modelagem e inversÃo elÉtrica 1-d para o problema do

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Page 1: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA

TRABALHO DE GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA

MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA

1-D PARA O PROBLEMA DO

ARMAZENAMENTO GEOLÓGICO DE

CO2

LARA MARIA LEITE MARTIN

SALVADOR BAHIA

agosto 2018

Page 2: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Modelagem e Inversão Elétrica 1-D para o Problema do Armazenamento

Geológico de CO2

por

Lara Maria Leite Martin

Orientador: Prof. Dr. Amin Bassrei

GEO213 TRABALHO DE GRADUAÇÃO

Departamento de Geofísica

do

Instituto de Geociências

da

Universidade Federal da Bahia

Comissão Examinadora

Dr. Amin Bassrei

Dr. Marcos Alberto Rodrigues Vasconcelos

Dra. Suzan Sousa de Vasconcelos

Data da aprovação: 24 de agosto de 2018

Page 3: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

À minha família, a mim mesma e ao

universo.

Page 4: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

O logras ser feliz con poco, o no

logras nada

- Mujica

Page 5: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Resumo

A captura e o armazenamento geológico de dióxido de carbono (CO2) podem assumir

um papel importante na diminuição dos efeitos das emissões desse gás para a atmosfera,

uma vez que permitem o desvio do mesmo emitido por fontes industriais para outros ns

ecologicamente viáveis. As análises cientícas e discussões quanto ao efeito das emissões

antrópicas de gases de efeito estufa (GEE) e suas consequências nas alterações do clima

ganharam notoriedade pública nas últimas décadas. A tecnologia de captura e armazena-

mento de CO2 em reservatórios geológicos (CCS - Carbon capture and storage) é apontada,

a curto e médio prazo, como uma das principais ações de mitigação de GEE. As tecnologias

de captura e armazenamento de CO2 são cada vez mais reconhecidas por sua capacidade de

fornecer uma grande contribuição para a mitigação das emissões de gases de efeito estufa

nas próximas décadas. Assim, é possível avaliar e estudar o comportamento das rochas na

presença do CO2, considerando suas propriedades elétricas em resposta a metodologias geo-

físicas. Este trabalho relata o processo de simular e avaliar monitoramentos de reservatórios

na presença de gás carbônico, através do método geofísico da eletrorresistividade, estudando

propriedades físicas das rochas envolvidas desde níveis de saturação à condutividade elétrica

do meio.

4

Page 6: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Abstract

The capture and geological storage of carbon dioxide (CO2) can play an important

role in reducing the eects of the emissions of this gas into the atmosphere, as they allow

the diversion of carbon dioxide emitted by industrial sources for other ecologically viable

purposes. Scientic analyzes and discussions about the eect of anthropogenic emissions

of greenhouse gases (GHG) and their consequences on climate change have gained public

prominence in recent decades. Carbon capture and storage (CCS) is indicated in the short

and medium term as one of the main mitigation actions of GHG. CCS technologies are

increasingly recognized for their ability to make a major contribution to the mitigation of

greenhouse gas emissions in the coming decades. Thus, it is possible to evaluate and study the

behavior of rocks in the presence of CO2, considering their electrical properties in response

to geophysical methodologies. This work reports the process of simulating and evaluating

reservoir monitoring in the presence of carbon dioxide through the geophysical method of

electroresistance, studying the physical properties of the rocks involved from saturation levels

to the electrical conductivity.

5

Page 7: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Sumário

Resumo 4

Abstract 5

Introdução 10

1 Propriedades Elétricas de Rochas e Métodos Elétricos 12

1.1 Eletrorresistividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3 Propriedades Físicas de Rochas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2 Mudanças Climáticas e Armazenamento Geológico de CO2 24

2.1 Captura de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2 Armazenamento Geológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3 Interação CO2 - Rocha-Fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3 Monitoramento de CO2 em Reservatórios 29

3.1 Utilização da Geofísica em Reservatórios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2 Caracterização da Rocha Reservatório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3 Monitoramento Sísmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.4 Estudo Numérico do Monitoramento Elétrico de CO2 . . . . . . . . . . . . . 33

4 Simulações e Resultados 35

4.1 Programa de Modelagem e Inversão 1-D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.2 Modelo A - Injeção de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.3 Modelo B - Vazamento de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5 Conclusões 52

Agradecimentos 54

6

Page 8: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

7

Referências 55

Page 9: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Lista de Figuras

1.1 Arranjos de eletrodos dos tipos (a)Wenner, (b)Dipolo-Dipolo e (c)Schlumberger. 16

1.2 a) Relação da porosidade com o fator de formação em Louisiana. Retirado

de Archie (1942). b) Curva hiperbólica de reprodução dos dados de Archie

(1942) que relaciona fator de formação (F ) e porosidade (φ) . . . . . . . . . 23

1.3 Curva de reprodução dos dados de Archie (1942) de forma linearizada. . . . 23

3.1 Linha Linha de tempo através da área de injeção para as pesquisas de 1994,

1999 e 2001(Thomas e Benson, 2005). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2 Relação petrofísica do índice de resistividade (RI) com a saturação de gás

carbônico (S), a partir da equação (3.2) e considerando n=1,62. . . . . . . . 34

4.1 Resistividade aparente (ρa) em função da saturação em CO2 ( SCO2 ), desta-

cando pontos calculados para as simulações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.2 Ilustração do Modelo A descrito com três camadas de diferentes espessuras

demarcadas na imagem e resistividade aparente variável na segunda camada. 38

4.3 Descrição do modelo verdadeiro pré-injeção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.4 Modelagem pré-injeção com curva de resistividade aparente em função do

afastamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.5 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 35% de CO2. . . . . 41

4.6 Modelagem durante a injeção, com 35% de CO2, com curva de resistividade

aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.7 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 50% de CO2. . . . . 42

4.8 Modelagem durante a injeção, com 50% de CO2, com curva de resistividade

aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.9 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 95% de CO2. . . . . 43

4.10 Modelagem durante a injeção, com 95% de CO2, com curva de resistividade

aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.11 Superposição de curvas de resistividade aparente de modelagem comparando

fases de pré e pós-injeção com saturações variadas de CO2. . . . . . . . . . . 44

8

Page 10: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

9

4.12 Ilustração do Modelo B descrito com três camadas de diferentes espessuras

demarcadas na imagem e resistividade aparente variável na primeira camada. 45

4.13 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 95% de CO2. . . . . 45

4.14 Modelagem da primeira camada com ρ = 540ohmm, com 95% de CO2, com

curva de resistividade aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . 46

4.15 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 50% de CO2. . . . . 47

4.16 Modelagem da primeira camada com ρ = 40ohmm, com 50% de CO2, com

curva de resistividade aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . 48

4.17 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 35% de CO2. . . . . 49

4.18 Modelagem da primeira camada com ρ = 40ohmm, com 35% de CO2, com

curva de resistividade aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . 50

4.19 Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, sem a presença de CO2. . 50

4.20 Modelagem da primeira camada com ρ = 40ohmm, já sem CO2, com curva

de resistividade aparente em função do afastamento. . . . . . . . . . . . . . . 51

4.21 Superposição de curvas de resistividade aparente de modelagem da primeira

camada para o caso de vazamento de CO2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Page 11: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Introdução

Atualmente, uma das principais inquietações da humanidade refere-se ao aquecimento

global. Uma das alternativas para a mitigação do efeito estufa é o sequestro geológico de

carbono, que consiste em armazenar um dos principais causadores de efeito estufa, o dióxido

de carbono (CO2), em camadas sedimentares favoráveis. O Brasil possui um grande número

de bacias sedimentares, tanto marítimas quanto continentais. A Bacia do Recôncavo, por

ser explorada há mais de 60 anos, todos os seus campos de petróleo já estão no seu estágio

nal de exploração. Isso torna a citada Bacia um bom candidato para o armazenamento

geológico de gás carbônico.

Os impactos ambientais, surgidos em todo o planeta, aumentaram consideravelmente

durante as últimas décadas do século passado. As emissões poluentes na atmosfera são fei-

tas por todos os países, independentemente de sua evolução industrial. O CO2 é um dos

compostos lançados na atmosfera pelo homem por ser produzido em todas as partes do

planeta, principalmente pela queima de combustíveis derivados do petróleo e pela produ-

ção de cimento (75% do total de emissões); os processos de uso da terra, sobretudo nos

desmatamentos e nas queimadas, são responsáveis por grande parte dos 25% restantes.

A captura e o armazenamento geológico desse gás é um processo de mitigação das

mudanças climáticas pelo qual o CO2 gerado por atividades industriais concentradas, como

as termelétricas, unidades de extração de combustíveis fósseis e demais processos industriais

que utilizem combustão, é capturado e armazenado em formações geológicas (Silva, 2012).

As formações geológicas que podem ser utilizadas para armazenamento de CO2 incluem:

aquíferos salinos profundos, reservatórios de óleo e gás exauridos ou não, e camadas de

carvão. Os uidos em subsuperfície preenchem o espaço poroso da rocha, como ocorre

com a água, o óleo, o gás natural e o dióxido de carbono, entre outros. Nestas formações,

o CO2 é armazenado por diferentes mecanismos de aprisionamento; o mecanismo exato

depende do tipo de rocha. Os principais mecanismos são: o aprisionamento hidrodinâmico, o

aprisionamento por solubilidade e o aprisionamento mineral. Dentre as formações geológicas,

reservatórios de óleo são fortes candidatos a serem utilizados na redução do acúmulo de CO2

na atmosfera devido ao conhecimento tecnológico adquirido pela indústria de petróleo. Estes

10

Page 12: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

11

reservatórios são trapas geológicas provadas, com capacidade de reter uidos e gases, por

longo prazo. A técnica de injeção de CO2 para recuperação avançada de óleo é prática comum

na indústria de petróleo e pode ser utilizada no sequestro de carbono. Em reservatórios

submetidos a operações de recuperação avançada, o armazenamento de uma parcela do gás

injetado é uma consequência direta da utilização de CO2 quando o gás produzido com o óleo

for capturado e re-injetado no reservatório. Este trabalho apresenta um modelo dinâmico

global do processo de sequestro de carbono em operações de recuperação avançada de óleo

em um típico reservatório maduro visando quanticar a real contribuição do gás armazenado

(Gaspar e Suslick, 2008).

