Evaluación de yacimientos volcánicos

M.Y. Farooqui Gujarat State Petroleum Corporation (GSPC) Gandhinagar, Gujarat, India Huijun Hou Dhahran, Arabia Saudita Guoxin Li PetroChina Exploration and Production Company Limited Beijing, China Nigel Machin Saudi Aramco Dhahran, Arabia Saudita Tom Neville Cambridge, Massachusetts, EUA Aditi Pal Yakarta, Indonesia Chandramani Shrivastva Mumbai, India Yuhua Wang Fengping Yang Changhai Yin Jie Zhao PetroChina Daqing Oilfield Company Daqing, China Xingwang Yang Tokio, Japón Traducción del artículo publicado en inglés en Oilfield Review Spring 2009: 21, no. 1. Copyright © 2009 Schlumberger. DMR, ECS y FMI son marcas de Schlumberger. Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Martin Isaacs, Sugar Land, Texas, EUA; Shumao Jin, Brett Rimmer y Michael Yang, Beijing; Charles E. Jones, Universidad de Pittsburgh, Pensilvania, EUA; Andreas Laake, El Cairo; y Hetu C. Sheth, Instituto Indio de Tecnología, Mumbai.

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Los hidrocarburos pueden encontrarse en rocas volcánicas; a veces en cantidades significativas. Los métodos petrofísicos, desarrollados originalmente para las acumulaciones sedimentarias, están siendo utilizados para evaluar estos yacimientos inusuales.

En los primeros días de la exploración petrolera, en general, el descubrimiento de hidrocarburos en cualquier lugar que no fuera roca sedimentaria era accidental, y esas acumulaciones eran consideradas como el resultado de un golpe de suerte. Las serendipias aún forman parte de las actividades de exploración, pero ahora los geólogos saben que la presencia de petróleo y gas en esas rocas no es ninguna coincidencia. Las rocas ígneas—formadas a partir de la solidificación del magma—alojan yacimientos de petróleo en muchas de las grandes provincias petrolíferas. En general, las rocas ígneas han sido ignoradas e incluso evitadas por la industria de E&P. Se las ha ignorado por no ser consideradas atractivas. No obstante, las rocas ígneas pueden desarrollar porosidad y permeabilidad de distintas maneras.1 Lejos de ser intrascendente, la actividad ígnea puede incidir en todos los aspectos de un sistema petrolero, proporcionando la roca generadora (roca madre), afectando la maduración de los fluidos y formando trayectos para la migración, trampas, yacimientos y sellos.2

Las rocas ígneas han sido evitadas por otras razones. Por un lado, tienden a ser extremadamente duras, aunque las mejoras introducidas en la tecnología de las barrenas están ayudando a los perforadores a abordar estas litologías resistentes.3 Por otro lado, dado que habitualmente impiden la penetración profunda de la energía sísmica, las capas ígneas también son consideradas como un impedimento para la evaluación de los sedimentos infrayacentes. Los nuevos métodos sísmicos están aportando soluciones para este problema, pero con sus intensas cualidades re-fractivas, los yacimientos ígneos siguen siendo difíciles de caracterizar.4 Una vez descubiertos los hidrocarburos en los yacimientos ígneos, la evaluación de los volúmenes de hidrocarburos y de la productividad plantea diversos retos. La interpretación de registros en los yacimientos ígneos a menudo requiere la adaptación de técnicas diseñadas para otros ambientes. Las herramientas de adquisición de registros y los métodos de interpretación que logran resultados exitosos en las rocas sedimentarias pueden

1. Srugoa P y Rubinstein P: “Processes Controlling Porosity and Permeability in Volcanic Reservoirs from the Austral and Neuquén Basins, Argentina,” AAPG Bulletin 91, no. 1 (Enero de 2007): 115–129. 2. Schutter SR: “Hydrocarbon Occurrence and Exploration in and Around Igneous Rocks,” en Petford N y McCaffrey KJW (ediciones): Hydrocarbons in Crystalline Rocks, Geological Society Special Publication 214. Londres: Sociedad Geológica (2003): 7–33. 3. Close F, Conroy D, Greig A, Morin A, Flint G y Seale R: “Successful Drilling of Basalt in a West of Shetland Deepwater Discovery,” artículo SPE 96575, presentado en la Conferencia y Exhibición del Petróleo y el Gas del Área Marina de Europa de la SPE, Aberdeen, 6 al 9 de septiembre de 2005.

Salleh S y Eckstrom D: “Reducing Well Costs by Optimizing Drilling Including Hard/Abrasive Igneous Rock Section Offshore Vietnam,” artículo SPE 62777, presentado en la Conferencia de Tecnología de Perforación de la Región del Pacífico Asiático de las IADC/SPE, Kuala Lumpur, 11 al 13 de septiembre de 2000. 4. Hill D, Combee L y Bacon J: “Over/Under Acquisition and Data Processing: The Next Quantum Leap in Seismic Technology?” First Break 24, no. 6 (Junio de 2006): 81–95. White RS, Smallwood JR, Fliedner MM, Boslaugh B, Maresh J y Fruehn J: “Imaging and Regional Distribution of Basalt Flows in the Faeroe-Shetland Basin,” Geophysical Prospecting 51, no. 3 (Mayo de 2003): 215–231.

Oilfield Review

Oilfield Review Winter 09 Volcanic Fig. Opener ORWINT09-VOL Fig. Opener Volumen 21, no. 1

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proveer respuestas válidas en las rocas ígneas, pero a menudo exigen cierta pericia para su aplicación. Por otro lado, dado que la mineralogía varía significativamente en estas formaciones, los métodos que funcionan en una provincia volcánica pueden fracasar en otra. Usualmente, se requiere una combinación de diversos métodos. Este artículo describe la complejidad de los yacimientos volcánicos y presenta algunas tecnologías que han demostrado ser exitosas para su caracterización. La descripción comienza con una revisión de los tipos de rocas ígneas y continúa con un examen de los efectos de los procesos ígneos sobre los sistemas petroleros. Dos ejemplos de campo destacan el proceso de evaluación de formaciones en las rocas volcánicas. Un estudio de caso de un yacimiento rico en contenido de gas, situado en China, presenta una técnica que combina las mediciones convencionales derivadas de los registros y los registros de imágenes con las técnicas de espectroscopía de captura de neutrones y resonancia magnética nuclear.

Un ejemplo de la India demuestra la importancia de incorporar imágenes de resistividad de la pared del pozo en la evaluación de las rocas volcánicas petrolíferas. Acerca de las rocas ígneas Las rocas ígneas se forman a través de la solidificación del magma; una mezcla de agua, gases disueltos y roca fundida a parcialmente fundida. Las rocas ígneas varían entre un yacimiento y otro porque sus componentes poseen químicas diversas, provenientes del magma que mezcla material del manto, la corteza y la superficie de la Tierra; habitualmente óxidos de silicio, hierro, magnesio, sodio, calcio y potasio. Además poseen estructuras y texturas diversas—lo cual se traduce en porosidades y permeabilidades complejas— dependiendo de cómo se fueron acomodando. Los mecanismos de colocación comprenden erupciones explosivas repentinas, flujos viscosos espesos e intrusiones subterráneas lentas y profundas. Los procesos subsiguientes de meteorización

Columna de humo

Columna de erupción Oleada de nube de ceniza Trampas

Flujo piroclástico

Rocas vulcanoclásticas

Lacolito expuesto por la erosión

Diques Volcán

Lavaduras de granito

Flujo de lava

Dique Filón

Roca plutónica

Lacolito Roca de caja

Plutón

Basamento

> Ubicación de las rocas ígneas. Las rocas plutónicas, formadas por el enfriamiento del magma en el interior de la Tierra, exhiben cristales bien desarrollados con escasa porosidad. Los plutones y los lacolitos—inyecciones ígneas protuberantes que penetran en las capas sedimentarias—son ejemplos de rocas plutónicas. Las rocas volcánicas, formadas cuando el magma se derrama sobre la superficie y se enfría rápidamente, muestran texturas cristalinas muy finas o incluso vítreas. El incremento de las presiones en el interior de la Tierra puede producir erupciones explosivas que se traducen en la acumulación de fragmentos de material volcánico en depósitos piroclásticos. Las rocas que contienen fragmentos clásticos de origen volcánico se denominan vulcanoclásticas. Como resultado de estos procesos diferentes, pueden desarrollarse porosidades y permeabilidades complejas.

