Bibliografia: http://www.scielo.org.mx/scielo.php? script=sci_arttext&pid=S1405!!"""00#000!00005 Bol. Soc. %eol. ex 'ol.(1 )o.! *xico dic. "00#
Artículos
Generación de petróleo mediante experimentos de pirólisis: revisión sobre el conocimiento actual
Petroleum generation through pyrolisis experiments: a review
Demetrio Marcos Santamaría Oroco !"# Myriam $dela $mecua $llieri! y %eresita de &es's (arrillo )ern*nde!
1
Instituto Mexicano del Petróleo. Eje Central Lázaro Cárdenas No. 152, Col. San artolo !te"e#uacan. C. P. $%%&$. M'xico, (. ). *E+ail :
[email protected] [email protected]..
Manuscrito recibido: 22/09/2008. Manuscrito corregido: 25/02/2009. Manuscrito aceptado: 10/0/2009.
+esumen
!l proceso de generaci"n de #idrocarburos es un tema comple$o %ue in&olucra di&ersos aspectos. 'os modelos de generaci"n del petr"leo #an ido cambiando sus en(o%ues) aun%ue desde sus inicios se #a supuesto %ue el petr"leo pro&iene de la trans(ormaci"n de la materia org*nica %ue se encuentra atrapada en las rocas generadoras. +ara simular la (ormaci"n del petr"leo en laboratorio , sus reacciones rea cciones %uímicas) se #an reali-ado di&ersos experimentos de pir"lisis en sus distintas modalidades. in embargo) las temperaturas , presiones de los experimentos son siempre di(erentes a las %ue ocurren en la naturale-a ,) por ende) se deben #acer los a$ustes o calibraciones
necesarios para estimar la temperatura real a la %ue ocurri" la generaci"n de los #idrocarburos. 'os primeros modelos numricos de generaci"n ,a consideraban %ue) con(orme se incrementaba la temperatura) el er"geno generaba bitumen , ste generaba aceite , gas. on el incremento de la temperatura se cra%ueaban los compuestos comple$os de petr"leo , ocurría una serie de reacciones paralelas de primer orden a distintas constantes de &elocidad. M*s tarde) se descubri" %ue no solamente se generaban #idrocarburos lí%uidos , gaseosos) sino tambin preco%ue , co%ue. 'a temperatura a(ectaba (isico%uímicamente al petr"leo) , los par*metros cinticos se obtenían a tra&s de la distribuci"n de las energías de acti&aci"n con un s"lo (actor de (recuencia. 'as &ariaciones en la composici"n de los productos deri&ados del er"geno se deben a su composici"n original , a los procesos de policondensaci"n , aromati-aci"n. 'os modelos utili-aron di(erentes (racciones del petr"leo) #acindose cada &e- m*s precisos) mediante la consideraci"n de una cintica multicomponente. 'os modelos m*s recientes consideran a las (racciones de saturados , arom*ticos) inclu,endo a las resinas , as(altenos. Actualmente se #an incluido a los iso , ciclo alcanos) así como a los al%uilarom*ticos. 'os programas computacionales %ue simulan la generaci"n de #idrocarburos en 13) 23 , 3 #asta a#ora) consideran 14 clases %uímicas para el modelado multicomponente. e espera %ue cada &e- sean m*s las clases %uímicas %ue se in&olucren en los modelos cinticos , %ue los resultados sir&an para predecir la calidad , cantidad de #idrocarburos antes de per(orar un nue&o po-o , descubrir algn ,acimiento. Palabras clave: generaci"n de petr"leo) er"geno) modelado numrico) cintica
composicional) #idrocarburos.
!, -ntroducción
!l petr"leo se origina principalmente en las cuencas sedimentarias) especialmente en ambientes donde las condiciones de acumulaci"n , preser&aci"n de la materia org*nica son (a&orables. !n los ambientes acu*ticos reductores se produce , preser&a la ma,or cantidad de materia org*nica) la cual consta de los organismos propios del ambiente , de microorganismos degradadores. 'a materia org*nica) cuando se llega a preser&ar en los sedimentos) se con&ierte en er"geno1. !l er"geno asociado a los sedimentos se &a compactando , sepultando a tra&s del tiempo , su(re cambios (isico%uímicos por el aumento de la presi"n , la temperatura. uando las rocas se consolidan , la cantidad de er"geno contenida en ellas es tal 671 de carb"n org*nico total 6; del peso de la roca; %ue) si llegase a producir #idrocarburos) stos puedan alcan-ar a llenar rocas almacn. uando los almacenes o ,acimientos de petr"leo) a su &e-) son econ"micamente productoras de petr"leo) se con&ierten en las rocas madre o rocas generadoras.
