UMSA - Facultad de Ingeniería – Carrera de Ing. Geológica MAESTRÍA EN INGENIERÍA PETROLERA Rodolfo Ayala Sánchez Ph.D.

DOCENTE: Rodolfo Ayala Sánchez DOCENTE: Rodolfo Ayala Sánchez Ph.D.Ph.D. rasayala@hotmail.comrasayala@hotmail.com

20122012

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA

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TEMA 11:

EXPLORACIÓN DE HIDROCARBUROS

Rodolfo Ayala Ph.D.

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PROCEDIMIENTOS Y MÉTODOS DE EXPLORACIÓN

Exploración es el termino usado en la industria petrolera para designar la

búsqueda de petróleo o gas. Es la fase anterior al descubrimiento. Su objetivo

es comprobar la existencia de hidrocarburos se debe recurrir a la perforación

de pozos exploratorios.

MAPAS: GEOLOGICOS

TOPOGRAFICOS

DEL SUBUELO OBTENIDO POR MG

AEROMAGNETOMETRÍA Y LA GRAVIMETRÍA

- Permiten determinar el espesor de la capa sedimentaria

- El costo de llevar a cabo una campaña de registro

aerogravimetrico/magnetométrico, cubriendo una concesión de 5.000 km2 de

superficie ubicada en Sudamérica, está entre los 200.000 a 300.000 dólares.

GEOQUIMICA DE SUPERFICIE

Detección de hidrocarburos acumulados en el subsuelo a través de la medición de

los gases concentrados en muestras de suelo

HERRAMIENTAS UTILIZADAS POR LOS EXPLORADORES:

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TÉCNICAS DE EXPLORACIÓN

Fotografía Aérea

Imagen Satelital

SLAR

Directa

Indirecta

Gravimetría

Magnetometria

Sismica

Rayos Gama

Perfilaje eléctrico

Perfilaje geoquímico

Perfilaje térmico

Velocidad de Perforacion

Perfilaje Sonico

Bioestratificación

Otros

GEOFÍSICA Y

GEOQUÍMICA

GEOLÓGICA

PROFUNDA

POR IMAGENES

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Un pozo exploratorio es perforado

Amplio trabajo de reconocimiento G&G para identificar el área de interés:

• Estudios fotografías aéreas, Aeromagnetismo y gravimetría.

• Estudios de sísmica

Información existente es compilada y analizada

Una concesión o una opción de concesión puede obtenerse en este punto, dependiendo de los resultados

obtenidos en la Fase 1 y en una competencia abierta para obtener la concesión en el área.

Un trabajo detallado G&G es ejecutado para evaluar el área de interés. Estudios sísmicos mas detallados pueden

utilizarse y pozos de prueba podría ser perforado

Datos obtenidos en las Fases 1 y 3 son analizados. Si el resultado son positivos una concesión es obtenida

Análisis adicional de los datos disponibles y posibilidades mas estudios sísmicos son hechos para seleccionar el sitio

de perforación

Basado en los datos obtenidos durante y la final del proceso de perforación (testigos, registros de

pozos) una decisión es hecha como si hay suficiente petróleo y gas para justificar terminar el pozo

SUFICIENTE PETROLEO Y GAS

El pozo es terminado y la producción comienza

INSUFICIENTE PETROLEO Y GAS

Otro sitio de perforación en el área de la concesión es

seleccionado o la concesión es abandonada y el proceso

para seleccionar otra área de interés es repetida

PASOS PARA ENCONTRAR YACIMIENTOS DE PETRÓLEO Y GAS

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EXPLORACIÓN POR IMÁGENES FOTOGRAFÍAS AÉREAS E IMÁGENES SATELITALES

Caracteristicas de una zona

determinada

Vegetación

Topografía

Corrientes de agua

Estructuras y Tipos de roca

Fallas geológicas

Anomalías térmicas

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DE SUPERFICIE:

- Observación directa

- Análisis químicos

- Estudios microbiológicos

- Reconocimiento de campo

- Fotogeología

MÉTODOS DE EXPLORACIÓN GEOLÓGICA

INDIRECTA

Afloramientos de las formaciones.

