El petróleo producto es un compuesto químico complejo en el que coexisten partes sólidas, líquidas y gaseosas. Lo forman, por una parte, unos compuestos denominados hidrocarburos, formados por átomos de carbono e hidrógeno y, por otra, pequeñas proporciones de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales. Se presenta de forma natural en depósitos de roca sedimentaria y sólo en lugares en los que hubo mar.
Su color es variable, entre el ámbar y el negro y el significado etimológico de la palabra petróleo es aceite de piedra, por tener la textura de un aceite y encontrarse en yacimientos de roca sedimentaria.
El origen del petróleo está relacionado con las grandes cantidades de compuestos orgánicos que son depositados actualmente y de manera continua en las cuencas sedimentarias en el mundo. Los restos de organismos microscópicos contienen carbono e hidrógeno en cantidades abundantes, los cuales constituyen los elementos fundamentales del petróleo. Los hidrocarburos son productos del material orgánico alterado derivado de organismos microscópicos. Estos son transportados por arroyos y ríos hasta lagos y/o el mar, donde son depositados bajo condiciones lacustres, deltaicas o marinas, junto a sedimentos clásticos finamente divididos. Los ambientes lacustres, deltaicos y marinos, producen la mayor parte de los organismos microscópicos, esencialmente fitoplancton, que son depositados masivamente junto a los materiales orgánicos transportados previamente y simultáneamente por los arroyos y ríos. Mientras tiene lugar la deposición de los materiales orgánicos en los distintos ambientes, aquellos son enterrados por limos y arcillas. Esto previene la descomposición total del material orgánico y permite su acumulación
El petróleo y el gas se forman en sedimentos marinos en cuencas oceánicas generalmente aisladas y protegidas.
- materiales iniciales ricos en carbono, formados en las aguas superficiales, se acumulan en aguas profundas donde no pueden ser consumidas por otros organismos.
- Acumulaciones posteriores de sedimentos sellan los materiales ricos en carbono; las altas temperaturas y presiones transforman este material en petróleo y gas.
- Acumulaciones de sedimentos adicionales comprimen los depósitos originales, empujando el petróleo y gas, los cuales emigran hacia rocas más permeables, generalmente arenas y areniscas.
La cantidad de enterramiento es una función de la cantidad de sedimento descargado por los arroyos y ríos en lagos y mares, junto al tiempo involucrado en el proceso de deposición. Acumulaciones muy espesas de limos, arcillas y materiales orgánicos pueden producir grandes volúmenes de petróleo, si transcurre el tiempo suficiente como para que ocurra el proceso de alteración. La conversión del material orgánico al petróleo se llama catagénesis, y está asistida por la presión causada por el enterramiento, la temperatura, la alteración termal y la degradación. Estos factores resultan de la profundidad, la acción bacteriana en un ambiente químico no oxidante (reductor) y cerrado, la radioactividad y la catálisis (procesos de transformación de los componentes de la matriz mineral de la roca origen). La temperatura parece ser el factor más importante junto con la asistencia de otros. La acumulación de materiales orgánicos y clásticos en el fondo del mar o lago, está acompañada por la actividad bacteriana; si hay abundante oxígeno, las bacterias aeróbicas actúan sobre la materia orgánica hasta destruirla. Sin embargo, la destrucción aeróbica de la materia orgánica se reduce considerablemente cuando cantidades suficientes de sedimentos de baja permeabilidad son depositadas de manera relativamente rápida por encima de estos materiales orgánicos, frenando así la circulación de aguas que contienen oxígeno. Como consecuencia, la actividad bacteriana aeróbica se para a causa del descenso en el contenido de oxígeno disuelto disponible, dando lugar a la actividad bacteriana anaeróbica. Esta utiliza el oxígeno de los sulfatos disueltos en el medio (convirtiéndolos en sulfuros), dando como resultado un ambiente de reducción (libre de oxígeno). La actividad anaeróbica ocurre en los primeros 20 metros de los sedimentos aproximadamente, cesando por debajo de esta profundidad. Es en este ambiente de enterramiento rápido y condiciones de reducción, o libres de oxígeno, la formación del petróleo tiene lugar. Una vez que la materia orgánica parcialmente descompuesta y libre de los procesos de oxidación se encuentra en este estado, sufre el llamado proceso de maduración. Este proceso de maduración involucra la temperatura, la presión y el tiempo como factores fundamentales. La materia orgánica debe madurar al igual que lo hace la comida en una olla a presión. La manera en que los hidrocarburos son madurados depende del ambiente de deposición en el que han sido depositados. En términos generales, el petróleo se produce a lo largo de millones de años en profundidades de alrededor de 5 Km., a una temperatura de 150 ºC. Profundidades mayores a los 5 Km. o demasiado tiempo de ¨cocción¨ a temperaturas de 200 ºC darán lugar a la conversión del petróleo en gas. El gas se tornará incluso en gas ácido sulfuroso si la temperatura es aún mayor. Si por el contrario, el material orgánico no es lo suficientemente calentado, en profundidades por encima de los 4-5 Km., la formación de petróleo no tendrá lugar, ya que estos quedaran en un estado inmaduro y consecuentemente, inútiles para el hombre. La figura 2 muestra un diagrama que resume este proceso. Se podría generalizar que las capas sedimentarias profundas son más viejas y están más calientes que las menos profundas y más jóvenes, por lo que las primeras, tendrían una mayor proporción de gas que de petróleo. De todos modos, aunque la mayoría de las zonas poseen un régimen de flujo de calor por encima y por debajo de la media, las profundidades de generación del petróleo son sustancialmente variables de lugar a lugar.
La relación tiempo-temperatura para la maduración de los hidrocarburos se representa en este diagrama. Si sedimentos orgánicos se mantienen entre 150ºC a 200ºC durante 1 millón de años, entonces se formará el petróleo. Si la temperatura excede los 200ºC, se formará gas. Sin embargo si la temperatura sube aún más, se formará gas ácido. Si por el contrario las capas fuentes de material orgánico se encuentran a solamente 100ºC, entonces harán falta 100 millones de años para que maduren hasta convertirse en hidrocarburos.
Al ser un compuesto en estados líquido o gaseoso, su presencia no se localiza habitualmente en el lugar en el que se generó, sino que ha sufrido previamente un movimiento vertical o lateral, filtrándose a través de rocas porosas, a veces una distancia considerable, hasta encontrar una salida al exterior –en cuyo caso parte se evapora y parte se oxida al contactar con el aire, con lo cual el petróleo en sí desaparece– o hasta encontrar una roca no porosa que le impide la salida. Entonces se habla de un yacimiento:
Estratigráficos: En forma de cuña alargada que se inserta entre dos estratos.
Anticlinal: En un repliegue del subsuelo, que almacena el petróleo en el arqueamiento del terreno.
Falla: Cuando el terreno se fractura, los estratos que antes coincidían se separan. Si el estrato que contenía petróleo encuentra entonces una roca no porosa, se forma la bolsa o yacimiento.
En las últimas décadas se ha desarrollado enormemente la búsqueda de yacimientos bajo el mar, los cuales, si bien tienen similares características que los terrestres en cuanto a estructura de las bolsas, presentan muchas mayores dificultades a la hora de su localización y, por añadidura, de su explotación.
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Como propuso Demaison (1984) el éxito de la exploración depende de tres factores independientes:
