fue descrita por la reflectancia de la vitrinita % Ro, basado en el análisis de MSSV de una secuencia de rocas generadoras del Tithoniano muestra inmadura del área del estudio. Las madureces del petróleo fueron determinadas usando el enfoque discutido por Santamaria et al. (1998).
  20. 20. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 20 VIII. Discusión Las rocas generadoras del Tithoniano en la Sonda de Campeche representan un laboratorio natural ideal para la formación de petróleo. Ellos contienen kerógenos del Tipo-II ricos en azufre, los cuales progresivamente son craqueados para formar el petróleo con la creciente madurez, empezando a producir aceite en valores tan bajos como 0.45 %Ro. El incremento de la madurez ocurre del nordeste hacia el sudoeste en un sentido geográfico. Diferencias menores en el tipo de kerógeno, están relacionadas a las organofacies, mientras que las mayores, se deben a la madurez térmica. Los alquil – benzo - tiofenos son generados abundantemente conforme se incrementa la madurez considerando que los alquil – dibenzo - tiofenos son generados principalmente en las fases de más alta madurez. La relativa abundancia de las especies de isomeros de C3-alquil – benzo - tiofeno son especialmente sensibles a los cambios en la madurez de la materia orgánica. Un nuevo parámetro de madurez, el índice C3-benzo - tiofeno (C3BTI), muestra una muy buena correlación entre los valores de reflectancia de vitrinita (R2 =0.96, n=10). El MDR´, basado en los alquil- dibenzo - tiofenos, también tiene un amplio rango dinámico. La aplicación de los parámetros C3BTI y MDR´ al área de estudio revela varios posibles escenarios que pueden explicar la historia de llenado de los yacimientos en la parte sur-occidental de la Sonda de Campeche. El hecho que las concentraciones de benzo- tiofenos y di-benzo-tiofenos en aceites muestren las mismas relaciones de madurez que en las rocas generadoras, apoya fuertemente la idea que las vías de migración fueron principalmente verticales, posiblemente asociadas con un tiempo tardío de la formación de las trampas. Las rocas generadoras de la secuencia del Tithoniano representan esencialmente una organofacies casi uniforme que abarca un amplio rango de madurez (0.36-1.29 %Ro) y su aceites crudos asociados (0.49-0.92 %Re), esto proporciona un oportunidad única para estudiar los efectos de maduración tanto en las rocas generadoras como en los aceites crudos, así como los efectos de fraccionación causados por la expulsión primaria, porque la expulsión de los hidrocarburos fue por pulsaciones y no en forma continua. La determinación cuantitativa de carbazoles derivados de las rocas generadoras carbonatadas del Tithoniano revelan que el pico de máxima generación y la retención ocurre a un la fase de madurez relativamente tardía (con un rendimiento máximo a 1.09 %Ro). El agotamiento de carbazoles y metil - carbazoles en las rocas generadoras entre 0.36-0.81 %Ro y un aumento de estos compuestos en los aceites crudos (0.49- 0.92 porcentaje de reflectancia equivalente (%Re) e indica que estos compuestos se expelen de las rocas generadoras en el rango de esta madurez. Sin embargo, un examen de la distribución de la llamada envolvente, parcialmente cubierta por los carbazoles expuestos, revela que esa expulsión primaria no siguió una distribución individual de estos compuestos, los cuales están basados en la envolvente de los efectos durante la migración primaria. No fue observada ninguna diferencia en la distribución de estos compuestos en cualquiera de las rocas generadoras y aceites. Finalmente, el aumento sistemático de la proporción de benzo-carbazoles, tanto en las rocas generadoras, como en los aceites crudos, indica que esta proporción está fuertemente controlada por la madurez de la roca generadora. Así, en los sistemas petroleros dónde la distancia de la migración vertical del aceite es corta, que ha ocurrido a través de las fallas y las fracturas, esta relación no debe usarse para
  21. 21. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 21 estimar la distancia de migración o direcciones de carga. De hecho la relación en estos aceites indica cuanto de la roca generadora se ha expelido a tal madurez. Las tendencias de las relaciones gas-aceite GOR de campo a nivel regional son consistentes con el llenado instantáneo, mas que aquel acumulativo. Las predicciones de GOR usando el enfoque de balance de masas, los experimentos de maduración artificial y la cinética multicomponente, apoyan la noción de que las vías de migración fueron principalmente verticales en asociación con un tiempo tardío de la formación de las trampas. Figura 14. Diagrama Gravedad °API vs contenido de Azufre %, en muestras de aceite crudo de la Sonda de Campeche. Es evidente que conforme se hacen más ligeros disminuye proporcionalmente el contenido de azufre. Figura 15. Modelo para explicar la evolución de los hidrocarburos en una cuenca sedimentaria a través de la interacción de varias disciplinas de la geología. En la evaluación del potencial petrolero y la estimación de reservas (Modificado de Beicip 2008).
