Taller de Hidrocarburos en Lutitas. Gas Shale

Aspectos Geolgicos Dr. Gustavo Murillo Muetn

Octubre, 2013

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Taller de Hidrocarburos en Lutitas. Gas Shale

Hidrocarburos: Qu son y cmo se forman?

Qu son las rocas generadoras?

Qu es un sistema petrolero?

Cules son las tcnicas para explorar por hidrocarburos?

Dnde hay hidrocarburos en Mxico?

Qu son y cules son los yacimientos petroleros no convencionales?

Lutitas: qu son, porqu producen gas o aceite?

Dnde se explotan lutitas con hidrocarburos en el mundo?

Dnde hay potencial petrolero en lutitas en Mxico?

Qu caractersticas debe tener la lutitas para producir hidrocarburos?

Qu caractersticas geolgicas tiene el prospecto Galaxia? Y sus lutitas?

Cmo estimar los hidrocarburos en lutitas?

Contenido

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Los hidrocarburos se derivan de materia orgnica marina y continental

Los hidrocarburos son compuestos qumicos formados principalmente de carbono e hidrgeno

Gases: metano, etano, propano, etc.

Lquidos: pentano, hexano, heptano, etc.

Slidos: hexadecano, etc.

Los hidrocarburos se forman a partir de materia orgnica vegetal y/o animal marina, lacustre y continental (kergeno) que es sepultada con sedimentos y eventualmente expuesta a temperaturas relativamente altas (90-220 C).

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Los hidrocarburos se generan en rangos termales especficos

Ventana del aceite: 90-160 C (modificado de Marshak, 2001)

T (C) Profundidad

(Km)

Cam

bios

en

com

posi

cin

mol

ecul

ar Kergeno

Grafito

Ventana del aceite

Ventana del gas

Cantidad relativa

Metano

Aceite

Gas natural

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Las rocas generadoras son ricas en materia orgnica que se transforma a hidrocarburos

Rocas generadoras: rocas sedimentarias ricas en materia orgnica que han generado o tienen

potencial para generar hidrocarburos (gas y/o aceite) o ya los generaron todos

marinas (someras y profundas) y lacustres dominadas por condiciones anxicas (poco oxgeno)

contienen kergeno (material orgnico insoluble)

Contenido de Carbono Orgnico Total (COT): >1.5%

sepultadas rpidamente para que se preserve la materia orgnica

Ejemplos en Mxico y Texas: Formacin Agua Nueva/Eagle Ford (Cretcico Superior)

Formacin Pimienta/La Casita (Jursico Superior/Cretcico Inferior)

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Las principales rocas generadoras en Mxico son de edad Tithoniano (152-145 Ma)

Rocas generadoras de edad Tithoniano en Mxico

Ncleos de la Sonda de Campeche

Formacin Chinameca en Veracruz

400 m

Muestra de la Sonda de Campeche

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Un sistema petrolero incluye los siguientes elementos: Roca generadora activa y todos los hidrocarburos asociados

Roca almacenadora (porosa y permeable): yacimiento convencional

Roca sello (roca impermeables: lutitas y evaporitas)

Una trampa: estratigrfica, estructural y/o estructural-estratigrfica

Sincrona: coincidencia de los elementos del sistema petrolero en el tiempo

adecuado (formacin de trampa, generacin, migracin, acumulacin y preservacin)

El sistema petrolero debe cumplir con varias condiciones para tener acumulaciones de hidrocarburos comerciales

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La exploracin petrolera utiliza mtodos indirectos y directos

Mtodos indirectos geofsicos Ssmica de reflexin

o Parmetros de reflectores ssmicos

o Atributos ssmicos

Registros geofsicos de pozos o Rayos gama, SP, resistividad, snico, densidad, porosidad neutrnica, etc.

Mtodos directos geolgicos

Muestras de pozos (ncleos y de canal) y afloramientos anlogos o Petrografa, microscopia electrnica de barrido, catodoluminiscencia,

inclusiones fluidas, difraccin de rayos X, etc..

o Bioestratigrafa (macrofsiles y microfsiles)

o Anlisis petrofsicos

o Geoqumica inorgnica (xidos mayores, elementos traza, radiometra e isotopa)

o Geoqumica orgnica de rocas e hidrocarburos (reflectancia de vitrinita, COT, isotopos de C, biomarcadores, cintica, etc.)

