El proceso de generación de hidrocarburos

El proceso de generación de hidrocarburos es un tema complejo que involucra diversos aspectos. Los modelos de generación del

petróleo han ido cambiando sus enfoques, aunque desde sus inicios se ha supuesto que el petróleo proviene de la transformación de la

materia orgánica que se encuentra atrapada en las rocas generadoras. Para simular la formación del petróleo en laboratorio y sus reacciones

químicas, se han realizado diversos experimentos de pirólisis en sus distintas modalidades. Sin embargo, las temperaturas y presiones

de los experimentos son siempre diferentes a las que ocurren en la naturaleza y, por ende, se deben hacer los ajustes o calibraciones

necesarios para estimar la temperatura real a la que ocurrió la generación de los hidrocarburos. Los primeros modelos numéricos de

generación ya consideraban que, conforme se incrementaba la temperatura, el kerógeno generaba bitumen y éste generaba aceite y gas.

Con el incremento de la temperatura se craqueaban los compuestos complejos de petróleo y ocurría una serie de reacciones paralelas

de primer orden a distintas constantes de velocidad. Más tarde, se descubrió que no solamente se generaban hidrocarburos líquidos

y gaseosos, sino también pre-coque y coque. La temperatura afectaba fisicoquímicamente al petróleo, y los parámetros cinéticos se

obtenían a través de la distribución de las energías de activación con un sólo factor de frecuencia. Las variaciones en la composición

de los productos derivados del kerógeno se deben a su composición original y a los procesos de poli-condensación y aromatización.

Los modelos utilizaron diferentes fracciones del petróleo, haciéndose cada vez más precisos, mediante la consideración de una cinética

multicomponente. Los modelos más recientes consideran a las fracciones de saturados y aromáticos, incluyendo a las resinas y asfaltenos.

Actualmente se han incluido a los iso- y ciclo-alcanos, así como a los alquil-aromáticos. Los programas computacionales que simulan

la generación de hidrocarburos en 1D, 2D y 3D hasta ahora, consideran 14 clases químicas para el modelado multicomponente. Se

espera que cada vez sean más las clases químicas que se involucren en los modelos cinéticos y que los resultados sirvan para predecir

la calidad y cantidad de hidrocarburos antes de perforar un nuevo pozo y descubrir algún yacimiento.

Palabras clave: generación de petróleo, kerógeno, modelado numérico, cinética composicional, hidrocarburos.

Abstract

The hydrocarbon generation process is a complex issue that involves several aspects. The petroleum generation models

have been changing their approaches, although from the beginning, it has been supposed that the petroleum comes from

organic matter transformation that is trapped into the source rocks. To simulate the chemical reactions of petroleum formation

at laboratory, they have been carried out several pyrolysis experiments in their different modalities. However, the temperatures and pressures of the lab experiments are always different from those that occur in nature, therefore matches or calibrations are necessary to make the estimation of the real temperature to which each event happened. The first numerical models

Generación de petróleo mediante experimentos de pirólisis:

revisión sobre el conocimiento actual

Demetrio Marcos Santamaría Orozco1*, Myriam Adela Amezcua Allieri1

y

Teresita de Jesús Carrillo Hernández1

1

Instituto Mexicano del Petróleo.

Eje Central Lázaro Cárdenas No. 152,

Col. San Bartolo Atepehuacan. C. P. 07730. México, D. F.

*dsantama@imp.mx

MEXICANAA.C.

SOCIEDAD GEOLÓGICA

1904

2004

C i e n A ñ o s

Boletín de la Sociedad GeolóGica Mexicana

Volumen 61, núm. 3, 2009, p. 353-366354 Santamaría et al.

1. Introducción

El petróleo se origina principalmente en las cuencas

sedimentarias, especialmente en ambientes donde las

condiciones de acumulación y preservación de la materia

orgánica son favorables. En los ambientes acuáticos reductores se produce y preserva la mayor cantidad de materia

orgánica, la cual consta de los organismos propios del

ambiente y de microorganismos degradadores.

