2.2 sistema petrolero
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2.2 Sistema Petrolero
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OBJETIVO
Proporcionar al participante un conocimientobásico sobre los elementos y procesos que
conforman un sistema petrolero.
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TEMARIO
1. Roca generadora
2. Roca almacén
3. Roca sel lo4. Tr am pa
5. Migración y sincronía
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DEFINICIÓN
El SISTEMA PETROLERO
"MAQUINA NATURAL DE HACER PETROLEO"
El s is te ma p et ro le ro es u n s is tema n atural , q ue inc lu ye tod os los elemen to s yprocesos geológicos esenciales para queun yacimiento de aceite y/o gas exista enla naturaleza.
El sistema petrolero se estudiacomo un modelo dinámico, donde intervienenvariasentradas a la cuenca sedimentar ia (sedimentos , mater ia orgánica), ocurre su
t ran sforma ción (d iag én es is , c atag én es is ), y s e g en era el ac ei te y /o g as , q uefinalmente puedeacumularse en unatr ampapetrolera.
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DEFINICIÓN
L os el em ent os cl av e q ue
def inen la existencia de un
s is tema p etr ol er o s on l as
rocas generadoras,
almacenadora, sello, trampa
y el sepultamiento necesario
para la generac ión térmica
de los hidrocarburos.
Elementos que deben
c om par ti r l as ap ro pi ad as
relaciones espacio-
temporales para permitir que
los hidrocarburos se
acumulen y se preserven”.
S i s t e m a P e t r o l e r o
(Guzmán V, Holguín Q, 2001)SLB
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Roca generadora:
Es una roca sedimentar ia de grano f ino que en condiciones naturalesha generado y desprendido suf ic ientes HC s como para formar unaacumulación comercial.
ROCA GENERADORA
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CONDICIONES IDEALES PARA LA FORMACIÓN DE ROCAS GENERADORAS
• Alta productividad biológica dentro o hacia el sitio de la cuenca desedimentación.
• Condiciones anóxicas en el ambiente de sedimentación.
• Tasas de sedimentación altas.
• Precipitación de sedimentos de grano fino.
De acuerdo con estas condiciones los ambientes de sedimentaciónmás favorables para la formación de rocas generadoras son:
• Lagos anóxicos
• Deltas
• Ambientes marinos
ROCA GENERADORA
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La mayoríade los sedimentos acumulados en el mar,sobretodo los deg ran o f in o, c on ti en en g ran c an ti dad d e m at er ia o rg án ic a q ue f uet ranspor tada junto con el sed imento o que se precipi t ó a la muerte deorganismos que vivían en el entorno.
A dist int as prof undi dades, en los sedim ento s viven bacter ias y hong osque al morir forman parte de l a materi a orgáni ca que se p uedetransformar en petróleo.
ROCA GENERADORA
Materia Orgánica Kerógeno Gas Aceite Gas
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La roca generadora debe ser enterrada a una profundidad sufic iente(más d e 1000 m ) par a qu e l a mat er ia o rg áni ca c on teni da p ued amadurar hasta convertirse en aceite y/o gas.
Es n ec es ar io q ue l a r oc a g en er ad or a s e en cu en tr e d en tr o d e u na
Cuenca Sedimentaria que sufraprocesos de subsidencia (hundimientop or s u p ro pi o p es o) y en ter ram ien to , c on u n ap or te s uf ic ien te d esedimentos; esto l imitael número de cuencas en el mundo quet ieneninterés petrolero al 50% de las existentes.
ROCA GENERADORA
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Roca Almacenadora
Involucra el espacio poroso entre partículas, a los poros por solución y/o alas fracturas.
La porosidad y permeabilid ad están influenci adas por las característicastexturales de los sedimentos y los cambios diagenéticos.