Este trabalho pretende aplicar métodos elétricos geofísicos, avaliando propriedades elé-

tricas das rochas envolvidas em armazenamento geológico de CO2, com o intuito de inferir

a viabilidade usar essa metodologia para monitorar esse tipo de reservatório.

Descrevendo o trabalho, a sequência atendida será de maneira que no primeiro Capítulo

a abordagem retrata as propriedades elétricas de rochas. No Capítulo seguinte, fala-se sobre

a generalização de mudanças climáticas e o problema do armazenamento geológico de CO2

em si. Depois, aborda-se sobre o monitoramento desse gás em reservatórios, no Capítulo 3.

Em seguida, são apresentadas simulações de modelagem desse tipo de armazenamento em

camadas subsuperciais e esclarecidas as conclusões a respeito.

Page 13: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Capítulo 1

Propriedades Elétricas de Rochas e

Métodos Elétricos

1.1 Eletrorresistividade

Trata-se de uma metodologia, através da qual podem-se estudar descontinuidades hori-

zontais bem como as verticais, analisando propriedades elétricas das camadas em subsuper-

fície, além de possibilitar a localização de corpos submersos de características que registram

respostas anômalas no equipamento, permitindo a interpretação de contrastes. É aplicado,

portanto, em investigações geológicas rasas que abrangem engenharia e hidrogeologia.

Nesse método, especicamente, correntes elétricas são produzidas pelo equipamento

e injetadas no solo (nível supercial), medindo a diferença de potencial que resulta das

medições das camadas internas do sistema. Quando houver desvios do resultado esperado,

identicam-se anomalias que divergem da homogeneidade e, por isso, indicam informações

de caráter descritivo sobre a fonte anômala.

A resistividade é consideravelmente variável de acordo com as propriedades do material

estudado; isso se deve ao fato de que minerais são feitos por componentes químicos que dotam

de cargas em proporções diferentes, caracterizando-o de maneira própria. Além disso, sabe-se

que uidos garantem mais liberdade às partículas portadoras de carga, então poros rochosos

contendo principalmente água são os responsáveis por grande parte da condução de íons que

aceleram a resposta da diferença de potencial no leitor do receptor de sinal (Kearey et al.,

2009).

Considerando um único eletrodo de corrente supercial em meio uniforme, a corrente

ui radialmente, com distribuição de corrente uniforme sobre cascas hemisféricas no semi-

espaço as quais marcam superfícies equipotenciais. Quando a subsuperfície é heterogênea,

essa resistividade varia com a posição do eletrodo. Já onde o solo é uniforme, a resistividade

12

Page 14: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

13

calculada será constante e independente do espaço entre os eletrodos, bem como da locali-

zação da superfície. Os valores calculados, portanto, são considerados como a resistividade

aparente.

Para terrenos homogêneos há uma relação direta entre a capacidade de penetração

da corrente e o espaço entre os eletrodos: essas separações devem ser, pelo menos, iguais à

profundidade do alvo. Geralmente, os equipamentos alcançam 1 km de profundidade (Kearey

et al., 2009).

O potencial elétrico na superfície ou no interior da terra depende das intensidades e

localizações das fontes de correntes elétricas articiais e das estruturas geoelétricas em sub-

superfície, portanto, das suas formas e das resistividades das rochas que as compõem. No

método da eletrorresistividade, basicamente, usando valores de potenciais elétricos tomados

em diversos pontos, procura-se inferir as formas das estruturas em subsuperfície e as re-

sistividades elétricas. A resistividade elétrica das rochas é relacionada aos mecanismos de

condução elétrica nos materiais e, tipicamente, prevalece a condução eletrolítica nas soluções

líquidas contidas nos poros das rochas. A presença de minerais metálicos na matriz das

rochas pode contribuir desde que haja signicativa continuidade para a condução eletrônica.

Por isso, ca prejudicada a condução elétrica em rochas nos ambientes áridos ou congelados.

O método emprega uma corrente elétrica articial contínua ou alternada de baixa

frequência (inferior a 10 Hz), injetada no terreno por meio de dois eletrodos localizados

na superfície ou no seu interior. Desta forma, a redistribuição de cargas elétricas contribui

para formar e sustentar um campo elétrico articial em um volume em torno dos eletro-

dos. Através de outros eletrodos, mede-se a diferença de potencial entre pontos distribuídos

na região. A técnica de resistividade é mais precisa, teoricamente, porque os resultados

quantitativos são obtidos usando uma fonte controlada de dimensões especícas. A princi-

pal desvantagem é a sua alta sensibilidade a pequenas variações na condutividade perto da

superfície, isto é, em linguagem técnica, o nível de ruído é alto.

Os dois procedimentos mais usados em levantamento de resistividade são: Sondagem

Elétrica Vertical (SEV) e Caminhamento Elétrico:

Sondagem Elétrica Vertical

Esse método geofísico trata-se de uma sondagem elétrica vertical que consiste em es-

tudar interfaces horizontalizadas, mantendo o espaçamento entre os eletrodos de potencial

com o arranjo crescendo em torno de um ponto xo. Assim, registram-se valores quando as

correntes vão se aprofundando. Usa-se essa metodologia para levantamentos geotécnicos que

determinam espessuras de camas e estratos porosos, por exemplo.

Page 15: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

14

Considerando um arranjo de corrente e eletrodos potenciais equidistantes (Wenner)

numa interface horizontal, o uxo de corrente será deetido, uma vez que as cargas seguem

caminho preferencial de menor resistividade - que seria a camada inferior. Quando os eletro-

dos estão próximos um ao outro, a corrente ca praticamente limitada à camada superior.

Ao separá-los, ela uirá mais adentro da subsuperfície. Assim, numa situação de duas cama-

das, onde a resistividade aparente é aproximada para a da segunda camada gradualmente

sendo ela de menor condutividade isto é, com menor preferência para a corrente elétrica.

À medida que o número de camadas aumenta, as curvas de análise da resistividade

aparente vão ganhando complexidade. Para obter a espessura da camada, calcula-se a re-

sistividade aparente de uma estrutura acamadada. O conhecimento do potencial de um

eletrodo de corrente num ponto único permite calcular a diferença de potencial entre dois

eletrodos adicionando suas contribuições para o potencial nesse ponto.

Os dados de campo podem ser contrastados com curvas de efeitos calculados de modelos

estraticados, o que é chamado de casamento de curvas. Trata-se de uma construção

adimensional para coecientes de reexão, relacionando a resistividade aparente de cada

camada à da camada superior, onde o espaço entre eletrodos tende à nulidade.

Outra maneira é usar a equação de Laplace em coordenadas cilíndricas, uma vez que

campos elétricos dotam de simetria cilíndrica em relação à vertical que contém a fonte de

corrente. Assim, condições de contorno denem relações de recorrência que progressivamente

acrescentam camadas em sequência. Para tanto, pode-se usar a transformada da resistivi-

dade com o auxílio de simples operação de ltragem intitulada de ltro indireto, seguido

do ltro direto que determinará a resistividade aparente.

Caminhamento Elétrico

Caminhamentos de separação constante são obtidos com a separação xa de eletrodos

ao longo de uma linha de levantamento, com eletrodos alinhados perpendiculares ao cami-

nhamento transversal bem como podendo estar sobre a direção do próprio caminhamento

que é tido como longitudinal. Assim, um perl Wenner produz quatro separações, mas o

Schlumberger apenas duas pois os eletrodos de corrente são xos neste arranjo.

Pode-se determinar o potencial da superfície comparando o sistema a um espelho semi-

reetor que reete e refrata luz. Anomalias em três dimensões são obtidas de valores de

resistividade aparente relacionado à quantidade de linhas, geralmente quando seu topo não

é tão profundo; requerem, assim, caminhamentos sobre o corpo, diretamente, ou pelo menos

próximo a seus limites.

Quando um corpo condutivo mineralizado é localizado por aoramento ou sondagem,

Page 16: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

15

emprega-se um método de extensão da técnica de excitação de massa com um eletrodo

próximo ao corpo e outro muito distante dele.

1.2 Metodologia

Usados em investigações como exploração mineral, exploração de água subterrânea,

monitoramento do meio ambiente, engenharia geotécnica e exploração de petróleo, esses mé-

todos medem tanto potenciais elétricos naturais ou associados a correntes elétricas articiais

quanto de campos magnéticos causados por correntes elétricas induzidas articialmente. Os

métodos elétricos com fontes de corrente elétrica requerem eletrodos em contato direto com a

superfície da terra. Em geral, aplicações distintas têm sido feitas dispondo-se os eletrodos na

superfície ou no interior da terra, com denominações diversas. Com os eletrodos localizados

na superfície, a sua disposição (arranjo) varia em diversos nomes: Wenner, Schlumberger,

polo-dipolo, dipolo-dipolo, entre outros (Keller e Frischknecht, 1966; Telford et al., 1990). A

inserção dos eletrodos na terra constitui uma das técnicas da perlagem geofísica de poços.