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y fracturamiento pueden complicar aún más las propiedades de las rocas. Las rocas ígneas se forman bajo una amplia gama de condiciones, y por consiguiente exhiben propiedades diversas (abajo, a la izquierda). La roca fundida, que se enfría muy por debajo de la superficie, forma rocas intrusivas o plutónicas. El enfriamiento lento de los magmas profundos crea cristales grandes que generan rocas de grano grueso. Estas formaciones habitualmente poseen una porosidad intergranular baja y una permeabilidad insignificante, lo cual las vuelve de poco interés para la industria petrolera. La excepción la constituyen los granitos fracturados, que pueden producir hidrocarburos.5 Los magmas cercanos a la superficie tienden a enfriarse más rápidamente. Esto hace que exista menos tiempo para la formación de cristales que, por consiguiente, tienden a ser más pequeños, generando rocas cristalinas de grano fino. Las rocas extrusivas, o volcánicas, se forman cuando el magma es expulsado a través de la superficie de la Tierra. El magma puede derramarse en flujos de lava fundida que, cuando se enfrían, forman rocas volcánicas cristalinas de grano fino a muy fino. A veces, el proceso de enfriamiento se produce tan rápidamente que no se pueden formar cristales, lo cual resulta en la formación de vidrio volcánico, tal como la obsidiana. Cuando los magmas contienen grandes cantidades de agua y gases disueltos, el incremento excesivo de 5. Por ejemplo, las reservas recuperables de petróleo alojadas en el granito fracturado de la Cuenca de Cuu Long, en el área marina de Vietnam, se estiman en 2,000 millones de bbl [320 millones de m3] o un volumen aún mayor. Para obtener más información, consulte: Du Hung N y Van Le H: “Petroleum Geology of Cuu Long Basin—Offshore Vietnam,” Search and Discovery Article #10062, http://www.searchanddiscovery.net/ documents/2004/hung/images/hung.pdf (Se accedió el 6 de abril de 2009). El campo gigante de gas Suban, situado en el sur de Sumatra, contiene un volumen estimado de reservas de 5 Tpc [140,000 millones de m3] en los granitos fracturados. Para obtener más información, consulte: Koning T: “Oil and Gas Production from Basement Reservoirs: Examples from Indonesia, USA and Venezuela,” en Petford N y McCaffrey KJW (ediciones): Hydrocarbons in Crystalline Rocks, Geological Society Special Publication 214. Londres: Sociedad Geológica (2003): 83–92. Landes KK, Amoruso JJ, Charlesworth LJ Jr, Heany F y Lesperance PJ: “Petroleum Resources in Basement Rocks,” Bulletin of the AAPG 44, no. 10 (Octubre de 1960): 1682–1691. 6. En proporción, una roca acídica contiene más óxidos no metálicos que una roca básica y forma un ácido cuando se disuelve en agua. En proporción, una roca básica contiene más óxidos metálicos que una roca acídica y forma una base cuando se disuelve en agua. 7. El término “máfico” proviene de las palabras “magnesio” y “férrico”, mientras que el término “félsico” proviene de una combinación de feldespato y sílice. Hyndman DW: Petrology of Igneous and Metamorphic Rocks, edición 2, Ciudad de Nueva York: McGraw-Hill Higher Education, 1985.

Oilfield Review

De grano fino De grano grueso

Periodita

Basalto

Andesita

Dacita

Riolita

Gabro

Diorita

Granodiorita

Granito

100

Composición mineral, porcentaje en volumen

Feldespatos de plagioclasa ricos en calcio

80

Cuarzo

60

Feldespatos de plagioclasa ricos en sodio

Olivina

40

Feldespato de potasio

Piroxeno 20

Anfibol

Biotita

0

45%

Incremento del contenido de sílice

75%

Incremento del contenido de calcio, magnesio y hierro Incremento del contenido de potasio, sodio y aluminio 1,200°C [2,200°F]

Incremento de la temperatura de cristalización

700°C [1,300°F]

> Clasificación de las rocas ígneas por su composición mineral. Las rocas de grano fino y grueso, de composición similar, poseen nombres diferentes. Por ejemplo, un magma que contiene cuarzo, feldespato de potasio, plagioclasa rica en contenido de sodio y biotita, puede enfriarse lentamente y formar granito grueso. Si el mismo magma se derrama, formará riolita fina. Los magmas ricos en contenido de olivina no se derraman comúnmente, sino que se cristalizan en profundidad, y de ese modo forman sólo rocas de grano grueso.

Tamaño del clasto o del cristal, mm 256

Clastos sedimentarios

Fragmentos piroclásticos

Cantos rodados grandes

Bloques y bombas

Guijarros 64

16

Rocas cristalinas: ígneas, metamórficas o sedimentarias

Muy gruesas Cristalinas, muy gruesas

Grava

Cantos rodados pequeños

Lapilli Gruesas

2 1 0.5 0.25 0.125

Cristalinas, gruesas

Gránulos Arena muy gruesa

Oilfield Review Winter 09 Arena intermedia VolcanicGranos Fig. 2gruesos de ceniza Fig. 2 ORWINT09-VOL Arena fina

Intermedias

Arena muy fina

Cristalinas, finas

Arena gruesa

Cristalinas, intermedias

Arena

4

Finas

0.032

Limo 0.004

Arcilla

Muy finas Lodo

la presión bajo tierra puede producir erupciones explosivas de material volcánico. Los tamaños de los fragmentos eyectados o piroclastos oscilan entre ceniza volcánica fina y “bombas” de decenas de centímetros de diámetro. Una vez eyectados, los fragmentos individuales se acumulan para formar rocas piroclásticas. Los flujos de lava (coladas lávicas) y los depósitos piroclásticos pueden oscilar entre algunos centímetros y algunos cientos de metros de espesor, cubriendo miles de kilómetros cuadrados. Estos depósitos pueden poseer valores de porosidad y permeabilidad suficientes para convertirlos en yacimientos de hidrocarburos económicamente viables. Los diferentes modos de formación de las rocas ígneas—enfriamiento de las lavas, ya sea bajo tierra o en la superficie, y aglomeración de fragmentos eyectados durante las erupciones explosivas— hacen posible una subdivisión de las rocas ígneas en dos grupos: rocas ígneas cristalinas y rocas ígneas, o piroclásticas, fragmentosas. Una clasificación composicional simple y común de las rocas ígneas cristalinas se basa en el porcentaje en peso de sílice [SiO2]. Las rocas con bajo contenido de SiO2 (menos del 52%) se clasifican como básicas, las rocas con alto contenido de SiO2 (más del 66%) son acídicas, y aquellas con un contenido de SiO2 que oscila entre un 52 y un 66% son intermedias.6 Un sistema de clasificación paralelo agrupa a las rocas por porcentaje en peso de minerales de color oscuro. Las rocas ricas en minerales oscuros (más del 70%), tales como la olivina y el piroxeno, son máficas; las que contienen pocos minerales oscuros (menos del 40%), y por consiguiente más minerales claros, tales como el cuarzo y el feldespato, son silícicas, y a veces se denominan félsicas.7 Las rocas máficas, tales como el basalto, tienden a ser básicas; las rocas silícicas, tales como el granito, tienden a ser acídicas. Una clasificación diferente abarca el mecanismo de posicionamiento, el tamaño de los cristales y la mineralogía, dividiendo las rocas volcánicas cristalinas en cuatro tipos principales (arriba a la derecha). La tendencia que se extiende desde el basalto hasta la andesita, la dacita y la riolita, forma un conjunto de variedades mineralógicas. Por otra parte, las rocas piroclásticas se clasifican habitualmente por su granulometría, al igual que las rocas sedimentarias clásticas. Las proporciones relativas de tres clases de tamaños de granos—bloques y bombas, lapilli y ceniza—se utilizan para clasificar una roca piroclástica (derecha). Los distintos tipos de rocas

Granos finos de ceniza

Cristalinas, muy finas Criptocristalinas

> Clasificación de las rocas piroclásticas por su granulometría. Las rocas piroclásticas se identifican sobre la base de su granulometría, en forma similar a las rocas sedimentarias clásticas.