  22. 22. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 22 La calidad del aceite es una función de su composición, el principal parámetro es la gravedad API, así como el contenido de azufre, le siguen en importancia otras propiedades físico-químicas tales como: relación gas/aceite, contenido de N y O, viscosidad, contenido de metales (V y Ni), grado de acidez, grado de precipitación de asfaltenos, y otros más. Los aceites de la Sonda de Campeche se caracterizan por contener altas cantidades de azufre en petróleos pesados, esto disminuye conforme aumenta la gravedad API y se hacen más ligeros (Figura 14). Un resumen de sus propiedades se muestra en la Tabla 1, en donde se muestran tres zonas con valores promedio, las cuales fueron seleccionadas en base a su grado de madurez térmica. Además los aceites comenzaron con grandes cantidades de compuestos polares, o compuestos orgánicos con contenidos altos de N, S y O. Primero fueron parafínicos ricos en ceras, luego disminuyó el contenido de ceras, para convertirse en aceites nafténicos bajos en ceras y finalmente sólo produjeron gases y condensados. Según la clasificación de las mezclas mexicanas, primero se genera petróleo Maya, luego Istmo y finalmente Olmeca. El Primero es el de mayor abundancia, casi 85% de todo lo producido. Si los resultados son confiables, se puede estimar las características de los aceites, que aun estén en rocas del Cretácico pero todavía el prospecto no se haya perforado en áreas aledañas a estas tres zonas la tendencia sea similar y con esto se puede planear mejor una estrategia de producción, en caso de que el campo sea económicamente explotable. El modelado de cuencas en un enfoque que conjunta todos los elementos para definir el sistema petrolero, así como los elementos de riego y predicción de las regiones con producción de hidrocarburos. El enfoque integral ahora lo han incorporado a sistemas Figura 16. Metodología para la evaluación geoquímica de las rocas generadoras. Los números indican la secuencia de investigación, la cual va de lo macro a lo micro. Sin embargo, previo a estos estudios es necesario hacer estudios integrales de geología y geofísica para enmarcar el modelo de acumulación y preservación de la materia orgánica en un contexto geodinámico.
  23. 23. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 23 computacionales que hacen los modelos matemáticos de simulación de la generación, expulsión, migración y entrampamiento de aceite y gas (Figura 15). Zona Nordeste Zona Central Zona Sudoeste 10 °API 22 ° API 40 °API 5.0 %S 2.5% de S 0.5 %S 50 m3 /m3 GOR 200 m3 /m3 GOR 500 m3 /m3 GOR 100 cst a 125°C de viscosidad 200 cst a 125°C de viscosidad 1500 cst a 125 °C de viscosidad 30 % de asfaltenos 15 % de asfaltenos 1 % de asfaltenos 300 ppm de V 60 ppm de V 5 ppm de V 100 ppm de Ni 20 ppm de Ni 1 ppm de Ni Cantidades altas de H2S Cantidades intermedias de H2S Cantidades bajas de H2S δ 13 C -25.5 ‰ δ 13 C -26.5 ‰ δ 13 C -27.5 ‰ Tabla 1 Resumen de las propiedades físico-químicas y de la calidad de los aceites crudos del área de estudio. Los valores son los promedios de las tres regiones en que fue dividida. Figura 17. Metodología para la evaluación geoquímica de los kerógenos. La secuencia de investigación tiene como objetivo determinar como fue la transformación del kerógeno para generar petróleo, en que cantidad y de que calidad. Sin embargo, previo a estos estudios es necesario hacer estudios integrales además de incluir los resultados de la metodología anterior.
