Las Trampas Petrolíferas
Los procesos que actúan en el planeta generan diferentes tipos de formaciones geológicas que pueden observarse en la superficie terrestre, esto nos indica que existen fuerzas que se encargan de modelar la estructura externa e interna del sistema tierra. En muchos casos pueden existir esfuerzos que deforman grandes series de estratos que se encuentran soterrados, los cuales pueden deformarse y crear una nueva estructura geológica, ejemplo, una falla, pliegue o fractura. Por otra parte pueden existir otros procesos que se encargan de modificar las propiedades de las diferentes rocas del subsuelo. El interés comercial e industrial puede ser notorio por muchas de estas formaciones, puesto que, pueden contener materiales que representan innovación y energía, siendo el de principal interés el petroleo, ya que, su composición permite que éste pueda ser usado en diferentes aspectos, principalmente como combustible, es por esto que el estudio de la ubicación y estructura de las diferentes formaciones geológicas es de gran importancia para la exploración y extracción de los hidrocarburos.
El petróleo es una mezcla compleja formada por centenares de hidrocarburos, es un compuesto cuyos derivados pueden representar diversos usos. ¿Cómo se forma?, actualmente la teoría más aceptada por la comunidad científica es la generación de hidrocarburos mediante la descomposición bacteriana de la materia orgánica en condiciones termodinámicas favorables para dicho origen. ¿Dónde se encuentra?, las mayores reservas de hidrocarburos se encuentran en rocas que disponen de ciertas propiedades que permiten el almacenamiento de estos fluidos de interés. Es por esto que se procederá al estudio de las estructuras rocosas que permiten el almacenamiento del petróleo, denominadas <<Trampas Petrolíferas>>.
¿Qué es una Trampa Petrolífera?
Es una parte del sistema petrolero que es definida como un arreglo geométrico de rocas sedimentarias que se origina en el subsuelo y que permite la acumulación de los hidrocarburos sin que éstos se escapen.
También se pueden mostrar otros definiciones según otros autores, <<Una trampa puede definirse como cualquier arreglo geométrico de rocas, que independientemente de su origen, permite la acumulación significativa de petróleo y/o gas>>, (North, 1985).
La evaluación de las trampas en las que se almacena el hidrocarburo, es fundamental para el análisis de una zona potencialmente explotable, así como también es una parte importante de cualquier programa de exploración.
Las trampas deben incluir varios elementos para que sea afectiva, entre ellos destaca que debe existir una roca llamada <<reservorio>>, la cual debe de poseer porosidad para que los se puedan almacenar hidrocarburos, como también una alta permeabilidad para que los fluidos de interés puedan fluir dentro del yacimiento, uno de los mejores ejemplos de este tipo es una arenisca cuarzosa bien clasificada, por otro lado deben poseer una roca sello con características impermeables que logren el entrampamiento de los fluidos y que éstos no filtren y se escapen a la superficie, algunas de estas pueden ser las lutitas y las sales.
los yacimientos de hidrocarburos, por ser producto de la naturaleza son diferentes en cuanto a sus características y no hay dos que sean iguales. Por eso es necesario clasificarlos según diferentes criterios. Siendo uno de los más usados: la clasificación según la configuración de las trampas geológicas.
Este criterio nos lleva a definir los diferentes tipos de Trampas Petrolíferas.
Los componentes importantes de una trampa se pueden combinar de diferentes maneras por una serie de diferentes procesos. Estas variaciones han dado lugar a diferentes tipos de clasificaciones de trampas de hidrocarburos (e.g., Clapp, 1929; Wilson, 1934; Heroy, 1941; Wilhelm, 1945; Levorsen, 1967; Perrodon, 1983; North, 1985; Milton & Bertram, 1992). La clasificación de las trampas puede darse de diferentes maneras dependiendo del autor que se consulte, ya que algunos hacen un mayor énfasis en elementos geométricos, mientras que algunos otros en el mecanismo de formación; sin embargo, según Levorsen (1967) <<se pueden definir tres tipos: trampas estructurales, trampas estratigráficas, y trampas combinadas (estructurales/estratigráficas); otro tipo de trampas que no se consideran dentro de esta clasificación son las hidrodinámicas>>.