Volumen 21, no. 1

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Estructuras

Texturas

Flujo: Los flujos se forman cuando la estructura de la lava se alinea en filas paralelas o en ondas cordiformes. Almohadilla: La lava que es expulsada debajo del agua y pronto desarrolla una película fría alrededor de un núcleo fundido forma estructuras en almohadilla, que son pilas bulbosas de roca. La lava almohadilla a menudo incorpora sedimentos del fondo marino. Pórfiro: Una de las estructuras porfiríticas más comunes son los fenocristales, que son cristales de 1 a 2 mm [0.04 a 0.08 pulgada] encastrados en una matriz de grano fino, con frecuencia vítrea. La andesita y el basalto a menudo poseen fenocristales de olivina y piroxeno. Piroclasto: Los piroclastos son fragmentos de roca gruesa, cincelada, formados durante una explosión volcánica. Los fragmentos de vidrio a menudo son un componente clave. Los fragmentos gruesos indican un sepultamiento rápido o un proceso de re-elaboración mínimo, posterior a la depositación.

Brechiformes: La mayoría de las partículas angulares de más de 2 mm de diámetro son brechas volcánicas. Habitualmente, las partículas se forman a partir del movimiento de la roca parcialmente solidificada, no a partir de la eyección de fragmentos. Vítreas: La lava que se enfría rápidamente forma vidrio volcánico, tal como la obsidiana, la tonalita y la piedra volcánica (pitchstone), que difieren fundamentalmente en su contenido feldespático alcalino. Tobáceas: El material piroclástico consolidado de menos de 2 mm [aproximadamente 0.08 pulgada] de diámetro es la toba. La toba no consolidada es la ceniza. Ambas pueden ser depositadas lejos de su lugar de origen. Una roca yacimiento volcánica común, epiclástica o meteorizada, es la arena tobácea, en la que la toba reelaborada representa menos de la mitad del volumen de roca. Cuando la toba compone más de la mitad de la roca, el depósito se denomina toba arenosa.

> Estructuras y texturas en las rocas volcánicas. Las variaciones producidas en la estructura y la textura originan un amplio rango de porosidades y permeabilidades observadas en las rocas cristalinas y piroclásticas.

Vesiculares: El gas que se expande en la lava en proceso de enfriamiento forma poros denominados vesículas. A menudo desconectadas, esas vesículas son la razón por la cual la roca volcánica muy porosa, tal como la piedra pómez, flota pero posee un grado de permeabilidad insignificante. Las vesículas a menudo se rellenan con minerales secundarios, usualmente silicatos hidratados denominados zeolitas. Estas vesículas rellenas, conocidas como amígdulas, reducen la porosidad intergranular de la misma manera que la arcilla presente en la arenisca.

ARGENTINA Chaitén CHILE

Columna de humo Cobertura de ceniza

OCÉANO ATLÁNTICO

0

km 100

0

millas

100

Oilfield Review Winter 09 Volcanic Fig. 4 ORWINT09-VOL Fig. 4

> Imagen del volcán Chaitén, en el sur de Chile, obtenida por el satélite Terra de la NASA. El volcán, que se creía inactivo antes de su erupción acaecida el 2 de mayo de 2008, envió una columna de ceniza y vapor a lo largo de unos 10.7 a 16.8 km [35,000 a 55,000 pies] dentro de la atmósfera. Esta imagen, obtenida tres días después de la erupción, muestra la columna de humo que se extiende hacia el este una distancia de más de 1,000 km a través de la República Argentina y hacia el interior del Océano Atlántico. La columna volcánica (blanco) se distingue de las nubes (turquesa). La superficie del suelo se encuentra cubierta de ceniza gris-tostada. [Tomado del documento “Chile’s Chaiten VolcanoErupts,” http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=8725 (Se accedió el 6 de abril de 2009)].

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piroclásticas y cristalinas exhiben diferencias de textura y estructura que se traducen en diferencias de porosidad y permeabilidad (izquierda). Volúmenes de rocas volcánicas Los petrólogos han calculado que la porción somera de la corteza terrestre contiene un volumen de roca volcánica—formada por la eyección de lava en la superficie—de 3.4 a 9 x 109 km3, un orden de magnitud mayor que el volumen de roca sedimentaria. Esta estimación incluye las extrusiones producidas en las zonas de hundimiento del fondo marino, donde las placas oceánicas se están separando y la actividad volcánica forma corteza nueva. La presencia de rocas volcánicas en las provincias petrolíferas es común porque la actividad volcánica tuvo lugar en el interior o cerca de muchas cuencas sedimentarias, en una etapa o en otra. El vulcanismo también puede afectar las cuencas lejanas; los volcanes grandes pueden empujar los flujos piroclásticos hasta 1,000 km [aproximadamente 600 mi] de distancia de su origen y el viento puede arrastrar la ceniza a través de miles de kilómetros (izquierda, extremo inferior). En consecuencia, es posible observar mantos de ceniza y tobas, o ceniza consolidada, lejos de su origen. Existen rocas ígneas productoras de hidrocarburos en todo el mundo (próxima página). El primer descubrimiento documentado de petróleo en roca volcánica puede ser el Campo Hara de Japón, cuya producción inicial tuvo lugar en el año 1900.8 El campo producía petróleo de tres capas tobáceas. Otro de los primeros ejemplos de producción se registró en Texas, en el año 1915, a lo largo de una tendencia de volcanes de fondo marino, que erupcionaron durante la depositación de la Caliza Austin.9 Las formaciones volcánicas sepultadas produjeron 54 millones de bbl [8.6 millones de m3] de petróleo de 90 campos, emplazados en más de 200 cuerpos ígneos. Los yacimientos volcánicos pueden contener acumulaciones significativas. Para el año 1996, la producción acumulada proveniente de las tobas volcánicas y las capas asociadas del Campo Jatibarang, situado en Java Occidental, era de 1,200 millones de bbl [190 millones de m3] de petróleo y 2.7 Tpc [76,000 millones de m3] de gas. Las reservas estimadas ascienden a 4,000 millones de bbl [635 millones de m3] de petróleo y 3 Tpc [85,000 millones de m3] de gas.10 El análisis de yacimientos indica valores de porosidad que oscilan entre 16 y 25% y una permeabilidad de hasta 10 darcies. En este yacimiento, las rocas volcánicas también son rocas generadoras.11

Oilfield Review

Hidrocarburos asociados con las rocas ígneas o la actividad ígnea

> Distribución de las rocas ígneas petrolíferas. Los puntos dorados representan las localizaciones de las filtraciones, rastros y yacimientos de hidrocarburos en las rocas ígneas. (Adaptado de Schutter, referencia 36).

Los sistemas petroleros El vulcanismo puede afectar todos los aspectos de un sistema petrolero, produciendo rocas generadoras peculiares, acelerando la maduración de los fluidos, y formando trampas, yacimientos y sellos. Roca generadora (roca madre)—Si bien la mayoría de los hidrocarburos presentes en las rocas volcánicas provienen de rocas generadoras sedimentarias, algunas rocas volcánicas también son rocas generadoras. La vegetación arrastrada en los flujos volcánicos puede contener agua suficiente como para protegerla del calor del emplazamiento. El vulcanismo subaéreo puede formar lagos y pantanos con sedimentos ricos en kerógeno y el agua caldeada volcánicamente, presente en estas cuencas, fomenta el crecimiento de nutrientes, incrementando aún más la producción de materia orgánica. Maduración—Mediante el agregado de calor, los cuerpos ígneos pueden acelerar la maduración

de los hidrocarburos. Los cuerpos intrusivos grandes, tales como diques y filones de gran espesor, se enfrían en forma lenta y pueden afectar grandes volúmenes de roca adyacente, produciendo sobremaduración.12 Los flujos volcánicos se enfrían relativamente rápido, de modo que usualmente producen menos impacto sobre la maduración. El impacto de la actividad ígnea sobre la maduración de los fluidos puede ser evaluado mediante el modelado de los sistemas petroleros.13 Además del calor directo, la circulación de los fluidos hidrotérmicos en la zona calentada también puede afectar la maduración. Por ejemplo, los científicos que trabajan en la Cuenca de Guaymas del Golfo de California reportaron Oilfield Review que los fluidos hidrotérmicos calentados hasta Winter 09 alcanzar 400°C [752°F] Volcanic Fig.son 6 responsables de la alteración deORWINT09-VOL la materia orgánica Fig. y6 de la formación de petróleo.14 El proceso es rápido, ya que

implica entre cientos y miles de años en vez de los varios millones de años que se necesitan habitualmente para la generación de petróleo.15 Migración—Los hidrocarburos originados en otros lugares son entrampados en las rocas volcánicas de distintas maneras: • Los hidrocarburos pueden pasar vertical o lateralmente desde las rocas sedimentarias hacia las rocas volcánicas ubicadas en posiciones estructurales más altas. • La compactación de las rocas sedimentarias puede obligar a los hidrocarburos a desplazarse en sentido descendente, hacia el interior de las rocas volcánicas. • Los fluidos hidrotérmicos pueden disolver los hidrocarburos y depositarlos en las rocas ígneas. • Si la presión de vapor existente en las rocas volcánicas se vuelve suficientemente baja durante el proceso de enfriamiento, los hidrocarburos pueden introducirse en los espacios porosos.