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Marco sismo-estratigrfico/sismo-estructural en el Cinturn Plegado Perdido (Golfo de Mxico; Fiduk et al., 1999)

Ejemplo de geofsica proporcionando un escenario del subsuelo a gran escala

Pliegue 4

Pliegue 3 Pliegue 2

Pliegue 1 Basamento

Milisegundos

Jursico

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La geofsica puede aportar informacin fundamental de los sistemas sedimentarios en el subsuelo

Sistema de canal/bordes submarino (Posamentier, 2007) Sistemas de canales submarinos antiguos

en el Golfo de Mxico

Sistemas sedimentarios en el subsuelo, depositados en ambientes marinos profundos, documentados a partir de reflexin ssmica

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Los registros geofsicos de pozos son una respuesta principalmente de la mineraloga y petrofsica de las rocas en el subsuelo

Registros geofsicos del Pozo Lee Ranch # 11 con objetivo Formacin Eagle Ford, W Texas (Cardeneuax, 2010)

Respuesta tpica de la parte superior de la

Formacin Eagle Ford

Respuesta tpica de la parte inferior de la

Formacin Eagle Ford

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Los mtodos directos permiten la documentacin y calibracin del modelo geolgico y petrofsico del subsuelo de un yacimiento

Petrografa

350 m

Microscopio electrnico de barrido

325 m

Muestras de canal

1.75 cm

Ncleo

10 cm

Mtodos geolgicos

directos

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Diversas tcnicas analticas cuantitativas se emplean para documentar la historia de las rocas sedimentarias

1.45 mm 1.45 mm

Catodoluminiscencia Inclusiones fluidas

Istopos estables de O y C

Difraccin de rayos X (Ratcliffe et al., 2012)

Quimoestratigrafa (Hildred et al., 2011) Mtodos geolgicos cuantitativos

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La geoqumica orgnica permite identificar las rocas generadoras o potencialmente generadoras de hidrocarburos

Estudios geoqumicos de rocas del Tithoniano de SE de Mxico (Sosa Patrn y Clara Valdes, 2001)

Diagrama de Van Krevelen y tipos de kergeno (McCarthy et al., 2011)

Ejemplos de anlisis geoqumicos de rocas generadoras

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La geoqumica orgnica ayuda a definir la etapa de madurez termal de una roca y a realizar correlacin de aceites y su roca generadora

Ejemplos de anlisis geoqumicos de rocas generadoras

Color de la materia

orgnica

Madurez termal

orgnica Ro%

0.2

0.3

0.5

0.9

1.3

2.5

Inmadura

Mad

ura

(gen

erac

in

de

hidr

ocar

buro

s)

Gas seco

>50-80 C

>50-90 C

60-140 C

110-200 C

190-300 C

>300 C

Reflectancia de vitrinita (Ro%). Modificado de Traverse (2008)

y Silva Tamayo (2013) Correlacin de tipos de aceites y roca

generadora del SE de Mxico utilizando biomarcadores (Guzmn-Vega y Mello, 2007)

Edad: Tithoniano Cuenca: Chiapas-Tabasco Litologa: calizas arcillosas Profundidad: 3698-3705 m 13C= -26.67 Tmax: 439 C

Terpanos m/z 191

Edad del yacimiento: Plioceno Medio Cuenca: Chiapas-Tabasco Profundidad: 3150-3165 m 13C= -26.96 Densidad API: 32.4

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Exposicin de la Formacin Zuloaga del Jursico Superior (164-157 Ma) en Puerto Pin, Coah.

Exposicin de la Formacin El Abra del Cretcico Medio (113-94 Ma) en Actopn, Hgo.

Estudios de afloramientos anlogos

Los afloramientos de rocas proporcionan informacin importante sobre la geologa de subsuelo

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Las cuencas sedimentarias petroleras mexicanas estn relacionadas a la evolucin del Golfo de Mxico

Cuencas petroleras de Mxico (informacin de PEP, 2010)

Piedras Negras

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Yacimientos no convencionales: Baja porosidad y permeabilidad, requieren de tcnicas de estimulacin (fracturamiento,

inyeccin de otros fluidos, etc.) para producir hidrocarburos

Los yacimientos no convencionales requieren ser estimulados para ser explotados comercialmente

Yacimientos no convencionales (modificada de la National Energy Board of Canada)

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Las lutitas son rocas sedimentarias arcillosos y frecuentemente yacimientos no convencionales

Lutitas: Rocas sedimentarias terrgenas constituidas por minerales arcillosos derivados de rocas

pre-existentes

Depositadas en ambientes sedimentarios acuosos de baja energa

En ambientes marinos profundos cubren grandes extensiones

Para ser yacimientos no convencionales: o Rocas generadoras: ricas en materia orgnica (COT >1.5%)

o Actan como roca generadora, roca almacenadora y roca sello

o Deben de estar dentro de la ventana de generacin de aceite y/o gas

o No requieren una trampa estructural como ocurre con los yacimientos

convencionales

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Las lutitas pueden ser productoras y no productoras de hidrocarburos

10 m

Microscopio electrnico de barrido Ncleo de lutitas

Lutitas de la Formacin Pimienta de edad Tithoniano en Pisaflores, S.L.P.