Tipos de Trampas Petrolíferas
Luego de haberse formado el petróleo y el gas, ellos migran dentro del yacimiento, siguen un camino ascendente hasta que se encuentran con una trampa que detiene su ascenso y por consiguiente quedan todos entrampados, con el gas ocupando la parte más alta de la estructura. Aunque muchas trampas están limitadas por la cantidad de petróleo que contienen, otras pueden estarlo por el tamaño y forma del yacimiento. También por los cambios litológicos laterales. En todo caso, cada trampa tiene que estar cerrada en sus contornos para impedir el avance del petróleo y el gas.
Según varios autores existen diversas formas de entramparse el petróleo: por deformación local de los estratos, por variación de la porosidad y reducción de la permeabilidad, por combinación de pliegues y fallas, por la presencia de una discordancia o un domo salino, entre muchas otras. Wilhelm por su parte señala los siguientes tipos de yacimientos <<de trampas convexas, trampas permeables, trampas de acuñamiento, trampas salinas y trampas de intrusión>>, sin embargo las trampas más comunes se agrupan entres categorías: estructurales, estratigráficas y mixtas, estas últimas formadas por las dos anteriores. En algunas casos pueden crearse trampas por factores hidrodinámicos, pero no son las más comunes. A continuación se presenta una descripción de estos tipos de trampas petrolíferas.
Las Trampas Estructurales
Las trampas estructurales se originan durante o después del depósito generando una deformación en la geometría de los estratos que permiten la acumulación de los hidrocarburos en el subsuelo. El resultado son estructuras geológicas que envuelven a la roca reservorio y los intervalos sellantes en pliegues, fallas, intrusiones o cualquier combinación de ellas.
Existe una variedad de distintos tipos de trampas estructurales propuesta por varios autores, cada uno basándose en características particulares para su clasificación (e.g Clapp,1929; Levorsen, 1967; North, 1985); sin embargo, las trampas estructurales más importantes son aquellas relacionadas a plegamiento, y las asociadas a eventos de fallamiento.
Las trampas estructurales se pueden clasificar por: trampas dominadas por pliegues, trampas dominadas por fallas y por último aquellas que son dominadas por una combinación de las anteriores:
Trampas dominadas por pliegues:
Éstas se pueden formar durante o luego del depósito de los estratos sedimentarios, aunque generalmente se consideran como el resultado de la deformación por esfuerzos tectónicos, el término pliegue hace referencia a una curvatura en los estratos.
Este tipo de trampas es convenientes dividirlas en dos categorías:
-Pliegues relacionados con fallas
Entre ellos se encuentran: los fault bend folds y fault propagation folds, pliegues de arrastres y los drape folds.
-Pliegues que se encuentran libres de fallas:
Estos pliegues generalmente son el resultado del acortamiento de estratos que se encuentran por encima de un desprendimiento o despegue dentro de una secuencia de evaporitas o de arcillas, en este caso se tiene como ejemplo: pliegues por despegue, pliegues chevron o kick band, pliegues por diapirismo y pliegues por esfuerzos diferenciales.
La mayoría de las fallas relacionadas a pliegues son el resultado de un evento de plegamiento sobre una superficie de falla no planar. El basamento cristalino puede o no, estar involucrado, así como también pudo haber ocurrido acortamiento ó procesos extensivos. Los ejemplos más comunes para esta clase de trampas son los fault bend folds (Suppe, 1983) y fault propagation folds (Suppe and Medwedeff, 1984). Otro tipo de trampas de pliegues relacionadas a fallas incluyen los drag folds, o bien, pliegues formados por fuerzas friccionales que actúan a través de una falla (Suppe, 1985), y también los drape folds, los cuales son formadas por el plegamiento sobre una falla sepultada, a lo largo de la cual ha ocurrido reactivación de la misma (Suppe, 1985).
