Petróleo: Origen y formación

El petróleo y el término equivalente petróleo crudo cubren una amplia variedad de materiales que consisten en mezclas de hidrocarburos y otros compuestos que contienen cantidades variables de azufre, nitrógeno y oxígeno, que pueden variar ampliamente en volatilidad, peso específico, densidad y viscosidad.

Los componentes que contienen metales, especialmente aquellos compuestos que contienen vanadio y níquel, generalmente se encuentran en los petróleos crudos más viscosos en cantidades de hasta varios miles de partes por millón y pueden generar algunos problemas en el procesamiento del petróleo.

Debido a que el petróleo es una mezcla de componentes y proporciones muy variables, sus propiedades físicas también varían ampliamente por ejemplo su color que puede variar de incoloro a negro.

¿Dónde se encuentra el petróleo?

Tanto el petróleo como el gas natural se encuentran en rocas o formaciones geológicas porosas a cientos de metros bajo la superficie, es decir en el subsuelo.

Aquellas rocas porosas generalmente son areniscas, pero también al petróleo se lo puede encontrar alojado en calizas que tienen una porosidad secundaria alta debido a que se han fracturado, y el petróleo se aloja en esas fracturas.

EL sistema generalizado donde se encuentra el petróleo y el gas se conoce como trampa petrolífera, y manera general consta de las siguientes partes:

• Roca o formación geológica porosa donde está el petróleo y el gas.
• Contacto agua – petróleo
• Contacto gas – petróleo
• Zona de petróleo
• Zona de gas
• Zona de agua

A manera general se observa que el petróleo siempre aparece por debajo del gas y por encima del agua, esto debido a la diferencia de densidades.

Obviamente la densidad del agua es mayor que la del petróleo y menor que la del gas.

Sin embargo, como se menciona en el artículo que describe al gas natural (puedes ir dando clic aquí), el petróleo y el gas pueden aparecer juntos debido a que las altas presiones y temperaturas, pueden hacer que el gas natural se disuelva en el petróleo.

A esto se lo conoce como gas disuelto en petróleo.

Origen y formación del petróleo

Erróneamente se difunde noticias e información de que el petróleo se origina o deriva de los árboles o cadáveres de dinosaurios enterrados bajo tierra.

Sin embargo, en la actualidad es conocido y comprobado que en realidad el petróleo tiene su origen y formación desde moléculas grasas llamadas lípidos, que alguna vez estuvieron en el plancton.

El plancton está formado por organismos flotantes muy pequeños, incluidas plantas multicelulares unicelulares y muy pequeñas (algas), así como protistas y animales microscópicos.

Típicamente, la mayoría de los organismos planctónicos varían en tamaño de 0.02 a 2.0 mm de diámetro.

Cuando los organismos mueren, se hunden en el fondo del lago o el mar en el que vivían, y si el agua es relativamente «tranquila» (no fluye), se acumulan.

Si el ambiente del fondo del mar o del lago es rico en oxígeno, el plancton muerto puede ser comido u oxidado y transformado en CO2 y gas CH4.

Pero en aguas pobres en oxígeno, el material orgánico puede sobrevivir lo suficiente como para mezclarse con arcilla y formar un líquido fangoso rico en materia orgánica, que luego poco a poco se va enterrando bajo toneladas de sedimentos.

Eventualmente, la presión debido al peso del sedimento suprayacente exprime el agua, y el lodo se compacta y, finalmente, se litifica para convertirse en una lutita negra rica en materia orgánica que viene a ser la roca madre o precursora de petróleo.

Esta lutita rica en materia orgánica es de color negro y contiene la materia prima a partir de la cual se forman los distintitos hidrocarburos.

Si esta lutita rica en materia orgánica se entierra lo suficiente (2 a 4 km), se calienta, ya que la temperatura aumenta con la profundidad en la Tierra.

Entonces empiezan a ocurrir una serie de reacciones químicas que transforman lentamente la materia orgánica que está en la roca en una mas de moléculas cerosas llamadas kerógeno.

La lutita que contiene del 15% a 30% de kerógeno se llama lutita bituminosa.