  24. 24. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 24 Para predecir la calidad de los aceites se ha desarrollado una serie de trabajos integrados que dan primeramente el ambiente de depósito y la posible cantidad y tipo de material orgánico precursor (Figura 16), después se hace la simulación de la generación del petróleo con el calentamiento de un kerógeno inmaduro (Figura 17), el análisis de los extractos apoya a la caracterización de las rocas generadoras (Figura 18), luego se comparan los resultados de la serie madurada artificialmente con la serie naturalmente madurada y se hacen la calibraciones necesarias. Finalmente se compara las predicciones con datos de campos de pozos productores y entre más grande sea el ajuste mejor será el modelo predictivo (Figuras 19 y 20). Figura 18. Metodología para la evaluación geoquímica de los extractos de roca generadora. La secuencia de investigación tiene también como objetivo determinar como debe de ser la transformación del kerógeno para formar petróleo. Figura 19. Metodología para la evaluación geoquímica de aceites crudos. La secuencia de investigación tiene como objetivo determinar las características fisico-químicas del petróleo formado, mezclados o degradados que se encuentra en algún yacimiento o afloramiento incluyendo las emanaciones. En el mercado internacional, el principal factor para establecer el precio de venta es la gravedad API y en esto se basa la metodología.
  25. 25. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 25 Figura 20. Integración de resultados para comparar y calibrar una secuencia de evolución de una serie naturalmente madurada y otra artificialmente calentada. Los ajustes deben hacerse dependiendo de los márgenes de error, de las predicciones pre- establecidas y una vez comprobada extrapolar a otras regiones cercanas o similares. IX. Conclusiones 1 La Sonda de Campeche es un laboratorio natural de generación de petróleo. Esta zona es única en el mundo conocido hasta ahora, porque en ella se conjunta varios elementos y factores donde se presenta una serie completa de madurez térmica, la cual abarca todo el rango de la catagénesis, porque las rocas generadoras del Tithoniano varían desde inmaduras hasta sobre maduras. Pero no sólo eso ocurre, sino que la migración de los aceites que éstas rocas han expulsado, es primordialmente vertical y de distancias cortas, lo que hace que la serie de aceites relacionados varíe desde superpesados, hasta extra-ligeros (gases y condensados), cubriendo así todo el rango de la ventana de generación de aceite. 2 De las series naturalmente maduradas, tanto de aceites crudos, como rocas generadoras, se han estudiado algunos compuestos y se ha observado que algunos han sido afectados por la madurez. En base a esto, se han propuesto varios parámetros moleculares que han servido para calibrar ambas series. 3 Por ser esta región un paraíso para los especialistas en geoquímica. Se propone un análisis integral y metodológico, que sirva para predecir la composición del petróleo en otras regiones aledañas y aún no exploradas. 4 Como se ha demostrado, la parte sur del Golfo de México es una región privilegiada desde el punto de vista de su riqueza petrolera, en esta zona se acumularon las mayores cantidades de petróleo de México (más de 30 mil millones de barriles). Por esto, es recomendable hacer trabajos de predicción para planear la mejor opción de exploración, perforación y explotación de futuros campos petroleros. 5 No es casual que Cantarell sea el campo petrolero más grande del mundo en aguas costa afuera.