#idrocarburos lí%uidos ,) al (inal de esta etapa) se producen #idrocarburos gaseosos , residuos s"lidos. uando los #idrocarburos saturan a la roca generadora) aumenta el &olumen , la presi"n , es cuando comien-an a ser expulsados de la roca. !stas expulsiones se #acen a tra&s de pulsaciones) , es cuando se inicia la migraci"n primaria. i los #idrocarburos abandonan la roca generadora) se inicia la migraci"n secundaria) atra&esando a otras rocas #asta entramparse en alguna roca almacn) o bien siguen migrando #asta %ue se dispersan o degradan en la super(icie terrestre. 'a etapa %ue comprende desde el inicio #asta el (in de la generaci"n de #idrocarburos por el aumento de las condiciones de presi"n , temperatura a tra&s del tiempo se denomina =&entana de generaci"n de petr"leo=) , coincide -rosso odo con la catagnesis. in embargo) los límites de sta son dependientes de la calidad de cada er"geno 6el cual) a su &e-) depende del tipo de materia org*nica precursora;) , del grado de madure- alcan-ado. 3e esa manera) los &alores de temperatura del inicio de la generaci"n de #idrocarburos lí%uidos se encuentran entre >5 , 90 ?) mientras %ue las pro(undidades pueden &ariar de 1500 a 4000 m. !l (in de la generaci"n de #idrocarburos lí%uidos ocurre entre 10? , 190? , a pro(undidades entre 4000 , >000 m. on estas re(erencias se deduce %ue este proceso es comple$o) multi&ariado ,) por tanto) di(ícil de describir o simular. in embargo) cuando ocurre la generaci"n se producen cambios %uímicos , (ísicos en el er"geno) segn las le,es b*sicas de la %uímica. Adem*s) cada caso de generaci"n depende de muc#os (actores) lo %ue origina una gran &ariedad de aceites crudos almacenados) , esto impacta en el precio de &enta de cada uno de ellos) así como en la estrategia a seguir en los períodos de producci"n. +or lo anterior) la simulaci"n composicional de la generaci"n de #idrocarburos es un tema crucial , de suma importancia para los nue&os geocientí(icos en la etapa inicial de un pro,ecto exploratorio. A continuaci"n) se aborda el tema de simulaci"n composicional de la generaci"n de #idrocarburos por medio de un an*lisis ex#austi&o del estado actual del conocimiento 6tcnica; , de las experiencias a lo largo de las ltimas dcadas. !llo) mediante una síntesis de la e&oluci"n de las ideas re(erentes a los modelos empíricos o matem*ticos de la generaci"n de #idrocarburos) , de %u (orma #an sido aplicados en el modelado de cuencas a tra&s de la simulaci"n composicional 6cintica multicomponente;) para 61; caracteri-ar el elemento generador del sistema petrolero) 62; disminuir el riesgo exploratorio) o 6; apo,ar el incremento de reser&as.