Las trampas de hidrocarburos plegadas que no se relacionan a fallamiento son resultado de buckling originado por el acortamiento de los estratos por encima del décollement, usualmente dentro de un paquete grueso de evaporitas o lutitas. Los pliegues tipo Kink y Chevron son característicos de estructuras plegadas no relacionadas a fallas. Otro tipo de trampas son aquellas que se forman por el plegamiento que ocurre sobre el flujo de material con un desplazamiento horizontal o vertical, sin ningún acortamiento o extensión significativo de los estratos. Los pliegues tipo Drape pueden originarse no solamente por el fallamiento como se mencionó anteriormente, sino también por un diferencial de compactación que ocurre sobre topografías sepultadas, arrecifes,
Trampas dominadas por fallas:
Las fallas pueden extremadamente importantes en el comportamientos de las trampas, ya que, ellas proveen en muchos casos el sello y los puntos de filtrados de los hidrocarburos. Las fallas son capaces de actuar como sellantes, ya sea en la base, por encima o lateralmente y así yuxtaponer rocas permeables con característica de yacimiento con rocas impermeables que van a servir de sello, también pueden servir como rocas sellantes debido al material impermeable que se encuentre a lo largo de la falla.
Las fallas son extremadamente importantes para determinar la efectividad de una trampa, ya que estas pueden servir como sello o puntos de fuga. Son capaces de actuar como sellos laterales, en el techo o piso de la trampa, mediante la yuxtaposición de rocas impermeables con rocas más permeables, pudiendo también darse el caso en el que el plano de falla funge como una superficie sello al contener rocas impermeables. Las trampas estructurales relacionadas a fallamiento pueden ser divididas en tres categorías según características como el tipo de separación y el buzamiento (Dennis, 1967). Estas categorías son Fallas Normales, Fallas Inversas y Fallas laterales.
Las trampas relacionadas a fallamiento normal son de las más comunes. Estas trampas pueden presentarse con dos diferentes tipos de geometrías, las cuales se pueden dar dependiendo de las configuraciones tectonoestratigráficas de la zona. Las fallas normales; por ejemplo, que incluyen al basamento, ocurren en áreas de extensión de la corteza.
Probablemente la geometría más importante de una falla normal es la denominada “Cierre de puerta” que ocurre en las zonas de intersección de falla. Las fallas normales que ocurren durante la depositación de sedimentos, o bien posterior a la depositación, y que han experimentado despegue del basamento, ocurren en áreas con rápida subsidencia y sedimentación, comúnmente en zonas de márgenes continentales pasivos (Weber et al., 1978), presentando características de un perfil lístrico que es generalmente cóncavo hacia la cuenca. Para el lado del bloque en hundimiento de una falla normal, son comunes las trampas de hidrocarburos conformadas por pequeñas fallas sintéticas y antitéticas. Las trampas de fallas normales tipo “Keystone” son comunes en zonas donde ocurren intrusiones salinas (North, 1985).
Las fallas normales en las trampas dominadas por fallas son las más comunes, los perfiles de fallas lístricas normales.
Tipos de trampas de hidrocarburos en los cuales el mecanismo de fallamiento normal es dominante. (A) Falla normal tipo “Cierre de puerta” con participación del basamento, (B) Falla lístrica sintética normal de despegue (Biddle & Wielchowsky, 1994).
Las fallas inversas pueden estar asociadas con eventos de despegue o bien, involucrar al basamento en el fallamiento. Estas estructuras tienden a no producir trampas dominadas exclusivamente por fallas, debido al plegamiento relacionado. El buzamiento regional, sumado al fallamiento, puede producir una trampa viable dominada por fallamiento inverso sin plegamiento, así como también, como un desplazamiento menor del bloque de piso puede generar una trampa efectiva sellada por una suprayacente falla inversa.
Tipos de trampas de hidrocarburos en los cuales el mecanismo de fallamiento inverso es dominante. (A) Trampas de tipo Fault-bend fold (izquierda), y trampa asociada a deformación dúctil (derecha), (B) Falla de tipo “Strike slip” (Biddle & Wielchowsky, 1994)
De este tipo de trampas estructurales las más comunes e importantes son los anticlinales, debido a que son más fáciles de detectar y además porque contienen más de las 3/4 partes de las reservas de petróleo descubiertas en el mundo. Las fallas son igualmente efectivas para el entrampamiento porque en virtud al desplazamiento de las capas ofrecen una barrera abrupta a la migración de los hidrocarburos. En las cuencas sedimentarias es difícil encontrar ambos casos aislados, siempre se presentan pliegues y fallas en combinación, lo cual aumenta las condiciones favorables para el entrampamiento, Otra trampa común es el domo de sal.