Se recogen muestras de las piedras del suelo.

Fósiles

DIRECTA

la apertura de zanjas o perforaciones poco

profundas para la extracción de testigos de

terrenos

Los trabajos geológicos del

campo completan las

informaciones obtenidas

con las fotografías aéreas

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EXPLORACIÓN GEOFISICA

GRAVIMETRÍA

Utiliza el principio que elementos de

mayor densidad producen una mayor

Gravedad

MAGNETOMETRÍA

Utiliza el principio que los distintos elementos

que componen el suelo producen distintas

perturbaciones del campo magnético de la

Tierra

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METODOS GRAVIMÉTRICOS METODOS GRAVIMÉTRICOS –– MAPA DE ANOMALIASMAPA DE ANOMALIAS

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PROCEDIMIENTO

Se produce una onda sísmica

Se propaga la onda por el terreno

Al llegar a la interfase entre dos capas parte de la onda se refleja a la superficie.

En superficie la onda reflejada es captada por un geofono

Midiendo tiempo e intensidad de la onda reflejada se puede saber la profundidad y

espesor de la capa (información del subsuelo)

La sísmica de reflexión consiste en emitir ondas de sonido en la superficie del terreno.

explosivos enterrados

camiones vibradores (en tierra)

cañones de aire (cuencas marinas)

El producto final es una "imagen" del subsuelo:

grillado 2D (dos dimensiones)

grillado 3D (tres dimensiones)

Ventajas de la sísmica en 3D respecto a la 2D:

Mayor información

reducen al máximo las incertidumbres con respecto a la geometría y la posición de las

capas en el subsuelo.

SISMICA

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Pulsos de sonido múltiples, enfocados, de Pulsos de sonido múltiples, enfocados, de

alta frecuencia y onda cortaalta frecuencia y onda corta

Un Gigabyte de Un Gigabyte de

datosdatos porpor diadia

Un Gigabyte de Un Gigabyte de

datos por datos por horahora

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Figure courtesy of Industrial Vehicles

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Figura cortesia de Veritas

Para levantamientos marinos los sensores son colocados en

largos cables detrás del barco.

Cañones de aire se utilizan como fuentes de Energía

Cables Cañones

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Reflexión Sísmica

Nos ayuda a conocer las profundidades del mar y el

grosor y estructura de los estratos sedimentarios

ACBCA ACBA ACA ABA

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receptores fuente

sedimentos

Capa 3

Capa 2

agua

Discontinuidad Moho manto

Arreglo de hidrófonos

RefracciónRefracción SísmicaSísmica

NosNos ayudaayuda aa conocerconocer estructurasestructuras queque sese

encuentranencuentran porpor debajodebajo dede loslos sedimentossedimentos yy hastahasta

lala cortezacorteza yy mantomanto

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Figura cortesia de Brian Russell

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Figura cortesia de Brian Russell

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Datos sísmicos 2D Datos Sísmicos 3D Figuras cortesia de Phillips Petroleum Co.

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Perfíl de

Reflexión

Sísmica

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Knoll Challenger

Golfo de México

sal

Perfíl de

Reflexión

Sísmica

múltiple

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segundos

Escarpe de

Campeche

Basamento

sedimento

Golfo de México

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Figuras cortesía de Phillips Petroleum Co.

Domo de sal en Golfo de México de más de tres millas de ancho!