., /volución cronológica de los conceptos y modelos num0ricos de la generación del petróleo
'a geo%uímica org*nica del petr"leo es el (ruto de un con$unto de ideas , ra-onamientos sobre el origen de ste) , se #a en(ocado b*sicamente a la parte exploratoria) aun%ue recientemente se #a di&ersi(icado , abarca pr*cticamente toda la cadena de &alor de la industria petrolera) incluso #asta la remediaci"n medioambiental. !sta disciplina inicia =(ormalmente= en 1959 con el imposium de
ratar de dilucidar los mecanismos de la (ormaci"n del carb"n) aceite , gas se #a con&ertido en una tarea imprescindible en el proceso exploratorio de #idrocarburos) %ue in&olucra &arios conceptos de ciencias como la
5; (ue el primero en relacionar al petr"leo con las rocas generadoras. 3espus) issot , !spitali 619J5; (ueron los pioneros en (ormular un modelo de cra%ueo primario usando una simulaci"n matem*tica %ue toma en cuenta el incremento trmico de la materia org*nica contenida en las rocas generadoras) teniendo como re(erencia la e&oluci"n de la &itrinita , de la de la pir"lisis Goc !&al:
1erógeno
2itumen
$ceite
Gas
Pirobitumen
+or su parte) 'opatin 619JJ; plante" el modelando de la #istoria trmica de la cuenca a partir de un índice de tiempo geol"gico , temperatura 6C;. Iaples 61980; integr" el C de 'opatin a un modelo geol"gicogeo%uímico , determin" %ue el inicio de la generaci"n de petr"leo comien-a a partir de un C de 15) la generaci"n m*xima ocurre a J5 , el (in termina en un &alor cercano a 1>0. +elet 61985;) por su parte) puso a prueba la con(iabilidad de los modelos cinticos) comparando las predicciones obtenidas con las propiedades de generaci"n de las muestras maduras. 'a condici"n %ue estableci" (ue %ue no existan di(erencias signi(icati&as en las organo(acies a lo largo de la serie) , mencion" adem*s %ue eso se podría lograr con un balance de masas. !n el transcurso de la e&oluci"n natural de la descomposici"n del er"geno) ste se trans(orma en lí%uidos , gases) los cuales son continuamente remo&idos de la roca generadora por (en"menos de expulsi"n. in embargo) la trans(ormaci"n natural del er"geno a aceite , gas no se puede medir directamente por las prdidas naturales de peso ,) por lo tanto) el contenido de carbono org*nico se desconoce. +elet 61985; expuso un modelo matem*tico sobre trans(ormaci"n de la materia org*nica) introduciendo la relaci"n de trans(ormaci"n 6 /;) empleando la siguiente ecuaci"n:
donde: / K Gadio de trans(ormaci"n 0I $ K Lndice de #idr"geno de la muestra de re(erencia inmadura 0I d K Lndice de #idr"geno 6mg /g ; de una muestra madura
Harios es%uemas algebraicos #an sido propuestos para el desempeBo de un balance de masas 6ooles et al .) 198>) Duigle, et al .) 198JN Macen-ie , Duigle,) 1988N GullOtter et al .) 1988N +epper) 1991;) , todos ellos se #an en(ocado a la cuanti(icaci"n de tres grandes procesos: generaci"n) expulsi"n , acumulaci"n del petr"leo a partir de la caracteri-aci"n de las rocas generadoras. ooles et al . 6198>; elaboraron un modelo claro , sencillo basado en un cambio continuo de la composici"n del er"geno 6Eigura 1;. +ara el caso de la Gelaci"n de rans(ormaci"n de +elet 61985;) la #ip"tesis se acerca al concepto de ooles et al . 6198>;) el cual propone un sistema algebraico para calcular la masa del petr"leo maduro (ormado en rocas generadoras. !l sistema apro&ec#a las mediciones geo%uímicas de rutina , una comprensi"n b*sica de la conducta de la materia org*nica sedimentaria a temperaturas ele&adas , ba$o condiciones de laboratorio ,/o de subsuelo. 'os modelos composicionales simples a partir del cra%ueo primario del er"geno (ueron diseBados por !spitali et al . 6198J;) %uienes #acen la experimentaci"n , modelado de &arias clases de #idrocarburos (ormados 1) 25) > 14) 15P. 'os modelos cinticos de (ormaci"n de aceite , gas se basan en la ecuaci"n de Arr#enius , se calibran numricamente los experimentos de laboratorio con una extrapolaci"n #acia la cuenca sedimentaria 6Qngerer , +elet) 198J;.
donde: 34 constante cintica 6dependiente de la temperatura; !4 (actor preexponencial 6min 1; Ea4 energía de acti&aci"n 6cal/mol; /4 constante uni&ersal de los gases 6cal/ R mol;
4 temperatura absoluta 6R; ! puede estar multiplicada por M: +otencial de #idrocarburos asignados a cada
reacci"n 6mg/g; , di&idida por r tasa de calentamiento 6R/min;.
