REALIZAÇÃO:

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS

Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de

Carbono - CEPAC

APOIO:

Petrobras

Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP

Rede Carvão

Recuperação (Avançada) de Metano em Camadas de Carvão – (E)CBM

- Introdução de conceitos básicos de Isotérmicas de sorção, CBM e ECBM

- Fenômeno de sorção em CBM e ECBM

- Fases de projeto ECBM

- Comparação entre reservatórios convencionais e CBM

- Comparação entre CBM e ECBM

- Viabilidade técnica de projetos de ECBM no Brasil

- Avaliação econômica de projetos de ECBM no Brasil

- Custos e Potencial Global de Sequestro para ECBM

Sumário

Isotérmica de sorçãoA utilização da isotérmica de sorção é um dos testes principais na investigação de CBM e ECBM, usada para:

- Determinar a capacidade de armazenamento máxima de gás em carvão in situ;

- Estimar o volume real de gás in situ;

- Estimar o grau de saturação de gás em carvão pela diferença entre capacidade de armazenamento máxima de gás e o volume real de gás;

- Estimar os coeficientes de difusão de gás a diferentes pressões;

- Determinar a pressão crítica de dessorção;

- Estimar a composição de gás armazenada a diferentes pressões;

- Estimar o volume de gás que será libertado do carvão á medida que decresce a pressão;

- Determinar a densidade do carvão;

- Determinar o volume de carvão;

- Fornece ainda a visão geral do processo econômico e os tipos de condições operatórias que podem ser usadas.

Simulação de uma isotérmica de sorção

Figura 6: Simulação de isotérmica de adsorção de Langmuir em carvão (Energy Resources Consulting Pty Ltd., 2008).

Definição do conceito CBM

- Metano em camada de carvão (CBM: Coalbed Methane) define-se pela sua recuperação em camadas de carvão profundas.

Figura 1: Poço de produção de metano em projetos de CBM (Bigcatenergy, 2006)

Figura 2: Poços de explotação direcionais (McDaniel & Associates Consultants Ltd, 2006)

Cleat

Gás armazenado nos porosGás liberado na matriz

Difusão do gás liberado até as fraturas

Fluxo do gás livre pelas fraturas

Redução da pressão hidrostática na

camada

Difusão do gás pela matriz é controlada pelo

gradiente de concentração

Gás livre move-se em função

do gradiente de pressão

Gás

Movimento do Gás

Água

Movimento da água

Figura 3: CBM (C. Rodrigues, 2002)

Definição do conceito ECBM

A recuperação avançada de metano em camada de carvão (ECBM – Enhanced Coalbed Methane), com a injeção de CO2.

Figura 4: Processo de recuperação avançada de metano (IFP, 2006)

Cleat

Gás armazenado nos porosGás liberado para a matriz do carvão

Troca do metano pelo CO2 dentro dos poros da matriz devido à condição de adsorção preferêncial

Fluxo de gás pelas fraturas até o poço de produção

Redução da pressão hidrostática na

camada

Injeção de CO2 acelera o processo de difusão

do metano dentro da m

atriz

O metano corre livremente

pelas fraturas devido ao

gradiente de pressão

Gás

Migração do gás

Água

Migração da água

Figura 5: ECBM (CEPAC - Modificado a partir de C. Rodrigues, 2002)

CO2

Migração do CO2

Fases de projeto ECBM:

1 – Despressurização da camada pela retirada de água (Dewatering stage)2 – Injeção de CO2 e início da produção de metano3 – Avanço de CO2 no poço de produção (Breakthrough) – declínio da produção de gás

Recorde de produção de metano:

-21 cm3 metano / g de carvão

-21 m3 metano / ton de carvão

Orchard Coal – Pensilvânia - EUA

A taxa de inclinação da curva de produção de gás e de declínio da de água são funções das condições hidrogeológicas da camada (i.e. pressão e saturação de gás e de água)Figura 7: Perfis de produção de metano e água em ECBM (After Kuuskraa &

Brandenburg, 2005)

Comparações entre reservatórios convencionais e recuperação de metano em camadas de carvão:

Características Convencional CBM

Geração de gás O gás é proveniente de uma rocha geradora migrando pela rocha

transportadora até à rocha reservatório

O gás é gerado e armazenado dentro do carvão

Estrutura Fracturas espaçadas ao acaso Fracturas espaçadas uniformemente

Mecanismo de armazenamento de gás

Compressão Adsorção

Mecanismo de transporte

Gradiente de pressão (Lei de Darcy)

Gradiente de pressão (Lei de Darcy) e Gradiente de Concentração (Lei de Fick)

Desempenho da produção

Taxa de gás começa alta e então decresce; pouca ou nenhuma

água inicialmente; recuperação de gás e água diminui com o tempo.

Taxa de gás aumenta com o tempo e então decresce; inicialmente a produção é

geralmente água; recuperação de gás e água aumenta com o tempo.

Comparação entre CBM e ECBM:

CBM ECBM

Objetivo do projeto Obtenção de metano Obtenção de metano concomitante com armazenamento permanente de CO2

Taxa de recuperação do metano armazenado

Cerca de 50% Mais de 90%

Fenômenos de sorção Dessorção de CH4 da superfície do carvão devido à redução da pressão do sistema

O CO2 apresenta maior afinidade pelo carvão que o CH4 – adsorção preferencial, dessorção dos poros

Permeabilidade Encolhimento do carvão devido à redução da pressão e da umidade

Ocorre o inchamento do carvão devido à injeção de CO2

Critérios de Seleção de Reservatórios para ECBM:

Reservatórios homogêneos: a camada de carvão deve ser continua e isolada para prevenir escape do CO2;

Estrutura simples;

Permeabilidade adequada;

Profundidade adequada;

Para armazenamento efetivo a camada não deve ser minerada.

Viabilidade técnica de projetos de ECBM no Brasil

Adaptar o screening criteria para carvões gondwânicos (rank, matéria mineral, etc);

Processos de inchamento e encolhimento do carvão gondwânico aquando da injeção de CO2;

Condições de interação do sistema água-CO2-carvão;

Carvões do Brasil possuem alto teor de matéria mineral. Qual sua relação com processos de transporte e sorção?

Avaliação econômica de projetos de ECBM no Brasil

Source-sink matching para identificar fontes de CO2 próximas a depósitos de carvão

Avaliação do potencial de CH4 armazenado em camadas de carvão do Brasil

Avaliação do potencial de CO2 armazenável em camadas de carvão do Brasil (créditos de carbono?)

Qual a razão molar (ou volumétrica) de CO2/CH4 de carvões do Brasil? (geralmente 2:1)

Custos e Potencial Global de Sequestro para ECBM

Estimativa de custos nos EUA prevê que o projeto seja viável com gás a $0.07/m3 (assumindo que o CO2 não tem custos para o operador);

Fora dos EUA os projetos requerem valores de $0.11/m3 ou superiores;

Para avançar com esta tecnologia, especialmente como medida de armazenamento de CO2 é importante que haja demonstrações bem sucedidas;

Quanto maior for a maturidade tecnológica menores serão os custos;

O armazenamento de CO2 em áreas não mineráveis atualmente é uma das opções mais atraentes devido:

- Às grandes reservas globais de carvão;

- À capacidade destas camadas de carvão para adsorver volumes grandes de CO2;

- E a possibilidade de aumentar a recuperação avançada de metano destas camadas de carvão (ECBM).

Obrigado