ROCA ALMACÉN
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• Buenos Almacenes típicos:
1. Arenis cas
2. Calizas (Fracturadas, Vugulares, Orgánicas, Oolíticas,Dolomitizadas, Cársticas, etc.)
3. Dolomías.
ROCA ALMACÉN
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Según Pettijohnet al. 1987
ROCA ALMACÉN
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ROCA ALMACÉN
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CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS CARBONATADAS SEGÚN
DUNHAM 1962
ROCA ALMACÉN
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4X, LN –N II
C
Cp
F
fg
fg
C
Cp
RISP
Int. Productor: 3038-3040m Aceite: 31m3/día
Gas: 5941m3/día
Plioceno Inferior Secuencia3.89 m.a.
T U P I L C O – 1 2 9
N – 3, Fgto. 33
3095 – 3104 m
Arena Arc ósic a
LíticaPorosidad: 25%
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Arcos aPorosidad: 25% Aceite Neg ro 35.5° API
Plioceno Inferior Secuencia 3.89 m.a.
E L G O L P E - 78
N – 1, Fgto. 5
3552 –3561 m
ROCA ALMACÉN
© 2006Weatherford. All rights reserved.Cantrell, D.L. and others (2001), Saudi Aramco Journal of Technology, Spring 2001, p. 26-38
Fotomicrografíasde dolomíasde la zonasuperior
Arab-D, campo Ghawar, Arabia Saudita.
Este campo gigante tiene 450 kilometros de largo
Fotomicrografía de lámina delgada de
dolomita de la zona superior en un pozo de
Ghawar..
Fotomicrografía de lámina delgada de dolomía
de la zona superior en un pozo de Ghawar
ROCA ALMACÉN
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Ejemplos de porosidadsecundaria formada por l aacc ión de karst if icac ión bajod iscordanc ias subaereas en
las Bahamas
Beach, D. K. (1995), AAPG Memoi r
63, p. 1-33
ROCA ALMACÉN
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To do s l os d ep ós it os s ed im en tar io s, t ien en u na c om po rt am ien to n o
homogéneo causada por la d is tr ibución en t iempo y espac io de fac ies
s ed im en tar ias (“ ar qu it ec tu ra” ), y p or c om pac tac ió n, d ef or mac ió n,
cementación y naturaleza de los fluidos que rellenen los poros.
After Web er, 1986
Ejemplo de varios
niveles (ordenes) de
heterogeneidad en un
yacimiento fluvial
ROCA ALMACÉN
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Roca Sello
Se consi dera roca sel lo aquel tipo de r oca q ue es impermeabl e y conporosidad baja,si llega a tener poros estos son de tamaño subcapilar.
ROCA SELLO
La efectividad de los sello s puede ser examinada en
términos de su:
-Litología
-Ductibilidad
-Espesor
-Continuidad Lateral
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ROCA SELLO
Son litologías impermeables:
Hidratos de gas
Sal y anhidrita
Lutitas
Carbonatos compactos
Limolita y areniscas bien cementadas
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Downey, 1984
Litología Ductibilidad
Sal Más dúctil
Anhi dri ta
Lutitas ricas en organismos
Lutitas
Limos arcillosos
Lodos calcáreos
Pedernal Menos dúctil
ROCA SELLO
Las rocas sel lo generalmente son l i to logías dúc ti les lateralmentecontinuas.
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Sello diagenético en rocas calcáreas
Formación Smackover,
Walker Creek field.
Sello regional constituido por
lutitas calcáreas del KS,Pozo Chaya-1, N-1
ROCA SELLO
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ROCA SELLO
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ROCA SELLO
►La capacidad del sello(presión de entrada) controla
la cantidad de HC’s quepueden ser atrapados.
►Una roca sello debe teneruna presión capilar deentrada suficientemente altapara detener la fuga de losHC’s.
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Roca Almacén
Roca Sello
Roca Almacén
Roca Generadora Migraciónde Hidrocarburos
Gas
Gas
Trampa
Aceite
Aceite
Trampa
Una trampa es un rasgo geol ógico q ue permi te l aacumulación del pet ró leo que migra y su preservaciónpor un ciertointervalo de t iempo.