  26. 26. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 26 X. Referencias Ángeles-Aquino, F. J. and Cantú-Chapa A., 2001. Subsurface Upper Jurassic Stratigraphy in the Campeche Shelf, Gulf of Mexico. A.A.P.G., Memoir 75, p 343- 352. Ángeles-Aquino, F. J. 2006. Monografía Petrolera de la Zona Marina, Ed. Por la AMGP. Volumen Especial. 77 p. Clegg, H., Wilkes H., Oldenburg T., Santamaría-Orozco, D. and Horsfield B., 1998. Influence of Maturity on Carbazole distribution in Crude Oils and Source Rocks from the Sonda de Campeche, Mexico. Org. Geochem. V. 29, N0s. 1-2. pp. 183- 194 Demaison & Huizinga, B. J., 1994. Genetic Classification of Petroleum systems Using Three Factors, Charge, Migration and Entrapment. In: Magoon, L. B. and Dow, W. G. (Eds.): The petroleum system-from source to trap. AAPG Memoir, 60, pp. 73- 89. González, G. R. y Holguín, Q. N., 1992. Las rocas generadoras de México: Boletin de la Asociación Mexicana de Geólogos Petroleros, v. 42, p. 9–23. Grajales-Nishimura J. M. Cedillo-Pardo E., Rosales-Domínguez C., Morán-Zenteno D. J., Alvarez W., Ruíz-Morales J., García-Hernández J., Padilla-Avila Patricia and Sánchez-Ríos A., 2000. Chicxulub impact: The origin of reservoir and seal facies in the southeastern Mexico oil fields. Geology v. 28, N. 4, p. 307-310. Guzmán-Vega, M., and Mello, M. R., 1999. Origin of oil in the Sureste Basin, México: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 83, p. 1068–1095. Guzmán Vega, Mario Alberto, L.C. Ortíz, J.R. Román-Ramos, L. Medrano-Morales, L.C. Valdéz, E. Vázquez-Covarrubias, y G. Ziga-Rodríguez, 2001. Classification and origin of petroleum in the Mexican Gulf Coast Basin: an overview. En The Western Gulf of México Basin: Tectonics, Sedimentary Basins, and Petroleum Systems, editado por Claudio Bartolini, Richard T. Buffler, Abelardo Cantú-Chapa, págs. 127-142. AAPG Memoir 75. Haq, B. V., Handerbol, V. and Vail, P. R., 1987. Mesozoic and Cenozoic Chronoestratigraphy and Cycles of Sea-Level Change, p. 71-108. (in: Sea-Level Changes: An Integrated Approach. S.E.P.M., Special Publication No. 42, 407 p., Tulsa, Oklahoma, USA). Holguín, Q. N., 1987. Evaluación Geoquímica del Sureste de México. Bol. Asoc. Mex. Geol. Petrol., v. 37, No. 1, p. 3-48. Horsfield B., Clegg, H., Wilkes H. and Santamaría-Orozco, D., 1998a, Effect of Maturity on Carbazole Distribution in Petroleum System: New Insights from the Sonda de Campeche (Mexico) and Hill Mulde (Germany). Naturwissenschaften v. 85 pp. 233-237. Horsfield B., Leistner F., Dieckmann V., Erdmann M., Santamaría-Orozco D. and Schenk H.J. 1998b. Predicting Petroleum Compositions: New Insights from MSSV Pyrolysis coupled with Kinetic and PVT Models. 6th Latin American Congress on Organic Geochemistry, ALAGO, Margarita Island, Venezuela, 18-21 October. pp. 1-4 Horsfield, B., Dieckmann, V. Santamaría-Orozco, D. Curry D.J. and Schenk H. J., 2001. Compositional Mass Balance of Petroleum Formation. 20th International Meeting of Organic Geochemistry (EAOG), Nancy, France, Sep. 10-14, Abstracts, P-THU3- 14.
  27. 27. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 27 Hunt, J. M., 1995. Petroleum Geochemistry and Geology: second Edition, Freeman and Compan 743p. Jones, R. W., 1987. Organic facies. (in: Advances in Petroleum Geochemistry. Eds. J. Brooks and D. H. Welte, London: Academic Press), v. 2. p. 1-90. Klemme, H.D. and Ulmishek, G.F., 1991. Effective petroleum source rocks of the world: stratigraphic distribution and controlling depositional factors: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 75, no. 12, p. 1809-1851. Larter, S. R., Bowler B. F. L., Li M., Chen M., Brincat D., Bennett B., Noke K., Donohoe P., Simmons D., Kohnen M., Allan J., Telnaes N. and Horstad I., 1996. Molecular indicators of secondary oil migration distances. Nature, v. 383 p. 593-597. Mello M.R., Trindade L.A.F., de Grande S.M.B., Penteado