caracterización geológica de Yacimientos

Caracterización geológica de yacimientos

Aguilar Trejo Reyes Ing.

2.1 Introducción

Dentro de la caracterización estática de yacimientos, la caracterización geológica

es la primer forma de caracterización, en base a esta es posible obtener mucha

información muy importante para las técnicas de caracterización posteriores.

El objetivo principal de la caracterización geológica es determinar las características

principales de la naturaleza de los ambientes de sedimentación, estratificación y

configuración estructural de los yacimientos. Esta información es la base para

realizar modelos estructurales, cálculos de volumen de roca, delimitación del

yacimiento, etc.

El aspecto geológico de la caracterización se apoya de diferentes técnicas para sus

objetivos, como por ejemplo la fotogeología superficial, sísmica, muestreo

superficial de rocas, registros geofísicos y actualmente con técnicas más

sofisticadas como el modelado matemático computacional. Por tanto, es importante

hacer uso de todas las técnicas disponibles para lograr un nivel de caracterización

más adecuado y preciso.

Una vez que se ha construido un modelo geológico, el siguiente nivel de

caracterización es el estatatico con núcleos. Este se enfoca en recabar toda la

información posible de las propiedades de los fluidos, de la roca y del sistema roca-

fluido, esto con el fin de determinar la naturaleza de los fluidos que saturan la

formación. El nucleó es la técnica principal para la obtención de información.

Como primer elemento a identificar es la naturaleza del ambiente sedimentario.

2.1.1 Principales ambientes y subambientes sedimentarios

2.1.2 Ambiente sedimentario

Debemos entender que un ambiente sedimentario es una parte de la superficie

terrestre donde se acumula sedimentos y que se diferencia física, química y

biológicamente de otras zonas adyacentes, estos sedimentos fueron causados por

procesos de diferente naturaleza dependiendo del ambiente y medio de transporte

de los sedimentos.

Los principales ambientes sedimentarios son tres: continentales, marino y

transicionales. Cada uno de estos ambientes crea subambientes de los cuales

algunos son más efectivos para la deposición de sedimentos.

2.2 Clasificación de los ambientes sedimentarios

Existen diferentes clasificaciones de los diferentes ambientes y subambientes,

dependiendo el autor habrá más o menos subambientes. Hasta cierto punto esta

clasificación es irrelevante, pues como sabemos para la generación de

hidrocarburos se necesitan los ambientes de sedimentación con mayor aporte de

materia orgánica y capacidad de acumulación de sedimentos.

A continuación se presenta una clasificación de los principales ambientes y sus

subambientes.

Clasificación de los ambientes sedimentarios, según Selley-1970

Como se mencionó anteriormente, existen diferentes clasificaciones para los

subambientes, sin embargo solo algunos ambientes son de interés para la

formación de yacimientos petroleros, que más adelante se describirán cada uno de

ellos.

Ambientes sedimentarios

continental transicional marino

Eolicos

Fluviales

Anastomasados

Meandriformes

Lacustres

Deltas

Lineares

Clasicos

Mixtos

Costero

Eolicos

Fluviales

Anastomasados

Meandriformes

Lacustres

Fig. 2.1, Ambientes sedimentarios más relevantes para la industria petrolera.

En la figura 2.1, se ilustra los principales ambientes de interés para la industria

petrolera que son: el deltaico, fluvial, costero, plataforma, abisal.

En cada uno de estos ambientes intervienen procesos distintos de sedimentación y

de formación de facies, la forma de depositacion se suele distinguir dos clases,

terrígenos y carbonatados.

2.2.1 Sedimentos carbonatados.

Roca que contiene más 50% de minerales de carbonatos 𝐶𝑂32 como base química,

la calcita y dolomita son los más abundante. Es de gran importancia ya que gran

parte de los yacimientos en el mundo son de este tipo.

La forma del depósito de estos sedimentos es localmente, por precipitación,

disociación o dilución, no por arrastre como los terrígenos. Esto es determinante

para la formación de la geometría porosa, distribución porosa, permeabilidad,

estratificación.

La fuente primaria es de forma biogenética, por organismos como algas calcáreas

corales y cualquier organismo con esqueleto. Las principales rocas de los

carbonatos son las calizas y las dolomías.

Fig. 2.2, Principal sistema de formación de carbonatos

De acuerdo a la figura 2.2, la distribución de los diferentes tipos de organismos en

todo el ambiente, la distribución de facies y el proceso de compactación,

determinara las características de las rocas carbonatadas.

2.2.3 Sedimentos terrígenos

Los sedimentos de esta naturaleza son aquellos que su origen principal es a partir

de la desintegración de rocas preexistentes, por diferentes mecanismos de

desgaste se depositan en cierto lugar.