8. Mining in Japan, Past and Present. Oficina de Minas, Departamento de Agricultura y Comercio de Japón, 1909. 9. Ewing TE y Caran SC: “Late Cretaceous Volcanism in South and Central Texas—Stratigraphic, Structural, and Seismic Models,” Actas de la Asociación de Sociedades Geológicas de la Costa del Golfo 32 (1982): 137–145. 10. Kartanegara AL, Baik RN e Ibrahim MA: “Volcanics Oil Bearing in Indonesia,” AAPG Bulletin 80, no. 13 (1996): A73. 11. Bishop MG: “Petroleum Systems of the Northwest Java Province, Java and Offshore Southeast Sumatra,

Indonesia,” USGS Open-File Report 99–50R (2000), http://pubs.usgs.gov/of/1999/ofr-99-0050/OF99-50R/ ardj_occr.html (Se accedió el 7 de abril de 2009). 12. Schutter, referencia 2. 13. Yurewicz DA, Bohacs KM, Kendall J, Klimentidis RE, Kronmueller K, Meurer ME, Ryan TC y Yeakel JD: “Controls on Gas and Water Distribution, Mesaverde Basin-Centered Gas Play, Piceance Basin, Colorado,” en Cumella SP, Shanley KW y Camp WK (ediciones): Understanding, Exploring and Developing Tight-Gas Sands: 2005 Vail Hedberg Conference, AAPG Hedberg Series, no. 3 (2008): 105–136.

14. Simoneit BRT: “Organic Matter Alteration and Fluid Migration in Hydrothermal Systems,” en Parnell J (ediciones): Geofluids: Origin, Migration and Evolution of Fluids in Sedimentary Basins, Geological Society Special Publication 78. Londres: Sociedad Geológica (1994): 261–274. 15. Kvenvolden KA y Simoneit BRT: “Hydrothermally Derived Petroleum: Examples from Guaymas Basin, Gulf of California, and Escanaba Trough, Northeast Pacific Ocean,” AAPG Bulletin 74, no. 3 (Marzo de 1990): 223–237.

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Lacolito tipo Árbol de Navidad

Lacolito perforado

> Trampas causadas por la intrusión de lacolitos. La trampa del Campo Omaha Dome, en Illinois, fue producida por un lacolito tipo Árbol de Navidad (izquierda) de mica-peridotita, que penetró estructuras de calizas y areniscas. Las trampas (verde) también pueden ser producidas por lacolitos perforados (derecha), que levantan las capas suprayacentes a lo largo de las fallas límite.

Trampas—Las intrusiones ígneas que penetran actividad ígnea que altera los minerales formalas capas sedimentarias adyacentes, denomina- dos previamente. Los filones y los lacolitos pueden das rocas de caja, a menudo generan estructuras convertirse en yacimientos, especialmente cuando cerradas dentro de las formaciones penetradas. penetran rocas generadoras. Y pueden fractuEl Campo Omaha Dome, situado en la Cuenca de rarse cuando se enfrían, generando porosidad, Illinois, EUA, fue formado por este tipo de trampa. permeabilidad y trayectos para la migración. Sellos—Las rocas ígneas pueden constituir La estructura de entrampamiento corresponde a un lacolito tipo árbol de Navidad, producido por sellos. Después de su conversión en arcilla, las una intrusión ultramáfica (arriba).16 El campo capas extrusivas pueden actuar como sellos comfue descubierto en el año 1940 y produjo aproxi- pactos. Las rocas intrusivas impermeables, tales madamente 6.5 millones de bbl [1 millón de m3Review ] como los lacolitos que forman trampas, también Oilfield Winter en 09 pueden sellar los hidrocarburos presentes en las de petróleo de las areniscas que se encuentran Volcanic Fig. formaciones 7 que las infrayacen. contacto con la intrusión. ORWINT09-VOL Fig. 7 Yacimientos—Las rocas ígneas poseen otra característica en común con las rocas yacimiento La exploración en las provincias volcánicas sedimentarias; pueden tener porosidad primaria La exploración de hidrocarburos en las rocas y a veces desarrollar porosidad secundaria. Pero, ígneas o en sus adyacencias puede involucrar a diferencia de las rocas sedimentarias, las rocas varias técnicas geológicas, geofísicas y geoquíígneas pierden su porosidad muy lentamente con micas. El mapeo superficial tradicional de las la compactación. La porosidad primaria puede estructuras elevadas ha revelado la presencia de ser intergranular o vesicular; un tipo de porosi- depósitos volcánicos. Por ejemplo, en Japón, se dad que resulta de la presencia de vesículas, o han descubierto rocas volcánicas riolíticas que burbujas de gas en las rocas ígneas. Las porosi- contienen grandes acumulaciones de hidrocardades en los basaltos y las andesitas vesiculares buros mediante el mapeo de los altos estructurapueden alcanzar el 50%.17 La porosidad secun- les.18 Otro método tradicional, el reconocimiento daria es importante para muchos yacimientos de filtraciones de hidrocarburos en la superficie, volcánicos y a veces constituye el único tipo de es utilizado para descubrir yacimientos más proporosidad presente. Puede resultar de los proce- fundos. El petróleo y el gas a veces se elevan a sos de alteración hidrotérmica, fracturamiento la superficie a través de los contactos existentes y metamorfismo de etapa tardía; el metamor- entre las rocas ígneas y las rocas sedimentarias. fismo que tiene lugar en las etapas tardías de la Las filtraciones presentes en el área de Golden

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Lane del este de México, han sido asociadas con la presencia de rocas ígneas de inclinación pronunciada que penetraron capas carbonatadas de gran espesor, ricas en contenido de petróleo.19 Además se utilizan técnicas de avanzada. Se han aplicado registros de imágenes satelitales para evaluar la Cuenca del Columbia, cubierta de basalto, en Washington y Oregón, EUA.20 El análisis geoquímico del agua subterránea de la misma región detectó niveles significativos de metano a través de una extensa área, lo cual indicó cantidades potencialmente comerciales de gas natural en los basaltos del Río Columbia.21 Dependiendo de las propiedades de las rocas volcánicas, las técnicas gravimétricas y magnetométricas pueden resultar de utilidad. Éstos fueron los primeros métodos geofísicos aplicados y, en el año 1915, contribuyeron a la explotación exitosa del play volcánico de Texas mencionado previamente. Las rocas ígneas máficas—más ricas en contenido de minerales densos y magnéticos que las rocas ígneas félsicas—ofrecen mejor contraste con los sedimentos regionales, por lo que pueden aparecer en forma clara en los levantamientos gravimétricos y magnetométricos. Los levantamientos aeromagnetométricos han demostrado ser efectivos para la identificación de áreas prospectivas en los basaltos máficos de inundación de la Cuenca del Otway, en el sudeste de Australia.22 También se han utilizado métodos magnetotelúricos (MT), usualmente en conjunto con otras técnicas, para investigar las rocas volcánicas de alta resistividad como yacimientos potenciales (para obtener más información sobre MT, véase “Sondeos electromagnéticos para la exploración de petróleo y gas,” página 4). Por ejemplo, los levantamientos MT del Campo Yurihara de petróleo y gas, situado en Japón, están ayudando a explorar las áreas que rodean a los yacimientos productores.23 En ciertas líneas MT, se han identificado capas volcánicas resistivas levantadas como posibles áreas prospectivas. La integración de los levantamientos MT con la información sísmica de superficie resultó de utilidad para la caracterización de la estructura interna de una capa basáltica productora de petróleo y gas. Los métodos sísmicos, si bien resultan extremadamente útiles para la detección de estructuras sedimentarias, han mostrado un grado mixto de éxito en las provincias volcánicas. Los basaltos macizos, sin estratificación interna, poseen una calidad sísmica efectiva alta, lo cual significa que no son altamente absorbentes, de modo que las ondas sísmicas los atraviesan con poca atenuación. Los levantamientos sísmicos son relativamente exitosos para la delineación de los