Nos casos em que o alvo é um corpo condutor exposto em superfície ou em profundidade,

pode-se instalar um eletrodo de corrente nesse corpo e os outros dois eletrodos de potencial

são movidos na superfície ou no interior da terra.

Arranjo de Eletrodos

Os arranjos de eletrodos de uso mais comum possuem dois eletrodos que provocam uma

circulação de corrente no meio (A e B) e dois outros eletrodos para medir a diferença de

potencial (M e N). O potencial medido no eletrodo M (VM) terá as contribuições devido aos

potenciais gerados por A e B (VA e VB). O mesmo ocorre para o eletrodo N. Dessa maneira,

a diferença ∆V = VM − VN é expressa por:

∆V =Iρ

2π[(

1

AM− 1

BM) − (

1

AN− 1

BN)], (1.1)

onde AM, AN, BM e BN são os afastamentos ou separação entre os eletrodos.

Isolando-se o parâmetro resistividade, obtém-se:

ρ =∆V

I(

[( 1AM

− 1BM

) − ( 1AN

− 1BN

)]) = K

∆V

I. (1.2)

O parâmetro K é denominado fator geométrico do arranjo.

Essa última expressão serve para medir e calcular a resistividade elétrica de um semi-

espaço homogêneo usando um arranjo genérico de quatro eletrodos. Nesse caso, o valor

da resistividade será constante e não dependerá dos afastamentos ou separações entre os

Page 17: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

16

eletrodos. No caso de um semi-espaço heterogêneo, o valor obtido dessa equação terá uma

contribuição dos valores de todas as resistividades presentes em subsuperfície e é denominado

de função resistividade aparente. O conceito de resistividade aparente pode ser denido como

a resistividade elétrica de um meio homogêneo equivalente que, substituindo o meio hetero-

gêneo, provoca as mesmas reações elétricas observadas, nas mesmas condições geométricas

dos eletrodos (?).

O Arranjo Wenner possui quatro eletrodos alinhados e afastados com espaçamento a

(vide Figura 1.1). O fator geométrico desse arranjo é K = 2πa.

Figura 1.1: Arranjos de eletrodos dos tipos (a)Wenner, (b)Dipolo-Dipolo e

(c)Schlumberger.

O arranjo Schlumberger possui também quatro eletrodos alinhados, com a como o

semiafastamento entre os eletrodos de corrente, e b o afastamento entre os eletrodos de

potencial. O fator geométrico desse arranjo é dado por:

Page 18: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

17

K = π

(a2

b− b

4

). (1.3)

O fenômeno elétrico é controlado por outros fatores além da resistividade elétrica das ro-

chas que depende da sua matriz e da natureza do uido nos seus poros, especialmente quanto

à forma como ocorre a separação de cargas elétricas no interior da terra. Microscopicamente,

a separação pode ocorrer: (i) naturalmente, constituindo-se no potencial espontâneo (SP)

ou (ii) ser provocado, denominado polarização induzida (IP).

Page 19: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

18

Potencial Espontâneo

O potencial espontâneo é devido às cargas elétricas separadas naturalmente por diver-

sos fatores. Segundo Telford et al. (1990), esse potencial pode ser medido na superfície

ou no interior terrestre; e os fatores são as atividades eletroquímica e eletrocinética. Esses

potenciais são associados com alterações de corpos sulfetados, variações nas propriedades

das rochas, atividade bioelétrica de materiais orgânicos, corrosão, gradientes termais e de

pressão nos uidos subterrâneos. O método foi utilizado pela primeira vez para exploração

mineral, depois foi aplicado em geotermia, engenharia e estudos ambientais. O potencial

espontâneo é um método de campo natural, pois não necessita de circuito elétrico para sua

geração. Suas anomalias são geradas pelos uxos de uidos, calor e íons no subsolo. A

principal vantagem dessa metodologia é a simplicidade instrumental e o trabalho de campo,

sendo, portanto, um método geofísico de baixo custo.

Polarização Elétrica Induzida

O cientista francês Conrad Schlumberger desenvolveu muitos trabalhos para o avanço

da técnica de resistividade e potencial espontâneo e, por isso, a ele se credita a descoberta

do fenômeno IP com o conceito de polarização provocada. As primeiras medidas no do-

mínio do tempo foram realizadas antes de 1920 em depósitos de sulfetos metálicos. Com a

tecnologia da época, não houve sucesso na medida dos fracos sinais de IP, a ponto de ele ter

aplicado o método do potencial espontâneo para a exploração mineral, pois os sinais de SP

são mais intensos e a operação de campo é mais simples que a do IP. O fenômeno IP é conhe-

cido atualmente pelos geofísicos como o comportamento elétrico das rochas pelo qual elas

se tornam, sob certas condições, eletricamente mais condutivas para valores crescentes de

frequência. O fenômeno tem sido observado em ambos os domínios - do tempo e da frequên-

cia - no campo e no laboratório, com diversos tipos de rochas. A condição necessária é que a

rocha seja mineralizada contendo materiais semicondutores, na forma de partículas dissemi-

nadas e veios, ou também que a rocha contenha partículas disseminadas de argilo-minerais

ou de grate. A presença de minerais condutores ou semicondutores, como sulfetos, óxidos

e metais, disseminados nas rochas, é um excelente alvo para o método IP, e, no entanto, a

presença de argilo-minerais tem sido uma fonte perturbadora de ruído. A condução de eletri-

cidade nas rochas é devida, principalmente, à presença de soluções eletrolíticas nos espaços

capilares dos seus poros. Dois mecanismos de polarização têm sido largamente aceitos como

os principais responsáveis por esses fenômenos. O primeiro é conhecido como polarização de

membrana. Trata-se do bloqueio parcial do caminho de passagem dos íons da solução iônica.

Page 20: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

19

O bloqueio é devido às partículas disseminadas de argilominerais depositadas nos poros da

rocha. Essas partículas trocam os íons positivos da sua rede cristalina por íons de menor

valência da solução nas camadas mais superciais do mineral, tornam-se carregadas nega-

tivamente, gerando assim uma superfície eletrizada. O segundo desses efeitos é conhecido

como polarização de eletrodo. Trata-se do bloqueio do caminho dos íons da solução iônica,

por partículas de minerais condutores disseminadas, mudando a forma de condução elétrica

de iônica pra eletrônica nessas partículas (Kearey et al., 2009).

1.3 Propriedades Físicas de Rochas

Características elétricas de formações em subsuperfície são úteis para analisar fatores

relevantes; no entanto, há desaos que limitam essas análises, como a resistividade do uido

de perfuração de exploração, bem como as dimensões do furo; além da invasão do ltrado

nas estruturas acamadadas e a relação da espessura delas com o espaçamento dos eletro-

dos; sabe-se também que a inconstância litológica e até a condutividade do uido nos poros

podem inuenciar todas as medidas; o efeito do espaçamento dos eletrodos no registro da

espessura da camada é, geralmente, compensada ou sucientemente provedora de uma apro-

ximação aceitável da resistividade real da formação. À medida que o desenvolvimento de

um campo ou área melhora progressivamente o conhecimento da seção litológica, os valores

de resistividade do registro elétrico tomam signicância, em última análise, proporcionando

interpretações aceitáveis (Schön, 2015). A salinidade e, portanto, a condutividade da água

irredutível associada a vários horizontes de produção pode ser determinada com apuração

suciente pelo procedimento comum de amostras. A determinação do signicado da resisti-

vidade de uma formação produtora, conforme registrado pelo método elétrico aparece, pelo

menos, com a aplicação de relações empíricas, estabelecido no laboratório entre certas pro-

priedades físicas de uma rocha do reservatório e o que pode ser chamado de fator de formação.

Propriedades petrofísicas

Geologicamente, podemos caracterizar uma rocha sedimentar de acordo com os con-

ceitos da Sedimentologia ou também de acordo com a Petrofísica. No contexto de bacias

sedimentares, destacam-se as rochas siliciclásticas que são formadas por grãos ou partículas

que contém sílica em sua composição. A Sedimentologia classica as rochas de acordo com

o tamanho dos grãos e sua composição. As rochas, de uma maneira geral, possuem quatro

constituintes e, para efeito descritivo, deve-se distinguir: arcabouço, matriz, cimento e poros.

Arcabouço é a parte constituída pelas frações mais grosseiras e que forma a estrutura ou

Page 21: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

20

esqueleto da rocha, dando-lhe sustentação. Matriz é a fração na dos sedimentos detríticos

transportadas por suspensão. É o elemento responsável pela consistência da rocha. Geral-

mente, a matriz é constituída por um ou mais minerais de argila. Cimento corresponde à

fração precipitada, substituída ou transformada quimicamente nos poros das rochas clásticas

e é responsável pela rigidez da rocha. Geralmente, o cimento é constituído por sílica, sulfatos

de cálcio, carbonato de cálcio e magnésio ou óxidos e hidróxidos de ferro. O cimento pode

ser escasso, abundante ou inexistente. Quando existente, tende a obliterar os espaços vazios

pré-existentes, tornando a rocha mais fechada ou menos porosa. E os poros que correspon-

dem ao espaço existente entre as partículas ou grãos é denominado espaço intersticial ou

poro. Porém, de acordo com a Petrofísica, não é o tamanho dos grãos que caracteriza uma

rocha sedimentar siliciclástica e sim o preenchimento dos espaços (Schön, 2015).