La materia orgánica, cuando se llega a preservar en

los sedimentos, se convierte en kerógeno1

. El kerógeno

asociado a los sedimentos se va compactando y sepultando

a través del tiempo y sufre cambios fisicoquímicos por el

aumento de la presión y la temperatura. Cuando las rocas

se consolidan y la cantidad de kerógeno contenida en ellas

es tal (>1% de carbón orgánico total (COT) del peso de la

roca) que, si llegase a producir hidrocarburos, éstos puedan

alcanzar a llenar rocas almacén. Cuando los almacenes o

yacimientos de petróleo, a su vez, son económicamente

productoras de petróleo, se convierten en las rocas madre

o rocas generadoras. Generalmente, estas rocas están constituidas por sedimentos muy finos laminados y de color

oscuro.

En la etapa diagenética, los sedimentos se compactan,

consolidan y se convierten en rocas. Posteriormente,

durante la etapa catagenética al seguir incrementándose

la temperatura y presión, el kerógeno comienza a transformarse en bitumen por procesos de craqueo primario

asociados a fenómenos bioquímicos, después se producen

hidrocarburos líquidos y, al final de esta etapa, se producen

hidrocarburos gaseosos y residuos sólidos.

Cuando los hidrocarburos saturan a la roca generadora,

1

Crum Brown en 1912 usó por primera vez la palabra kerógeno (Carruthers

et al., 1912). Engler en 1913 describió por primera vez la generación del

petróleo a partir del kerógeno como un proceso que involucra dos pasos

y al bitumen como un producto intermedio (Engler, 1913). El kerógeno es

una macromolécula de cadenas poli-metílicas, constituida básicamente de

H y C, así como de N, S, y O, insoluble en solventes orgánicos, y formada

durante la concentración de materia orgánica en ambientes sedimentarios

que tuvieron excelentes condiciones de acumulación y preservación.

of generation considered that, as the temperature increases, the kerogen generated bitumen and this last generated oil and

gas. With the increment of temperature, the complex compounds of petroleum were cracked through a series of first order

parallel reactions and velocity constants. Later, it was discovered that liquid and gas hydrocarbons were not only generated,

but also pre-coke and coke. The temperature affected the physical-chemical properties, and the kinetic parameters were

obtained through the distribution of the activation energy and only one frequency factor. The variations in the composition

of the kerogen-derived products were due to poli-condensation and aromatization processes. The models began to consider different fractions of the petroleum, and then they became more precise, due to the consideration of multicompound

kinetics. The most recent models consider the saturated and aromatic fractions, including resins and asphaltenes compounds.

Recently, models have included the iso and cycloalkanes, as well as the alkyl aromatics. The software that simulates the

hydrocarbon generation in 1D, 2D and 3D up to now considers 14 chemical classes for the multicompound modeling. It is

expected that every time there will be more chemical classes that are involved in the kinetic models and their results will

be good to predict the quality and quantity of hydrocarbons before drilling a new well and finding a reservoir.

Key words: petroleum generation, kerogen, numerical modeling, compositional kinetics, hydrocarbons.

aumenta el volumen y la presión y es cuando comienzan

a ser expulsados de la roca. Estas expulsiones se hacen a

través de pulsaciones, y es cuando se inicia la migración

primaria. Si los hidrocarburos abandonan la roca generadora, se inicia la migración secundaria, atravesando a otras

rocas hasta entramparse en alguna roca almacén, o bien

siguen migrando hasta que se dispersan o degradan en la

superficie terrestre.

La etapa que comprende desde el inicio hasta el fin

de la generación de hidrocarburos por el aumento de las

condiciones de presión y temperatura a través del tiempo se

denomina “ventana de generación de petróleo”, y coincide

grosso modo con la catagénesis. Sin embargo, los límites

de ésta son dependientes de la calidad de cada kerógeno (el

cual, a su vez, depende del tipo de materia orgánica precursora), y del grado de madurez alcanzado. De esa manera, los

valores de temperatura del inicio de la generación de hidrocarburos líquidos se encuentran entre 65 y 90 °C, mientras

que las profundidades pueden variar de 1500 a 4000 m. El

fin de la generación de hidrocarburos líquidos ocurre entre

130° y 190°C y a profundidades entre 4000 y 6000 m. Con

estas referencias se deduce que este proceso es complejo,

multivariado y, por tanto, difícil de describir o simular. Sin

embargo, cuando ocurre

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