noções de geologia e reservatório - prof jose luiz falcão

Geologia/ Sistemas Petrolíferos/ Reservatórios

José Luiz Falcão, PhD

Objetivo

Apresentar as noções básicas das disciplinas: Geologia, Sistemas Petrolíferos e Reservatóriosassociadas à Engenharia de Petróleo

Bibliografia• Material de aula

• Livros:o Sandoval Amui, Petróleo e Gás Natural para Executivos

o Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, Edit. Interciência, Rio de Janeiro, 2001

SumárioFundamentos de Geologia do Petróleo

IntroduçãoTipos de RochasOrigem do PetróleoMétodos de ProspecçãoSistemas Petrolíferos

Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação

Ciência cujo objeto é o estudo da origem, da formação e das sucessivas transformações do globo terrestre, e da evolução do seu mundo orgânico.

....Geologia do Petróleo é a aplicação conjunta dessa ciência, e de outras ciências e técnicas correlatas na busca de petróleo, quer nos aspectos de prospecção, quer nos de exploração e uso, bem como nos de estudos e pesquisas sobre a natureza, a origem e as composições particulares dos diversos petróleos...

Definição...

Noções de Geologia

5(www.ruf.rice.edu)

História Geológica

Idades (milhões de anos)Terra: ~4500;Rochas: ~3000;Seres vivos: ~1000;Petróleo: ~1-400;Gondwana ~180;Homem: ~1;

Estrutura da Terra

Teoria segundo a qual a posição relativa dos continentes mudou no tempo geológico, por translações horizontais (Alfred Wegener, 1912)

Pangea / Deriva Continental

Argumentações para suporte:Aspectos geométricos;Argumentos geológicos (estruturais, estratigráficos e paleontológicos – animais e vegetais fósseis);

Pangea / Deriva Continental

Paleozóico-Mesozóico - 200 MaTriássico Tardio - 180 MaJurássico Tardio - 135 MaCretáceo Tardio - 65 MaAtualmente

Placas Tectônicas

1. Norte Americana2. Índico3. Filipinas

7. Antártida8. Nazca9. Sul Americana

4. Juan de Fuca5. Pacífico6. De Cocos

10.Africana 11.Arábica12.Euro-Asiática13.Caribeana

Material sólido constituído por um ou mais minerais com características químicas e mineralógicas específicas;

Tipos de RochasÍgneasSedimentaresMetamórficas

Rochas Ígneas

São formadas a partir da cristalização do magma (material em fusão)Podem

Se consolidar no interior da crosta terrestre (rochas plutônicas – ex. Granitos)Extravasar para a superfície ( rochas vulcânicas – ex. Basalto)

Rochas Metamórficas

São formadas a partir das rochas previamente existentes (sedimentares, ígneas ou mesmo metamórficas) pela modificação das condições de temperatura e pressão originais (em que a rocha se formou)Exemplos: mármore, ardósia

Rochas SedimentaresFormadas pela acumulação de sedimentos de origem inorgânica (areia, argila) ou orgânicos (algas calcáreas, recifes de coral)São os elementos básicos dos sistemas petrolíferos (rocha geradora, carreadora, reservatório e selante).Representam 75% da superfície terrestre,Mas apenas 5% do volume

Bacias SedimentaresSão depressões naturais do terreno, de dimensões regionais que subsidem com o tempo, permitindo a

acumulação de petróleo

Bacias Sedimentares

Brasileiras

Bacia Sedimentar - Tipos de LitologiaFolhelho

Rocha sedimentar mais abundante formado por argila compactadaConstitui rochas geradoras e por ser impermeável pode ser capeadorRepresentam 75% das rochas perfuradas

ArenitoFormados por grãos de quartzo com certo grau de cimentaçãoFunciona como reservatório por ser poroso e permeável

CalcárioFormados pela deposição de cristais de CaCO3, esqueleto de animaisPodem formar reservatórios – sobretudo se fraturados ou cavernosos

EvaporitosDeposição de sais pela evaporação da água do mar em ambiente restritoPor ser impermeável funciona como excelente capeador

Intrusões e derramamentosIntrusões de camadas de sal – domos salinos Bacia de SantosDerramamento – basalto da Bacia do Paraná

Brasil - Reservas por tipo de reservatório

Por que o petróleo ocorre em abundância em certas áreas, ao passo que em outras as ocorrências são raras ou inexistentes ?