Nessa linha, para as rochas terrígenas, tem-se, por efeito descritivo, os folhelhos: Fo-

lhelho envolve todo o conceito de silte, argila e argilomineral. Petrofísicos assumem que

folhelhos devem conter mais de 70% do volume em silte e o restante em outros detritos. Um

folhelho perfeito tem 100% de minerais de argila, independente do tamanho dos grãos. No

senso petrofísico, podemos ter uma areia rica em folhelho para indicar que a areia é rica

em minerais de argila, ou laminações de folhelho (estruturais dispersos), sob forma de argila

alogênica (transportada como detritos) ou autigênica (como precipitados).

Outros conceitos são válidos de ressaltar para compreensão do tema, tais quais serão

descritos a seguir. Porosidade é denida como a razão entre o volume de espaços vazios em

relação ao volume total da rocha V , onde o vazio seria a diferença entre o V e Vm - que é o

volume da matriz rochosa:

φ =V − VmV

(1.4)

A porosidade é uma grandeza adimensional expressa tanto da forma decimal quanto em

porcentagem. A porosidade nal de uma rocha é o resultado de processos geológicos, físicos

e químicos sofridos durante sua formação (porosidade primária) e/ou durante a sua história

geológica, ocorrida por processos tectônicos, químicos e dissoluções (porosidade secundária).

Além desses principais tipos de classicação, pode-se ainda classicar a porosidade de acordo

com a origem petrográca e grau de conectividade entre os poros.

• Porosidade intergranular:

Espaço poroso entre os grãos, partículas ou fragmentos de materiais clásticos, fracamente

compactado tampouco cimentado. Essa corresponderia à porosidade primária.

• Porosidade fratural:

Page 22: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

21

Causada principalmente por eventos mecânicos e secundariamente, eventos químicos (calcá-

rios). Essa corresponderia à porosidade secundária.

• Porosidade total:

Causada principalmente por eventos mecânicos e secundariamente relaciona-se com todos

os espaços vazio da rocha (poros, janelas, ssuras) em relação aos componentes sólidos. É

denida pela soma da porosidade primária e secundária.

• Porosidade interconectada:

Causada principalmente por eventos mecânicos e secundariamente relaciona-se apenas aos

espaços entre os grãos que estão conectados. Os poros são considerados conectados quando

uma corrente elétrica e uidos podem circular através deles.

• Porosidade efetiva:

Causada principalmente por eventos mecânicos e secundariamente é aquela em que os uidos

podem circular livremente. Esse conceito exclui todos os poros não-conectados, incluindo os

poros ocupados por argilas. A porosidade efetiva é o termo de especial interesse quando se

quantica reservatórios de água subterrânea e hidrocarbonetos, pois irá quanticar o quanto

do uido de interesse será, teoricamente, produzido.

O conceito de Permeabilidade ou condutividade hidráulica (k): foi introduzido por

Henry Darcy em 1856, por meio de inúmeros experimentos que mostravam a permeabilidade

de um uido em vários ltros diferentes. É uma grandeza dinâmica, diferente da porosidade.

A permeabilidade é a medida da capacidade de uma rocha permitir a passagem de uidos por

seus poros interconectados. Uma rocha pode ser muito porosa e não-permeável (folhelho).

Assim como a porosidade, a permeabilidade pode ser estudada por partes:

• Permeabilidade absoluta:

Propriedade intrínseca à rocha. A unidade de permeabilidade é o Darcy. O valor de 1 Darcy

corresponde à permeabilidade de uma rocha que permite o uxo de 1 cm3 de uido, através

de uma seção transversal de 1 cm2, submetido a um gradiente de pressão de 1 atm. Aqui,

um só uido satura o meio poroso.

• Permeabilidade efetiva:

Habilidade da rocha em permitir o uxo de determinado uido em presença de outro. A

permeabilidade efetiva sempre é menor que a absoluta, isto porque o uido que molha o grão

reduz a molhabilidade do outro uido. Neste caso, mais de um uido satura o meio poroso.

Page 23: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

22

• Permeabilidade relativa:

Razão entre a permeabilidade efetiva deste uido e a permeabilidade absoluta da rocha e

expressa em decimais ou porcentagem.

Fator de Formação e a Primeira Lei de Archie

Introduzido por Archie (1942) como um fator elétrico, foi posteriormente denominado

de fator de resistividade da formação. Archie imaginou a rocha como sendo uma caixa d'água

salgada (portanto, condutiva), de resistividade do uido (Rw), e com 100% de porosidade.

Ao colocar grãos de sílica (não-reativa) na caixa, vericou que a nova resistividade da rocha

saturada (Ro) variava com o inverso da porosidade, já que com o acréscimo dos grãos os

espaços vazios iam sendo ocupados. O interesse real de Archie era individualizar o efeito

da condutividade da água e o efeito da resistividade do mineral da formação. Ele ainda

notou que para haver uma relação não apenas de proporcionalidade, mas sim de igualdade,

introduziu duas constantes empíricas: o coeciente litológico (a), que avalia as diferenças

litológicas entre as rochas reservatórios e o coeciente de cimentação (m), que leva em conta

a tortuosidade ou a complexidade da rede formada pelos poros interconectados.

A expressão nal, conhecida também como primeira lei de Archie é:

F =Ro

Rw

= φ−m. (1.5)

Segundo Schön (2015), foi notado que o coeciente de cimentação variava de 1,3 para areias

inconsolidadas a 2,2 para arenitos bastante cimentados. Já para carbonatos com porosidade

vugular, esse valor poderia chegar a 2,6. É perceptível que valores de m próximos a 1,3 são

indicativos de rochas pouco cimentadas e, além disso, fraturadas.

Archie (1942) fez um estudo avaliando resistividade elétrica para determinar caracte-

rísticas de reservatório. Nesse processo, considerou arenitos completamente saturados com

salmoura e comparou com amostras de outras saturações. Num processo empírico, obteve

curvas de análise como na Figura 1.2a relacionando o fator de formação com a porosidade,

onde as variáveis e constantes foram acima denidas. knocking

A primeira curva (Figura 1.2b) é a reprodução com dados de amostras de vários areni-

tos com baixa permeabilidade usadas por Archie (1942) em seu artigo. Já a outra curva da

Figura 1.3 foi calculada a partir da linerização desses mesmos dados.

A Figura 1.2a mostra o comportamento do fator de formação (F ) cujo conceito fora

inserido por Archie, ilustrando sua dependência em relação à porosidade do meio envolvido.

Page 24: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

23

a) b)

Figura 1.2: a) Relação da porosidade com o fator de formação em Louisiana. Retirado

de Archie (1942). b) Curva hiperbólica de reprodução dos dados de Archie (1942) que

relaciona fator de formação (F ) e porosidade (φ)

Figura 1.3: Curva de reprodução dos dados de Archie (1942) de forma linearizada.

Nesse gráco, observa-se a tendência decrescente do comportamento de F , à medida que

a porosidade é ampliada. Já na Figura 1.2b, observa-se o gráco produzido para avaliar o

comportamento linearizado dos valores logarítmicos dessas duas contribuições: F e φ.

Page 25: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Capítulo 2

Mudanças Climáticas e Armazenamento

Geológico de CO2

O CO2 absorve luz infravermelha térmica e é considerado o principal agente quando o

assunto é efeito estufa e aquecimento global, uma vez que ele atua como grande contribuidor

para o aumento de temperatura do planeta, o que tem resultado no incentivo a redução

na emissão de gás carbônico por parte das empresas e corporações. O carbono torna-se

disponível para os seres vivos através dos vegetais, pelo processo de fotossíntese, e pelo fato

do carbono car armazenado, o que costuma ser chamado de carbono xado. A decomposição

biológica é um dos modos de reversão desse processo, liberando esse gás para a atmosfera.

Pode-se observar, no aspecto geológico, a coexistência do CO2 com o petróleo em re-

servatórios porosos. Deste modo, uma das técnicas que tem sido bastante aplicadas para

o aproveitamento desse gás é o seu armazenamento geológico ou CCS, do inglês Carbon

Capture and Storage, que trata-se da injeção de CO2 em aquíferos salinos, reservatórios e

camadas de carvão, ajudando a limitar os efeitos da emissão desse gás, viabilizando a conti-

nuação do uso de fontes de energia fóssil, e a recuperação avançada de petróleo ou EOR (do

inglês Enhanced Oil Recovery), que se refere a injeção do conteúdo gasoso aqui abordado em

reservatório de óleo pesado com o intuito de diminuir a viscosidade e aumentar seu fator de

recuperação.

Ao ser injetado em um reservatório, o CO2, pode interagir com as rochas aumentando

ou diminuindo a porosidade do mesmo, através da expansão desse volume, ou pode mudar

de direção do uxo devido a regiões de menor permeabilidade. Logo, se faz necessária a

realização do monitoramento periódico do gás.

Com a Revolução Industrial, a sociedade vem despejando quantidades absurdas de CO2

na atmosfera e, apesar da população divergir a respeito do principal causador do aquecimento

global, os órgãos governamentais sugerem a diminuição da emissão desse gás. Além disso,

24

Page 26: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

25

numa perspectiva geológica, o CO2 pode ter ocorrências conjuntas aos hidrocarbonetos nos

reservatórios, sendo, portanto, extraído, junto a eles. Surge, portanto, a preocupação com a

manipulação desse gás.