Ejemplos de lutitas

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Las lutitas gasferas/aceitferas estn distribuidas ampliamente en cuencas de diferentes edades

Cuencas sedimentarias en el mundo con yacimientos no convencionales asociados a lutitas gasferas y/o aceitferas (Advanced Resources International, Inc., 2013)

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Las lutitas gasferas/aceitferas son un objetivo petrolero importante en Estados Unidos

Yacimientos de no convencionales en lutitas en Estados Unidos (Energy Information Administration, 2011)

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Yacimientos de no convencionales en lutitas en Mxico (Escalera-Alcocer, 2011)

Mxico tiene un gran potencial en yacimientos no convencionales en lutitas aceitferas y gasferas

Cuenca de Chihuahua

Cuenca de Veracruz

Cuenca Tampico- Misantla

Cuenca de Burgos

Cuenca de Sabinas

Plataforma Burro-

Picachos

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Para producir hidrocarburos las lutitas deben ser rocas generadoras

Caractersticas de las lutitas para ser rocas generadoras: Abundante materia orgnica, principalmente vegetal marina pero pueden contener

materia orgnica vegetal continental

Ambientes de depsito anxicos (baja oxigenacin)

sepultadas relativamente rpido para preservar de la materia orgnica

COT >1.5%

Deben de estar dentro de la ventana de generacin de aceite y/o gas

Formacin Agua Nueva (113-94 Ma) en Xilitla, S.L.P.

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Paquete sedimentario de capas delgadas de lutitas calcreas negras interestratificadas con calizas arenosas y areniscas calcreas, con ndulos de pedernal negro

Ambiente de depsito: mar abierto (condiciones relativamente profundas)

Espesor 100 a 300 m (200 m en promedio); 183 m son facies ricas en materia orgnica

COT de 1-4%, kergeno II y madurez trmica dentro de la ventana de aceite y gas

Anchura de 80 Km en el S Texas

Profundidad actual: 1,050 a 5,000 m (3,160 m en promedio)

Pozos Emergente-1 y Habano-1 han comprobado la continuidad de zonas de gas seco y gas hmedo en el NE de Mxico

Afloramientos en Sierra de Santa Rosa y El Piloncillo, al S de Muzquiz, Coah.

La Formacin Eagle Ford en el prospecto Galaxia cumple con las caractersticas de un yacimiento no convencional

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Prospecto Galaxia

El Prospecto Galaxia tiene una rea de aproximadamente 1500 Km2 ( 25 x 60 km)

0 50 Km

N

Galaxia 3D

Google Maps

Afloramientos anlogos

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Prospecto Galaxia y columna estratigrfica representativa del Cretcico

Piedras Negras, Coah.

Laredo, TX Buda

Eagle Ford

Austin Chalk

Anacacho

Olmos

Aceite y gas

Aceite y gas de lutitas

El Prospecto Galaxia queda dentro de la faja de produccin de aceite de la Formacin Eagle Ford

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Expresin ssmica de la Formacin Eagle Ford en el S de Texas (cortesa de Compaa Seitel Inc.)

La Formacin Eagle Ford en el subsuelo tiene poca deformacin tectnica

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Afloramiento de la Formacin Eagle Ford en W Texas (Art Donovan, 2012)

53.3

4 m

Los afloramientos anlogos proporcionan informacin geolgica importante del subsuelo

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Formacin Eagle Ford o Boquillas en las cercana de Austin, Texas constituida por lutitas y calizas (Fairbanks y Ruppel, 2012)

En los afloramientos anlogos se puede obtener informacin detallada del tipo de rocas sedimentarias

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La estimacin de hidrocarburos en lutitas se hace con modelado numrico y/o con informacin directa de subsuelo

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Estimacin de recursos de hidrocarburos en lutitas

Modelado de cuencas (PetroMod* y Hantschel y Kauerafuf, 2008) Cuantificacin directa (Compaa Seitel Inc.;

Cardeneuax, 2010; Milner et al., 2010)

C Lquido

Vapor

Composicin superficial

Composicin liquida in situ

Composicin liquida in situ

Gas de Kingak Aceite de Kingak Gas de Shublik Aceite de Shublik Gas de Hue Aceite de Hue

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Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26Nmero de diapositiva 27Nmero de diapositiva 28Nmero de diapositiva 29Nmero de diapositiva 30Nmero de diapositiva 31Nmero de diapositiva 32