Fig. 2.3, Modelo de depositacion terrígeno

Este tipo de sedimentos es común es ambientes deltaicos, abanicos abisales y

lacustres.

2.3 Transporte de sedimentos y formación de facies.

Una facie se define como una porción de roca que defiere lateralmente de forma

significativa, de otras capas adyacentes. Se suelen clasificar en dos grupos.

1. Litofacies: diferencias que relacionan entre tipos de roca

2. Biofacies diferencias relacionadas con el aspecto biológico

Es importante conocer la distribución de las diferentes facies presentes en un

yacimiento, estas determinan el cambio entre estratos y tipo de roca y por tanto las

propiedades de las mismas cambian.

2.3.1 Mecanismos de transporte

Los mecanismos de transporte pueden ser tres: solución, suspensión y carga de

lecho.

Solución. En la naturaleza ningún agua es completamente pura. Cuando cae el agua

y se filtra en el terreno, disuelve algunos de los componentes del suelo. Después el

agua puede infiltrarse a través de las aberturas, poros y grietas de la roca y disolver

materiales a medida que se mueve. Gran parte de esta agua encuentra su camino

hacia las corrientes, ubicadas a niveles inferiores.

Suspensión. Las partículas de materia sólida que son barridas por la corriente

turbulenta de un río constituyen el material en suspensión. Este proceso de

transporte está controlado por dos factores: la turbulencia del agua y la velocidad

de caída de cada grano individual.

Carga de lecho. Los materiales que se mueven a lo largo del fondo de una corriente

constituyen la carga de lecho de dicha corriente, en contraste con la carga

suspendida y la carga en solución. Las partículas de la carga de lecho se mueven

hacia adelante de 3 maneras: por saltación, rodamiento y deslizamiento. Una

partícula transportada por saltación brinca de un punto a otro del lecho de la

corriente; primero levantada por una corriente de agua turbulenta y despedida hacia

adelante; a continuación, si es demasiado pesada para mantenerse en suspensión,

cae otra vez.

Fig. 2.4, Tipos de transporte de sedimentos. Maza J. A. 1987

2.3.2 Regresión y transgresión

Transgresión: ocurre cuando el nivel del mar aumenta secuencialmente colocando

los granos finos de los sedimentos provenientes de la planicie continental, por

encima de los más gruesos. Este tipo de acomodo provoca que en la parte inferior

se tenga mayor porosidad y permeabilidad, en un acomodo decreciente.

Fig. 2.5 a. Transgresión marina de sedimentos.

Regresión: ocurre al contrario que la regresión, el nivel del mar decrece

secuencialmente colocando a los granos más gruesos en la parte superior de la

secuencia estratigráfica.

Fig. 2.5 b. Regresión marina de sedimentos

A continuación se analizaran cada ambiente de depósito sedimentario.

2.4 Continental

2.4.1 Fluvial

Las corrientes son el agente dominante de la alteración del paisaje, erosionando

más tierra y transportando y depositando más sedimentos que cualquier otro

proceso. Además de los depósitos fluviales, se depositan grandes cantidades de

sedimentos cuando las crecidas periódicas inundan valles amplios y llanos,

denominados llanura de inundación.

El principal medio de transporte de estos sedimentos son los ríos, son de gran

importancia pues tienden a formar grandes cuencas de sedimentos.

La interpretación de estos ambientes suele ser muy complejo ya que pueden

extenderse por extensas regiones, además se conforma de diferentes

subambientes como el relleno de canal, point bar, llanura de inundación, canal

activo.

Los ríos trenzados y meandros son los responsables de formar estas cuencas

sedimentarias, la corriente del agua es muy baja por lo que toma caminos sinuosos

de menor resistencia, el meandro es el que más sedimentos aporta.

Los sedimentos son de tipo terrígeno, constantemente hay intercalaciones de facies

debido a la inestabilidad de las corrientes responsables de este ambiente.

El subambiente de mayor interés por la capacidad de acumulación de sedimentos

es el point-bar, se forma cuando la corriente del rio arrastra los sedimentos y los

deposita en las regiones de menor afluencia de la corriente, cuando esta cambie de

dirección se forma una curvatura de sedimento que crece constantemente conforme

el agua aporta más y más sedimento

Fig. 2.6 Meandros en el río Songhua noreste de China, fuente: NASA

La sinuosidad de la corriente del rio, hace posible la acumulación de sedimentos de

gran espesor y contenido orgánico alto.

