Petróleo y gas

¿Qué es un domo de sal?



Columnas de sal que se introducen a través de las unidades de sedimentos suprayacentes.

Sal jurásica media: Esta sección transversal muestra rocas de la cuenca del este de Texas entre la frontera Oklahoma-Texas (a la izquierda) y la costa del Golfo de México (a la derecha). La unidad de roca púrpura es la sal del Jurásico Medio, una unidad de roca que tiene la capacidad de fluir bajo presión. La sal está cubierta por miles de pies de sedimento que ejercen una enorme presión sobre la superficie de la sal y hacen que fluya. En numerosos lugares, la sal se ha introducido en los sedimentos suprayacentes. Esto ha producido pequeños montículos o elevadas columnas de sal que pueden tener miles de pies de altura. Las columnas de sal y los montículos más pequeños se llaman "cúpulas de sal". Imagen USGS 1.

Domo de sal: Caricatura de una cúpula de sal que muestra la perforación a través de dos unidades de roca y la deformación de la unidad de roca inmediatamente superior. El crecimiento del domo se logra mediante la migración de sal al domo desde las áreas circundantes. La sal migra al domo porque se comprime por el peso de los sedimentos suprayacentes.

¿Qué es un domo de sal?

Una cúpula de sal es un montículo o columna de sal que se ha introducido en los sedimentos suprayacentes. Las cúpulas de sal se pueden formar en una cuenca sedimentaria donde una capa gruesa de sal está cubierta por sedimentos más jóvenes de espesor significativo. Cuando las condiciones lo permiten, las cúpulas de sal pueden elevarse miles de pies sobre la capa de sal de la que comenzaron a crecer. Un ejemplo se muestra en la ilustración.

En la ilustración en la parte superior de la página, la unidad de roca púrpura (Js) era originalmente una capa de sal. Es la fuente de sal para varias columnas de sal y varios montículos de sal más pequeños que se han introducido en las unidades suprayacentes.

El desarrollo de domos de sal puede deformar las unidades de roca en trampas que contienen petróleo y gas natural. A menudo se extraen como fuentes de sal y azufre. La naturaleza impermeable de la sal puede convertirlos en sitios importantes para el almacenamiento subterráneo o la eliminación subterránea de desechos peligrosos.

La deformación de la sal bajo presión

A diferencia de la mayoría de los otros tipos de sedimentos, la sal tiene la capacidad de cambiar de forma y flujo cuando se coloca bajo suficiente presión. Para desarrollar un domo de sal, la presión sobre la sal debe ser lo suficientemente alta como para permitirle introducir los sedimentos suprayacentes. La presión debe ser lo suficientemente grande como para superar varios obstáculos. Estos incluyen el peso de los estratos suprayacentes, la fuerza de los estratos suprayacentes, las fuerzas de fricción y la fuerza de elevación resistente a la gravedad.

Dos fuentes de presión que han producido domos de sal son la presión descendente del sedimento suprayacente y la presión lateral del movimiento tectónico.

Si se desarrolla un área de debilidad o inestabilidad en el sedimento suprayacente, la sal bajo una presión adecuada puede entrar en él. La debilidad podría ser causada por fracturas de extensión, un anticlinal en desarrollo, una falla de empuje o un valle erosionado en la superficie de la Tierra.

Una vez que la sal comienza a fluir, puede continuar mientras la presión sobre la sal sea lo suficientemente alta como para superar las fuerzas de resistencia. El flujo se detendrá cuando la sal haya subido a una altura donde existan condiciones de equilibrio.

El "concepto erróneo de la densidad"

Muchas explicaciones de los domos de sal sugieren que la menor densidad de sal, en comparación con la densidad de las unidades de roca suprayacentes, es la fuerza impulsora de la formación de domos de sal. Esa es una idea falsa.

En el momento de la deposición, los sedimentos clásticos por encima de la sal no están compactados, contienen un espacio significativo en los poros y tienen una densidad menor que la sal. Su densidad no excede la densidad de la sal hasta que están profundamente enterrados, compactados y parcialmente litificados. Para entonces ya no son sedimentos blandos. Son unidades de roca competentes que pueden ser obstáculos para la intrusión de sal.

Peso vs Densidad: El aire tiene una densidad que es casi insignificante. Sin embargo, una columna de aire atmosférico pesa lo suficiente como para conducir una columna de mercurio extremadamente denso a casi un metro de un tubo de vacío de vidrio.

Cómo la densidad puede ser irrelevante

Un barómetro de mercurio proporciona una ilustración de cómo la densidad puede ser irrelevante. En 1643, Evangelista Torricelli llenó un tubo de vidrio, cerrado en un extremo, con mercurio. Luego lo puso de pie en una cuenca de mercurio, manteniendo un extremo sumergido. Una vez que el tubo estuvo en posición vertical, el peso de la atmósfera en la superficie del mercurio proporcionó suficiente presión para soportar una columna de mercurio de casi un metro de altura. El mercurio subía y bajaba en el tubo a medida que cambiaba la presión de la atmósfera.

