Teste 1 Flashcards
Geologia do Petr�leo
PGT - Petroleum Geoscience Technology
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Sum�rio
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- Intodu��o
- Petr�leo
2.1 Composi��o do Petr�leo
2.2 Origem do Petr�leo
2.3 Fatores condicionantes da ocorr�ncia de petr�leo em bacias sedimentares
- Rocha Geradora
3.1 Composi��o da Mat�ria Org�nica
3.2 Produ��o e preserva��o da mat�ria org�nica
3.3 Forma��o do querog�nio
- Gera��o e Migra��o do Petr�leo
4.1 Convers�o do querog�nio em petr�leo
4.2 Migra��o prim�ria e secund�ria
- Rocha Reservat�rio
5.1 Porosidade e permeabilidade
5.2 Qualidade do reservat�rio
- Trapas
6.1 Trapas e rochas selantes
6.2 Altera��o do petr�leo na trapa
6.3 C�lculo de reservas e m�todos de produ��o
- Introdu��o
Este trabalho se prop�e a sumarizar os principais conceitos relativos � forma��o de jazidas petrol�feras
do processo de acumula��o da mat�ria org�nica nos sedimentos
- Petr�leo
O petr�leo � uma mistura complexa de hidrocarbonetos e quantidades vari�veis de n�o- hidrocarbonetos. Quando ocorre no estado l�quido em reservat�rios de subsuperf�cie ou em superf�cie
� denominado de �leo (ou �leo cru
Outra forma de ocorr�ncia dos hidrocarbonetos s�o os hidratos de g�s
que consistem em cristais de gelo com mol�culas de g�s (etano
2.1. Composi��o do petr�leo
O petr�leo cont�m centenas de compostos diferentes. Estudos realizados em amostras de �leo do campo de Ponca City (Oklahoma
EUA) foram identificados cerca de 350 hidrocarbonetos
petr�leo � geralmente descrita em termos da propor��o de hidrocarbonetos saturados
hidrocarbonetos arom�ticos e n�o-hidrocarbonetos.
Os hidrocarbonetos saturados
compostos de C e H unidos por liga��es simples
Os Hidrocarbonetos arom�ticos s�o compostos que apresentam o anel arom�tico (benzeno) e ocorrem sempre no estado l�quido. Podem apresentar mais de um anel arom�tico
como os naftalenos (2 an�is) e os fenantrenos (3 an�is). O tolueno
Finalmente
os n�o-hidrocabonetos s�o compostos que cont�m outros elementos
Existem basicamente dois tipos de classifica��es de �leos. Aquelas propostas por engenheiros baseiam-se na composi��o e propriedades f�sico-qu�micas do �leo (densidade
viscosidade
asf�lticos e arom�tico-naft�nicos. A composi��o de cada tipo reflete a origem
o grau de evolu��o t�rmica e os processos de altera��o a que o petr�leo foi submetido. Os �leos tamb�m s�o comumente chamados de leves ou pesados quando suas dendidades s�o
Os gases naturais
por sua vez
2.2. Origem do petr�leo
As primeiras teorias que procuraram explicar a ocorr�ncia do petr�leo postulavam uma origem inorg�nica
a partir de rea��es que ocorreriam no manto.
Ainda hoje existem autores que advogam uma origem inorg�nica para o petr�leo
seja a partir da polimeriza��o do metano proveniente do manto e migrado atrav�s de falhas
Diversos fatos
no entanto
Em suma
os dados dispon�veis atualmente indicam que o petr�leo � gerado a partir da transforma��o da mat�ria org�nica acumulada nas rochas sedimentares
submetida �s cndi��es t�rmicas adequadas. Cabe ressaltar que o metano pode ter origem inorg�nica (proveniente do manto) ou org�nica (degrada��o da mat�ria org�nica)
cada qual com caracter�sticas isot�picas distintas. Tra�os de hidrocarbonetos de origem inorg�nica (?) tamb�m s�o encontrados em meteoritos.
2.3. Fatores condicionantes da ocorr�ncia de petr�leo em bacias sedimentares
A forma��o de uma acumula��o de petr�leo em uma bacia sedimentar requer a associa��o de uma s�rie de fatores:
(a) a exist�ncia de rochas ricas em mat�ria org�nica
denominadas de rochas geradoras;
(b) as rochas geradoras devem ser submetidas �s condi��es adequadas (tempo e temperatura) para a gera��o do petr�leo;
(c) a exist�ncia de uma rochas com porosidade e permeabilidade necess�rias � acumula��o e produ��o do petr�leo
denominada de rochas reservat�rio;
(d) a presen�a de condi��es favor�veis � migra��o do petr�leo da rocha geradora at� a rocha reservat�rio;
(e) a exist�ncia de uma rocha imperpe�vel que retenha o petroleo
denominada de rocha selante ou capeadora; e
(f) um arranjo geom�trico das rochas reservat�rio e selante que favore�a
a acumula��o de um volume significativo de petr�leo.