2.4.1.1 Subambientes del meandro

Barras del canal: Son depósitos típicos de ríos anastomosados. Su

granulometria varía según se trate de corrientes montañosas, en cuyo caso

estarán formados por material grueso. Estas barras pueden desplazarse

originando estratificación cruzada tabular.

Point bar: Son aquellos que se acumulan en la parte interna de los meandros;

contienen los sedimentos más gruesos de los transportados por la corriente,

observándose en ellos una disminución del tamaño de grano hacia la parte

superior. Pueden presentar estratificación cruzada curva, en la parte superior

suelen depositarse limos y arcillas.

Diques: Forman bandas que bordean los cauces. Sus sedimentos están

entre los más gruesos de los depositados fuera de. aquéllos: arenas finas,

limos y arcillas, generalmente, disminuyendo el tamaño de grano hacia la

llanura de inundación.

Crevasse splay: En épocas de avenida pueden producirse fisuras en los

diques, a través de las cuales el agua circulará hacia la llanura de inundación.

En estas zonas se produce, entonces, un depósito de sedimentos cuyo

grosor puede ser incluso superior al del material de los diques; suelen ser

arenas de grano medio a fino, que alternan con limos arenosos y arcillosos.

Llanura de inundación: Se encuentran en las zonas más alejadas del cauce.

Están formados por sedimentos de grano fino, que han sido transportados en

suspensión: limos y limos arcillosos.

Fig. 2.6 a. Subambientes de un meandro.

2.5 Transicional

Delta

En este tipo de ambiente se tienen yacimientos de gran importancia en el mundo,

por ejemplo las del delta del Orinoco es Venezuela, que son yacimientos de aceite

pesado pero son la mayores reservas que se conoce.

Los delatas se forman al desembocar los ríos en el océano, estos llegan con una

gran cantidad de sedimentos de diferentes tamaño de grano que al igual que en el

meandro podemos encontrar diferentes subambientes.

El tipo de acomodo de los sedimentos y la granulometría es muy variado, para cada

porción del delta se tendrá una depositacion diferente y por tanto la columnas

estratigráficas diferentes.

Figura 2.7, delta del Nilo. Fuente: NASA.

Principales subambientes del delta. Fig.2.7 a.

En la figura 2.7 a, se ilustra los subambientes de un delta, tenemos a la planicie

deltaica, pro delta, frente deltaica, canales distributarios y la barra de

desembocadura, este último es el más importante ya que en él se acumula la mayor

cantidad de sedimentos.

2.5 .1 Costero

La barra de costa se forma principalmente por el cambio súbito del nivel del mar y

la interaccion con los ríos que desembocan.

Fig 2.8, barra de costa.

Los sedimentos predominantes son de tipo terrígeno y con algo de carbonatados,

son de grano grueso medio y suelen ocupar espesores considerables. Son buenos

potenciales para la acumulación de hidrocarburos.

2.6 Marino

2.6.1 Abanico abisal (turbiditas)

Se forma por corrientes de turbidez provenientes de los ríos, derrumbes y deslaves

de la plataforma continental.

Su característica principal es que se forman esporádicamente, a diferencia que los

anteriores que el proceso de depósito es lento, este se forma casi instantáneamente

cuando hay algún deslave o derrumbe.

Los abanicos abisales son los subambientes que mayor sedimento acumula, por

tanto son los de mayor interés. Al igual que los anteriores ambientes, las facies y

estratificación depende de varios factores y suele ser muy variado.

Fig. 2.9, Abanico abisal por corrientes de turbidez.

2.7 Análisis de resultados de una caracterización geológica.

De la caracterización geológica es posible obtener información de gran importancia

desde el tipo de ambiente hasta la creación de mapas estructurales.

La base para una adecuada contruccion del modelo geologico es la caracterizacion

estratigrafica y estructural. Primero se lleva a cabo la estratigrafica y luego la

estructural.

2.7.1 Estratigrafica

Corte vertical donde se toma el nivel de referencia el limite de una formacion, un

marcador de tiempo.

El marcador de tiempo puede se una capa litologica de algun material en particular

distinguible de toda la columna. Indica el tiempo de deposito por lo que al

correlacionar este nivel de referencia con todo el campo, se determina la posicion

inicial al momento de la depositacion de los sedimentos.

2.7.2 nEstructural

En el corte vertical, este tomo como nivel de referencia el nivel del mar por tanto

muestra la posisicon actual de los estratos.

Al conjugar ambas tecnicas, se puede construir el modelo estructural del

yaciemiento.

Apoyados en interpretaciones sísmicas, registros geofísicos, etc, es posible

construir una columna estratigráfica y de secuencias de facies, de suma importancia

para un modelo de simulación geológica estructural.