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MODELACION EN 3D y 4D

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WORKFLOW GENERAL

OVERVIEW

User interface setup

Data Connectivity

Data Creation

Data IO

Seismic Interpretation

Model Definition

Well Correlation

Structural Modeling

Time/Depth Conversion

Resevoir Definition

Geological Modeling

Geological Modeling

Body Modeling

Data Validation and Preparation

Property Modeling and Mapping

Property Modeling

Property Mapping

Downscaling

Volumetrics

Well Planning

Model Upscaling

Reservoir Simulation

SIMULACIONES GEOLÓGICAS Y DE RESERVORIOS

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INTERPRETACIÓN SÍSMICA

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MODELAMIENTO ESTRUCTURAL

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MODELAMIENTO DE CUERPOS

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FALLAS NORMALES FALLAS INVERSAS DOMOS DE SAL

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CÁLCULOS VOLUMÉTRICOS

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CORRELACIÓN DE POZOS

PLANIFICACIÓN

DE POZOS

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MODELACIÓN DEL RESERVORIO

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SIMULACIÓN DE RESERVORIOS

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COSTOS EXPLORATORIOS

SISMICA 2D DESDE HASTA UNIDAD

LLANURA 8000 11000 $US/Km2

SERRANIA 17000 18000 $US/Km2

SISMICA 3D DESDE HASTA UNIDAD FECHA

LLANURA 15000 20000 $US/Km2

SERRANIA 25000 30000 $US/Km2 10/12/1999

TOPOGRAFIA Y TROCHA DESDE HASTA UNIDAD

800 1000 $US/Km

POZOS EXPLORATORIOS

DESCRIPCION PROFUNDIDAD COSTO UNIDAD

2000 m 2,2 MM$US

LLANURA 3000 m 4,0 MM$US

4000 m 6,5 MM$US

5000 m 10,0 MM$US

6000 m 16,0 MM$US

SERRANIA 2000 m 4,0 MM$US

3000 m 10,0 MM$US

4000 m 17,0 MM$US

5000 m 25,0 MM$US

6000 m 35,0 MM$US

GRAVIMETRIA + MAGNETOMETRIA 98,0 $US/KM

COSTOS EXPLORATORIOS

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GEOLOGIA INVERSION COSTO P/KM REFERENCIA

85,90 KM 53083 $US 618 $US COSTO PROMEDIO 1976 - 1985

GEOQUIMICA INVERSION COSTO P/KM

3824 MUESTRAS 2503KM - 2721 KM2

COSTO DE ANALISIS POR MUESTRA 85 $US

COSTO POR KM 180 $US

COSTO PROMEDIO INTEGRADO POR KM 310 $US

COSTOS EXPLORATORIOS

CAMPO CARANDA

PERFORACIÓN

ACTIVIDADES COSTOS

(M$US)

CAMINO Y PLANCHADA 136,00

EQUIPO DE PERFORACION 319,10

SERVICIOS DE LODOS Y LOCACION SECA 118,30

SERVICIO DE PERFILAJES 66,40

SERVICIO DE CEMENTACION 54,20

CAÑERIAS Y CABEZALES 126,90

TREPANOS Y HERRAMIENTAS 48,00

VARIOS 106,60

TOTAL 975,50

TERMINACION

ACTIVIDADES COSTOS

(M$US)

EQUIPO DE TERMINACION 452,80

SERVICIO DE LODOS Y DEWATERING 44,10

SERVICIO DE PERFILAJE Y BALEOS 71,50

EMPAQUE DE GRAVA 298,70

CEMENTACION 4,30

MATERIAL TUBULAR Y ARBOLITO 100,80

ALQUILER DE HERRAMIENTAS 3,80

SLICK LINE 19,60

INST.SUPERFICIALES Y LINEAS DE

CONDUCCION 60,30

VARIOS 78,10

TOTAL 1134,00

TOTAL GENERAL 2109,50

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Fig(1.1)areacontrato.DWG

EXPLORACIÓN & PRODUCCIÓN

1:100000 22-11-2003

ISA 2003

FIGURA N°:1.1

PLANO GENERAL

UBICACION AREA DE CONTRATO

AREA COLPA - CARANDA

GERENCIA DE RESERVORIOS

PETROBRAS ENERGÍA S.A.