TRAMPA
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Elementos de la trampa
Una trampa requiere de la existencia de varios elementossimultáneamente:
1. Almacén (Reservorio)
2. Sell o
3. Área de baja presión
4. Ci er re
Para una acumulación se debe añadir otro elemento…
5. Hidrocarburos.
TRAMPA
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TRAMPA
Principales características de una trampa trampas
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CLASIFICACION DE TRAMPAS
Trampas Combinadas
Trampas EstructuralesPor Pliegues anticlinales.
Contra Falla normales, inversas,laterales
Domos.
Trampas Estratigráficas Primarias
Secundarias
Truncación
TRAMPA
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TRAMPA
Trampas Estructurales
Pliegue
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TRAMPA
Trampas Estratigráficas
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TRAMPA
TrampasCombinadas
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TRAMPA
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EVIDENCIAS DE LA MIGRACIÓN
Presencia de chapopoteras.
Presencia de escapes de gas.
Acum ulac ion es de
hidrocarburos en rocas sincontenido de materia orgánica.
Aceit es qu ímicament esemejantes en una serie dereceptáculos sobrepuestos.
MIGRACIÓN
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MIGRACIÓN
Consideraciones volumétricascuantitativas, ya que existenyacimientos con volúmenesmuy gr andes.
Explotación de hidrocarburossin bombeo.
EVIDENCIAS DE LA MIGRACIÓN
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FACTORES QUE GOBIERNAN LA MIGRACIÓN DELPETRÓLEO
Porosidad efectiva de las rocas.
Grado de saturación de las rocas.
Peso específico, viscosidad y cantidad de gas.
La migración es favorecida por fuertes pendientes en losestratos, por las discordancias angulares y por el fracturamiento.
Mojabilidad.
Tamaño de la garganta del poro.
MIGRACIÓN
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MIGRACIÓN
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Diámetro de poro en lutitas, nm
P o r o s i d a d d e l a l u t i t a ( % )
3
Peso específico, viscosidad
El tamaño promedio de los poros en laslutitas es de ~3 nm, (algunos puedenser de más de 100 nm) por lo que l oscíclicos pueden migrar con ciertafacilidad con porosidad de las lutitas de10% (o menos) a más de 6,000 m deprofundidad.
MIGRACIÓN
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Mojabilidad.
SLB
MIGRACIÓN
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SLB
MIGRACIÓN
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MIGRACIÓN SECUNDARIA
Una vez expulsados de la Roca Generadora, los fluidos se muevenmás libremente por Flotación (Empuje).
Los HC´s son más ligeros qu e el agua y por ende son capaces dedesplazar el agua hacia abajo y movers e hacia arriba.
La magnitud de la flotación es proporcional a la Diferencia deDensidades entre el agua y la fase de HC´s, así como tambiéndependerá del tamaño de los Gló bulos o Cadenas de HC sexpulsados.
Contraria a la flotación, es la Presión Capilar de Entrada oresist encia a que los HC´s pasen a través de una garganta de poro.
MIGRACIÓN
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MIGRACIÓN
Resistencia = Presión Capilar
Tamaño de la Garganta de poroRoca-Fluido = MojabilidadFluido-Fluido = Tensión interfacial
Fuerza de Empuje = Flotación
Densidad del Agua y aceite Altur a del fi lamento de HC’s (Columna)
F > R Migración
R > F Entrampamiento (sello)
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FOCOS DE GENERACIÓN Y RUTAS DE MIGRACIÓN
REGIÓN DE
CRESTAS
DIAPÍRICAS
DE ARCILLA
CRESTADIAPIRICADE ARCILLALIMITE W
DELOSDIAPIROSDIRECCIÓN
DEMIGRACIÓNDENTRO DELMESOZOICODIRECCIÓNDEMIGRACIÓN ALA BASEDELA ARCILLADIRECCIÓN DEMIGRACIÓN ASOCIADA ALAS FALLASNORMALESDELNEÓGENO.