H.L., Guzman-Vega M.A., Holguin Q. N., García C., Requejo A.G., Sassen R., McDonald T., Navarrete Reyes L.W., Campos P.G. and Lopez Quintero J.O., 1995. Comparative geochemical characterization of Gulf of Mexico oils derived from Jurassic to Miocene source rocks: a biological marker and isotopic approach”, en 17TH International Meeting on Organic Geochemistry, ed., pág. 65 a 67, España. Ortuño M., E., 1999. Tithoniano formación productora de hidrocarburos en la Sonda de Campeche: Revista Ingeniería Petrolera de la Asociación de los Inginieros Petroleros de México, v. 39, p. 29–36. PEMEX, 2008. Anuario estadístico, Exploración Producción. Romero I. M. A, Medrano M. L. y Maldonado V. R., 2001. Subsistemas generadores del Área Marina de Campeche, México. Boletín AMGP. V. 49, p.1005-114. Santamaría-Orozco, D, di Primio, R, Pickel, W., Hoguín, N., Horsfield B., 1995. Organic facies and maturity of Tithonian source rocks from the Sonda de Campeche, Mexico, Organic Geochemistry, Development and Applications to Energy, Climate, Environment and Human History, 17th International Meeting of Organic Goechemistry, EGOA, San Sebastián España. Abstracts p.152-154. Santamaría-Orozco, D., di Primio, R, Horsfield B., 1997. Eustatic Controls of Source Rocks Deposition in the Tithonian of the Sonda de Campeche, 18th International Meeting of Organic Goechemistry, European Association Organic Geochemistry (EAOG), Maastricht, The Netherland, Sep. 22-26, Abstracts, A60. Santamaría-Orozco, D., di Primio, Horsfield B., and Welte D. 1998a. Influence of maturity on of benzo- and dibenzothiophenes in Tithonian source rocks and crude oils, Sonda de Campeche Mexico. Org. Geochem. V.28, Nos. 7-8, pp. 423-439. Santamaría-Orozco, D., di Primio, R, and Horsfield B., 1998b. Generation of organic sulphur compounds from Tithonian source rocks, Sonda de Campeche (Mexico), as revealed by pyrolysis methods. 6th Latin American Congress on Organic Geochemistry, ALAGO, Margarita, Venezuela. 18-21 October. Abstracts Santamaría-Orozco, D. y Romero-Ibarra M. A., 1999. Predicción de la Composición Primaria del Petróleo a Partir de la Descomposición del Kerógeno Usando un Nuevo Enfoque Geoquímico. 3a Conferencia Internacional Conjunta AMGP/AAPG, 10-13 Octubre, Veracruz, México. Santamaría-Orozco, D, 2000. Organic Geochemistry of Tithonian Source Rocks and Associated Oils from the Sonda de Campeche Mexico 168 p.: ISSN 0944-2952 Ed. Forschungszentrum Juelich, Germany. Santamaría-Orozco, D. y Horsfield B., 2001. La Evolución Térmica de las Rocas Generadoras del Tithoniano en el Área Marina de Campeche, México. Boletín de la AMGP, v. 49, Nos. 1-2, pp. 116-136. Santamaría-Orozco D., Guzmán V. M. A., Castro O. L., Hernández, E. M. C. Rosales, C. E. y Ortuño M. E., 2002. Application of reservoir geochemistry to convection phenomena: Case study from a big oil field in south Gulf of Mexico, 8th Latin American Congress on Organic Geochemistry, ALAGO, Cartagena, pp. 119-121. Colombia.
  28. 28. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 28 Santamaría-Orozco, D. and Horsfield B., 2003. Gas generation potential of Upper Jurassic (Tithonian) source rocks in the Sonda de Campeche, Mexico, in AAPG Memoir 79, Chap. 15, pp. 156-163. ISBN 0-89181-360-8, Ed. By Bartolini C, Buffler, C. y Cantu C. A. Santamaría-Orozco, D., y Horsfield B., 2004. Predicción de las cantidades y composiciones de gas y aceite en zonas aún no perforadas de la Sonda de Campeche, México, 9th Latin American Congress on Organic Geochemistry, ALAGO Mérida, México. Santamaría-Orozco, D., 2006. Estimaciones de volúmenes de hidrocarburos en la Sonda de Campeche usando un enfoque integral, Primer congreso y exposición internacional del petróleo en México, Cancún, Quintana Roo, 30 agosto - 2 septiembre. Tissot, B. P. and Welte D. H., 1984. Petroleum Formation and Occurrence: Springer Ed., 699 p. Berlin.
