Los reservorios de hidrocarburos

Teorías sobre el origen del petróleo

Teorías inorgánicas

Las teorías originales en las que se atribuyó al petróleo un origen inorgánico como las Teorías de Berthelott y Mendeleyev han quedado descartadas, en la siguiente imagen se expone sus principios mediante reacciones químicas.

Teoría orgánica

Actualmente, uno de los supuestos más aceptados acerca del origen del Petróleo lo constituye La Teoría de Engler (1911).

Primera etapa

Depósitos de organismos de origen vegetal y animal se acumulan en el fondo de mares internos (lagunas marinas). Las bacterias actúan descomponiendo los constituyentes carbohidratos en gases y materias solubles en agua, y de esta manera son desalojados del depósito. Permanecen los constituyentes de tipo ceras, grasas y otras materias estables, solubles en aceite.

Segunda etapa

A condiciones de alta presión y temperatura, se desprende CO2 de los compuestos con grupos carboxílicos, y H2O de los ácidos hidroxílicos y de los alcoholes, dejando un residuo bituminoso. La continuación de exposiciones a calor y presión provoca un craqueo ligero con formación de olefinas (protopetróleo).

Tercera etapa

Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales se polimerizan y ciclizan para dar origen a hidrocarburos de tipo nafténico y parafínico. Los aromáticos se forman, presumiblemente, por reacciones de condensación acompañando al craqueo y ciclización, o durante la descomposición de las proteínas.

Formación de los Yacimientos Petrolíferos

Para la formación de un depósito de petróleo o gas natural se requieren tres condiciones:
- Rocas generadoras que den origen a los hidrocarburos.
- Una roca almacenadora suficientemente porosa e impermeable, a la cual puedan migrar los hidrocarburos.
- Una trampa en algún lugar de la capa almacenadora para que queden aprisionados los hidrocarburos.
Para la formación de yacimientos de gas y petróleo económicamente importantes deben cumplirse las tres condiciones mencionadas. Debe existir una roca-madre que haya sido capaz de suministrar las sustancias bituminosas. Es necesario que exista una roca-almacén que se encuentre en condiciones de acumular dichas sustancias de tal modo que sea imposible que se escapen de ella. Las circunstancias de la estratificación deben ser tales que permitan una acumulación en las rocas-almacén sin que sobrevenga una evaporación en la superficie terrestre (<<estructuras petrolíferas>>). Las rocas-madre han de haber experimentado un determinado grado de compresión, compactación o, incluso, una elevación de temperatura que forzara al petróleo a evadirse, ocupando otros poros de mayor tamaño o los huecos de grietas.                                   

Roca Madre

Se considera como Rocas Madres o generadoras del petróleo a las lutitas bituminosas, arenas, arcillas, margas  de foraminíferos, que en zonas petrolíferas de relieve aparecen grandes espesores formando sedimentos de tipo litoral, ciertas calizas y  pizarras bituminosas suministran la máxima cantidad de destilados. Se cree que  las rocas generadoras más importantes son las lutitas marinas, aunque ciertas calizas, especialmente las de origen arrecifal, también pudieran haber generado petróleo.
Las investigaciones, sobre todo el estudio de depósitos bituminosos recientes, indican que tanto las plantas como los animales pueden suministrar petróleo, pero no los grandes fósiles por ejemplo peces, mamíferos o algas, sino sobre todo los microorganismos que son los que entran en consideración con este suceso. Se ha confirmado la existencia de colesterina y fitosterina en el petróleo, su procedencia de grasas animales y vegetales está probada.
Además de las rocas bituminosas, también suministran petróleo, potentes sedimentos marinos arcillosos; los campos petrolíferos se encuentran sobre todo en zonas de deposición epicontinentales o en aquellas regiones geosinclinales que en un principio eran someras y en las cuales, se acumularon potentes sedimentos litorales, arcillosos o calizos a medida que se iban hundiendo lentamente el fondo. Los arrecifes coralinos, con su exuberante fauna de playa, pudieron convertirse en rocas-madres o rocas-almacén al producirse un nuevo descenso del fondo. Asimismo, el fango de las marismas pudo transformarse en roca-madre de una nueva trasgresión.
Como ha hecho resaltar Krejci-Graf, es importante saber, que no es decisiva la cantidad de materia orgánica encerrada en los sedimentos para que éstos sean apropiados para rocas-madres, sino las circunstancias de aireación, o sea, el consumo de oxígeno, que no ha de poder renovarse de una manera ilimitada.