Oilfield Review

topes y las bases de esas capas. No obstante, los basaltos estratificados, especialmente aquéllos que exhiben superficies meteorizadas entremezcladas, tienden a dispersar la energía sísmica y pueden proporcionar datos pobres.24 Para mejorar la calidad de los datos sísmicos en las provincias volcánicas, los responsables de la planeación de los levantamientos utilizan la técnica de teledetección mediante satélites para determinar la litología y la topografía, y están incorporando los resultados en las evaluaciones de los aspectos logísticos de los levantamientos, los parámetros de adquisición y los requerimientos de procesamiento (derecha).25 En áreas con capas volcánicas altamente atenuantes, los levantamientos sísmicos de pozos se han mostrado promisorios en cuanto al mejoramiento de la resolución de las imágenes sísmicas. Tal fue el caso de un perfil sísmico vertical (VSP) con desplazamiento de la fuente, efectuado en un pozo exploratorio de 4,750 m [15,600 pies] de la Cuenca Neuquina, en la República Argentina.26 En la localización del pozo, la superficie se encontraba cubierta por aproximadamente 150 m [490 pies] de basalto que atenuaba intensamente la energía sísmica superficial. El VSP produjo una imagen con una resolución más alta que la de los resultados sísmicos de superficie e iluminó otros cuerpos ígneos presentes en el subsuelo. Una vez descubierto un depósito volcánico con hidrocarburos, la evaluación del yacimiento puede constituir un gran reto. Los métodos de evaluación de la porosidad, la permeabilidad y la saturación en las rocas sedimentarias deben modificarse para funcionar en las provincias volcánicas. Algunos estudios de casos de China e India demuestran esas técnicas. Formaciones volcánicas gasíferas en China El campo gigante Daqing, descubierto en 1959, es el campo de petróleo y gas más grande de China y uno de los más grandes del mundo. Produjo más de 10,000 millones de bbl [1,600 millones de m3] 16. English RM y Grogan RM: “Omaha Pool and Mica-Peridotite Intrusives, Gallatin County, Illinois,” en Howell JV (ediciones): Structure of Typical American Oil Fields, Special Publication 14, vol. 3. Tulsa: Asociación Americana de Geólogos del Petróleo (1948): 189–212. 17. Chen Z, Yan H, Li J, Zhang G, Zhang Z y Liu B: “Relationship Between Tertiary Volcanic Rocks and Hydrocarbons in the Liaohe Basin, People’s Republic of China,” AAPG Bulletin 83, no. 6 (Junio de 1999): 1004–1014. 18. Komatsu N, Fujita Y y Sato O: “Cenozoic Volcanic Rocks as Potential Hydrocarbon Reservoirs,” presentado en el 11º Congreso Mundial del Petróleo, Londres, 28 de agosto al 2 de septiembre de 1983. 19. Link WK: “Significance of Oil and Gas Seeps in World Oil Exploration,” Bulletin of the AAPG 36, no. 8 (Agosto de 1952): 1505–1540.

Volumen 21, no. 1

Basalto fresco Basalto meteorizado Rocas no basálticas

Basalto fresco

Payún

Payún

Basalto meteorizado Basalto con vegetación rala Sedimentos no volcánicos

0

km 20

0

millas

20

Vegetación

> Métodos de teledetección en las provincias volcánicas. Los datos satelitales de las bandas visible, infrarroja cercana, infrarroja y térmica, ayudan a los geofísicos a evaluar la topografía y el carácter de la superficie del terreno antes de planificar la ejecución de un levantamiento sísmico. En este ejemplo de la República Argentina, los datos satelitales (extremo inferior) de diversas bandas espectrales se combinan y codifican por colores para distinguir las diferentes características de la superficie. Los flujos basálticos recién expulsados se resaltan en rojo oscuro en ambas imágenes satelitales. Las brigadas a cargo de los levantamientos utilizan esta información con el fin de determinar si el terreno es accesible para los camiones vibradores y otros equipos (extremo superior). La fotografía de los vehículos para levantamientos muestra el volcán Payún visto desde el sur.

de capas sedimentarias ubicadas a una profundidad que oscila entre 700 y 1,200 m [2,300 y 3,900 pies]. Los pozos estratigráficos—perforados para conocer las relaciones, a escala de cuenca, entre los

yacimientos y los estratos adyacentes—encontraron gas en las capas volcánicas ubicadas a profundidades de entre 3,000 y 6,000 m [10,000 y 20,000 pies]. Debido al ambiente complejo y a la

20. Fritts SG y Fisk LH: “Structural Evolution of South 24. Rohrman M: “Prospectivity of Volcanic Basins: Trap Margin—Relation to Hydrocarbon Generation,” Oil & Delineation and Acreage De-Risking,” AAPG Bulletin 91, Gas Journal 83, no. 34 (26 de agosto de 1985):Oilfield 84–86. Reviewno. 6 (Junio de 2007): 915–939. Fritts SG y Fisk LH: “Tectonic Model for Formation of A: “Remote Sensing Application for Vibroseis Data Winter 09 25. Laake Columbia Basin: Implications for Oil, Gas Potential of Quality Estimation in the Neuquen Basin, Argentina,” Volcanic Fig. 8 North Central Oregon,” Oil & Gas Journal 83, no. 35 artículo presentado en el VI Congreso de Exploración ORWINT09-VOLy Desarrollo Fig. 8 de Hidrocarburos del IAPG, Mar del Plata, (2 de septiembre de 1985): 85–89. Argentina, 15 al 19 de noviembre de 2005. 21. Johnson VG, Graham DL y Reidel SP: “Methane in Columbia River Basalt Aquifers: Isotopic and Coulson S, Gråbak O, Cutts A, Sweeney D, Hinsch R, Schachinger M, Laake A, Monk DJ y Towart J: Geohydrologic Evidence for a Deep Coal-Bed Gas “Teledetección satelital: mapeo de riesgos para los Source in the Columbia Basin, Washington,” AAPG levantamientos sísmicos,” Oilfield Review 20, no. 4 Bulletin 77, no. 7 (Julio de 1993): 1192–1207. (Primavera de 2009): 40–51. 22. Gunn P: “Aeromagnetics Locates Prospective Areas 26. Rodríguez Arias L, Galaguza M y Sánchez A: “Look and Prospects,” The Leading Edge 17, no. 1 (Enero de Ahead VSP, Inversion, and Imaging from ZVSP and OVSP in 1998): 67–69. a Surface Basalt Environment: Neuquen Basin, Argentina,” 23. Mitsuhata Y, Matsuo K y Minegishi M: “Magnetotelluric artículo SPE 107944, presentado en la Conferencia de Survey for Exploration of a Volcanic-Rock Reservoir Ingeniería Petrolera de América Latina y el Caribe de la in the Yurihara Oil and Gas Field, Japan,” Geophysical SPE, Buenos Aires, 15 al 18 de abril de 2007. Prospecting 47, no. 2 (Marzo de 1999): 195–218.