O efeito estufa é um fenômeno natural no qual gases agem sobre os raios infravermelhos

reetidos pela superfície da Terra, reenviando-os de volta para ela, e desta forma mantém

uma temperatura estável no planeta. O nome efeito estufa origina-se da semelhança do

fenômeno que ocorre em uma estufa, em que o calor é mantido preso dentro de um ambiente

especico. Esses gases na atmosfera impedem a saída de radiação solar, devido a formação

de uma espécie de camada que a cada dia se torna mais espessa, tornando o planeta mais

aquecido. Destacando que, em todo o mundo, aproximadamente 7 a 8 bilhões de toneladas

de carvão são consumidos anualmente como combustíveis em usinas térmicas, portanto, a

matriz energética de diversos países baseia-se na queima de combustíveis fósseis, onde o

carvão de origem fóssil é usado frequentemente na geração de energia.

No Brasil, a matriz energética é baseada na utilização da hidroeletricidade e de biocom-

bustíveis, sendo uma matriz relativamente mais limpa, no entanto, nas próximas décadas, a

utilização de combustíveis fósseis como gás natural, derivados de petróleo e carvão mineral

deve aumentar. Neste contexto, dentre as fontes não renováveis de energia, tem-se o carvão

sobressaindo pelo fato de ter reservas relevantes no Brasil e ao incremento da sua utilização

para geração termelétrica de eletricidade, como prevê o governo federal para os anos subse-

quentes. Ademais, se considerarmos o carvão de países como os EUA e China, a produção

destes merecem destaques se comparado ao que é produzido no Brasil, isto não signica que

essa fonte não emita carbono para atmosfera.

Embora o Brasil não seja um dos principais emissores de carbono com base nos com-

bustíveis fósseis, é responsável por grande parcela das emissões de carbono devido ao des-

matamento de orestas, e é integrante da Conferência das Nações Unidas sobre Mudança do

Clima. Por essa razão, foram assumidos compromissos de estudos, que objetivam diminuir

os efeitos negativos sobre o clima de várias atividades, incluindo as relacionadas à produção

e uso da energia (Silva, 2012).

É de salientar que a queima de combustíveis fósseis (que inclui carvão, petróleo e gás

natural), fundição de aço e metais não-ferrosos, fabricação de amônia, caldeiras industriais,

renarias e poços de gás natural, entre outras, são as principais fontes de emissão conside-

ráveis de CO2.

No que tange ao planejamento e perspectivas de longo prazo, o sistema mundial de

energia possivelmente lastrear-se-á em fontes de energias renováveis e mais limpas. Assim

sendo, a descarbonização de combustíveis fósseis mediante a captura e armazenamento de

CO2, auxiliaria na transição para um futuro sistema de energia livre de carbono.

Page 27: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

26

2.1 Captura de CO2

A captura de CO2 - ou como convencionalmente é chamado sequestro de carbono

- consiste na retirada do gás que permaneceria ou seria emitido na atmosfera, com subse-

quente armazenamento do mesmo em um local seguro, por um tempo indeterminado e aceito

ambientalmente. Há duas formas de caracterizar essa captura: direta e indireta. Quando

o gás é capturado no ponto de geração, antes de ser emitido para a atmosfera, e posterior-

mente é armazenado em formações geológicas ou oceânicas, por volta de milhares de anos,

denomina-se captura direta. Por outro lado, quando o gás é capturado após ter sido absor-

vido na atmosfera, sendo que essa captura ocorre por intermédio da absorção pela ora ou

pela xação de carbono no solo, chama-se captura indireta (?).

Às atividades de captura, compressão, transporte e utilização (ou armazenamento)

referem-se ao termo sequestro de CO2. Para que haja o sucesso no sequestro de carbono é

necessário que este apresente práticas e técnicas que atendam alguns pressupostos, como a se-

guir mencionados: armazenamento estável e seguro por longos anos; aceito ambientalmente;

deve ser rentável e competitivo.

Para que essa captura possa tornar-se prática comum, é necessário vericar e analisar

se há disponibilidade dos vários sítios de armazenamento em um processo aberto e com apro-

vação de públicos, e, que haja liderança da indústria e do governo para que estas tecnologias

possam ser demonstradas em alta escala (Herzog e Golomb, 2004).

2.2 Armazenamento Geológico

O armazenamento geológico de CO2 baseia-se na injeção de CO2 em formações de

rochas porosas (Benson e Cole, 2008). O armazenamento geológico está baseado no principio

de devolver o carbono novamente para o subsolo. Em outras palavras, é devolver o excesso

de carbono resultante da queima de combustíveis fósseis, e proveniente de outras fontes (que

foi transformado em gás) para reservatórios geológicos. Logo, o carbono é acondicionado na

litosfera e nos seus espaços porosos. Para tanto, é necessária uma capa rochosa impermeável

porque a massa especíca do gás carbônico é geralmente menor do que a da água, de modo

que a utuabilidade tende a deslocar o gás para a porção superior, de volta à superfície.

Existem três principais reservatórios geológicos (todos ocorrendo em bacias sedimenta-

res) que podem estocar com segurança grandes quantidades de CO2, e impedir o seu retorno

para a atmosfera, que são: 1) Campos de petróleo maduros e depletados; 2) Aquíferos salinos

profundos e 3) Camadas de carvão.

Como os meios geológicos armazenaram óleo e gás por milhares de anos, é possível supor

que eles sejam estáveis para o armazenamento desse gás também em escala de tempo geoló-

Page 28: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

27

gica. Tem-se demonstrada a segurança da estocagem geológico tanto por monitoramento de

casos de demonstração como também por modelagem numérica.

O armazenamento oceânico e outros tipos de armazenamento subterrâneo como caver-

nas e minas abandonadas podem estocar esse gás com segurança, mas sua capacidade em

termos de massa a ser estocada é restrita se comparada com os demais reservatórios geo-

lógicos, portanto, esses não serão abordados nesse estudo. É importante citar dois grandes

tipos de reservatórios merecem destaques: os reservatórios carbonáticos e os siliciclásticos,

sendo os primeiros, ricos em carbonato que se dissolvem rapidamente com aumento da acidez

da solução salina pela dissolução do CO2. Pesquisas revelam que existem poucos estudos

ou baixo número de publicações relacionado às interações CO2-rocha-uido em reservatórios

carbonáticos, isto é, há grande demanda por novos estudos sobre esses reservatórios, tanto em

modelos experimentais como por simulações numéricas, portanto, precisam-se utilizar me-

todologias que permitam extrair o máximo de informação das alterações causadas pelo gás

carbônico, tendo em conta a alta reatividade deste tipo de reservatório quando comparados

aos siliciclásticos.

Assim, o armazenamento geológico pode representar uma oportunidade de negócios,

alternativa ao mercado de créditos de carbono como previsto no Protocolo de Kyoto - que

é um acordo internacional entre os países integrantes da Organização das Nações Unidas

(ONU), rmado em 1997 com o objetivo de se reduzir a emissão de gases causadores do

efeito estufa e o consequente aquecimento global.

Pode-se projetar o armazenamento de CO2 nesses reservatórios geológicos, visando à

mitigação do aquecimento global, para ser permanente, ou seja, um tempo de residência

no reservatório de milhares ou milhões de anos, ou temporário, com tempo de residência

de poucos anos ou décadas.

Em outros casos, o CO2 capturado de fontes estacionárias é re-injetado temporaria-

mente em um reservatório (como um aquífero salino), produzindo-o futuramente, e, este

poderá ser utilizado na recuperação terciária de campos maduros, para depois ser estocado

permanentemente nestes reservatórios (Iglesias et al., 2009).

As maiores recentes descobertas de petróleo, no Brasil, foram feitas em nova fronteira

exploratória, onde um conjunto de rochas carbonáticas está localizado em um intervalo

abaixo de uma camada de sal há muito tempo, conhecida como área de pré-sal (Araújo,

2013). Existem alguns desaos tecnológicos que são encontrados na exploração do pré-sal,

estes se centram nos seguintes aspectos:

a) Simulação e construção de poços: depende da profundidade da água, bem como

da drenagem de poços horizontal por meio de sal, da diminuição da taxa de penetração

(carbonato e sal), da estratégia para simulação de poço, da geometria do poço para prover

Page 29: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

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alta produtividade e também do intervalo de seletividade, entre outros.

b) Drenagem do reservatório. Com as seguintes diculdades: tipo de reservatório não

usual; qualidade do reservatório e heterogeneidades.

c) Teor: se o reservatório possuir alto teor de CO2, ele será produzido neste e reinjetado

no método EOR (Enhanced Oil Recovery), de forma a evitar sua emissão.

d) Gerenciamento da integridade e materiais: corrosão e fadiga.

Tratando-se de realidade brasileira, no pré-sal, por exemplo, ainda quanto ao teor de

CO2, vale a pena lembrar que a sua injeção é feita por meio do método WAG (Water

Alternating Gas), isto é, alternando água e gás. Portanto, atualmente, todo o CO2 produzido

no pré-sal da Bacia de Santos está sendo injetado no Campo de Lula. Existem três projetos

para WAG nesse Campo e um para o Campo de Carioca. A planta piloto WAG já se iniciou

no Campo de Lula (apenas a fase de água), e neste serão injetados 2000t CO2/dia.

2.3 Interação CO2 - Rocha-Fluido

Existem, atualmente, inúmeros estudos experimentais, em escala laboratorial que si-

mulam condições de reservatórios geológicos usando reatores bateladas / sistemas autoclaves

sob certas condições de operação para melhor entender os efeitos de interação CO2-rocha-

uido, operando com o gás em estado supercrítico. Os mesmos identicam possíveis reações

decorrentes entre esses componentes, discutem aspectos técnicos e controvérsias relevantes

para que condições experimentais ideais sejam estabelecidas. Tais condições são afetadas por

diversos fatores como: caracterização geológica e físico-química do reservatório a ser estu-

dado, o protocolo de coleta de amostras, aspecto físico das rochas, tipo de reação, composição

e componentes das autoclaves, a duração dos experimentos, entre outros.