  29. 29. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 29 Agradecimientos Quiero agradecer a los cinco maestros que me ayudaron a ser lo que soy en el aspecto profesional. En primer lugar a mi Padre el Sr. Raúl Santamaría Castillo que me formó como hombre y me enseño a sortear las vicisitudes de la vida. Al Ing. Benjamín Márquez Castañeda quien me enseño los primeros pasos de la geología y a amar al territorio nacional. Al Ing. Leovigildo Cepéda Dávila, quien me enseñó a tener paciencia en los laboratorios y dirigió mi tesis de licenciatura. Al Dr. Joaquín Eduardo Aguayo Camargo, quien me enseño a organizar y amar mi trabajo y me dirigió mi tesis de maestría. Al Dr. Bian Horsfield quien me enseño lo que sé de mi especialidad y que las nuevas ideas son ilimitadas. Todos ellos además me brindaron su amistad. Por último quiero agradecer a la UNAM y al IMP. Currículum Vitae Demetrio Marcos Santamaría Orozco es Ingeniero Geólogo egresado de la Facultad de Ingeniería de la UNAM (1978-1983), Maestro en Ingeniería en Recursos Energéticos del Subsuelo de la División de Estudios de Posgrado de la FI de la UNAM (1988-1990) y Doctor en Ciencias Naturales de la Universidad Técnica de Aquisgrán (Rheinisch- Westfaelische Technische Hochschule RTWH Aachen), Alemania (1994-1998) Trabaja desde 1984 para el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) Experiencia académica: Ha impartido clases de la asignatura Estratigrafía en la FI de la UNAM (1988-1990). Participó en el Seminario de Geopolítica y Recursos Energéticos de la FCP de la UNAM. (Septiembre 2005-2007). Profesor de Geodinámica de Cuencas en el Posgrado del IMP (marzo 2006 -2007). Experiencia laboral: Tiene 25 años de experiencia, 3 en la iniciativa privada y 22 en institución gubernamental, ha realizado trabajos de exploración, en varias áreas, tales como: minería, mecánica de rocas, estratigrafía, sedimentología, análisis de cuencas y geoquímica del petróleo. Ha participado en proyectos de Evaluación de Sistemas Petroleros y de sus Subsistemas Generadores de hidrocarburos en las cuencas sedimentarias de Sabinas, Tampico-Misantla, Zongolica, Tlaxiaco, Sonda de Campeche y Golfo de México. Ha realizado en 18 proyectos del Instituto Mexicano del Petróleo, en 9 Responsable y coautor en otros 9. Autor de 1 libro. De 1 capítulo de libro, Autor y/o coautor en 13 artículos científicos, 7 internacionales y 6 nacionales. Participó en más de 30 congresos. Ha impartido más de 20 conferencias; en Alemania, Brasil, Colombia, Venezuela, EEUU y México. Es miembro activo de las asociaciones Asociación Mexicana de Geólogos Petroleros (AMGP), American Association Petroleum Geologists (AAPG),
  30. 30. LA FORMACIÓN DEL PETRÓLEO EN EL SUR DEL GOLFO DE MÉXICO: PREDICCIÓN DE SU CALIDAD Especialidad: Geología 30 Asociación Latino Americana de Geoquímica Orgánica (ALAGO) y la Sociedad Geológica Mexicana (SGM). Es árbitro de varias revistas científicas internacionales (3) y nacionales (3). En los últimos 10 años se ha especializado en geología y geoquímica regional. Es especialista en la predicción de la composición de hidrocarburos a partir de maduración artificial de kerógenos y asfaltenos, a través de experimentos de laboratorio de pirólisis por cromatografía de gases en sistemas abierto y cerrado, balance de masas y cinética de extractos de rocas generadoras y aceites crudos. También se ha especializado en trabajos sobre administración del conocimiento y planeación estratégica de nuevas tecnologías en la industria petrolera. Es el autor del concepto Memoria Institucional del IMP. Distinciones y reconocimientos: Presidente Nacional de la Sociedad Geológica Mexicana (2001-2002), Presidente de la Delegación México de la Asociación Mexicana de Geólogos Petroleros, (2005-2007). Presidente del 1er Workshop sobre Gas de la Asociación Latino Americana de Geoquímica Orgánica en 2001, Director sección México de la ALAGO (2002-2008), Director del Comité de Ciencias de la Tierra de la Unión Mexicana de Asociaciones de Ingenieros UMAI (2002-2005). Miembro del Sistema Nacional de Investigadores SNI (2001 a 2006). Premio 1er lugar en Exploración y Producción del IMP en 1991. Reconocimiento al mejor trabajo del IMP en Exploración en 1998 por PEP-PEMEX.

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