FOCOSDEGENERACIÓN
MIGRACIÓN
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SINCRONIA
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SINCRONIA
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SINCRONIA
SLB
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2.3 Análisis de Cuenca
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OBJETIVO
Proporcionar al part ic ipante un conoc imientobásico sobre el modelado de cuencas,
generación y composición de los hidrocarburos.
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Modelos 1D:
Tratan con la geología de una sección lineal (pozo).
Se puede construir rápidamente con la información de un pozo.
Puede ser muy completo y sofisticado.
No maneja flujo de fluidos fuera de la vertical.
ANÁLISIS DE CUENCA
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ANÁLISIS DE CUENCA
Modelos 2D.
Tratan con una seccióngeológica dividida en unarejilla de celdas convalores calculados paracada una de ellas.
Permite modelar el flujo defluidos lateralmente(derecha e izquierda)
Muchos modelos 1D noproducen un 2Dverdadero, porque losvalores son interpolados y
no calculados.
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Modelos 3D
► Tratan con elementos de volumen (cubos, rombos, prismas, etc.).
► Maneja el flujo de fluidos lateralmente en cualquier dirección.
► Una malla de modelos 1D o 2D no hacen un 3D verdadero.
ANÁLISIS DE CUENCA
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Historia de Sepultamiento(soterramiento, enterramiento)
• El modelado inicia con un diagrama de historia de sepultamiento. Serequiere de las cimas o espesores formacionales y la edad geológicade esas cimas.
• La curva de sepultamiento da idea de las tasas de sedimentación,tiempo y cantidad de sepultamiento y subsidencia.
ANÁLISIS DE CUENCA
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JT
PgK
Mio
PP
600
1800
300
1200
200
0150 100 50157
1000
2000
3000
4000
JT Cretácico Pg Mio PP
0 m E S P .
( m )
145 65 523
Tiempo (ma)
Prof. E d a d
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JT
PgK
Mio
PP
600
1800
300
1200
200
0150 100 50157
1000
2000
3000
4000
JT Cretácico Pg Mio PP
0 m E S P .
( m )
145 65 523 Tiempo (ma)
Prof. E d a d
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30
40
50
60
100
80
90
70
110
120
130
140JT
PgK
Mio
PP
600
1800
300
1200
200
0150 100 50157
1000
2000
3000
4000
JT Cretácico Pg Mio PP
0 m E S P .
( m )
145 65 523 Tiempo (ma)
Prof. E d a d
GG = 30 °C/KmTsup = 20 °C
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Gas Aceite Asfalto Carbón Kerógeno
Carbono 76 84.5 84 83 79
Hidrógeno 24 13.0 10 5 6
Azufre 0 1.5 3 1 5
Nitrógeno 0 0.5 1 1 2
Oxígeno 0 0.5 2 10 8
100 100 100 100 100
Composición Elemental de Combustibles Fósiles yKerógeno (%)
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Tamaño Molecular
Compuesto más ligero: Metano
Compuestos más pesados: Asfal tenos
Series Moleculares: Difieren por un Grupo CH2
Parafinas Normales: CnH 2n+2
n=1-4 Gasesn=5-16 Líquidosn=16-60Sólidos
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NOMENCLATURA DE ACUERDO AL TIPO MOLECULAR
Alkanos = Parafinas
Cicloalcanos = Naftenos = Cicloparafinas
Alkenos = Olefinas (dobles ligaduras)
Alkinos = (Triples ligaduras)
Arenos = Aromáticos (Cíclicos insaturados)
n-parafinas = parafinas normales
iso-parafinas = parafinas ramificadas S a t u r a
d o s
I n s a t u r a d o s
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n-Parafinas (Alkanos)Etano
2,3-Dimetilbutano
2-metilhexano
Pentano
Parafinas de cadenas ramificadas (Alkanos)
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Olefinas(alkenos)
Naftenos (Cicloalkanos)
Isopropilciclopentano
Aromáticos (Arenos)
Tolueno
Tetralino
Etilnaftaleno
Isopreno
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Tamaño Isómero
• C1,C2,C3 1
• C4 2
• C5 3
• C6 5
• C7 9
• C8 18
• C9 35
• C10 75
• C11 159
• C12 355
• C13 802
• C15 4347
• C18 60,523
• C25 36,797,588
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Distribución isotópica de gases naturales
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10
Catagenético
Biogénico
13C (º/oo)
Metagenético
Waples, 1981
Los isótopos estables de carbono son utilizados junto con los
biomarcadores para caracterizar aceites y extractos de roca. L os
biomarcadores o marcadores biológicos (Eglinton et. al., 1964; Eglinton y
Calvin, 1967) son un término utilizado para definir cualquier compuesto
químico cuya estructura molecular básica sugiere un origen orgánico que
puede relacionarse directamente con un tipo específico de organismo.