Trampas Estratigráficas
Se le denomina trampas estratigráficas a aquellas geoformas o geometrías donde la variación estratigráfica es la responsable del confinamiento y entrampamiento de los hidrocarburos, también se puede definir una trampa estratigráfica como aquella geometría requerida en combinación con la roca sello y la roca yacimiento que se formó por cualquier variación en la estratigrafía y que es dependiente de las deformaciones estructurales que a su vez permite la acumulación y el entrampamiento de los hidrocarburos.
Tomando en cuenta las referencias de otros autores, se pueden encontrar diversas definiciones de estas estas estructuras geológicas, entre ellas se tiene. <<En 1936, Levorsen propuso el término “trampa estratigráfica” para estructuras con características tales que, las variaciones estratigráficas conforman el elemento principal de confinamiento del hidrocarburo. Hoy en día, la definición de trampas estratigráficas ha evolucionado, quedando definida como aquella trampa cuya geometría y play fueron formados por variaciones estratigráficas, las cuales son independientes de la deformación estructural (modificado de North, 1985)>>.
Se han hecho varios esfuerzos para poder clasificar las trampas estratigráficas (e.g., Wilson, 1934; Levorsen, 1967); sin embargo, según Rittenhouse (1972), se pueden clasificar las trampas estratigráficas en tres tipos diferentes: Primarias o trampas estratigráficas de depositación, trampas estratigráficas asociadas con discordancias, y trampas estratigráficas secundarias.
La clasificación de las trampas estratigráficas se divide en tres tipos:
Trampas estratigráficas primarias o depositacionales
Estas no están asociadas con discordancias significativas, existen dos clases: trampas estratigráficas formadas por cambios laterales en la depositación y aquellas creadas por geoformas enterradas por depositación.
Por cambios laterales en la depositación tenemos: cambios de facies y acuñamiento.
Por geoformas enterradas por depositación: arrecifes, dunas y lóbulos de abanicos submarinos
Trampas estratigráficas asociadas a discordancias:
Estas trampas pueden clasificarse en dos grandes categorías según donde se encuentran los hidrocarburos, esas son:
-Las que están debajo de la discontinuidad:
Trampas por truncamiento de estratos inclinados: suceden por truncamientos de estratos inclinados que se encuentran por debajo de la discordancias, este tipo de trampas es la más clásica que conforman las discordancias estratigráficas, es importante destacar que las rocas que se encuentran por encima de la trampa deben ser impermeables para que cumplan la acción de sello, por otra parte la presencia de estratos permeables y porosos por debajo de la discordancia permiten la acumulación y el entrampamiento de los hidrocarburos.
Trampas asociadas a valles o cañones: suceden cuando rocas de calidad de reservorio son truncadas por flancos de los valles incisos o cañones, en estas trampas se requiere que el relleno de estos valles estén conformados por rocas impermeables para que así formen la parte necesaria del sello lateral.
Trampas por geoformas enterradas: Estas trampas deben estar asociada a una discordancia o plano de erosión, dependen de que el relieve que fue erosionado tengan características de rocas yacimiento y que por encima de estas rocas se depositen estrados sellos de gran extensión lateral que cubra todo el relieve.
-Las que están por encima de la discordancia:
Trampas por onlap: se producen cuando el depósito forma un onlap con la discordancia donde se puede desarrollar un depósito de roca reservorio y roca sello.
Trampas por valles incisos o cañones: se crean por el depósito de los sedimentos dentro de los cañones o valles incisos, en este caso la discordancia creado por la erosión del valle inciso define la geometría de la trampa, una característica buena es que los valles incisos son faciles de mapear.
Trampas por onlap a geoformas enterradas: en este caso el reservorio se encuentra por encima del plano erosivo, se puede decir que estas trampas son un tipo de mezclas entre las onlaps y las geoformas enterradas, ya que debe existir un onlap que se corte con la discordancia y por encima se debe depositar una roca impermeable que permita el sello lateral de la trampa.