43

X,000

XS8

X,200

XS401

XS4

XS602

XS6

XS601

X,400

Profundidad, m

X,600 X,800 Y,000 Y,200 Y,400

0

km

0

Conglomerado Lutita Roca volcánica superior Roca sedimentaria Roca volcánica inferior Basalto

2

millas

2

Y,600 Y,800

R U S I A

N

Daqing

COREA DEL NORTE

0 0

H

I

N

A

COREA DEL SUR

J

C

A

P

Beijing

Ó

MONGOLIA

km 400 millas 400

> Estructura del grupo volcánico Yingcheng por debajo del Campo Daqing. La interpretación de los datos sísmicos determinó el tope del grupo volcánico, y la integración de los datos sísmicos con los datos de registros permitió la delineación de las secuencias volcánicas superior e inferior y las secuencias predominantemente basálticas.

naturaleza desafiante de las rocas yacimiento, no se apuntó a estas reservas de inmediato para su desarrollo. En el año 2004, PetroChina puso en marcha un programa de evaluación de nueve pozos y concertó un proyecto conjunto con Schlumberger para comprender mejor estos yacimientos volcánicos profundos. El área de estudio cubría una extensión de 930 km2 [360 mi2] y contaba con

datos sísmicos 3D, además de registros adquiridos con cable, imágenes de la pared del pozo y análisis de núcleos de 15 pozos. Para sustentar las decisiones de desarrollo, los analistas construyeron un flujo de trabajo destinado a evaluar estos yacimientos complejos y estimar el volumen de gas en sitio.27 El paso inicial del flujo de trabajo consistió en la construcción de un modelo estructural a

27. Li G, Wang YH, Yang FP, Zhao J, Meisenhelder J, Neville 29. Li GX, Wang YH, Zhao J, Yang FP, Yin CH, Neville TJ, Farag S, Yang XW, Zhu YQ, Luthi S, Hou HJ, Zhang TJ, Farag S, Yang XW y Zhu YQ: “Petrophysical SP, Wu C, Wu JH y Conefrey M: “Computing Gas in Place Characterization of a Complex Volcanic Reservoir,” in a Complex Volcanic Reservoir in China,” artículo Actas del 48o Simposio Anual de Adquisición de SPE 103790, presentado en la Conferencia y Exhibición Registros de la SPWLA, Austin, Texas, 3 al 6 de junio Internacional del Petróleo y el Gas de la SPE, China, de 2007, artículo E. Beijing, 5 al 7 de diciembre de 2006. 30. Freeman JJ, Freedman R, Cao Minh C, Gubelin G, 28. Barson D, Christensen R, Decoster E, Grau J,Oilfield Herron M,Review Rawlence D, McGinness T y Terry B: “Combining NMR Herron S, Guru UK, Jordán M, Maher TM, Rylander E y09 and Density Logs for Petrophysical Analysis in Winter White J: “Espectroscopía: La clave para la obtención de Gas-Bearing Formations,” Actas del 39o Simposio Anual Volcanic Fig. 9 respuestas petrofísicas rápidas y confiables,” Oilfield de Adquisición de Registros de la SPWLA, Keystone, ORWINT09-VOL Fig. 9 EUA, 26 al 29 de mayo de 1998, artículo II. Review 17, no. 2 (Otoño de 2005): 16–35. Colorado,

44

partir de los datos sísmicos. El tope del grupo volcánico Yingcheng corresponde a un reflector sísmico significativo, y la interpretación de este horizonte proporcionó el control estructural principal para el modelo. Además del tope del grupo, los intérpretes sísmicos distinguieron tres secuencias volcánicas principales, con secuencias sedimentarias interestratificadas y limitantes (izquierda). Dentro del modelo estructural, cada secuencia fue dividida en celdas más pequeñas que luego se poblaron con las propiedades físicas. El yacimiento está compuesto principalmente por riolitas cristalinas interestratificadas y piroclásticos riolíticos, pero además se observó un espectro completo de rocas volcánicas, cuya composición variaba de basáltica a riolítica y cuya textura fluctuaba entre ígnea cristalina y piroclástica. La identificación de los distintos tipos de rocas presentes en las secuencias y su correlación entre los pozos fueron tareas complicadas. La clasificación de la litología para la mayor parte de los tipos de rocas se basa en la mineralogía, la cual no puede determinarse fácilmente cuando se trata de texturas muy finas o vítreas, comunes en las rocas volcánicas. Esto condujo a los científicos estudiosos de las rocas volcánicas a enfocarse en la composición química como factor clave en los esquemas de clasificación. Con las concentraciones elementales obtenidas con una herramienta de Espectroscopía de Captura Elemental ECS, los intérpretes utilizaron estos esquemas de clasificación sobre la base de la composición química para proporcionar una descripción continua de la litología.28 Sin embargo, no todo se reduce a la composición química; por ejemplo, si una roca en particular posee una composición riolítica, la química sola no puede distinguir entre una riolita cristalina y una toba riolítica piroclástica. La información textural de las imágenes de la pared del pozo, obtenidas con el generador de Imágenes Microeléctricas de Cobertura Total FMI, proporcionó la base para distinguir estos tipos de rocas y vincular entre sí los datos de los registros de todos los pozos. Las distribuciones de T2, provenientes de datos de resonancia magnética nuclear, proporcionaron información adicional para completar la clasificación litológica.

Oilfield Review

Mediante la combinación de toda la información disponible, los geólogos lograron identificar 11 tipos de rocas ígneas en cada pozo y luego los correlacionaron a través del campo, utilizando los datos sísmicos y los modelos geológicos conceptuales de otros ambientes volcánicos (derecha). La evaluación de las propiedades petrofísicas de cada tipo de roca resultó particularmente desafiante.29 En comparación con las rocas clásticas y carbonatadas, que forman los yacimientos petrolíferos y gasíferos convencionales, estas rocas volcánicas exhiben los rasgos más problemáticos de ambas; la mineralogía compleja, incluyendo la presencia de minerales conductivos tales como las arcillas y las zeolitas, es análoga a la de las rocas clásticas más desafiantes, y su textura y estructura porosa reproduce a las de las rocas carbonatadas más complejas. Esta combinación de rasgos plantea dificultades para la evaluación de la porosidad, la permeabilidad y las saturaciones de fluidos. Un esquema robusto e independiente de la litología para la evaluación de la porosidad en las formaciones gasíferas de baja porosidad, es el método de interpretación DMR que incluye los datos de densidad y los de resonancia magnética y combina las mediciones de densidad volumétrica con las mediciones de porosidad obtenidas por resonancia magnética.30 A los resultados ECS se les aplicó una relación entre la densidad de la matriz y las concentraciones elementales derivadas del análisis de núcleos para generar un registro continuo de la densidad de la matriz. La densidad de la matriz proporcionó los datos de entrada del proceso DMR para obtener estimaciones de alta calidad de la porosidad e indicaciones de saturación de gas en cada pozo. Con el fin de extrapolar la información de porosidad a las áreas alejadas de los pozos, los intérpretes desarrollaron distribuciones probabilísticas de la porosidad para cada tipo de roca y las utilizaron para poblar el modelo. La estimación de la saturación de gas fue un desafío porque la textura compleja de la roca impedía el desarrollo de una ecuación adecuada de saturación de Archie, de manera que para su estimación se utilizó un enfoque basado en la presión capilar. Las curvas de presión seudo-capilar se obtuvieron de las distribuciones de T2, a partir de datos de resonancia magnética nuclear de los registros de pozos, y se calibraron con las mediciones de presión capilar por inyección de mercurio obtenidas en los núcleos. Los valores de saturación computados de esta manera

Volumen 21, no. 1

Número de punto común profundo 600

650

700

Flujo piroclástico (colada piroclástica)

750

800

Caída de piroclásticos

850

900

Flujo de lava

Roca extrusiva

Imagen FMI

50

Porosidad %

0

Facies Flujo de lava Toba

Flujo piroclástico

Sedimentación subacuática

Roca volcánica exterior que forma domos

Flujo piroclástico

Roca volcánica intermedia que forma domos

Caída de piroclásticos

Roca volcánica interior que forma domos

Oleada inicial

Roca intrusiva

Flujo de lava superior Flujo de lava intermedia Flujo de lava inferior

Oleada inicial Caída de piroclásticos

> Correlación de los tipos de rocas ígneas con los datos sísmicos. Los tipos de rocas se identificaron utilizando imágenes FMI, distribuciones de T2 NMR y concentraciones elementales ECS, y se clasificaron en siete litologías cristalinas (verdes, rosas y púrpuras) y cuatro litologías piroclásticas (naranja y amarillos). Una correlación de muestras (extremo inferior) exhibe una imagen FMI obtenida a través de un intervalo de capas predominantemente piroclásticas. Se utiliza una sección sísmica (extremo superior) obtenida a través del pozo central para extender los tipos de rocas por todo el campo. Los tipos de rocas observados en el pozo central se muestran en la localización del pozo utilizando los códigos por colores para las litologías vulcanoclásticas y cristalinas. Los tipos de rocas extrapolados lejos del pozo central se exhiben como colores semitransparentes en la sección sísmica.