Pergunta:Origem do Petróleo

1. Rocha geradora;

2. Migração do petróleo;

3. Rocha reservatório;

4. Rocha selante;

5. Aprisionamento do petróleo (trapas).

Reservatório - Condições necessárias

Matéria orgânica depositada junto com sedimentos

• Matéria orgânica marinha

microorganismos + algas = fitoplâncton

• Ambiente não pode ter O2 e sedimentos de baixa K

Condição para formação HC

• MO + sed. + temperatura + pressão + tempo

1. Rocha Geradora

Para formação de uma jazida é necessário que haja migração até óleo chegar a uma armadilha;O mais polêmico é o entendimento dos modelos de migração (facilitam a descoberta);Se não houver trapas exsudações = perda

2. Migração do petróleo

É o local de chegada após a migração;Deve ter condições permo-porosas;

Poros interconectados Permeabilidade;Mais comuns arenitos e calcarenitos;Porosidade absoluta e efetiva;Porosidade obtida por testemunhos e/ou perfis.

3. Rocha reservatório

4. Rocha selanteÉ a rocha que evita a continuidade da migração;Impermeável;Plasticidade (esforços e deformações);Exemplo: folhelhos e evaporitos;

Trapa Estrutural Anticlinal

Trapa Estratigráfica

5. Aprisionamento do petróleo

Ocorrência de Petróleo - Sumário

Ambiente de

circulação restrita

Fitoplâncton

Soterramento Folhelho betuminoso

Pressão, Temperatura

e Tempo

Rocha Geradora

Geração de Hidrocarbonetos Migração

Rocha Reservatório com Trapa

IntroduçãoTipos de RochaOrigem do PetróleoMétodos de ProspecçãoSistemas Petrolíferos

A descoberta de uma jazida petrolífera é um trabalho que envolve um longo e dispendioso estudo de dados geofísicos e geológicos;

Proposta da locação (poço) é a última etapa;

Objetivos do programa de prospecção: • Localizar situações mais favoráveis;

• Identificar as que tem maior chance de conter HC

Métodos : geológicos e geofísicos.

Prospecção de Petróleo

Métodos geológicos:Geologia de superfície;Aerofotogrametria e fotogeologia;Geologia de subsuperfície.

Métodos potenciais:Gravimetria;Magnetometria;

Método Sísmico.

Prospecção de Petróleo

O Objetivo é reconstruir as condições de formação e acumulação de HC;

Através da elaboração de mapas de superfície (aerofotogrametria e fotogeologia) + dados de poços, infere-se a geologia de subsuperfície;

Métodos Geológicos

Geologia de SuperfícieReconhecimento é feito através de afloramentos

Bacias sedimentares são delimitadas e estruturas capazes de acumular HC identificadas;

Regiões de rochas ígneas e metamórficas e de pequena espessura de sedimentos são descartadas;

Fotografias da região em vôos com velocidade, altitude e direção constantes ou fotos de satélites;Constroem-se mapas topográficos;Procura-se determinar feições geológicas como dobras, falhas e mergulho de camadas;Pode-se identificar estruturas geológicas pela variação da cor do solo e configuração dos rios;

Aerofotogrametria e fotogeologia

Dados obtidos de um poço:Amostras de calha;

Formações perfuradas X profundidade;

Elaboração de mapas e seções estruturais a partir de dados de vários poços

Identificação de fósseis tipo e idade das rochas

Geologia de Subsuperfície

Campo gravitacional depende:• Latitude;

• Elevação;

• Topografia;

• Marés;

• Variação da densidade da superfície.

Variação da densidade da superfície, permite:• Estimar a espessura de sedimentos;

• Presença de rochas com densidades anômalas;

• Prever a existência de altos e baixos;

Método ambíguo - não deve ser usado isoladamente;

Maioria dos campos do Recôncavo Baiano foi descoberta pela interpretação de mapas gravimétricos

Métodos Potenciais - Gravimetria

Mede variações na intensidade do campo magnético terrestre, resultado da distribuição irregular de rochas magnetizadas em subsuperfície;Medidas obtidas dependem:

• Latitude,• Altitude de vôo;• Direção do vôo;• Variações diurnas (atividade solar);• Presença de rochas magnéticas.

O mapa magnético pode fornecer:• Estimativa da profundidade do embasamento;• Espessura de sedimentos;• Altos estruturais do embasamento;• Presença de rochas intrusivas

Métodos Potenciais - Magnetometria

Sísmica de refração• Registra ondas refratadas;

• Aplicação área de sismologia (tremores superfície);

• Usada nos anos 50 como apoio aos métodos potenciais.

Sísmica de reflexão• Método mais utilizado;

• Define feições geológicas propícias à acumulação de HC;

• 90% dos investimentos de prospecção;

Método Sísmico

Fontes de energia:• Dinamite, vibrador ou canhões de ar comprimido (mar);

• Pulso conhecido = assinatura da fonte;

• Duração dos pulsos (detonação) = 200milisegundos;

Receptores:• Geofones (terra) – eletromagnéticos

o Composto por uma bobina dentro de um campo magnético, movimento relativo cria uma corrente elétrica induzida.