issot et al. 6198J; compusieron modelos geodin*micos con #istorias trmicas ,
estructurales conectadas. Fraum , Furn#am 6198J; utili-aron un modelo simple de energías de acti&aci"n usando las reacciones cinticas de un an*lisis %uímico. Duigle, , Macen-ie 61988; reali-aron &arias calibraciones de los modelos cinticos. Fe#ar , Handenbrouce 61988; encontraron %ue los modelos de dos (ases emplean la 'e, de 3arc,. Qngerer et al. 61988; establecieron un modelado matem*tico de las interacciones entre el cra%ueo trmico , la migraci"n en la (ormaci"n de aceite , gas. ors(ield et al. 61989; reali-aron una simulaci"n de la maduraci"n del er"geno a microescala con tcnicas nue&as. Fraun , Furn#am 61990; inclu,eron ecuaciones del e%uilibrio &apor/lí%uido , comportamiento de (ase presi"n&olumentemperatura 6+H; en un modelo matem*tico sobre la (ormaci"n) destrucci"n , expulsi"n del petr"leo. !stos mismos autores compararon los modelos termodin*micos detallados de (ormaci"n) destrucci"n , expulsi"n entre rocas marinas , lacustres. 3ueppenbecer , ors(ield 61990; reali-aron la primera predicci"n del tipo de aceite utili-ando un modelo cintico basado en la in(ormaci"n de la composici"n del petr"leo. Qngerer 61990; #i-o una re&isi"n de los a&ances en modelos , cre" un modelo cintico de la (ormaci"n , expulsi"n de petr"leo) %ue in&olucra una serie o una distribuci"n continua de reacciones paralelas. !ste autor complement" los modelos con un modelado integrado bidimensional usando trans(erencia de calor) (lu$o de (luidos) así como conceptos de generaci"n , migraci"n de #idrocarburos. Fe#ar et al. 61992; presentaron un modelo cintico del er"geno , aceite a tra&s de simulaci"n experimental en sistema cerrado. ors(ield et al. 61992; implantaron un modelo cintico composicional usando pir"lisis en sistema cerrado a temperatura programada , la con&ersi"n del aceite a gas en el ,acimiento. 'a principal aportaci"n de c#en , ors(ield 6199; es el modelado cintico noisotrmico. +epper , or&i 61995; re&isaron los modelos cinticos simples de generaci"n total del petr"leo usados para predecir la sincronía , la tasa de generaci"n , modi(icaron el modelo de ooles et al. 6198>;) proponiendo %ue el er"geno puede ser reacti&o o inerte. imilarmente) las cinticas globales de +epper , or&i 61995; est*n basadas tanto en datos de campo como de laboratorio para las colecciones de rocas generadoras %ue representan cinco organo(acies genricas con distintos ambientes de dep"sito , edades estratigr*(icas 6Eigura 2;. Furn#am et al . 61995; expresaron %ue el modelado de reacciones paralelas asume un s"lo (actor de (recuencia para todas las energías de acti&aci"n en experimentos de #idropir"lisis. Fe#ar et al . 61995; examinaron el modelo de generaci"n de carbones , er"genos marinos por medio de simulaci"n experimental. Furn#am et al . 6199>; publicaron un modelo cintico apropiado para er"genos tipo CC. c#en et al . 6199J; re&elaron los límites espaciales , temporales de la generaci"n del petr"leo en una cuenca sedimentaria , los asociaron con el modelado de cuencas. Fe#ar et al . 6199J; compararon la maduraci"n arti(icial de &arios er"genos representati&os de los principales tipos de materia org*nica 6tipo C) CC) CC , CCC; a partir de experimentos de an#idropir"lisis en sistemas abierto , cerrado. 'os compuestos generados (ueron (raccionados de acuerdo a su estabilidad trmica en seis clases de compuestos %uímicos: 1) 25) >14) 15P saturados) 15P arom*ticos , resinas , as(altenos o compuestos : estos ltimos inclu,en resinas , as(altenos. ors(ield et al . 61998; constru,eron los modelos cinticos composicionales , reali-aron en ellos simulaciones de presi"n) &olumen , temperatura 6+H;. c#en , ors(ield 61998; detallaron modelos cinticos composicionales , simuladores +H) , reali-aron la uni"n con&eniente entre experimentos en sistema cerrado , modelado cintico no