Fig. 1.1.1

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HISTORIA DE PRODUCCION - COLPA + CARANDA

1

10

100

1,000

10,000

100,000

1,000,000

En

e-6

0

En

e-6

3

En

e-6

6

En

e-6

9

En

e-7

2

En

e-7

5

Dic

-77

Dic

-80

Dic

-83

Dic

-86

Dic

-89

Dic

-92

Dic

-95

Dic

-98

Dic

-01

Dic

-04

Dic

-07

Dic

-10

CA

UD

AL

GAS (MPCD) PETROLEO+GASOLINA BPD PETROLEO (BPD) AGUA (BPD)

*

Inicio operac.

PESA

*

Exp. Gas a

Argentina

*

Nacionaliz.

GULF

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UBICACIÓN COSTO $US/Metro

SUBANDINO SUR 1360

LLANURA SUR 1050

LLANURA SANTA CRUZ 980

BOOMERANG 860

LLANURA ROBORE 1050

ALTIPLANO 30% ADICIONAL AL SUB SUR

SUBANDINO NORTE 30-40% ADICIONAL AL SUB SUR

LLANURA NORTE 30-40% ADICIONAL A LLANURA CENTRAL

COSTOS UNITARIOS

PROSPECCION SG LIBRO DE ORO 1986 SG 1987 - 1988 Y PROMEDIO PRES .89 PLAN

EXPLOR 87 - 96

GEOLOGIA 618 $US 708 663

GEOQUIMICA 310 $US 0 310

AEROMAGNETOMETRIA 17,5 $US 0 17,5

GRAVIMETRIA 210 $US 0 210

SISMICA 4866 $US 5125 4985

PERFORACION EXPLORATORIA

LLANURA 949 917 933

SUBANDINO 1450 1623 1536

ALTIPLANO 1280 1323 1323

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Campo Colpa

Columna Estratigráfica

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FIG. 3.3.3

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Tarija

T-180

L-1

68

Traza 180

Chaco

Petaca

TaiguatiTarija

Ichoa

Huamampampa

Tarabuco

NW SE

Petaca

T-180

L-1

68

Chaco

Petaca

TaiguatiTarija

Ichoa

Huamampampa

Tarabuco

SW NE

Taiguati

T-180

L-1

68

Línea 168

COLPA

Sísmica 3D

Fig. 3.1.8

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UMSA - Facultad de Ingeniería – Carrera de Ing. Geológica MAESTRÍA EN INGENIERÍA PETROLERA Rodolfo Ayala Sánchez Ph.D. MORETTI, BABY, MENDEZ & ZUBIETA (1996)

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PERFILES BALANCEADOS

Un perfil que no este balanceado jamás podrá

representar la realidad. (Ramos, 1988)

Un PERFIL BALANCEADO no representa necesariamente la

realidad, sino que es un MODELO que al satisfacer

limitaciones razonables parece ser mas correcto.

• Aquel en que las capas pueden ser restauradas

a su forma original: RETRODEFORMABLE.

• Es una sección geológica VIABLE y

ADMISIBLE.

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SUPOSICION FUNDAMENTAL

CONSERVACION DE MASA

CONSERVACION DE VOLUMEN

CONSERVACION DE AREA

CONSERVACION DE LONGITUDES

Si la sección está bien elegida (transversal) y el acortamiento o alargamiento paralelo al eje del pliegue es mínimo o inexistente:

Pliegues paralelos

La masa es la misma

antes y después de

la deformación

Durante la deformación no se producen cambios significativos en la densidad de las rocas por lo que se supone:

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En función de la conservación de la longitud de las capas, se puede calcular la magnitud del acortamiento de una zona.

Se establecen líneas de referencia a ambos lados del perfil

En función de la variación de longitud de la misma capa o superficie (antes y después de la deformación) se puede calcular el porcentaje de acortamiento.

% Acortamiento = (Li – Lf)/ Li ) x 100

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FAJA PLEGADA Y CORRIDA Caracterizada por la presencia de fallas y pliegues asociados.

Los pliegues se generan como consecuencia del fallamiento.

Principales

tipos de

pliegues en

una FPC

La falla crece sincrónicamente con el pliegue.