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Cuencas productoras mexicanas del Golfo de México.
Guzmán et al., 2001
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Evolución de la MO
VENTANA DE GENERACIÓN
Fugro- Robertson
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Se define el kerógeno como la fracción de la materia orgánica en lasrocas sedimentarias que es insoluble en ácidos, bases y solventesorgánicos, ya que está compuesto básicamente de grasa y ceras.
El kerógeno está formado por macro - moléculas de núcleos cíclicoscondensados y encadenados por enlaces heteroatómicos o cadenasalifáticas, por lo que es resistente a la descomposición.
El kerógeno es el principal precursor de los hidrocarburos (líquidos ygases), a su vez el tipo de kerógeno cont rola el hidr ocarburo qu e unaroca sedimentaria pu ede generar.
Kerógeno.
VENTANA DE GENERACIÓN
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Modelos esquemáticos de tres diferentes tipos de Kerógeno
TipoI
TipoII
TipoIII
VENTANA DE GENERACIÓN
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© 2006Weatherford. All rights reserved.Selly y Morril, 1983
VENTANA DE GENERACIÓN
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O/C
200
150
50
100
0
0 010 020 030
I
II
Zona Inmadura
IIIZona Principal de
generación de aceite
Zona de formaciónde gas
H / C
Principales productos dela evolución del kerógeno
CO2, H2O
Aceite
Gas
Tissot y Welte,1978
Diagram
a de Van
Krevelen
Relación con los tipos de Kerógeno
VENTANA DE GENERACIÓN
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Den tr o d e l a r oca g en er ad ora, n o to da l a mater ia o rg áni ca s et ran sf or ma en p et ró leo , s e es ti ma q ue el 70% p er man ec e c om ores iduo orgán ico insolub le, por lo que e l rendimiento promedio delas rocas generadoras es de aproximadamente 30%.
Pero este porcentaje no es el del petróleo que finalmente obtenemos,p ues s e es ti ma q ue só lo 1 % d el pet ró leo gen erad o es c ap az demigrar haciala roca almacén y acumularseen ella, mientras que99%n o l leg a a mi gr ar o s e pi er de d eb id o a q ue n o exi st e u n sel lo q ueimpidaque el crudo o elgas escape dela roca almacén.
Po r o tro l ado , s e t ien e el p ro bl em a de l a c an ti dad d e p et ró leorecuperable con rendimiento económico de los yacimientos, que esen general menor del 60%.
VENTANA DE GENERACIÓN
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CARBONO ORGÁNICO ENROCAS SEDIMENTARIAS
(x1018 g)
Carbono Orgánico
(Reducido)
Carbono enCarbonatos
(Oxidado)
Rocas Sedimentarias(todas):•Lutitas
•Carbonatos
•Areniscas
•Carbón (>4.6m espesor)
Mat. Org. Insoluble8900
1800
1300
15
9,300
51,100
3,900
Rocas No-Almacén
Asfalto
Petróleo
Mat. Org. Soluble
275
265
Rocas Almacén
Aceite pesado y Asfalto
Petróleo
TOTAL
0.6
1.1
________________
~12,600
____________~64,000
(0.001% de 12,600)
(2%) de 12,600
17% 83%
GENERACIÓN