Locos por la Geología

Otra vez voy a comenzar con un tema que nos ocupará muchas veces, y también nuevamente lo hago a instancias de mis explotadores intelectuales, Dayana y Pulpo, que me ordenan de manera inapelable qué temas debo tratar.

Y la verdad es que nunca se equivocaron, porque son los temas que ellos me instaron a tratar, los que significaron los posts más visitados.

Por esa razón, ya el lunes pasado les anuncié (a ustedes, no a ellos) que vendría un post para explicar la generación del petróleo, y éste es ese post.

¿Qué es el petróleo?

Ya en el post de la semana pasada expliqué algunas cosas, pero hoy vamos a avanzar un poquito más.

Comencemos por la etimología. la palabra petróleo procede de dos vocablos latinos: petros= piedra y oleum= aceite, por lo cual se la usó para designar inicialmente a los combustibles líquidos que se alojaban en las rocas, y que se creía que eran aceites por ella segregados.

Como ya les dije en el post que los mandé a leer, la potencia calorífica de un combustible depende de su contenido en C e H, y precisamente el petróleo es un hidrocarburo, vale decir que su fórmula química es esencialmente resultante de una mezcla de CH y algunos otros elementos, que suelen aparecer como impurezas. Cuando las impurezas son compuestos de azufre (S), el petróleo suele tener un fuerte y desagradable olor. También el oxígeno (O), el nitrógeno (N) y el fósforo (P) son elementos comúnmente presentes en el petróleo.

A veces los petróleos pueden llegar a contener agua salada que dificulta su explotación y debe ser eliminada antes de cualquier otro tratamiento.

¿Hay un solo tipo de petróleo?

No, ciertamente no, y otra vez los criterios para su clasificación pueden ser varios y diferentes.

En este caso, voy a elegir una división basada en la relación entre C e H presentes en su composición, lo que determina un cierto número de series naturales, de las cuales las más importantes son:

• la parafénica, de fórmula general CnH2n+2, y que se manifiesta con petróleos generalmente claros, con tonos amarillentos a verdosos.
• la nafténica, de fórmula general CnH2n, cuyo residuo de destilación es asfáltico, y se manifiesta con petróleos de colores algo más oscuros que los de base parafénica.
• la serie del acetileno, con fórmula general CnH2n-2,
• la del benceno, que incluye petróleos aromáticos con fórmula CnH2n-6.

¿Cuál es la materia prima para la formación del petróleo?

Como ya he adelantado un par de veces, la materia prima para la formación del petróleo es de carácter orgánico, pero esto no se conoció desde siempre, ya que originalmente se le atribuyó un origen puramente químico, en el interior de la corteza, o en zonas volcánicas. En laboratorio, esto se «demostraba» generando acetileno a partir de la combinación de agua y carburo de calcio.

Debió pasar mucho tiempo hasta que se reconociera que eran los restos de antiguos organismos, los responsables de la generación de estos hidrocarburos. Y esto generó nuevas confusiones, que ya aclaré en el post de la semana pasada.

Pero vale la pena mencionar cómo se descartó la teoría química, a partir de las siguientes pruebas:

• Algunos de los compuestos del petróleo tienen la propiedad de alterar la dirección de vibración de los rayos luminosos. Esta actividad óptica es característica de ciertas sustancias producidas por plantas y animales, pero nunca compartida por los hidrocarburos generados por reacciones químicas en laboratorio.
• Algunos constituyentes nitrogenados del petróleo incluyen trazas de un grupo de compuestos llamadas «porfirinas» que se forman a partir de la clorofila o de las correspondientes sustancias de origen animal.
• Salvo casos muy excepcionales, no se puede establecer relación alguna entre los yacimientos petrolíferos y zonas volcánicas o de rocas ígneas dominantes.

¿Cómo se produce el paso de la materia orgánica al combustible?

Un muy buen esquema aparece en la imagen que ilustra el post, y que paso a relatarles.

A pesar de que por lo general el público imagina que los hidrocarburos se formaron a partir de los restos de grandes animales, que luego se acumularon a cierta profundidad en grandes lagos o bolsones, poco hay de cierto en todo ello, aunque tampoco se aleja tan extremadamente de lo que realmente ocurrió.

En efecto, los hidrocarburos se formaron a partir de restos de seres que alguna vez estuvieron vivos. Pero no necesariamente se trataba de dinosaurios o animales de ese porte.

Lo que plantea en cambio la «teoría orgánica» hoy vigente, implica que el petróleo y el gas se generaron en ambientes
acuáticos, a partir de material orgánico, mayoritariamente compuesto por microorganismos como el plancton.

Ese tipo de material orgánico oceánico es, y también lo fue en el pasado, mucho más abundante que todas las otras formas de vida. Por esa razón, los restos generados al morir los mencionados microorganismos, se acumulaban en el lecho de estuarios, mares y lagos, al mismo tiempo que otros materiales inorgánicos.

A lo largo de miles a millones de años, las capas de estos restos que ocupaban las posiciones más bajas se iban hundiendo por el peso de nuevos sedimentos acumulados sobre ellas, con lo cual los residuos orgánicos resultaban sometidos a condiciones de elevada presión y temperatura, en un ambiente reductor, es decir, sin oxígeno.