Influencia de la consolidación de la roca

Las potentes series de sedimentos del mismo tipo muestran, a medida que aumenta la profundidad, una capacidad creciente. Debido a la reducción de los poros y a la expulsión del agua encerrada, el peso específico aumenta. La arcilla muestra una capacidad mayor que la arena. Si se forma gas en la arcilla o aparece petróleo, ambos encuentran un espacio mayor en la arena inmediata, por lo que se desplazan a ella. A esto hay que añadir que líquidos con una tensión superficial menor (petróleo) emigran a los poros de mayor tamaño, mientras que el agua, cuya tensión superficial es mayor, ocupa los poros más reducidos. Con la dureza aumenta el agrietamiento, con lo que el petróleo y gas de la zona antracitosa podría haberse evadido hacia la superficie exterior, evaporándose allí.                                           

Roca Almacén o Reservorio

Las rocas almacenadoras de hidrocarburos más apropiadas, pueden  ser las siguientes:
- Areniscas poco cementadas.
- Areniscas semi-consolidadas.
- Conglomerados o gravas.
- Calizas y dolomitas.
- Fracturamiento de cualquier clase de roca: ígnea, sedimentaria o metamórfica
Las rocas-almacén deben ser porosas. Las más frecuentes son la arena y la arenisca. Debido al aglomerante, la arenisca posee ya una porosidad menor. La arena pura de grano uniforme, de fino a medio (0,1 hasta 0,2 mm) es la mejor. Las arenas con una granulometría media de 0,075 mm, son impermeables al agua, pero buenas para los petróleos ligeros. Un pequeño contenido en arcilla es ya perjudicial. Las arenas de grano fino retienen mayor cantidad de petróleo por adhesión. Al abrirse o separase los granos pueden formarse grandes huecos, rebasando la media normal del volumen de poros. El contenido en petróleo es entonces muy abundante, pero la arena se pone fácilmente en movimiento. Las calizas y todavía más, las dolomías pueden ser porosas, pero las grietas y las diaclasas son aún de mayor importancia. Las intrusiones basálticas de México, poseen grietas que son muy productivas.
Debido a la posición natural de los granos, el volumen de los poros debe determinarse en testigos de la arena, no en muestras sacudidas en un recipiente. En las arenas está comprendido entre un 25-30%, y en las areniscas es del 5-20%. La permeabilidad de la arena es de la máxima importancia para la producción y debe determinarse también en testigos o en el propio yacimiento. Se mide con aparatos especiales, como los empleados en Hidráulica, y puede variar dentro de amplios límites.
Una acidificación eleva la permeabilidad de la caliza y la dolomía, y se emplea con éxito en campos antiguos para aumentar la producción.
La permeabilidad puede variar en el curso de la explotación, ya que cabe el que se deposite sílice sobre los granos de arena o que estos se recubran por adsorción de una película negra dejada por el petróleo.
Existen, como demuestran los ensayos realizados, arenas petrolíferas hidrófilas e hidrófobas. Esta última propiedad es, a menudo, un fenómeno que acompaña a la explotación. Los poros de una arena petrolífera contienen también agua. La saturación de petróleo no es, en ningún modo, idéntica a la porosidad. En el transcurso de la explotación, sobre la permeabilidad efectiva repercute también el contenido en agua del petróleo, a menudo creciente, conforme aquella avanza hacia su fin, así como la viscosidad del petróleo, también en aumento.