FLEXIÓN DE FALLA

PROPAGACIÓN DE FALLA

Se genera una falla y el bloque colgante se desplaza y

acomoda sobre ella.

PLIEGUES POR FLEXIÓN DE FALLA

(FAULT BEND FOLDING)

El plegamiento se genera por acomodamiento de roca sobre una falla

que cambia su inclinación.

Primer

modelo

geométrico

Suppe (1983)

Conservación de:

• áreas

• longitudes de líneas estratales

• espesores de los bancos

• El bloque ubicado por encima de la superficie de falla (techo), se

denomina COLGANTE

• El bloque ubicado por debajo de la falla (piso) se denomina

BASAL.

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Plano basal Rampa basal Plano basal

Plano colgante PC

Rampa colgante

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS BÁSICOS

• PLANO: la falla corta a la secuencia sedimentaria en forma PARALELA a

la estratificación.

• RAMPA: la falla corta a la secuencia sedimentaria en forma OBLICUA a la

estratificación

θ

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS BÁSICOS

• ÁNGULO DE CORTE (θ): ángulo con el que una rampa se despega del

bloque basal. También se lo denomina ángulo de

paso fundamental.

+ -

Retro-inlinaciones

(negativas)

Ante-inclinaciones

(positivas)

Relacionado con:

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Vergencia: dirección de transporte tectónico

+ -

Retro-inclinaciones

(negativas) Ante-inclinaciones

(positivas)

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ELEMENTOS GEOMÉTRICOS BÁSICOS

• SUPERFICIE AXIAL: superficie (3D) o línea (2D – sección transversal) en la

cual los bancos cambian de inclinación.

Debe ser bisectriz del ángulo interflanco para que los

bancos no cambien de espesor.

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El pliegue comienza a crecer en

amplitud (altura) hasta un

punto en la que esta se

mantiene invariable y entonces

comienza a incrementar su

longitud de onda

Al comenzar a desarrollarse el

pliegue las superficies axiales

A y B están fijas al plano basal

en X e Y (puntos donde la falla

cambia de inclinación)

Las superficies axiales A’ y B’

(móviles) avanzan haciendo

crecer en ancho a las bandas

kink A - A’ y B - B’ mientras que

el A - B’ disminuye

En el momento en que la

superficie axial B’ alcanza el

punto X se fija a este y la

superficie axial A (antes fija)

comienza a avanzar en

forma sincronica con A’

A partir de este momento las

bandas kink B - B’ y A - A’

dejan de crecer y A - B’

comienza a ensancharse.

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B siempre fija

A’ siempre movil

B’ primero móvil

luego fija B’

A primero fija

luego móvil A

Con respecto al bloque

basal:

Fija: Activa

Móvil: Pasiva

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Plano basal Rampa basal Plano basal

Plano colgante PC

Rampa colgante

θ

EN RESUMEN:

ELEMENTOS

GEOMÉTRICOS

BÁSICOS

• PLANOS

• ÁNGULO DE CORTE (θ)

• RAMPAS

• SUPERFICIES AXIALES

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Rampa basal

Rampa colgante

COMO CHEQUEAR QUE UN PERFIL ESTE BALANCEADO:

• La cantidad de estratos cortados por la rampa basal

y la rampa colgante deben ser iguales.

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• La longitud de las capas involucradas en la rampa deben ser de igual magnitud.

• por ej.: Longitud del techo = Longitud de la base de un estrato.

COMO CHEQUEAR QUE UN PERFIL ESTE BALANCEADO:

Rampa basal

Rampa colgante

1 2

3 4

5 5 6

6 5

5 4 3

2 1

_____ ______ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____

1-2 + 2-3 + 3-4 + 4-5 + 5-6 = 1-2 + 2-3 + 3-4 + 4-5 + 5-6

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Ejemplos de perfiles desbalanceados

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PLIEGUES POR PROPAGACION DE FALLA

La falla crece sincrónicamente con el pliegue.

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Estadios de evolución