• Hidrofones (mar) – pressão.o Composto de cristais piezoelétricos que geram corrente elétrica

proporcional à pressão produzidas pelas ondas acústicas na água

Método Sísmico

Consiste na geração de uma perturbação mecânica num ponto da superfície e o registro das reflexões em centenas de canais de recepção (linha reta)Distância entre canais = 20 a 50 metros;Número de canais = 128 a 1024;Posicionamento das fontes/receptores:• topográfico em terra e • por satélite no mar;

Aquisição de Dados Sísmicos

Aquisição de dados sísmicos no mar:

Método Sísmico

Velocidades de propagação depende da: Densidade;Constantes elásticas do meio;Constituição mineralógica;Grau de cimentação;Estágios de compactação (pressão, profundidade);Porosidade;Saturação de fluidos;Presença de microfraturas;Caracterização sísmica da rocha

Método Sísmico

Como o método sísmico de reflexão permite o cálculo destas velocidades, é possível fazer estimativas dos parâmetros das rochas a partir desse conhecimento.

Método Sísmico

Processamento de dados sísmicos:Relação software X hardware – pesquisa universitária;

Principal objetivo do processamento é produzir imagens da subsuperfície com fidelidade;

Geofísicos e geólogos interpretam imagens na busca de situações favoráveis à acumulação de petróleo;

Método Sísmico

Antes do processamento Após o processamento

A IMAGEM SÍSMICA

A imagem original O que resta da imagem original dentro do conteúdo de freqüências da sísmica.

Informação a recuperar

Método Sísmico

Interpretação de dados sísmicos:As seções sísmicas finais são interpretadas para gerar os mapas estruturais, onde as curvas de contorno são isócronas de um refletor;

A interpretação das seções sísmicas pode indicar situações favoráveis à acumulação de petróleo.

Método Sísmico

Sísmica TridimensionalConstrução de um cubo 3D;Maior definição;Maior precisão;Possibilita gerar seções verticais e horizontais em qualquer direção;Navegar por dentro do cubo

Método Sísmico

Sistema Petrolífero

Sistema Petrolífero do Pré-sal

164 milhõesde anos

152 milhõesde anos

130 milhõesde anos

122 milhõesde anos

108 milhõesde anos

Forma atual do Planeta Terra

SINBPA/PetrobrasScotese

Pólo Pré-sal – Historia Geológica

Área Total (azul): 149.000 km²

• Sob concessão: 28%

Área Total (azul): 149.000 km²

• Sob concessão: 28%

Pólo Pré-sal

Se preocupa em elaborar um plano de desenvolvimento de um campo de modo a maximizar o ganho econômico advindo da recuperação do petróleo; ou seja, maximizar a produção de HC com o menor custo possível.

Eng. Reservatórios, estuda:• Caracterização das jazidas;

• Propriedades das rochas;

• Propriedades dos fluidos;

• Relação rocha-fluido;

• Fluxo de fluidos no meio poroso.

Engenharia de Reservatório

O estudo do Reservatório engloba as atividades:Determinação das propriedades das rochas reservatório e dos fluidos nela contidos;

Estimativa da reserva; acompanhamento, planejamento e desenvolvimento de campos;

Interpretação de resultados de testes de pressão;

Simulação e previsão de comportamento de reservatórios de óleo e gás;

Métodos de recuperação

Noções de Reservatório

Porosidade (Absoluta e Efetiva);Saturação (dois ou mais fluidos);Permeabilidade;Gradiente Geotérmico;Gradiente de Pressão da Bacia;

Conceitos Básicos

É a propriedade da rocha que dá uma idéia da porcentagem do volume poroso em relação ao volume total de rocha

Porosidade (φ)

• Temos três tipos de porosidade:Efetiva - considera volume dos poros intercomunicáveis; Não efetiva - considera o volume dos poros isolados;Total - é a soma dos dois tipos anteriores

• Na estimativa de reservas, apenas a efetiva é importante.• A porosidade não garante a passagem de fluido

Permeabilidade (k) é a medida da habilidade de um meio poroso se deixar atravessar por fluidos

Lei de Darcy

Permeabilidade

Saturação (S) é o parâmetro que indica o percentualde cada fluido (óleo, água ou gás) no meio poroso

Saturação de Fluidos no Reservatório

Produção de óleo: • parte dos HC que permanecem no estado

líquido quando levado para as condições de superfície;

Produção de gás:Gás dissolvido no óleo;Gás dissolvido na água;Gás livre.