Trampas estratigráficas secundarias:
Estas trampas se producen por alteraciones posdepositacionales de los estratos, es decir después de la sedimentación de cada uno de los estratos. Estas alteraciones pueden crear rocas de calidad tanto para reservorios como para sello, por ejemplo, la disolución en carbonatos pueden crear espacios porosos donde se puede acumular el petróleo, por otro lado la recristalización puede generar que una roca que anteriormente fue permeable se convierta en impermeable, esas trampas son:
Trampas pérdida de porosidad y permeabilidad debido a la cementación: esto ocurre en formaciones carbonatadas, en este caso en la parte permeable de la formación se acumulan los hidrocarburos y en la que fue cementada cumple el rol de sello.
Trampas asociadas a la mejora de la porosidad y permeabilidad por dolomitización: En este tipos de trampas la dolomitización mejora la calidad de las características del reservorio.
A continuación se expresa ciertas criticas de los diferentes tipos de trampas según autores.
Las trampas Primarias o Trampas Estratigráficas de Depositación son creadas por cambios contemporáneos en la depositación (MacKenzie, 1972). Este tipo de trampas no están asociadas con discordancias significativas. Se pueden tener dos tipos distintos de trampas Primarias o de Depositación: las que se forman por cambios laterales en la depositación (e.g. cambios de facie), y las generadas por el sepultamiento de relieves.
Existe una relación muy importante entre las trampas estratigráficas y las discordancias la cual ha sido reconocida desde hace ya mucho tiempo (e.g., Clapp, 1917; Levorsen, 1954; Chenoweth, 1972; Rittenhouse, 1972). En 1972, Rittenhouse propuso que las trampas asociadas con discordancias pueden clasificarse en dos categorías: las que se producen por debajo de una discordancia y las situadas por encima de una discordancia.
Sección sísmica interpretada de la cuenca petrolífera Ghadames, ubicada al Norte de África. La sección muestra claramente la presencia de dos discordancias estratigráficas importantes: Discordancia Alpina y la Discordancia Hercynian (Underdown y Redfern, 2008).
Otra categoría importante de trampas estratigráficas es aquella que resulta de la alteración post-deposicional de los estratos. Dicha alteración puede llegar a generar rocas con cualidades propias de un reservorio, o bien, crear sellos a partir de reservorios ya existentes.
El segundo tipo de trampas secundarias se encuentran asociadas con un aumento en la porosidad de las rocas, lo que mejora considerablemente la calidad del reservorio. La dolomitización de calizas con poca permeabilidad es un buen ejemplo de estas trampas
Trampas estratigráficas secundarias. (A) Trampas creadas por una pérdida gradual de porosidad/permeabilidad hacia el tope superior de la estructura por procesos de cementación, (B) Trampas creadas por el aumento de la porosidad posterior a los procesos de la depositación (Biddle & Wielchowsky, 1994).
Trampas mixtas
Este tipo de trampas esta asociada a las combinaciones entre trampas estructurales y estratigráficas y en variadas modalidades, cuya geometría es el resultado de procesos tectónicos y cambios en la litología.
Muchas de las trampas de hidrocarburos en el mundo no presentan un comportamiento estructural simple, si no que presentan combinaciones tanto estructurales como estratigráficas. Levorsen reconoció esta particularidad en 1967, y restringió el uso del término “trampas combinadas” a casos en los cuales ni los mecanismos estructurales ni sedimentarios definen por sí solos la génesis de la trampa. Dos ejemplos de trampas combinadas (estructurales-estratigráficas) se puede ver en la Figura. En ambos casos, parte de la trampa está formada por una depositación tipo pinchout de rocas porosas y permeables. El sello generado por el fallamiento, forma una parte importante de la trampa en la Figura A, mientras que el plegamiento del pinchout crea el rumbo necesario en la Figura B.
Trampas combinadas. (A) Intersección de una falla con un margen de depositación de la sección porosa y permeable, (B) Plegamiento de una depositación tipo pinchout (Biddle & Wielchowsky, 1994).
