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2 jun 2016

ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS

¿CONOCES EL ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS
Sobre el petróleo…

Los hidrocarburos naturales son sustancias de origen orgánico constituidas –principalmente- por carbono e hidrógeno. Son insolubles en agua y más ligeros que ésta, pero son solubles en disolventes orgánicos, como el benceno, éter o cloroformo. La palabra hidrocarburo se utiliza para englobar tanto al petróleo líquido y gas como al carbón.

Origen de los hidrocarburos

Origen de los hidrocarburos

En esta entrada se va a abarcar la formación y evolución del petróleo. La denominación científica e industrial de petróleo no tiene la misma concepción en español. El petróleo abarca petróleo líquido (oil) y petróleo gaseoso (gas natural). Estos hidrocarburos están formados por la química del CHONS: carbono (83-87%) e hidrógeno (11-15%), junto impurezas de oxígeno, nitrógeno y azufre (1-5%).

Acumulación de materia orgánica

La primera condición para la formación del petróleo es la acumulación de energía solar. Esta acumulación ocurre en la materia orgánica en forma de energía química (como compuestos lipídicos principalmente). La materia orgánica viva, al perecer, pasará a formar parte del sedimento, constituyendo el sapropel, que es un sedimento de grano fino con alto contenido en materia orgánica.

Diagénesis

El primer proceso que ocurre tras el enterramiento del sedimento rico en materia orgánica –o sapropel- es la diagénesis. Este proceso domina hasta los 800 metros de profundidad y requiere una temperatura menor a 60ºC (figura 1).

Durante la etapa de diagénesis, no puede haber presencia ninguna de oxígeno, pues la materia orgánica se destruiría. Las transformaciones son responsabilidad de microorganismos y del enterramiento (procesos geoquímicos). A medida que el enterramiento es más profundo, el sapropel libera metano, grupos OH, agua y especialmente oxígeno. Si el proceso de diagénesis llega al final, aparecerá el kerógeno, un compuesto dominado por geopolímeros del grupo CHONS, pero cada vez más pobre en oxígeno.

Catagénesis

La catagénesis, también conocida como ventana de generación del petróleo, se produce a más de 800 metros de profundidad (usualmente entre 1000-2000 metros de profundidad) y entre 60 y 150ºC. Es en esta etapa en la que se produce la generación de petróleo a partir del kerógeno.

Los microorganismos no toman partido en este proceso, pues las transformaciones son únicamente geoquímicas, dada la presión y temperatura mayores. La principal reacción que se produce es la liberación de hidrocarburos ricos en hidrógeno, dando como resultado que el kerógeno tenga una relación Hidrógeno/Oxígeno cada vez menor. Primero se libera el petróleo líquido y después el gas (en orden, propano, etano y butano).

Como se observa en la figura 1, el petróleo se formará principalmente entre 60 y 120ºC. A partir de 150ºC es muy difícil que se encuentre petróleo líquido, puesto que se genera el gas.

Metagénesis

La metagénesis es la última fase (temperaturas de más de 225ºC). Es una zona cercana al metamorfismo de rocas y no es deseable.

Durante la metagénesis se produce el cracking. Los hidrocarburos líquidos y gaseosos formados en la catagénesis serán transformados a gas seco (metano), el cual será cada vez mayor. La materia orgánica restante puede llegar a convertirse en grafito.

Origen de los hidrocarburos

Figura 1: Origen de los hidrocarburos. Evolución de la materia orgánica

Por ello, es deseable que la metagénesis nunca se produzca, puesto que destruirá un proceso que ha tardado varios millones de años en producirse: la acumulación de enormes volúmenes de materia orgánica en forma de sapropel, el enterramiento a más de 1000 metros de profundidad con temperaturas de más de 60ºC y la formación de hidrocarburos. Todo ello se perdería al alcanzar esta fase.

Sobre el kerógeno…

En recapitulación, el origen del petróleo es puramente orgánico, dominado por la química CHONS. Pero, ¿toda la materia orgánica dará lugar a petróleo? Esta pregunta tiene su respuesta en el estudio de los kerógenos, que se diferencian muy bien dependiendo de su naturaleza de procedencia.

Existen cuatro tipos de kerógenos:

  • Kerógeno tipo I:
    • Es un kerógeno formado predominantemente por cadenas alifáticas, con pocos anillos aromáticos. Su razón de Hidrógeno/Carbono es muy alta, por lo que su potencial de generación de crudo y gas natural es muy alto.
    • Este kerógeno procede de lípidos. Estos lípidos asociados al kerógeno I proceden de algas y/o actividad microbiana, especialmente en grandes lagos.
  • Kerógeno tipo II:
    • Químicamente, el kerógeno tipo II contiene más anillos aromáticos y su razón Hidrógeno/Carbono es menor que en el tipo I.
    • Es el kerógeno convencional, que da el petróleo líquido típico. Procede de materia orgánica marina (plancton), depositada en medios reductores. Usualmente, estos medios son ricos en ácido sulfhídrico (por la acción reductora de las bacterias sobre el carbonato cálcico), lo que explica el origen de petróleos ricos en azufre.
  • Kerógeno tipo III:
    • Kerógeno principalmente formado por anillos aromáticos, con una razón Hidrógeno/Carbono baja, lo que se traduce en una baja capacidad de generación de petróleo líquido, si bien a grandes profundidades es capaz de formar enormes cantidades de gas.
    • Su origen no es materia orgánica acuática, pues procede mayoritariamente de plantas terrestres.
  • Kerógeno tipo IV:
    • También conocido como kerógeno residual, proviene de un material orgánico oxidado, removido o meteorizado. Si llega a formar petróleo, generará unos hidrocarburos de escasa calidad.

Sin embargo, aunque los aspectos comentados aquí están relacionados con la química del petróleo y su origen, no se debe confundir éste tema con el origen de los yacimientos. La acumulación de petróleo es otro mundo que comprende las rocas madre, almacén y trampa, Este tema se tratará en la siguiente entrada, y tiene un interés industrial mucho mayor, pero que sin conocer el origen del petróleo (como roca) y de los kerógenos no tendría sentido.

Referencias

Tissot and Welte, 1984. Petroleum Formation and Occurrence, 2ed., Springer Verlag, 699 pp.

Autor: FRANCISCO JAVIER LÓPEZ CABRERA 

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