indicaron una fuerte dependencia con respecto metros y cubrían la mayor parte del yacimiento. Review a la geometría de la red de poros. PorOilfield ejemplo, Los resultados de saturación, validados con las Winter 09 las mediciones de núcleos demostraron que las indicaciones de gas obtenidas con el método Volcanic Fig. 10 tobas depositadas por caída de cenizas—que DMR, ORWINT09-VOL Fig.las10mediciones del análisis de fluidos de constituyen, desde el punto de vista volumétrico, fondo de pozo y los datos de producción, fueron el tipo de roca yacimiento más significativo—son consistentes con el supuesto de que el yacimiento microporosas o poseen gargantas de poros de correspondía a un sistema de presión única con menos de 0.5 μm de radio. Los perfiles de satu- un solo nivel de agua libre. Subsiguientemente, ración de estas formaciones exhibían zonas de se utilizó el enfoque basado en la presión capilar transición largas, que se extendían cientos de para poblar el modelo con valores de saturación.

45

PA

Q

U

IS

TÁ

N

C H I N A NEP AL

Cuenca de Cambay Trampas del Decán I

N

D

I

BANGLADESH

A

Mahabaleshwar

0 0

km

500

millas

500

SRI LANKA

> Las Trampas del Decán de India. Las Trampas del Decán son una secuencia de aproximadamente 40 capas de basalto que cubren ciertas porciones del centro-oeste de India. Las diferencias entre los basaltos, que son competentes, y las areniscas, lutitas y calizas interestratificadas, que son más fáciles de erosionar, originan el terreno accidentado (derecha). Esta fotografía fue tomada en la escarpa de Mahabaleshwar, en Western Ghats. La Cuenca de Cambay (izquierda) corresponde a un graben hundido, con sedimentos petrolíferos que suprayacen a los basaltos. Los afloramientos basálticos se muestran en anaranjado. (Fotografía, cortesía del Dr. Hetu C. Sheth del Departamento de Ciencias de la Tierra, Instituto Indio de Tecnología, Mumbai.)

El volumen de gas en sitio, correspondiente emplearon un método estocástico para poblar al yacimiento, fue calculado sumando el gas con- las celdas con valores de porosidad y saturación tenido en cada celda del modelo. No obstante, la de gas. Se efectuaron casi 60 realizaciones para calidad de la roca yacimiento de este campo es evaluar las cantidades potenciales de gas en sitio extremadamente heterogénea. Por otro lado, el para el área de estudio, lo cual proporcionó un control del pozo era limitado, y los datos sísmicos conocimiento del rango de incertidumbre asociado Review con los componentes volumétricos del campo. resultaban imperfectos para guiar laOilfield distribuWinter 09 ción de las propiedades petrofísicas. Con el fin Los resultados del estudio general sustentaron la Volcanic Fig. 11 decisión de desarrollarlo. de superar estas dificultades, los ingenieros ORWINT09-VOL Fig. 11 31. Short NM Sr y Blair RW Jr (ediciones): Geomorphology from Space. NASA (1986), http://disc.gsfc.nasa.gov/ geomorphology/ (Se accedió el 3 de marzo de 2009). 32. Kumar R: Fundamentals of Historical Geology and Stratigraphy of India. Nueva Delhi: New Age International Publishers Limited, 2001.

46

33. Negi AS, Sahu SK, Thomas PD, Raju DSAN, Chand R y Ram J: “Fusing Geologic Knowledge and Seismic in Searching for Subtle Hydrocarbon Traps in India’s Cambay Basin,” The Leading Edge 25, no. 7 (Julio de 2006): 872–880.

El petróleo en las Trampas del Decán de India Las Trampas del Decán se formaron en la edad Cretácico Tardío, por la extrusión de los basaltos de inundación que hoy cubren más de 500,000 km2 [190,000 mi2] de la porción centro-oeste de India. La palabra “trampas” proviene del vocablo alemán treppen, que significa escalón, y reciben ese nombre porque generan una topografía caracterizada por terrazas escalonadas de capas basálticas resistentes (izquierda).31 El episodio de vulcanismo fue sincrónico con el proceso de rifting del continente Indio desde el sur de África. Si bien la génesis y el mecanismo de colocación de estos basaltos aún hoy son objeto de debate, el consenso general es que fueron expulsados debajo del agua.32 Se han identificado más de 40 de estas capas de basalto, muchas de las cuales se encuentran interestratificadas con calizas, lutitas y areniscas fluviales y estuarinas. En ciertos lugares, el espesor total de las trampas supera los 3,000 m. Durante los últimos 40 años, la Cuenca de Cambay, uno de los plays petrolíferos más antiguos de India Occidental, produjo hidrocarburos de los sedimentos que suprayacen los basaltos del Decán.33 Hasta hace poco, se consideraba que el tope de los depósitos volcánicos correspondía al basamento económico, por debajo del cual no se esperaban yacimientos de hidrocarburos comerciales. No obstante, en los últimos años, se descubrió petróleo en estas rocas volcánicas más profundas. En 2003, Gujarat State Petroleum Corporation (GSPC) puso en marcha una campaña consistente de seis pozos en el Bloque CB-ONN-2000/1. Los primeros tres pozos mostraron rastros de petróleo en las capas volcánicas. En el año 2004, el cuarto pozo, PK-2, resultó ser un descubridor significativo de petróleo, produciendo durante las pruebas a una tasa de 64 m3/d [400 bbl/d]. Para la planeación del pozo siguiente, se construyó un modelo de yacimiento simplista que asumió que la capa basáltica petrolífera superior extrema, penetrada por el Pozo PK-2, era lateralmente extensiva. Sobre la base de este modelo, en el año 2005, se perforó el Pozo PK-6 justo a 600 m [1,970 pies] al sudoeste del Pozo PK-2. Lamentablemente, este pozo no produjo hidrocarburos. Este resultado 34. Pal A, Machin N, Sinha S y Shrivastva C: “Application of Borehole Images for the Evaluation of Volcanic Reservoirs: A Case Study from the Deccan Volcanics, Cambay Basin, India,” presentado en la Convención y Exhibición Anual de la AAPG, Long Beach, California, EUA, 1º al 4 de abril de 2007.

Oilfield Review

Basalto vesicular

Basalto no vesicular

Roca vulcanoclástica

pudieron correlacionarse tres capas basálticas principales, A, B y C, entre los pozos clave PK-2 y PK-6 (abajo). En los estudios de afloramientos, las rocas volcánicas pueden correlacionarse utilizando el análisis geoquímico de la composición elemental principal y secundaria. En el subsuelo, se pueden obtener datos similares utilizando la herramienta ECS. Las gráficas de interrelación del silicio elemental en función del calcio, el aluminio, el hierro y el titanio para los Basaltos A, B y C, mostraron que el Basalto A, la unidad superior, es diferente en cuanto a su composición en los pozos clave, mientras que los Basaltos B y C son similares en

3 cm Pozo PK-2

Pozo PK-6 Tope Basalto A 1,775

1,775

Tope Basalto B

1,800

1,825

1,825

Tope Basalto C

inesperado incentivó a GSPC a actualizar el modelo de yacimiento mediante el análisis posterior de los datos, considerando específicamente las facies rocosas y las fracturas, y su interacción con las fallas existentes en las capas volcánicas.34 Como primer paso, los geólogos desarrollaron una clasificación textural de las capas volcánicas. Se identificaron tres facies principales—basalto vesicular, basalto no vesicular y unidades vulcanoclásticas—utilizando registros de imágenes de la pared del pozo, datos petrográficos del Pozo PK-1

Oilfield Revie

y muestras de basalto (arriba). A continuación, se correlacionaron las facies entre pozos; un ejercicio que distó de ser directo. Los flujos de lava se pueden mezclar, y después de la solidificación pueden tener lugar otros cambios, tales como la alteración hidrotérmica, la meteorización, la cementación y la deformación estructural. Estos cambios pueden identificarse en los afloramientos; sin embargo, su rastreo en el subsuelo no es sencillo. Sobre la base de las facies de las imágenes y los caracteres únicos de los registros,

1,850

1,875

1,875

1,900

1,900

Profundidad, m

1,850

> Clasificación textural de las facies basálticas de Decán. Las imágenes del generador de imágenes de resistividad de pozo FMI ayudaron a los geólogos a identificar tres tipos de rocas principales. Los basaltos vesiculares (izquierda) exhibieron vesículas en la imagen (extremo superior), tanto en la muestra (extremo inferior) como en los núcleos laterales de un pozo vecino. Los basaltos no vesiculares (centro) no mostraron esas burbujas de gas en las imágenes de la pared del pozo ni en los núcleos laterales. Las imágenes de los basaltos vulcanoclásticos (derecha) mostraron la estratificación de escala fina de las partículas angulares. (Fotografía de los basaltos, cortesía de Charles E. Jones, Universidad de Pittsburgh, Pensilvania.)