En el caso de un barómetro de mercurio, la diferencia de densidad entre el mercurio en el tubo y la densidad del aire circundante es enorme. Pero, el peso de la atmósfera es lo suficientemente alto como para soportar la columna de mercurio.

En el caso de un domo de sal, miles de pies de sedimento, presionando una unidad de sal geográficamente extensa, pueden proporcionar suficiente energía para producir un domo de sal.

Domos de sal árticos: Imagen satelital de dos cúpulas de sal que estallaron en la superficie de la isla Melville, al norte de Canadá. Las cúpulas son las características redondas blancas rodeadas de roca gris. Cada uno tiene aproximadamente 2 millas de ancho. La isla está rodeada de hielo marino. La sal puede persistir en la superficie en climas fríos y áridos. Imagen de la NASA 4. Ampliar imagen.

¿Qué tan grandes son las cúpulas de sal?

Las cúpulas de sal pueden ser estructuras muy grandes. Los núcleos de sal varían de 1/2 milla a 5 millas de ancho. Las unidades de roca madre que sirven como fuente de sal son generalmente de varios cientos a unos miles de pies de espesor. Las cúpulas de sal ascienden desde profundidades de entre 500 y 6000 pies (o más) debajo de la superficie 2. Por lo general, no alcanzan la superficie. Si lo hacen, podría formarse un glaciar de sal.

Domos de sal del Golfo de México: Un mapa en relieve del suelo del Golfo de México frente a la costa sureste de Luisiana. Los colores rojo y naranja representan aguas poco profundas; El azul representa aguas más profundas. Las estructuras redondas de superficie plana son la expresión superficial de las cúpulas de sal del subsuelo. Imagen del programa NOAA Okeanos Explorer. Ampliar imagen

El primer descubrimiento de aceite de domo de sal

Las cúpulas de sal eran casi desconocidas hasta que se perforó un pozo exploratorio de petróleo en Spindletop Hill, cerca de Beaumont, Texas, en 1900 y se completó en 1901. Spindletop era una colina baja con un relieve de aproximadamente 15 pies donde un visitante podía encontrar manantiales de azufre y filtraciones de gas natural.

A una profundidad de aproximadamente 1000 pies, el pozo penetró en un depósito de petróleo presurizado que sopló las herramientas de perforación del pozo y bañó la tierra circundante con petróleo crudo hasta que el pozo pudo ser controlado. La producción inicial del pozo fue de más de 100,000 barriles de petróleo crudo por día, un rendimiento mayor que cualquier pozo anterior producido.

El descubrimiento de Spindletop encendió una ola de perforaciones en estructuras similares en toda el área de la costa del Golfo. Algunos de estos pozos encontraron petróleo. Esos descubrimientos motivaron a los geólogos a aprender sobre las estructuras a continuación que contenían tan grandes cantidades de petróleo 3.

El mapeo cuidadoso del subsuelo de los datos de los pozos, y luego el uso de estudios sísmicos, permitió a los geólogos descubrir la forma de las cúpulas de sal, desarrollar hipótesis sobre cómo se forman y comprender su papel en la exploración de petróleo.

Domo del Golfo Pérsico: Sir Bani Yas Island en el Golfo Pérsico en la costa occidental de los Emiratos Árabes Unidos. La isla es un montículo empujado por una cúpula de sal en ascenso. La cúpula se ha roto a través de la superficie de la isla, y el núcleo redondo de la cúpula se puede ver en el centro de la isla. Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA 5. Haga clic para ampliar la imagen.

Importancia económica de las cúpulas de sal

Las cúpulas de sal sirven como depósitos de petróleo y gas natural, fuentes de azufre, fuentes de sal, sitios subterráneos de almacenamiento de petróleo y gas natural, y sitios de eliminación de desechos peligrosos.

Depósitos de petróleo y gas natural

Las cúpulas de sal son muy importantes para la industria petrolera. A medida que crece una cúpula de sal, la roca de la capa superior se arquea hacia arriba. Esta roca de tapa puede servir como depósito de petróleo o gas natural.

A medida que crece una cúpula, las rocas que penetra se arquean hacia arriba a lo largo de los lados de la cúpula (vea ambas ilustraciones en la parte superior de esta página). Este arco ascendente permite que el petróleo y el gas natural migren hacia el domo de sal, donde puede acumularse en una trampa estructural.

El aumento de la sal también puede causar fallas. Algunas veces estas fallas permiten sellar una unidad de roca permeable contra una unidad de roca impermeable. Esta estructura también puede servir como depósito de petróleo y gas. Un solo domo de sal puede tener muchos depósitos asociados en una variedad de profundidades y ubicaciones alrededor del domo.

Encuesta sísmica: Un primer perfil sísmico de un domo de sal adquirido de una encuesta a bordo. Muestra un núcleo de sal central de aproximadamente 1-1 / 2 millas de ancho y capas de roca que se deformaron por el movimiento ascendente de la sal. Imagen sísmica modificada después de Parke D. Snavely, Servicio Geológico de Estados Unidos.