Segundo Holloway (1997) a conabilidade dos dados obtidos experimentalmente em

relação aos dados reais depende em primeiro lugar de um estudo para caracterizar o reser-

vatório e da correta escolha dos parâmetros experimentais, pois as interações que ocorrem

entre CO2-rocha-uido são especícas para cada reservatório e dicilmente podem ser gene-

ralizadas.

Page 30: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Capítulo 3

Monitoramento de CO2 em Reservatórios

Uma revisão da literatura mostrou que havia poucos dados sobre o coeciente de aco-

plamento para o uxo de gás carbônico nas rochas sedimentares. A medição dos campos

elétricos gerados por potencial espontâneo (SP) é relativamente simples e de baixo custo.

A facilidade de medição, juntamente com o fato de que os dados são gerados diretamente

pelos fenômenos de uxo, sugere uma técnica potencial para monitoramento de baixo custo

e baixa resolução (Thomas e Benson, 2005).

O potencial de transmissão e a pressão mudam em função do tempo com que o CO2

é injetado na amostra: observou-se, gracamente, uma relação direta entre o potencial e a

pressão; isto é, quando o potencial aumenta, a condutividade é maior, aumentando a pressão

(Schön, 2015).

Quando esse gás é aplicado a amostras rochosas, a água no espaço do poro dessas amos-

tras é deslocada, enquanto reage com esse novo elemento, formando o ácido carbônico. O

coeciente de acoplamento evolui ao longo do tempo em resposta à mistura e o deslocamento

da água dos poros.

À medida que o CO2 desloca a água, o coeciente de acoplamento diminui. Em média,

os coecientes de acoplamento observados para o uxo do gás constante são cerca de 10

vezes menores do que para o uxo de água na mesma amostra. Uma vez que o coeciente de

acoplamento de CO2 líquido é menor do que o da água, a maneira mais ecaz de monitorar

a variação espacial no uxo de gás carbônico injetado é monitorar a frente progressiva da

relação CO2/H2O, onde o coeciente de acoplamento é maior (Hoversten e Gasperikova,

2004).

Os objetivos de monitorar o armazenamento subterrâneo de CO2 são garantir integri-

dade do armazenamento de CO2, bem como atender aos requisitos de segurança para as

atividades de subsuperfície durante e após a fase operacional, além de avaliar o processo de

injeção ocorrendo conforme planejado na formação pretendida.

29

Page 31: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

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O primeiro objetivo concentra-se no fornecimento de informações relevantes às tarifas

e à legislação, ou seja, se a cota acordada, conforme originalmente planejada para o armaze-

namento de CO2, é atendida e mantida. O segundo objetivo se concentra na segurança no

local de armazenamento. Os principais riscos de segurança podem ser categorizados de forma

que considerem-se vazamentos para a atmosfera ou outras formações geológicas, incluindo

possível contaminação da água subterrânea.

Diversos recursos, eventos e processos mais especícos foram identicados, inuenciando

a integridade da estrutura, tais como a elevação da subsuperfície (sobrecarga) devido à

injeção de CO2 ou subsidência devido à produção ou, em menor grau, à migração do gás,

podendo causar danos às estruturas nas proximidades do projeto de armazenamento. Os

esforços de monitoramento devem se concentrar nessas questões (Holloway, 1997).

Um objetivo secundário de monitoramento é a pesquisa e desenvolvimento em relação

ao armazenamento subterrâneo de CO2. Obter uma maior compreensão dos processos fí-

sicos e químicos que ocorrem no reservatório é importante para a otimização dos locais de

armazenamento no futuro.

Este trabalho, assim, tem o objetivo de correlacionar as propriedades elétricas em res-

posta à interação do CO2 com as rochas envolvidas no reservatório de armazenamento,

avaliando a eciência e aplicabilidade dessa metodologia. Além disso, busca-se a descrição

dessas características típicas do meio nessas congurações dos ambientes geológicos.

3.1 Utilização da Geofísica em Reservatórios

A geofísica entra como ferramenta essencial tanto num projeto de sequestro geológico

de CO2, como para um projeto de recuperação avançada de óleo, começando pela escolha

dos reservatórios alvos para o armazenamento permanente do CO2 (no caso do sequestro)

e se estendendo até o monitoramento da integridade do mesmo. Dos métodos geofísicos

existentes, a sísmica é o mais utilizado, tanto para a seleção dos alvos quanto para o mo-

nitoramento. Entretanto, outros métodos podem ser empregados, desejavelmente, de forma

integrada durante o monitoramento, tais como o método eletromagnético, o gravimétrico e

o elétrico.

Um objetivo secundário de monitoramento é a pesquisa e desenvolvimento em relação

ao armazenamento subterrâneo de CO2. Ganhando uma maior compreensão dos processos

físicos e químicos que ocorrem no reservatório, é importante para a otimização de armaze-

namentos futuros (Thomas e Benson, 2005).

Page 32: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

31

3.2 Caracterização da Rocha Reservatório

São de extrema importância para o estudo experimental a caracterização e um bom

conhecimento dos reservatórios geológicos, bem como na modelagem numérica. Devem-se

obter informações sobre reservatório geológico que se pretende estudar, como sua localização

geográca, ter ideia aproximada da profundidade onde ela se encontra. Portanto, ela é muito

importante, visto que a partir da profundidade possivelmente se estimam parâmetros como

temperatura e pressão do reservatório.

Microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma metodologia de análise que pode ser

usada nas amostras de rocha. Com essa técnica é possível observar as fases minerais da amos-

tra em escala micrométrica. Uma análise química semiquantitativa do material observado é

possível de ser obtida quando a MEV é acoplado a espectrometria de energia dispersiva, isto

contribui para a identicação das fases presentes. Outras técnicas como a microscopia óptica

e Difração de Raios-X podem ser utilizadas. É importante salientar que essas análises devem

ser realizadas antes e após os experimentos, de modo que as fases minerais não existentes

antes e depois da reação possam ser visualizadas, bem como a dissolução de constituintes

(Iglesias et al., 2009).

3.3 Monitoramento Sísmico

O mais comum dos métodos geofísicos usados nesse tipo de monitoramento de reser-

vatório é o uso da sísmica por conta de sua alta resolução.

A injeção e o sequestro de CO2 têm em comum o fato de que, em ambos, o CO2 arma-

zenado causa um contraste negativo de velocidade que pode ser monitorado por tomograa

sísmica (Lazaratos e Marion, 1997). O monitoramento utilizando inversão de dados sísmicos

possibilita identicar a formação da pluma de CO2 como um contraste negativo do campo de

velocidades inicial. Isso tem grande relevância sob o ponto de vista de avaliação da segurança

da operação.

Fontes acústicas piezoelétricas podem ser utilizadas como transmissores de pulsos acús-

ticos que, após atravessarem o meio em estudo, atingem receptores acústicos. A velocidade

de propagação da região do meio atravessada pode ser calculada diretamente a partir da

divisão entre a distância fonte/receptor e o tempo de trânsito entre eles (Santos, 2006).

Falando um pouco dessa técnica comumente usada nesses casos, a tomograa aborda

a reconstrução de imagem (mapeamento de propriedades físicas), a partir das somas dos

valores das propriedades em determinadas direções (projeções). A reconstrução tomográca

é um tipo especial de problema inverso que permite estimar uma função a partir de integrais

de linha da mesma (Santos, 2006). Uma aplicação importante desta técnica de inversão é a

Page 33: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

32

tomograa computadorizada, utilizada em medicina.

Em Geofísica utiliza-se a tomograa sísmica que difere da utilizada em aplicações médi-

cas por não poder realizar uma volta completa em torno do objeto de estudo, utilizar ondas

sísmicas ao invés de raios-x, possuir uma geometria dos raios entre fontes e receptores mais

esparsa e complexa, dentre outros fatores que aumentam a ambiguidade do problema.

A partir dos métodos de monitoramento geofísico de superfície, os dados sísmicos com

lapso de tempo cresceram ao longo da última década para uma técnica madura com amplas

aplicações e com vários sucessos recentes. Dependendo do tipo de reservatório, mudanças na

composição do uido e na pressão do reservatório foram observadas como qualquer alteração

ao longo do tempo. No âmbito do projeto europeu SACS, o monitoramento sísmico foi apli-

cado pela primeira vez através de CO2 injetado numa formação salina a profundidades de

aproximadamente 800-1000 m. O grande sucesso desse projeto tem sido a demonstração de

que dados sísmicos convencionais, com lapso de tempo e onda P, podem ser uma ferramenta

de monitoramento bem-sucedida. Mesmo com o CO2 em um estado supercrítico, ao invés de

gasoso, foi demonstrado que as acumulações de CO2 com uma espessura tão baixa quanto

cerca de um metro podem ser detectadas nessas profundidades, cerca de sete vezes abaixo

da resolução sísmica convencional. Mesmo tais acumulações nas causam mudanças signi-

cativas, observáveis e mensuráveis no sinal sísmico, tanto na amplitude quanto no tempo de

viagem. É claro que a sensibilidade desses observáveis sísmicos depende muito do tipo de

reservatório e sua sobrecarga em cada situação.

Um exemplo ilustrado na Figura 3.1 mostra dados sísmicos com lapso de tempo obtidos

obtidos no projeto Sleipner. Em geral, pode-se armar que o monitoramento sísmico fornece

potencialmente uma imagem da distribuição espacial de CO2 injetado.

Figura 3.1: Linha Linha de tempo através da área de injeção para as pesquisas de 1994,

1999 e 2001(Thomas e Benson, 2005).