isotrmico) donde coinciden las (ases de reacci"n del laboratorio con las de la naturale-a) al comparar los resultados de laboratorio con series naturalmente maduradas. Furn#am , Fraun 61999; describieron modelos de reacti&idad distribuida m*s &ers*tiles) con una distribuci"n de energía de acti&aci"n discreta) , propusieron un modelo %ue pro&ee ma,or exactitud para las etapas inicial , (inal de la reacci"n. Handenbrouce et al . 61999; detallaron los modelos cinticos basados en compuestos de clases %uímicas) usando modelos de &arios compuestos %ue inclu,an estudios especí(icos de compuestos s de di(erentes tipos de roca generadora) , un nue&o es%uema de cra%ueo secundario , cintica multicomponente) %ue es lo necesario cuando se usan altas presiones , temperaturas. antamaría 62000; desarroll" un modelo de balance de masas composicional %ue utili-a datos de pir"lisis con cromatogra(ía de gases 6+,<; de una serie naturalmente madurada , de experimentos de madure- arti(icial mediante Micro cale ealed Hessel 6MH; de la muestra menos madura. 3iecmann et al . 62000; introducen modelos cinticos de reacci"n paralela) los cuales dependen de las tasas de calentamiento) %ue pueden ser aplicados para la (ormaci"n de #idrocarburos totales , la (ormaci"n de rangos de ebullici"n) tambin en la predicci"n de la relaci"n aceite/gas. 3i +rimio et al . 62000; plantearon un modelado cintico de la generaci"n de #idrocarburos totales a partir de la cintica de los as(altenos ,) para &eri(icar su #ip"tesis) compararon los resultados con los obtenidos por antamaría 62000;) %uien obtu&o la cintica a partir de er"genos. ors(ield et al . 62001; desarrollaron un modelo de balance de masas composicional para la predicci"n de la composici"n del petr"leo) usando MH acoplada a modelos cinticos , de presi"n) &olumen , temperatura 6+H;. Rillops et al . 62002; demos traron %ue en el modelado de generaci"n a partir de carb"n los re arreglos estructurales tienen implicaciones importantes para la cintica. antamaría , ors(ield 6200; detallaron el modelo basado en el balance de masa , comparan resultados de la relaci"n aceite/gas entre los experimentos de pir"lisis en el MH) %ue proporcionan el acumulati&o , los datos de boca de po-o) utili-ando la relaci"n de trans(ormaci"n. c#en , 3iecmann 62004; mostraron un despla-amiento de las max en su modelo de generaci"n , propusieron %ue stas disminu,en sistem*ticamente con el incremento de la &elocidad de calentamiento. 3i +rimio , eie 62004; desarrollaron un modelo cintico composicional para predecir la e&oluci"n de la generaci"n de #idrocarburos a tra&s del proceso de generaci"n primaria , cra%ueo secundario) el comportamiento +H , la cintica multicomponente. 3iecmann 62005; desarroll" el modelado de (ormaci"n de petr"leo a partir de rocas generadoras #eterogneas) mostrando la in(luencia de los (actores de (recuencia sobre la distribuci"n de las energías de acti&aci"n , la predicci"n geol"gica. 3i +rimio , ors(ield 6200>; plantearon modelos cinticos de generaci"n del petr"leo total desarrollados a partir de es%uemas de cintica composicional capaces de predecir el comportamiento de (ase del petr"leo natural para di(erentes tipos de organo(acies. +eters et al . 6200>; reali-aron una re&isi"n de los modelos numricos de la generaci"n del petr"leo , e&aluaron la incertidumbre cintica. Einalmente Fe#ar et al . 62008; presentaron modelos de generaci"n con nue&os es%uemas cinticos composicionales de los mecanismos de cra%ueo del aceite. 'as in&estigaciones (ueron en(ocadas sobre la estabilidad de las clases %uímicas pesadas) tales como saturados 14P) arom*ticos 14P) , las (racciones polares 6resinas P as(altenos;.