En ese ambiente, sólo pueden medrar determinadas bacterias, pero la materia orgánica no es devorada por animales más complejos, con lo cual la acumulación continúa mientras comienzan a producirse algunos cambios resultantes de la presión y temperatura en aumento, y de la incrementada extracción de oxígeno por parte de las propias bacterias.

Esto ocurre a lo largo de millones de años, y la materia depositada comienza a sufrir numerosas modificaciones físicas y químicas.

En primer lugar se va generando un material parafinoso, conocido como «querógeno», que aún hoy se encuentra en pleno proceso de formación en algunos sitios de depositación más reciente, como pueden demostrarlo los fangos colectados en el Mar Negro, en los que hasta un 25 % de los compuestos presentes todavía se reconocen como materia orgánica, y dentro de esa fracción hasta un 10% se presenta como restos de base parafínica.

Aun cuando algunos detalles de la formación del petróleo no están del todo esclarecidos, se especula que además de la presión, temperatura y acción bacteriana, otros agentes intervinientes serían: adición de hidrógeno de fuentes profundas, presencia de catalizadores, y hasta muy probablemente alguna injerencia de la radiactividad.

A este proceso se lo conoce como «catagénesis» y como se produce en depósitos en los que también hay materia mineral inerte, se va generando una roca en cuyos poros quedan retenidos los hidrocarburos que se van formando.

Cada una de estas rocas se conoce como «roca generadora» o «roca madre», y suele ubicarse a grandes profundidades, del orden de los miles de metros.

¿En cuánto tiempo sucede esto, y de qué antigüedad son los yacimientos petrolíferos?

El proceso, lo repito, dura desde cientos de miles a millones de años, y hoy mismo se sigue produciendo, tal como señalé más arriba, aunque sus resultados finales seguramente no se harán efectivos antes de muchos miles de años.

Existen yacimientos de muy diversas edades, comprendidas desde el Paleozoico hasta los más recientes, pero el hecho de que no se conozcan yacimientos importantes anteriores a la eclosión de la vida que señala el nacimiento de la Era Paleozoica, es una prueba más de su origen orgánico.

¿Qué pasa después de la formación del petróleo?

El petróleo que está encerrado en los poros de la roca madre se encuentra sometido a altísimas presiones, por lo cual, cuando la permeabilidad del material hospedante lo permite, y a favor de su estado generalmente líquido, el hidrocarburo tiende a ascender, o al menos a migrar, para aliviar esa presión confinante.

Los movimientos migratorios del petróleo se realizan por uno o más de los siguientes mecanismos:

• Compresión por compactación. Esto sucede porque al continuar la acumulación de sedimentos sobreyacentes, los poros disminuyen de tamaño y tienden a expulsar los líquidos que contienen, hacia materiales de poros más grandes. Este movimiento no es exclusivamente ascendente, sino que se produce en todas las direcciones posibles.
• Capilaridad. Fenómeno que ocurre cuando materiales que contienen petróleo están en contacto con materiales que contienen agua, situación muy corriente en los fondos marinos. Debido a que el agua tiene mayor tensión superficial, se mueve hacia los poros menores, de los que desaloja al petróleo. Este mecanismo se conjuga muy bien con el anterior.
• Flotación. Allí donde hay poros grandes, pueden coexistir petróleo y agua en un mismo reservorio, migrando el petróleo hacia arriba por su menor densidad.
• Corrientes de aguas subterráneas. Si se da la situación anterior, no solamente se estratifican el agua, petróleo y hasta gas, en capas desde abajo hacia arriba, sino que los hidrocarburos pueden moverse «montados» en las corrientes.
• Gravedad. Si no hay agua en el sistema, el petróleo alojado en poros lo suficientemente grandes, tiende a deslizarse hacia abajo por efectos de la gravitación.

Esta migración no es eterna ni infinita, sino que ocurre mientras existan rocas permeables que permitan la movilización de los fluidos a su través. El movimiento termina en donde se produce lo que se llama una «trampa» que pone en contacto la roca permeable que permite la llegada del hidrocarburo, con un material impermeable que lo retiene allí, generando su acumulación rentable. Esas trampas son las que constituyen los yacimientos.

Por eso es que convencionalmente se buscaban esa clase de contactos, hoy se explotan también los yacimientos no convencionales, pero eso ya es tema para otro post.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post es del libro que sirvió de base para este post:

El abecé de los hidrocarburos en reservorios no convencionales de Ernesto López Anadón … [et.al.]. – 1a ed. – Buenos Aires : Instituto Argentino del Petróleo y del Gas, 2013.

En las fotos de abajo, tomadas por Guillermo y Dayana en su último viaje a EEUU, pueden ver muestras de crudo de la Wiess Energy Hall del Museo de Ciencias Naturales de Houston. Allí hay varios tubos con material de distintos lugares del mundo, en los que se pueden ver las diferencias entre ellos. Moviendo la manivela de la derecha se puede hacer caer el crudo para poder apreciar la viscosidad y el color más nítidamente.

Crudo de Oriente medio

Crudo del condado de Crockett Texas, EEUU

Crudo del oeste de Texas, EEUU

Crudo de Venezuela