Uma acumula��o comercial de petr�leo � o resultado de uma associa��o adequada destes fatores no tempo e no espa�o. A aus�ncia de apenas um desses fatores inviabiliza a forma��o de uma jazida petrol�fera.
- Rocha Geradora
Uma rocha geradora deve possuir mat�ria org�nica em quantidade e qualidade adequadas e submetida ao est�gio de evolu��o t�rmica necess�rio para degrada��o do querog�nio. � aceito de modo geral
que uma rocha geradora deve conter um m�nimo de 0
O termo mat�ria org�nica se refere ao material presente nas rochas sedimentares
que � derivado da parte org�nica dos seres vivos. A quantidade e qualidade da mat�ria org�nica presente nas rochas sedimentares refletem uma s�rie de fatores
3.1. Composi��o da mat�ria org�nica
Os organismos s�o de modo geral constitu�dos pelos mesmos compostos: lip�dios
prote�nas
Os l�pidios englobam as gorduras e c�ras
cuja fun��es s�o de armazenamento de energia e prote��o das c�lulas
As prote�nas consistem basicamente em pol�meros de amino�cidos
nos quias se encontra a maior parte do nitrog�nio presente nos organismos. As prote�nas podem atuar tanto como constituinte de diversos materiais (ex: m�sculos) como na forma de enzimas
Oscarboidratos englobam os a��cares eseu pol�meros (mono-
oligo- e polissacar�deos) e est�o entre os compostos mais importantes nos seres vivos. Podem servis como fonte de energia ou como constituinte de plantas (celulose) e animais (quitina). Embora praticamente restrita aos vegetais superiores
A lignina consiste basicamente em compostos poliarom�ticos (polifen�is) de alto peso molecular
constituindo estruturas tridimensionais dispostas entre os agregados de celulose que constituem os tecidos das plantas. S�o sintetizados pelas plantas terrestres a partir da desidrata��o e condensa��o de �lcoois arom�ticos.
Nos diversos grupos de organismos as abund�ncias relativas desses compostos podem variar consideravelmente. As plantas terrestres
por exemplo
A diferen�a na distribui��o e propor��o relativa entre os compostos tamb�m se reflete na composi��o elementar da mat�ria org�nica. Assim
a biomassa de origem continental � mais rica em oxig�nio e mais pobre em hidrog�nio do que a biomassa de origem marinha
3.2. Produ��o e preserva��o da mat�ria org�nica
O ciclo do carbono constitui um dos mais importantes ciclos biogeoqu�micos
n�o s� por sua complexidade e abrang�ncia
restante constu�do � de natureza particulada. O carbono org�nico dissolvido
composto principalmente por subst�ncias h�micas
O principal mecanismo de produ��o de mat�ria org�nica � a fotoss�ntese
processo no qual �gua e di�xido de carbono s�o convertidos em glicose
No continente
as condi��es clim�ticas (temperatura
A exposi��o da mat�ria org�nica ao oxig�nio (em superf�cie) resulta na sua degrada��o. Nos ambientes aqu�ticos
o grau de preserva��o da mat�ria org�nica depende da concentra��o de oxig�nio e do tempo de tr�nsito da biomassa ao longo da coluna d��gua e de exposi��o na interface �gua/sedimento. Assim em �guas �xicas a mat�ria org�nica tende a ser degrada
A atividade de organismos heterotr�ficos tamb�m exerce importante um papel no processo de degrada��o da mat�ria org�nica. Sob condi��es �xicas
as bact�rias aer�bicas e de organismos metazo�rios desempenham um importante papel na degrada��o da biomassa prim�ria. Sob condi��es dis�xicas/an�xicas
Estima-se que em m�dia 0
1% da mat�ria org�nica produzida pelos organismos fotossint�ticos � preservada nos sedimentos. Os ambientes mais favor�veis � preserva��o da mat�ria org�nica s�o os mares restritos e os lagos profundos.
3.3. Forma��o do querog�nio
Ap�s sua incorpora��o nos sedimentos e ainda submetida a pequenas profundidades e baixas temperaturas (at� 1000m e 50�C)
a mat�ria org�nica passa por uma s�rie de transforma��es denominada de diag�nese.