3, +0gimen termal en las cuencas sedimentarias y modelado de la 4ormación del petróleo
!n una cuenca sedimentaria la temperatura &aría como una (unci"n de la pro(undidad 6en promedio) a ra-"n de 0?/m) pero en un inter&alo de 10? a 50?/m) dependiendo del tipo de cuenca) el ambiente tect"nico relacionado , de los períodos #ist"ricos de cada cuenca;) la cual &aría por sí misma como una (unci"n de tiempo) , cada una de las capas sedimentarias tiene una #istoria termal di(erente. in embargo) stas casi nunca exceden los 200?) indicando %ue el petr"leo se (orma a menores temperaturas 6Allen , Allen) 1990;. A tra&s del an*lisis del conocimiento actual sobre la generaci"n del petr"leo) se pueden resaltar tres premisas b*sicas 6Eigura ;: 1. !l petr"leo es un deri&ado de la materia org*nica 6er"geno; contenida en las rocas sedimentarias. 2. 'os modelos numricos de generaci"n del petr"leo est*n gobernados por las le,es b*sicas de la cintica %uímica. . !l (actor m*s importante en la generaci"n de #idrocarburos es la temperatura.
!l er"geno es un residuo org*nico contenido en una roca sedimentaria %ue es (ormado por la concentraci"n de materia org*nica al (inal de la etapa diagentica. 'a ri%ue-a org*nica de las rocas se origina en ambientes sedimentarios %ue tu&ieron condiciones apropiadas para la acumulaci"n , preser&aci"n de sta. 'as &ariaciones en composici"n del er"geno est*n in(luenciadas por: 61; el tipo de materia org*nica original o (acies org*nicas donde (ue depositada 6Eigura 4;) , 62; por la temperatura , su grado de madure- %ue #a,a alcan-ado la roca a tra&s del tiempo en la cuenca sedimentaría 6Eigura 5; , por los procesos de alteraci"n bio(isico%uímicos 6biodegradaci"n) erosi"n) intemperismo) etc.;) a los %ue se #a,a sometido la roca. on &arios los par*metros %ue #a, %ue e&aluar para estimar la generaci"n) expulsi"n) migraci"n , acumulaci"n de #idrocarburos en una cuenca petrolera. 'a probabilidad de %ue #a,a una carga e(ecti&a de petr"leo 6aceite o gas) Eigura >; depende de: 1. !l tipo) calidad , grado de madure- de una roca generadora. 2. 'os tipos de #idrocarburos generados 6lí%uidos o gaseosos;. . !l &olumen de la roca generadora $unto con el *rea de drenado. 4. 'os tiempos de inicio , (in de la migraci"n del aceite.
5. 'os tiempos de inicio , (in de la migraci"n del gas. >. !l *rea de drenado , posibles rutas de migraci"n. J. 'a relaci"n de llenado , (ugado. 8. 'a e&aluaci"n de la (ase del ,acimiento. 9. 'a e&aluaci"n de la alteraci"n de los #idrocarburos almacenados. +articularmente) la caracteri-aci"n de las rocas generadoras sir&e para #acer un modelado de generaci"n del petr"leo. +ara describir a una roca generadora se reali-an an*lisis en el laboratorio sobre la cantidad de materia org*nica contenida en ella 6c*lculo del arbono rg*nico otal) ;) , el tipo de materia org*nica %ue contienen 6determinaci"n del Lndice de idr"geno) C;. Adem*s) un an*lisis de pir"lisis Goc!&al permite obtener sus par*metros cinticos. 'a cintica multicomponente 6 Eigura J; es la sumatoria de todas las reacciones de los compuestos %ue (orman el er"geno 6 Eigura J1; e inclu,e &arias mediciones 6Eigura J2;. uanto menores sean las tasas de calentamiento) m*s se acercar*n a las tasas en condiciones geol"gicas naturales. +ara el caso de otros simuladores de generaci"n de aceite se utili-an actualmente 14 clases %uímicas 6abla 1;.
e espera %ue cada &e- sean m*s las clases %uímicas %ue se in&olucren en los modelos cinticos , %ue los resultados sir&an para predecir la calidad , cantidad de #idrocarburos antes de per(orar un nue&o ,acimiento.