Page 34: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

33

Assim, como é possível mapear esse estudo com monitoramento geofísico em diversas

metodologias, este trabalho pretende tentar usar outras alternativas como a modelagem

elétrica de reservatórios com CO2.

3.4 Estudo Numérico do Monitoramento Elétrico de CO2

A equação de Archie funciona bem no arenito limpo e homogêneo. Um fator chave nas

medições de resistividade é o teor de argila. O teor de argila produz uma baixa resistividade

aparente em comparação com a resistividade real porque os argilominerais tendem a melhorar

o caminho para as correntes elétricas. Nota-se que os valores de resistividade do perl de

indução aumentam durante o período de injeção do gás, mas, quando calculados pela equação

de Archie, mostram saturação de cerca de 10%, que é menor do que a estimada a partir de

dados de registro de nêutrons. Essa baixa saturação é assumida como o efeito da inclusão

de argila no reservatório (Nakatsuka et al., 2010).

Quando o CO2 injetado atinge zonas de medição, a resistividade aumenta considera-

velmente. O início do aumento de resistividade indica que o gás carbônico está migrando

do fundo para a extremidade superior do arenito. Há diferenças no padrão de migração de

CO2 devido à permeabilidade e composição mineral das rochas. No caso do arenito limpo e

homogêneo, o uido migra como uma frente uniforme em um período de tempo relativamente

curto devido à alta permeabilidade. Em contraste, a heterogeneidade e o conteúdo de argila

atrasam a taxa de deslocamento e tornam o processo complexo.

Os parâmetros que controlam a equação de Archie podem variar consideravelmente

dentro da mesma rocha; o que diculta a seleção dos parâmetros de volume corretos e

aumenta as chances de obter estimativas errôneas da saturação de CO2.

Pode-se estimar a saturação gasosa a partir da resistividade inicial da rocha totalmente

saturada com salmoura (antes da injeção) e a resistividade da salmoura rochosa parcialmente

saturada (durante a injeção) usando a seguinte expressão:

SCO2 = 1 − (1

RI)

1n . (3.1)

Seja RI o índice de resistividade e n o fator numérico colocado como expoente de

saturação. Para uma estimativa das saturações de CO2 a partir dos dados de resistividade

de lapso de tempo, foi utilizada uma relação petrofísica inversa calibrada com experimentos

de laboratório realizados em amostras nucleares do arenito do reservatório. Assumindo a

aplicabilidade da segunda lei de Archie, o chamado índice de resistividade RI, que é a razão

entre a resistividade da linha de base e a resistividade de repetição, pode ser rearranjado

para inferir a saturação de CO2 de mudanças de resistividade relativa:

Page 35: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

34

SCO2 = 1 −RI−1n = 1 − (

ρ0ρ

)1n , (3.2)

onde n é o expoente de saturação que foi determinado como aproximadamente 1,62 pela

curva calibrada reproduzida neste Trabalho analisando o gráco proposto com Schmidt-

Hattenberger et al. (2014). A aplicação dessa abordagem de quanticação resultou em uma

saturação máxima de CO2 inferida de até 60-70% em torno do injetor. Assim, a Tomograa

de Resistividade Elétrica (ERT) oferece uma oportunidade para atender os requisitos de

engenharia de reservatórios de maneira quantitativa.

Figura 3.2: Relação petrofísica do índice de resistividade (RI) com a saturação de gás

carbônico (S), a partir da equação (3.2) e considerando n=1,62.

Felizmente, as saturações estimadas com o índice de resistividade (RI) são levemente

consideráveis. Isso sugere que o RI fornece melhores resultados em reservatórios com com-

posição mineral complexa e teor de argila, pela média de incertezas na determinação do

expoente de saturação, fator de cimentação e outras constantes (Nakatsuka et al., 2010).

Page 36: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Capítulo 4

Simulações e Resultados

4.1 Programa de Modelagem e Inversão 1-D

O programa DCINV foi desenvolvido por Markku Pirttijärvi da Universidade de Oulu

(Finlândia) e pode ser usado para modelar e interpretar sondagens geofísicas de corrente

contínua usando um modelo de Terra com camadas horizontais. O programa DCINV (Pirt-

tijärvi, 2005) pode lidar com as três congurações de medição mais típicas de arranjos:

Schlumberger, Wenner e dipolo-dipolo. A estimativa dos parâmetros de modelo (resistivida-

des e espessuras de camadas) é baseada no método de inversão linearizada. O programa é

de natureza 1-D, isto é, pode proporcionar interpretações em uma única dimensão, no caso

o eixo de profundidades.

O programa DCINV requer um modelo inicial para que os parâmetros de modelo sejam

estimados no processo iterativo. O método de inversão pode facilmente car connado à

um mínimo local e, portanto, o usuário deve prestar atenção à validade do modelo resul-

tante. Deve-se ter cuidado especial ao interpretar camadas condutivas, uma vez que, devido

à equivalência, a otimização tende a produzir soluções em que a condutância da camada

(produto de espessura pela condutividade) permanece a mesma, mas os valores individuais

de espessura e condutividade podem variar.

Os detalhes do programa estão descritos em Pirttijärvi (2005). A modelagem direta

utiliza do algoritmo de Anderson (1982). O método de inversão linearizada é baseado em

Rijo et al. (1977) e Pelton et al. (1978). Detalhes do método de inversão, baseado na

decomposição por valores singulares e também sobre o método de amortecimento adaptativo

podem ser encontrados em Pirttijärvi (2003).

Neste Trabalho, foi escolhido o arranjo Schlumberger por ser uma conguração muito

utilizada.

A Tabela 4.1 apresenta, para o estágio de pré-injeção, os dados de saída. Já a Tabela 4.2

35

Page 37: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

36

contém dados de saída da fase de pós-injeção do programa quando estipulados os parâmetros

previamente para modelagem teórica.

Tabela 4.1: Dados da pré-injeção do CO2 - Saturado 100% com salmoura, onde a pri-

meira coluna traz dados do semi-espaçamento entre os eletrodos de corrente, a segunda

apresenta dados de semi-espaçamento dos eletrodos de potencial e a terceira contém os

valores de resistividade aparente calculados para cada ponto.

Tabela 4.2: Dados durante a injeção, com 35% de CO2 e 75% de salmoura, onde a pri-

meira coluna traz dados do semi-espaçamento entre os eletrodos de corrente, a segunda

apresenta dados de semi-espaçamento dos eletrodos de potencial e a terceira contém os

valores de resistividade aparente calculados para cada ponto.

Segundo a própria conguração do programa, a primeira linha dene um texto de

cabeçalho (máximo de 30 caracteres). A linha 3 dene os números de índice da matriz

de medidas e o tipo de dados. O índice da matriz de medição é: IMOD = 1 para um

Page 38: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

37

Schlumberger, IMOD = 2 para um Wenner ou IMOD = 3 para um arranjo dipolo-dipolo. O

tipo de dados é: IDAT = 0 para valores de resistividade aparente ou IDAT = 1 para valores

de corrente e tensão.

Tabela 4.3: Exemplo de dados com os comandos numéricos lidos pelo programa onde

a primeira coluna traz dados do semi-espaçamento entre os eletrodos de corrente, a

segunda apresenta dados de semi-espaçamento dos eletrodos de potencial e a terceira

contém os valores de resistividade aparente calculados para cada ponto e a última coluna

corresponde ao peso de cada valor - que nesse caso é unitário.

O primeiro parâmetro na quarta linha dene o número de valores de dados. Se o tipo

de dados for valores de resistividade aparente, os dois parâmetros a seguir denem o índice

de coluna dos dados de resistividade aparente e o índice de coluna dos pesos. Se o tipo de

dados for valores de corrente e tensão, os três parâmetros a seguir denem os índices de

coluna das correntes, tensões e pesos.

As outras linhas denem as distâncias do eletrodo e os dados. Para o arranjo Schlum-

berger, a primeira coluna dene as distâncias AB/2 e a segunda coluna as distânciasMN/2.

As distâncias dos eletrodos são dadas em metros, a resistividade aparente em Ω.m, a corrente

em A e a voltagem em V .

4.2 Modelo A - Injeção de CO2

Inicialmente, foi produzida uma curva de resistividade aparente em relação à saturação de

CO2, ilustrando, na Figura 4.12, claramente o comportamento ascendente do primeiro fator,

com o aumento do segundo - o que era de se esperar.

Em seguida, pela análise da curva calculada relacionando o índice de resistividade à

Page 39: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

38

Figura 4.1: Resistividade aparente (ρa) em função da saturação em CO2 ( SCO2 ),

destacando pontos calculados para as simulações.

saturação, observou-se que para um índice de valor 2, a saturação estima-se em 0,35. Daí,

considerou-se que numa situação de modelo em subsuperfície hipoteticamente homogêneo,

onde a segunda camada estaria a cerca de 30 m de profundidade, sendo composta de um pa-

cote de 60 m de arenito com porosidade de aproximadamente 20% preenchida com salmoura,

sua resistividade avaliada foi de 13 Ωm, na modelagem, vide imagem do modelo produzido.

Figura 4.2: Ilustração do Modelo A descrito com três camadas de diferentes espessuras

demarcadas na imagem e resistividade aparente variável na segunda camada.

Essa etapa representa a pré-injeção do CO2 como visto na Figura 4.3 .

Durante a injeção do CO2, foi calculada, pela relação proposta por Nakatsuka et al.

(2010) que vem da equação de Archie, uma resistividade de 26 Ωm para a saturação de 35%

Page 40: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

39

Figura 4.3: Descrição do modelo verdadeiro pré-injeção.

de CO2 e 75% de salmoura. Esses resultados estão ilustrados na Figura 4.4 . Os dados

de entrada no programa foram devidamente invertidos, produzindo os pontos nos grácos,

dando coerência aos resultados.