1,800

1,925

Rocas vulcanoclásticas Basalto no vesicular

Basalto vesicular Zona brechiforme en el basalto no meteorizado

>Correlación inicial de facies entre pozos. La clasificación de las facies basada en la textura permitió la correlación de tres capas de basalto entre el Pozo PK-2 y el Pozo PK-6. El Basalto A (azul) corresponde a la zona productiva del Pozo PK-2, pero no del Pozo PK-6. Los Basaltos B y C no son productivos.

w

Winter 09 Vo lcanic Fig. 12

Volumen 21, no. 1

ORWINT09-VOL Fig. 12

Oilfield Review Winter 09 Volcanic Fig. 13

47

Prof., m

Pozo PK-2 Rayos gamma Litología

1,760 1,770

Basalto A

1,780

Registros de imágenes

Concentraciones elementales, kg/kg Ca/Si

0.15

0.15 0.10

1,790

0.10

1,800 1,810

Basalto B

1,820

0.05 0.05

0 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

1,830 1,840 1,850

Basalto C

Al/Si

0.14

Pozo PK-6 Rayos gamma Litología

1,770

Basalto A

1,820

Ti/Si

0.02

0.04

0

0.01 0

0.10

0.20

0.30

Ca/Si

0

0

0.10

0.20

0.30

Fe/Si

0.20

0.15

Basalto B

0.10 0.10 0.05 0.05

1,840 1,850

0 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

1,860 1,870

Al/Si

0.14

1,880

0

0

0.10

0.20

0.30

Ti/Si

0.06

0.12

1,890

0.10

Basalto C

0.04

0.08

1,910

0.06

1,920

0.04

1,930

0.02

1,940

0.35

0.03

0.15

1,830

1,900

0.25

0.06

1,800 1,810

0.15

0.04

0.08

1,780 1,790

0.05

0.05

0.02

1,760

0

0.06

0.12 0.10

Prof., m

Fe/Si

0.20

0

0.02

0

0.10

0.20

0.30

0

0

0.10

0.20

0.30

> Comparación de los basaltos en dos pozos. Las concentraciones elementales (derecha), obtenidas con la herramienta ECS, se expresan como relaciones entre el calcio, el hierro, el aluminio y el titanio, y el silicio (Ca/Si, Fe/Si, Al/Si y Ti/Si). Estas relaciones se representan gráficamente para los Basaltos A (óvalo azul), B (óvalo verde) y C (óvalo rojo). En cada una de las gráficas de las relaciones, los óvalos rojos y verdes poseen aproximadamente la misma relación entre sí pero no con los óvalos azules. Por ejemplo, en la gráfica de Ca/Si para el Pozo PK-2 (extremo superior), el óvalo rojo se encuentra al lado del verde y el óvalo azul se encuentra dentro del rojo. No obstante, en la gráfica de Ca/Si para el Pozo PK-6, el óvalo rojo sigue estando al lado del verde pero el óvalo azul se encuentra dentro del verde. Esta disposición indica que los Basaltos B y C se correlacionan entre un pozo y el otro, pero el Basalto A no lo hace.

términos composicionales (arriba). Esto indica de gran espesor y comprende una capa de basalto que la capa basáltica superior extrema es lateral- no vesicular que suprayace una sección basáltica mente discontinua entre los dos pozos, lo cual se vesicular con numerosas fracturas que aparecen como conductivas en las imágenes de la pared del opone al supuesto del modelo original. Luego del análisis de facies, la fase siguiente pozo.35 Las fracturas abiertas y vesículas crean un del estudio consistió en la caracterización de las yacimiento de buena calidad con un sistema de OilfielddeReview fracturas naturales que son abundantes dentro porosidad dual, y la red de fracturas mejora la Winter 09 las capas volcánicas. En el pozo descubridor PK-2, Por el contrario, en el Pozo PK-6, Volcanic Fig.permeabilidad. 14 el basalto superior que produjo hidrocarburos es la capa de basalto superior, que es más delgada, ORWINT09-VOL Fig. 14 esencialmente no vesicular y menos fracturada, 35. En ausencia de datos acústicos o datos de pruebas, las no constituye un buen yacimiento. fracturas conductivas de las imágenes de la pared del pozo se consideran abiertas al flujo. Además del tipo de facies y la presencia 36. Schutter SR: “Occurrences of Hydrocarbons in and de fracturas, la relación geométrica existente Around Igneous Rocks,” en Petford N y McCaffrey KJW (ediciones): Hydrocarbons in Crystalline Rocks, entre las fracturas y las fallas, también parece Geological Society Special Publication 214. Londres: desempeñar un rol crucial en la localización de Sociedad Geológica (2003): 35–68. acumulaciones de hidrocarburos. En el Pozo PK-2,

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las fracturas abiertas forman ángulos altos con respecto a una falla de escala sísmica, mientras que las fracturas del Pozo PK-6 se alinean en sentido aproximadamente paralelo a la falla. Los intérpretes desarrollaron un modelo conceptual en el que la falla de escala sísmica facilita la comunicación de los fluidos, permitiendo que las fracturas abiertas que la intersectan conduzcan los hidrocarburos hasta los pozos productores. Las fracturas alineadas con la falla son menos proclives a intersectarla y, por consiguiente, es improbable que conduzcan hidrocarburos. Este concepto fue validado en un pozo nuevo, el Pozo PK-2A1, que contenía fracturas conductivas orientadas en sentido perpendicular a las fallas de escala sísmica y que también produjo petróleo. La actividad volcánica futura La evaluación de los hidrocarburos presentes en las rocas volcánicas plantea numerosos desafíos, pero la aplicación creativa de técnicas diseñadas para yacimientos sedimentarios está ayudando a las compañías de petróleo y gas a caracterizar y explotar estas acumulaciones complejas. La combinación de imágenes de resistividad de la pared del pozo con registros de resonancia magnética y espectroscopía de captura de neutrones se está convirtiendo en el nuevo conjunto de datos estándar para la evaluación de los yacimientos volcánicos. Con el mejoramiento del conocimiento de la capacidad que poseen las rocas volcánicas para contener petróleo y gas, otras compañías podrán contemplar la re-evaluación del potencial de las formaciones volcánicas anteriormente desestimadas. A diferencia de sus contrapartes sedimentarias, los yacimientos de rocas volcánicas no han sido estudiados de manera sistemática. Además de los ejemplos descritos en este artículo, existen hidrocarburos presentes en rocas ígneas, o en sus adyacencias, en más de 100 países.36 En muchos casos, sólo se han descubierto rastros y filtraciones de petróleo; sin embargo, con actividades de exploración adicionales, tal vez se descubran volúmenes de reservas significativos. Aunque la presencia de rocas volcánicas en una cuenca nunca se convierta en un fundamento para su exploración, la posibilidad de que este tipo de cuenca sustente un sistema petrolero viable debería ser incluida dentro de una gama de opciones. Si bien algunos operadores podrían suspender su operación de perforación después de haber encontrado el “basamento,” aquéllos que conocen mejor el potencial de las rocas volcánicas probablemente las traten como cualquier otra roca yacimiento prospectiva. —LS

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