Trampas hidrodinámicas
Los geocientíficos se han dado cuenta que en algunos casos los contactos de petróleo y agua en muchas trampas que contienen hidrocarburos se encuentran inclinados, en otros caso en trampas que no tienen cierre estáticos contienen hidrocarburos y en otro casos las que sí tienen cierre estático y que razonablemente deberían contener hidrocarburos no lo tienen. Una explicación que se propone para estas observaciones es que las condiciones del yacimiento son hidrodinámicas en lugar de hidrostáticas, de aquí parte la clasificación de las trampas hidrodinámicas. Algo que se debe saber para el entendimiento de este tipo de trampa es que la baja densidad de los aceites en comparación con la densidad del agua hace que el petróleo sea desplazado fácilmente.
Este tipo de trampas de hidrocarburos ocurren por la interacción entre el agua, y bien puede ser aceite o gas. La dinámica para el desarrollo de estos reservorios se fundamenta principalmente en el flujo del agua a través de la roca reservorio o roca de carga, el flujo de agua se encontrará entonces con las partículas de agua o aceite, arrastrándolas a zonas propicias para su acumulación, como por ejemplo las charnelas de los pliegues, y entonces, el mismo flujo del agua evitará la movilización de las partículas de aceite o agua, generando así la trampa hidrodinámica.
Las trampas hidrodinámicas son:
Trampas hidrodinámicas con incremento del flujo de agua
Trampa hidrodinámica sin cierre estático por flujo de agua echado abajo
Trampas hidrodinámicas sin cierre estático por flujo de agua echado arriba: esto produce que la energía del agua desplace al hidrocarburo a zonas más altas o de menor presión, posiblemente se escape hacia la superficie.
Es importante mencionar que todas las trampas petrolíferas pueden o no tener hidrocarburos, algunas han sido de mayor importancia, puesto que, son más aptas para el almacenamiento de hidrocarburos y pueden ser ubicadas con mayor facilidad. Los estudiosos han hecho evaluaciones exhaustivas de las diferentes tipos de trampas petrolíferas. Un análisis importante es el de Leet y Judson el cual arrojó los siguientes porcentajes, <<Analizando los diferentes tipos de trampas según la producción, Lee y Judson estimaron que el 80% de la producción mundial de petróleo proviene de anticlinales, 13% de trampas estratigráficas y 1% de trampas debido a fallas. El remanente, 6% de la producción, proviene de trampas mixtas. Estos estimados se mantienen hasta hoy>>.
<<Las trampas petrolíferas juegan un papel fundamental en el sistema petrolero, por tal razon, es de gran importancia el aprendizaje y estudio de estas estructuras que permiten el almacenamiento de los hidrocarburos en el subsuelo, cada trampa posee ciertas características dependiendo de los procesos que la forman. Existen diversas clasificaciones dependiendo de los autores que se citen para clasificar, pero en la industria petrolera el más usado es: trampas estructurales, estratigráficas y combinadas o mixtas. Cada una de las clasificaciones se subdividen según el fenómeno que provocó la formación de la estructura. Las trampas petrolífera donde se han encontrados las mayores reservas de hidrocarburos son las estructurales, específicamente en anticlinales, siendo estos de vital importancia en la geología del petróleo, puesto que posee las características más aptas para el almacenamiento de los hidrocarburos de interés y son productos de los movimientos orogénicos de la corteza que dan como resultado los pliegues. Las diferentes tipos de trampas conocidas, actualmente son estudiada y representadas en mapas del subsuelo. Las trampas petrolíferas representan grandes beneficios para las sociedades, tanto energéticos como también económicos, de ahí parte la importancia del estudio y comprensión exhaustiva de sus diferentes tipos>>. Rafael Colmenarez, Universidad de Oriente, Geología estructural.
Bibliografía
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MAGDALENA PARIS DE FERRER, Fundamentos de Ingeniería de Yacimientos.
VICTORIA MAUSALLI, Rocas sellos y trampas petrolíferas.
https://www.youtube.com/watch?v=vFcvFXWgS7c&ab_channel=Geologiactiva
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