Também foram feitas simulações para saturações de 50% e 90% de CO2 nas respectivas

Figuras 4.19a e 4.19b .

Nota-se que, como esperado, há um decréscimo no valor registrado da resistividade

aparente da contribuição como um todo do sistema em subsuperfície. Isso atesta que a

presença do CO2 compromete a mobilidade de cargas isto é, a condutividade elétrica - pro-

movendo a possibilidade e a viabilidade da análise desse tipo de atividade de monitoramento

do armazenamento geológico de CO2.

Avaliando as simulações realizadas, os resultados obtidos mostram-se coerentes de acordo

com o esperado para validar o método da eletrorresistividade para o monitoramento do ar-

mazenamento geológico de CO2. Isso pode ser observado através da superposição das curvas

modeladas nos momentos antes e após a injeção do gás estudado na Figura 4.20 . Nota-se a

Page 41: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

40

Figura 4.4: Modelagem pré-injeção com curva de resistividade aparente em função do

afastamento.

diferença evidente no comportamento das curvas: com a presença de CO2, a curva dota de

uma parcela decrescente mais suavizada, registrando maior resistividade nesses pontos. Essa

diferença é, de fato, esperada por conta do caráter mais resistivo do gás, comparado a outros

uidos que preenchiam os poros, como a água, por exemplo. Assim sendo, ca registrada a

validação desse método para monitorar esse tipo de reservatório de armazenagem.

4.3 Modelo B - Vazamento de CO2

Nessa outra situação, foi simulado um possível vazamento de gás carbônico quando injetado

na primeira camada em subsuperfície. As saturações consideradas de CO2 foram de 90% ,

50%, 35% e 0%, sendo seus valores complementares saturados com salmoura.

Pode-se observar, a seguir, o comportamento modelado da resistividade para cada sa-

turação diferente desse vazamento. Nesses casos apresentados, a curva tem mudança de

comportamento sempre no início do gráco que é onde está representada a primeira camada

da subsuperfície, representando um arenito considerado de caráter litologicamente homogê-

neo.

Agora, analisando a Figura 4.21 , pode-se ver a superposição dessas curvas apresentadas

anteriormente que correspondem ao caso do vazamento. Superposição essa que foi realizada

a m de comparar as respostas resistivas para cada momento de saturação diferente. Assim,

tem-se, visualmente, um aspecto mais didático para avaliar e identicar o decréscimo da

Page 42: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

41

Figura 4.5: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 35% de CO2.

presença do gás, caracterizando um vazamento e permitindo monitorá-lo.

Page 43: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

42

Figura 4.6: Modelagem durante a injeção, com 35% de CO2, com curva de resistividade

aparente em função do afastamento.

Figura 4.7: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 50% de CO2.

Page 44: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

43

Figura 4.8: Modelagem durante a injeção, com 50% de CO2, com curva de resistividade

aparente em função do afastamento.

Figura 4.9: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 95% de CO2.

Page 45: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

44

Figura 4.10: Modelagem durante a injeção, com 95% de CO2, com curva de resistividade

aparente em função do afastamento.

Figura 4.11: Superposição de curvas de resistividade aparente de modelagem compa-

rando fases de pré e pós-injeção com saturações variadas de CO2.

Page 46: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

45

Figura 4.12: Ilustração do Modelo B descrito com três camadas de diferentes espessuras

demarcadas na imagem e resistividade aparente variável na primeira camada.

Figura 4.13: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 95% de CO2.

Page 47: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

46

Figura 4.14: Modelagem da primeira camada com ρ = 540ohmm, com 95% de CO2,

com curva de resistividade aparente em função do afastamento.

Page 48: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

47

Figura 4.15: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 50% de CO2.

Page 49: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

48

Figura 4.16: Modelagem da primeira camada com ρ = 40ohmm, com 50% de CO2, com

curva de resistividade aparente em função do afastamento.

Page 50: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

49

Figura 4.17: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, com 35% de CO2.

Page 51: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

50

Figura 4.18: Modelagem da primeira camada com ρ = 40ohmm, com 35% de CO2, com

curva de resistividade aparente em função do afastamento.

Figura 4.19: Descrição do modelo verdadeiro durante a injeção, sem a presença de CO2.

Page 52: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

51

Figura 4.20: Modelagem da primeira camada com ρ = 40ohmm, já sem CO2, com curva

de resistividade aparente em função do afastamento.

Figura 4.21: Superposição de curvas de resistividade aparente de modelagem da primeira

camada para o caso de vazamento de CO2.

Page 53: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Capítulo 5

Conclusões

Vemos vários benefícios na aplicação da modelagem elétrica para monitorar as opera-

ções de armazenamento de CO2. Primeiramente, por ser um método não-invasivo já é vanta-

joso. Além disso, os registros da resistividade aparente devidamente invertidos e modelados

acusam diferença comportamental nos níveis de saturação do gás carbônico, permitindo a

ecácia do monitoramento em si. Associando essa diferença de medição em momentos antes

e após a injeção do gás, é possível correlacionar com dados geológicos previamente conhe-

cidos, bem como dados petrofísicos e de registro de poços. Assim, uma instalação pode ser

usada para medições mais frequentes a longo prazo, com o intuito de um monitoramento

contínuo, bem como levantamentos periódicos de superfície e poço. Dentro de um sistema

teórico controlado de produção dióxido de carbono unido à salmoura, o conjunto apresentado

também é avaliado em relação às suas capacidades de monitoramento na fase pós-injeção do

local de armazenamento.

Avaliando as simulações realizadas, os resultados obtidos mostram-se coerentes de acordo

com o esperado para validar o método da eletrorresistividade para o monitoramento do ar-

mazenamento geológico de CO2. Isso pode ser observado através da superposição das curvas

modeladas nos momentos antes e após a injeção do gás estudado. Nota-se a diferença evi-

dente no comportamento das curvas: com a presença de CO2, a curva dota de uma parcela

decrescente mais suavizada, registrando maior resistividade nesses pontos. Essa diferença é,

de fato, esperada por conta do caráter mais resistivo do gás, comparado a outros uidos que

preenchiam os poros, como a água, por exemplo. Assim sendo, ca registrada a validação

desse método para monitorar esse tipo de reservatório de armazenagem.

Havendo possibilidade de análise mais extensa, essa metodologia indica bom êxito e

aplicabilidade para solucionar problemas de sequestro de carbono. Uma vez bem monitorado,

esse tipo de armazenamento mostra-se boa alternativa para a estocagem do gás que tanto

prejudica o meio ambiente ao ser liberado na atmosfera. Assim, recomenda-se a continuidade

52

Page 54: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

53

na linha de estudo dessa temática, a m de perpetuar a ciência em prol de bons propósitos

que favorecem o planeta como um todo.

Page 55: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

Agradecimentos

Quem diria, Lara Maria?! Enm, cheguei aqui. Começo agradecendo a mim mesma:

pela coragem e persistência! Eu não esperava nem metade de tudo que vivi nesse longo

trajeto (falo da distância física da minha casa à UFBA e da duração do curso de Geofísica,

em si, também). Quando passei no vestibular, um amigo me alertou sobre o hino que iria

reger a vida universitária: "todo mundo erra sempre, todo mundo vai errar"; e acho que eu

não levei tão a sério até os tropeços começarem. Agora, sei que a vida tem muito mais erro

do que acerto; talvez seja isso que traga tanta alegria associada ao acerto - a singularidade.

Agradecer é fácil, tem tanta gente boa por aí e por aqui, comigo. Comigo, principal-

mente, minha irmã: agradeço muito a Lulis que é minha el escudeira e a maior parceira

que tenho na vida! Agradeço a meus pais que, mesmo em outro país, acompanharam essa

jornada me apoiando sempre com muito amor e paciência. Obrigada, Cacá, pelo abrigo (em

vários sentidos). Obrigada, também, tia Mona e todos da minha família e vizinhança que,

de muitas maneiras, me ajudaram nesses anos.

Agradeço à turma de Geofísica da UFBA de 2014 e tantos outros colegas do curso

que me trouxeram muitos aprendizados e, sem dúvidas, muitas risadas. Agradeço muito à

professora Maria das Graças que fez morada em meu coração e se tornou uma conselheira e

amiga para a vida. Um obrigada especial às minhas amigas do curso de Ambiental: meus

tesouros dessa faculdade. Obrigada, também, minha nega (Becker), Moni e meus amigos da

escola pelos papos motivacionais. E, é claro, tenho que agradecer aos melhores caroneiros

desta cidade e região metropolitana: obrigada ao grupo de caronas "Viajantes vilas-UFBA"!

Agora, sinto que vale citar alguns nomes em especíco, sem os quais este trabalho

não teria sido realizado: agradeço ao meu orientador Amin por sua grande ajuda e pela

oportunidade de trazer esse tema e concretizar essa etapa tão importante, além de ser grata

pela bolsa do projeto de iniciação cientíca da FAPESB através do PIBIC/UFBA, é claro.

Agradeço a Leo (Barril) que é um fenômeno e quem o conhece sabe que eu nem preciso listar

motivos. Obrigada Yan, Maia e Tainã que contribuíram com a produção deste trabalho;

incluo também Batera e Sâmara, guras únicas.

Eu vejo Deus em tudo e todos. E como diz mami: gratidão por todas as oportunidades.

54

Page 56: MODELAGEM E INVERSÃO ELÉTRICA 1-D PARA O PROBLEMA DO

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