Una fuente de azufre

Los domos de sal a veces están cubiertos por una capa de roca que contiene cantidades significativas de azufre elemental. El azufre se presenta como un material cristalino que llena las fracturas y los poros intergranulares, y en algunos casos reemplaza la roca de la tapa. Se cree que el azufre se formó a partir de anhidrita y yeso asociados con la sal por la actividad bacteriana.

Algunas cúpulas de sal tienen suficiente azufre en la roca de la tapa para que pueda recuperarse económicamente. Se recupera perforando un pozo en el azufre y bombeando agua sobrecalentada y aire por el pozo. El agua sobrecalentada está lo suficientemente caliente como para derretir el azufre. El aire caliente convierte el azufre fundido en una espuma lo suficientemente flotante como para elevar un pozo a la superficie.

Hoy en día, la mayor parte del azufre se produce como un subproducto de la refinación de petróleo crudo y el procesamiento de gas natural. La producción de azufre a partir de domos de sal generalmente no es rentable con el azufre producido a partir del petróleo y el gas natural.

Producción de sal

Algunas cúpulas de sal han sido explotadas por la minería subterránea. Estas minas producen sal que la industria química utiliza como materia prima y como sal para el tratamiento de carreteras cubiertas de nieve.

Se han extraído algunas cúpulas de sal por solución. Se bombea agua caliente por un pozo hacia la sal. El agua disuelve la sal y vuelve a la superficie a través de los pozos de producción. En la superficie, el agua se evapora para recuperar la sal, o el agua salada se usa en un proceso químico.

Información del domo de sal
1 Modelos geológicos y evaluación de recursos de petróleo y gas continuos y convencionales no descubiertos: Cretáceo superior Austin Chalk, Costa del Golfo de EE. UU.; Krystal Pearson, United States Geological Survey, Informe de investigaciones científicas 2012-5159, 2012.
2 Cavernas de sal y su uso para la eliminación de desechos de campos petroleros: folleto producido por la Oficina Nacional de Tecnología del Petróleo, Laboratorio Nacional de Argonne, 1999.
3 Spindletop: The Original Salt Dome: Michel T. Halbouty, artículo publicado en el sitio web WorldEnergySource.com, 2009.
4 Cúpulas de sal en la isla Melville: Jesse Allen, Observatorio de la Tierra de la NASA, Imagen del día del 27 de agosto de 2006.
5 Isla Sir Bani Yas, Emiratos Árabes Unidos: Fotografía de astronauta de la Estación Espacial Internacional, Observatorio de la Tierra de la NASA, Imagen del día del 15 de marzo de 2010.

Depósitos de almacenamiento subterráneos

Algunas de las minas desarrolladas en domos de sal han sido cuidadosamente selladas y luego utilizadas como sitios de almacenamiento de petróleo, gas natural e hidrógeno.

Las cúpulas de sal en los Estados Unidos y Rusia también sirven como depósitos nacionales para las reservas gubernamentales de gas helio. La sal es el único tipo de roca que tiene una permeabilidad tan baja que puede contener los pequeños átomos de helio.

Deposito de basura

La sal es una roca impermeable que tiene la capacidad de fluir y sellar fracturas que podrían desarrollarse dentro de ella. Por esta razón, los domos de sal se han utilizado como sitios de eliminación de desechos peligrosos. Las cavernas hechas por el hombre en domos de sal se han utilizado como depósitos de desechos de perforación de campos petroleros y otros tipos de desechos peligrosos en los Estados Unidos y otros países. También se han considerado para la eliminación de desechos nucleares de alto nivel, pero ningún sitio en los Estados Unidos ha recibido ese tipo de desechos.

Depósitos de sal de EE. UU .: Ubicación de depósitos de sal en cama y cuencas de domo de sal en los Estados Unidos. El gran depósito continuo a lo largo de la costa del Golfo que contiene las tres cuencas de cúpula de sal está respaldado por la sal de Louann. Mapa de Geology.com con datos de ubicación del Laboratorio Nacional de Argonne 2.

¿Dónde se producen las cúpulas de sal?

Las cúpulas de sal pueden ocurrir en cuencas sedimentarias donde los depósitos de sal gruesa han sido enterrados por al menos 500 pies de otros tipos de sedimentos. Una de las regiones de domos de sal más grandes del mundo es el Golfo de México. Se han descubierto más de 500 cúpulas de sal en tierra y debajo del fondo marino del Golfo de México. Se originan de la sal de Louann, una unidad de roca subterránea que es lateralmente persistente en toda el área. Un mapa en la columna derecha de esta página muestra la ubicación de los depósitos de sal en los Estados Unidos y tres campos de domos de sal. También se han descubierto grandes campos de cúpulas de sal en Angola, Brasil, Canadá, Gabón, Alemania, Irán e Irak.