Fig.2.9.1, Correlación estructura con registros de pozos

2.8 Columna estratigráfica

Fig. 2.9 a. columna estratigráfica, campo Akal, fuente: PEMEX

De la figura 3.9 b, se muestra la columna estratigrafica apartir de la caracterizacion

geologica. En la parte superior podemor notar un intervalos de areniscas seguida

Periodo Edad Litología Descripción

Plioceno

Mioceno

Oligoceno

Eoceno

Paleoceno

Jurá

sico

Medio

Inferior

Superior

Cre

táci

co

Tithoniano

Terc

iari

o Secuencia de limos-arcillas, arenas

carbonatadas.

Eoceno-Paleoceno presencia de

intervalos calcáreos de ambientes

submarinos.

GR RT RHOB NPHI

REGISTROS

PEF

Oxfordiano

Mudstone arcilloso

Arenas eólicas /playa estratificación

cruzada, planar, granos uniformes.

Packstone-Grainstone de oolitas y

pellets. Packstone-Wackestone de

bioclastos. Mudstone con

Intercalaciones de lutitas calcáreas.

Brecha sedimentaria mudstone-

wackestone, dolomitizada, estilolitas,

pedernal, fracturas, buen yacimiento.

Mudstone-Wackestone de litoclastos, dolomitizado, fracturas, escasas.

de una capa de arcillas, posteriormente otra capa de areniscas de mayor espesor,

la secuencia se repite con intercalaciones mas continuas.

De acuredo a la exprexion de los registros de radioactividad natural y de resistividad,

cuando hay facies de granos gruesos como las areniscas, la expresion de RG suele

ser baja, en cambio, para formaciones consolidadas de garano fino como las arcillas

la expresion de RG es alta.

Las expresiones de RG son de mucha utilidad para determinar el ambiente de

deposito, es considerado como un registro de arcillosidad.

De los ambinetes de deposito que se explicaron anteriormente, las expresiones del

registro RG es determinante para interpretar el tipo de deposito, si fue de naturaleza

transgresiva o regresiva. Con base a esto se pueden realizar interprestaciones de

permeabilidad y de porosidad.

Fig. 2.9 c. Columna estratigráfica a partir de registros.

Al conjuntar los registros obtenidos es posible crear una columna estratigráfica con

mayor precisión. Las diferentes estructuras no dan una idea del posible origen de

los sedimentos.

La información se complementa con la toma re núcleos para pruebas en laboratorio.

Fig. 2.9 d. Registro sísmico.

De la figura de expresión sísmica, podemos identificar las diferentes secuencias

estratigráficas, en base a esto podemos interpretar el posible ambiente de depósito.

Además se muestra como un anticlinal de bajo relieve como estructura primaria del

yacimiento.

Fig. 2.9 e. Modelo geológico estructural, corte transversal.

Apartir de la interpretacion sismica y del analisis estratigrafico, es posible construir

un modelo geologico estructural del intervalo de interes.

Ahora podemo hablar de un yacimiento caracterizado geologicamente, podemos

determinar su origen sedimentaroio, construir su estructura, determinar su litologia

y delimitar su extension y volumen.

Mapa estructural, caracterizacion geologica.

La caracterizacion geologica es la actividad principal en para la evaulacion de un

campo, se apoya de diferentes tecnicas como la sismica, registros geofisicos,

muestreo de recortes y de afloramientos, etc.

Con todos los mecanismos de apoyo anteriores, la caracterizacion geologica busca

conocer lo mejor posible la naturaleza del yacimiento, su estructura, sus

dimensiones, propiedades geologicas estratigraficas, limites del yacimiento. Esto

permitira un aprovechamiento optimo de la explotacion de los hidrocarburos.

Referencias

Ambientes sedimentarios. Instituto de Geofísica, UNAM. MEXICO.

http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/cursos/61-AmbS.pdf

García F., M. y Maza A., J. A. (1996). Transporte de Sedimentos. Instituto de

Ingeniería UNAM. México.

Transporte de sedimentos. UNICAUCA. Popayán, Colombia.

http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/T_TRANSPORTE_SEDIMENTOS.

pdf

Estratigrafía de secuencias. Instituto de Geofísica, UNAM. MEXICO.

http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/CTSeEs/63Vnm&EstratigrafiaSecu

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Gómez H. Sandra, Escalas de caracterización de yacimientos petroleros.

Tesis de licenciatura, UNAM, 1998. México.

Apuntes de caracterización estática de yacimientos, Ing. Villamar Manuel

Juan. Facultad de ingeniería UNAM.