Si la lutita bituminosa se calienta a temperaturas superiores a aproximadamente 90 ° C, las moléculas de kerógeno se rompen en moléculas más pequeñas de petróleo y gas natural, un proceso conocido como generación de hidrocarburos.

A temperaturas superiores a aproximadamente 160 ° C, cualquier hidrocarburo o petróleo restante se descompone para formar gas natural; y a temperaturas superiores a 225 °C – 250 °C, la materia orgánica pierde todo su hidrógeno y se transforma en grafito (carbono puro).

Por lo tanto, el petróleo mismo se forma solo en un rango de temperaturas relativamente estrecho, llamado ventana de petróleo.

Principales componentes

Los principales componentes del petróleo son los hidrocarburos, compuestos de hidrógeno y carbono que muestran una gran variación en su estructura molecular.

Con pocas excepciones, en el petróleo, las proporciones de los elementos (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y metales) varían en límites bastante estrechos, dependiendo de la composición de la roca madre, de acuerdo a la siguiente tabla:

Componentes del petróleo	Porcentaje
Carbono	83.0%–87.0%
Hidrógeno	10.0%–14.0%
Nitrógeno	0.1%–2.0%
Oxígeno	0.05%–1.5%
Azufre	0.05%–6.0%
Metales (Ni y V)	<1000 ppm

Los hidrocarburos más simples son un gran grupo de moléculas en forma de cadena conocidas como parafinas.

Esta amplia serie se extiende desde el metano, que forma gas natural, pasando por líquidos que se refinan en gasolina, hasta ceras cristalinas.

Una serie de hidrocarburos en forma de anillo, conocidos como los naftenos, van desde líquidos volátiles como la nafta hasta sustancias de alto peso molecular aisladas como la fracción de asfaltenos.

Otro grupo de hidrocarburos en forma de anillo se conoce como los aromáticos.

El principal compuesto de esta serie es el benceno, una materia prima popular para la fabricación de productos petroquímicos.

Los componentes no hidrocarbonados del petróleo incluyen derivados orgánicos de nitrógeno, oxígeno, azufre y los metales níquel y vanadio. La mayoría de estas impurezas se eliminan durante el refinado.

¿Cómo se extrae el petróleo?

Las técnicas geológicas solo pueden determinar la existencia de formaciones rocosas que son favorables para los depósitos de petróleo, no si el petróleo está realmente allí.

Por lo tanto, la perforación es la única forma segura de determinar la presencia de petróleo.

Con equipos rotativos modernos, los pozos se pueden perforar a profundidades de más de 30,000 pies (9,000 m).

Una vez que se encuentra el petróleo, puede ser recuperado (llevado a la superficie) por la presión creada por el gas natural o el agua dentro del depósito.

El petróleo crudo también puede llevarse a la superficie inyectando agua o vapor en el depósito para aumentar la presión artificialmente, o inyectando sustancias tales como dióxido de carbono, polímeros y solventes para reducir la viscosidad del petróleo crudo.

Los métodos de recuperación térmica se utilizan con frecuencia para mejorar la producción de crudos pesados, cuya extracción se ve obstaculizada por la resistencia viscosa al flujo a temperaturas de yacimiento.

Transporte y refinación

El petróleo crudo es transportado a las refinerías por tuberías, que a menudo pueden transportar más de 500,000 barriles / día, o por buques cisterna.

El proceso básico de la refinería es la destilación, que separa el petróleo crudo en fracciones de diferente volatilidad.

Después de la destilación, se emplean otros métodos físicos para separar las mezclas, incluida la absorción, adsorción, extracción con solventes y cristalización.

Después de la separación física en componentes tales como nafta ligera y pesada, queroseno y gasóleos ligeros y pesados, las fracciones de petróleo seleccionadas pueden someterse a procesos de conversión, como craqueo térmico y craqueo catalítico.

En los términos más generales, el agrietamiento rompe las moléculas grandes de gasóleos más pesados en las moléculas más pequeñas que forman las fracciones de nafta más ligeras y valiosas.

La reforma cambia la estructura de las moléculas de parafina de cadena lineal en iso-parafinas de cadena ramificada y aromáticos en forma de anillo.

El proceso se usa ampliamente para aumentar el número de octanos de gasolina obtenido por destilación de aceites crudos parafínicos.