Produção de água:Saturação móvel;Proximidade de aqüíferos

Fluidos Produzidos

Equilíbrio de fasesFator Volume de FormaçãoDensidadeViscosidade

Propriedade dos fluidos

Vaporização de uma substancia pura (P = cte)

Vaporização de uma substancia pura – Diagrama de Fases

P = Constante) T = Constante)

Vaporização de uma substancia composta (P=cte)

Vaporização de uma mistura – Diagrama de Fases

P = Constante) Varias P

Diagrama de Fases de uma Mistura

cricondebarica

Ponto crítico: acima dele as propriedades de líquidos e gases são idênticasCricondenterma: maior temperatura na envoltória de saturaçãoCricondenbarica: maior pressão na envoltória de saturação

Fator Volume de Formação do Óleo

Fator Volume de Formação do Óleo (Bo) é a razão entre o volume que o óleo ocupa na condição de reservatório pelo

volume ocupado na condição padrão - 1 atm e 20ºC

O volume ocupado pelo gás é altamente influenciado pela pressão e temperatura;

Quando sai do reservatório e vai para a superfície, sofre uma grande ampliação de volume;

Define-se Fator Volume de Formação do Gás (Bg), como sendo a razão entre o volume que o gás ocupa numa condição de reservatório pelo volume ocupado na condição padrão (1 atm e 20ºC);

Fator Volume de Formação do Gás

Óleo Leve--------------------do ≤ 0,87------------------°API ≥ 31Óleo Médio------------------0,87 < do ≤ 0,92---------31 > °API ≥ 22Óleo Pesado ---------------0,92 < do < 1,00---------22 > °API > 10Óleo Extra pesado--------do ≥ 1,00-------------------°API ≤ 10

5,131d

5,141APIo

−=°

Grau API do Óleo Escala utilizada para medir a densidade relativa de líquidos

Óleo Leve do baixa °API alto

Óleo Pesados do alto °API baixo

É fundamental conhecer a quantidade de fluidos existente no reservatório;

Decisão em implantar ou não um projeto depende: da quantidade de HC existentes na jazida e dos investimentos necessários para viabilizar sua produção;

Classificação das reservas: SPE e SEC.

Estimativa de Reservas

Quantidade de fluidos existente no reservatório (VOIP);

Estimativa de reservas são os procedimentos necessários para se ter uma idéia dos fluidos contidos nos reservatórios;

Estimativa de Reservas

BSVVOIP )1(** −

Curva de Isópacas

Volume original de óleo in place VOIP;Fator de recuperação Fr (% de HC recuperável com mecanismos naturais e técnicas previstas de serem aplicadas no reservatórioVolume recuperável Vr = VOIP x Fr; Produção acumulada: Np ou Gp;Fração recuperada: Np/VOIP ou Gp/GIP;Reserva:

• Quantidade de fluido que ainda pode ser produzida. • Na época da descoberta, a reserva é igual ao volume recuperável.

Estimativa de Reservas - definições

Registro e acompanhamento das • vazões,

• pressões,

• RGO (razão gás óleo)

• RAO (razão água óleo)

• BSW,

• Np (produção acumulada de óleo)

• Gp (produção acumulada de gás) e

• Wp (produção acumulada de água);

Importante para verificar o acerto das decisões tomadas;

Permite calibrar modelo para futuras previsões.

Histórico da Produção

Integração de DisciplinasModelagem de Reservatórios

Incertezas na PrevisãoModelagem de Reservatórios

Situação atual Situação original

Comparação Previsto x RealizadoModelagem de Reservatórios

Repetição da sísmica 3-D, em intervalos grandes de tempo;

Observam-se as alterações petrofísicas dos reservatórios: extração ou injeção de fluidos;

Análise das diferenças poderáfornecer dados importantes para o desenvolvimento da produção

Monitoração da frente de avanço

Calibração das modelagens de reservatório

Sísmica 4D

Mecanismo de Gás em Solução

Fr 5 a 30%

• óleo produzido cria espaço poroso livre que é preenchido pelo gás;

• RGO aumenta com o tempo;

• FR 5 a 30% do óleo original.

Mecanismo de Capa de Gás

Fr 20 a 40%

• gás comprimido é energia que move óleo para o poço/ superfície

• Pressão cai mais lentamente que no mecanismo anterior

• FR final pode atingir de 20 a 40% do óleo original

Mecanismo de Influxo de Água

Fr até 50%

• Energia do reservatório é proporcional ao volume do aqüífero;• Pressão no reservatório e RGO praticamente constante ao longo do tempo;• Após um certo tempo diminui produção de óleo e aumento a de água;• É o que apresenta maior FR do óleo original: 35 a 75%.

Primária – energia natural;

Secundária – injeção de água e gás;

Terciários – métodos especiais• Métodos térmicos – óleo viscoso. Injeção de vapor e

combustão in situ;

• Métodos miscíveis – reduz tensões interfaciais. CO2, gás natural e nitrogênio;

• Métodos químicos – polímeros.

• Outros métodos – recuperação microbiológica, ondas eletromagnéticas.

Métodos de Recuperação

Fim ....

Duvidas????

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