noções de geologia e reservatório - prof jose luiz falcão

1

Geologia/ Sistemas Petrolíferos/ Reservatórios

José Luiz Falcão, PhD

2

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

3

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

4

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;

6

Estrutura da Terra

7

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);

8

Pangea / Deriva Continental

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

9

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

10




11

Rocha

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

Tipos de RochasÍgneasSedimentaresMetamórficas

12

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)

13

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

14

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

15

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

acumulação de petróleo

Bacias Sedimentares

Brasileiras

16

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

17

Brasil - Reservas por tipo de reservatório

18




19

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

20

1. Rocha geradora;

2. Migração do petróleo;

3. Rocha reservatório;

4. Rocha selante;

5. Aprisionamento do petróleo (trapas).

Reservatório - Condições necessárias

21

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

22

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

23

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

24

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

25

Trapa Estrutural Anticlinal

Trapa Estratigráfica

5. Aprisionamento do petróleo

26

Ocorrência de Petróleo - Sumário

Ambiente de

circulação restrita

Fitoplâncton

+lama

Soterramento Folhelho betuminoso

Pressão, Temperatura

e Tempo

Rocha Geradora

Geração de Hidrocarbonetos Migração

Rocha Reservatório com Trapa

27


IntroduçãoTipos de RochaOrigem do PetróleoMétodos de ProspecçãoSistemas Petrolíferos


28

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

29

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

Métodos potenciais:Gravimetria;Magnetometria;

Método Sísmico.

Prospecção de Petróleo

30

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

31

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;

32

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

33

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

34

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

35

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

36

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

37

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

38

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

39

Aquisição de dados sísmicos no mar:

Método Sísmico

Filme

40

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

41

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

42

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

43

A IMAGEM SÍSMICA

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

Informação a recuperar

Método Sísmico

44

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

45

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

46




47

Sistema Petrolífero

48

Sistema Petrolífero

49

Sistema Petrolífero do Pré-sal

50

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

51

Área Total (azul): 149.000 km²

• Sob concessão: 28%

Área Total (azul): 149.000 km²

• Sob concessão: 28%

Pólo Pré-sal

52




53

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

54

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

55




56

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

Conceitos Básicos

57

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

VtVp

=φ

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

58

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

Lei de Darcy

Permeabilidade

59

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

VpVgS

VpVwS

VpVoS

gas

water

oleo

=

=

=

Saturação de Fluidos no Reservatório

60




61

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

62

Equilíbrio de fasesFator Volume de FormaçãoDensidadeViscosidade

Propriedade dos fluidos

63

Vaporização de uma substancia pura (P = cte)


64

Vaporização de uma substancia pura – Diagrama de Fases


P = Constante) T = Constante)

65

Vaporização de uma substancia composta (P=cte)


66

Vaporização de uma mistura – Diagrama de Fases


P = Constante) Varias P

67

Diagrama de Fases de uma Mistura

cric

onde

nter

ma

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

68

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

69

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

70

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

71




72

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

73

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

o

wiR

BSVVOIP )1(** −

=φ

1 m

01

23

4

Curva de Isópacas

74

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

75

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

76

Integração de DisciplinasModelagem de Reservatórios

77

Incertezas na PrevisãoModelagem de Reservatórios

Situação atual Situação original

78

Comparação Previsto x RealizadoModelagem de Reservatórios

79

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

80




81

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.

82

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

83

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%.

84




85

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

86

Fim ....

Duvidas????

noções de geologia e reservatório - prof jose luiz falcão

Documents