5, Discusión
'as teorías sobre la (ormaci"n de petr"leo #an ido e&olucionando a tra&s del tiempo. 'a sencille- de los primeros modelos de generaci"n se obser&a en las primeras aproximaciones de la dcada de la dcada de 19J0) basadas en la ecuaci"n de Arr#enius 6con cra%ueos primarios simples; o en el índice tiempotemperatura 6%ue (ue obtenido de (orma empírica;. on el transcurrir de los aBos , la e&oluci"n de ideas) los conceptos (ueron cambiando) introducindose conceptos de balance de masas , modelos algebraicos. 'os an*lisis geo%uímicos se #icieron cada &e- m*s precisos , se sinteti-aron nue&os compuestos) determin*ndose adem*s sus par*metros cinticos. on esos nue&os elementos se integraron los recientes modelos de generaci"n al modelado de cuencas) , no (ue sino #asta los primeros aBos del siglo SSC cuando se desarrollaron comple$os , so(isticados programas de c"mputo %ue toman en consideraci"n gran cantidad de par*metros) tales como energías de acti&aci"n) contenido de carbono org*nico) litología) etc. Así) el modelado de cuencas integra a los modelos de migraci"n , llenado de ,acimientos. in embargo) la esencia de estos modelos no se basa nicamente en los algoritmos matem*ticos o en la e&oluci"n de la tecnología , en los programas de c"mputo) sino tambin en el tipo de muestras de roca o aceite) o bien en las series naturales a estudiar. +ara simular la generaci"n de petr"leo es necesario contar con una secuencia ideal) a (in de %ue los resultados del laboratorio sean comparables con los de la naturale-a. !sto signi(ica %ue no deben de #aber marcadas &ariaciones en las (acies org*nicas) %ue deben de permanecer casi idnticas en una gran extensi"n geogr*(ica , abarcar todo o casi todo el rango de madure-. Adem*s) los especialistas) basados en su experiencia) deben ubicar cual es el contexto geol"gico m*s apropiado. +or lo tanto) los precursores org*nicos de(inen la cintica , composici"n primaria del petr"leo. +or e$emplo) el er"geno tipo C se origina a partir de material org*nico de tipo alg*ceo) depositado en ambientes lagunares continentalesN est* constituido esencialmente por alginitas) leptinitas , exinitas , produce #idrocarburos ricos en ceras , compuestos saturados. !$emplo de estos er"genos son los deri&ados de la Eormaci"n
(ormar &erdaderas capas de carb"n. !$emplos de este tipo de er"genos son las rocas tirolesas de los Alpes Austriacos) las rocas de la Eormaci"n Mann&ille de Alberta) anad*) los carbones del Mioceno del delta de Ma#aam de Cndonesia) las rocas del ret*cico uperior de la cuenca de 3ouala) amern) , la ma,oría de las capas de carb"n de todo el mundo. !l er"geno tipo CH es generalmente inerte) , est* (ormado b*sicamente por material leBoso con altos contenidos de (usinitas e inertinitas. 'os principales compuestos del petr"leo son los %ue contienen nicamente , ) , presentan contenidos entre 50 , 98 en relaci"n a la composici"n total. !l carbono del 80 al 8J , el #idr"geno del 10 al 15. !l a-u(re es un elemento %ue $uega un papel mu, importante en el tipo de aceite a producir) ,a %ue los enlaces son muc#o menos estables %ue los ) , puede estar en concentraciones de 0 a 10. 'as cantidades de 2 son mu, altas , los compuestos tiociclo#exano) al%uiltio(enos , al%uildiben-ot#io(enos son abundantes. tro elemento %ue inter&iene en la reacti&idad del er"geno es el oxígeno , dependiendo de sus concentraciones 6de 0 a 5; ser* la abundancia o escase- de los compuestos deri&ados de dic#a reacti&idad) como a%uil(enoles) (uorenona) cetonas) *cidos carboxílicos) (uranos) a%uildiben-o(uranos) esteres , teres. Asimismo) el otro elemento relati&amente abundante es el nitr"geno e inter&iene tambin en la composici"n original del petr"leo. u concentraci"n &aría de 0 a 1 , puede estar presente como piridinas) %uinoleinas) pirrioles) al%uilcarba-oles) , al%uil ben-ocarba-oles. Tunto con estos elementos tambin se #an reportado concentraciones di&ersas de metales como H) i) Ee) Al , u) aun%ue su concentraci"n global es siempre menor al 0.1. 'as ablas 2 a 4 6;) resumen los par*metros cinticos , las cantidades relati&as de aceite , gas de los principales tipos de er"geno. 'os par*metros (ueron tomados , modi(icados de &arias (uentes) &arios de ellos se obtu&ieron a partir de c*lculos , extrapolaciones de &arias regresiones lineales de cur&as establecidas 6Qngerer) 1990N +eper , or&i) 1995N Fe#ar et al .) 199JN antamaríaro-co) 2000N 3iecmann) 2005;. 0 , 80 Rcal/mol) dependiendo del tipo de er"geno %ue se trate. on pocos los lugares en el mundo %ue muestran una secuencia de rocas generadoras con &ariaciones mínimas en sus (acies org*nicas) , %ue adem*s abarcan todas las etapas de los procesos de trans(ormaci"n de la materia org*nica o de las rocas sedimentarias 6diagnesis) catagnesis , metagnesis; , %ue tengan una amplia distribuci"n geogr*(ica para poder ser muestreadas. 'a serie de lutitas , margas del it#oniano del
geol"gicas si el calentamiento o el incremento de temperatura se #acen poco a poco durante largos períodos de tiempo entre 0.1? , 0.5?R/min en laboratorio , de 1010 , 101 ?R/min en tasas de calentamiento geol"gico natural. odo esto es necesario para el modelado de la composici"n , las cantidades de gases generados) ,a %ue stos pueden (*cilmente migrar (uera de las rocas generadoras o del ,acimiento , es di(ícil recuperarlos cuantitati&amente sin dispositi&os de muestreo especí(icos. !l problema %ue se encuentra es el dominio en %ue se puede #acer la extrapolaci"n del laboratorio a las condiciones geol"gicas sin cambiar las reacciones %uímicas paralelas de la trans(ormaci"n del er"geno a aceite , gas) por lo %ue se trata de un tema contro&ertido. ual%uier me$ora en el conocimiento de la composici"n , estructura del er"geno aumentar* la con(iabilidad de los modelos cinticos para predecir la cantidad , composici"n de los productos de petr"leo generados.
(onclusiones
'os (luidos de petr"leo son una me-cla mu, comple$a de compuestos de #idrocarburos , otros elementos como ) , ,) por consiguiente) toda&ía son poco entendidos los procesos de (ormaci"n para poder determinar todos los par*metros cinticos , describir las reacciones del cra%ueo trmico. +ara determinar estos par*metros se #a usado la cintica de la %uímica cl*sica) en la %ue el grado de con&ersi"n se mide en (unci"n del tiempo mediante una serie de experimentos a di(erentes temperaturas) pero constantes. 'amentablemente) los modelos de generaci"n de #idrocarburos en laboratorio son #asta a#ora mu, limitados cuando se aplican a una me-cla comple$a. !llo) debido a la ocurrencia de un sinnmero de reacciones %uímicas paralelas) tanto a la temperatura de reacci"n deseada) como durante el tiempo en %ue la muestra es lle&ada a dic#a temperatura. !l resultado %ue se obser&a a cada medici"n de temperatura es la superposici"n de tales reacciones. in embargo) en trminos generales) estos modelos son una buena #erramienta para predecir la composici"n original in situ del petr"leo deri&ado de precursores org*nicos) por%ue las aproximaciones de sus propiedades (ísico%uímicas son cada &e- m*s precisas , con stas se apo,a el modelado de cuencas o del sistema petrolero. +or lo tanto) los modelos de generaci"n de #idrocarburos se #an basado en dic#os datos , conceptos. e espera %ue cada &e- sean m*s las clases %uímicas %ue se in&olucren en los modelos cinticos) a (in de %ue la predicci"n de la calidad de los petr"leos sea m*s certera.
$gradecimientos
Agradecemos a las autoridades del Cnstituto Mexicano del +etr"leo , en especial a los 3rs. Manuel
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6ota
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