A diag�nese tem in�cio com a degrada��o bioqu�mica da mat�ria org�nica pela atividade de microorganismos (bact�rias
fungos
O res�duo da degrada��o microbiana passa em seguida por mudan�as qu�micas (perda de grupos funcionais e polimeriza��o) que resultam numa progressiva condensa��o e insolubiliza��o da mat�ria org�nica.Ao longo deste processo
os biopol�meros (compostos sistetizados pelos organismos) s�o transformados nos geopol�meros encontrados nas rochas sedimentares. Alguns lip�dios e hidrocarbonetos sintetizados pelas plantas e animais resistem � degrada��o microbiana
sua composi��o e estrutura molecular. Estas subst�ncias
encontradas em sedimentos recentes e rochas sedimentares s�o chamadas de f�sseis geoqu�micos ou moleculares
O produto final do processo de diag�nese � o querog�nio
definido como a fra��o insol�vel da mat�ria org�nica presente nas rochas sedimentares. Al�m do querog�nio
Quimicamente
o querog�nio � uma macromol�cula tridimensional constitu�da por ��n�cleos�� arom�ticos (camadas paralelas de an�is arom�ticos condensados)
A propor��o entre os tr�s elementos mais abundantes no querog�nio (C
H e O) varia consideravelmente em fun��o da origem e evolu��o da mat�ria org�nica. Com base nas raz�es elementares H/C e O/C e em dados qu�micos e petrogr�ficos � poss�vel classificar os querog�nio como dos tipos I
(a) o querog�nio do tipo I � constitu�do predominantente por cadeias alif�ticas
com poucos n�cleos arom�ticos. Rico em hidrog�nio (alta raz�o H/C)
(b) o querog�nio do tipo II cont�m uma maior propor��o de n�cleos arom�ticos
an�is naft�nicos e grupos funcionais oxigenados. Consequentemente
(c) o querog�nio do tipo III � constitu�do predominantemente por n�cleos arom�ticos e fun��es oxigenadas
como poucas cadeias alif�ticas. Apresenta baixos valores para a raz�o H/C e altos valores de O/C. Derivado de mat�ria org�nica de origem terrestre
A composi��o do petr�leo gerado a partir de cada querog�nio reflete sua composi��o. Assim
um �leo derivado de um querog�nio do tipo I apresenta um elevada abund�ncia relativa de compostos alif�ticos
O querog�nio do tipo I possui o maior potencial para gera��o de petr�leo
seguido pelo tipo II
Cabe lembrar que � comum a ocorr�ncia de tipos de querog�nio com caracter�sticas intermedi�rias entre os tipos citados acima. Tal fato pode resultar tanto da mistura de mat�ria org�nica terrestre e marinha em diferentes propor��es
como de mudan�as qu�micas decorrentes da degrada��o qu�mica e bioqu�mica sofrida no in�cio da diag�nese.
- Gera��o e Migra��o do Petr�leo
Na medida em que prossegue a subsid�ncia da bacia sedimentar
o querog�nio � soterrado a maiores profundidades. O aumento de temperatura acarreta a degrada��o t�rmica do querog�nio e na gera��o do petr�leo
4.1. Convers�o do querog�nio em petr�leo
Com o soterramento da rocha geradora o querog�nio � submetido a temperaturas progressivamente mais altas. Como forma de se adaptar as novas condi��es de press�o
e temperatura
o querog�nio passa por uma s�rie de transforma��es que incluem
EST�GIO %Ro N�VEL DE MATURA��O
Diag�nese < 0
6 Imaturo
Catag�nese 0
21916
S�o reconhecidas tr�s fases na evolu��o da mat�ria org�nica em fun��o do aumento de temperatura: diag�nese
catag�nese e metag�nese. A diag�nese (discutida no cap�tulo anterior) se d� ap�s a deposi��o da mat�ria org�nica
O termo matura��o se refere ao est�gio de evolu��o t�rmica alcan�ado pelas rochas geradoras. Uma rocha � chamada de imatura quando o querog�nio encontra-se ainda na fase de diag�nese e ainda n�o ocorreu a gera��o de volumes significativos de petr�leo. Ao passar pela catag�nese
a rocha geradora � considerada matura. No in�cio da catag�nese
hidrocarbonetos l�quidos (iso-
ciclo- e n-alcanos de m�dio peso molecular) sobre os gasosos. Ainda durante a catag�nese
Diversos par�metros qu�micos
�ticos e moleculares s�o utilizados na defini��o do grau de matura��o de uma rocha geradora. Um dos mais empregados � a medida da reflect�ncia da vitrinita (%Ro)
Para caracterizar a evolu��o do processo de transforma��o do querog�nio em petr�leo s�o empregados dois par�metros: o potencial gen�tico (ou potencial gerador)
definido como a quantidade de petr�leo (�leo e g�s) que um querog�nio � capaz de gerar
Para a determina��o do potencial gerador e da quantidade de petr�leo � normalmente empregada a t�cnica da pir�lise Rock-Eval
que simula o processo de degrada��o t�rmica do querog�nio. Uma pequena quantidade de amostra de rocha (em torno de 250mg) � submetida a temperaturas de 300 a 600�C por um per�odo de cerca de 25 minutos
de Tmax
� um par�metro indicativo do est�gio de evolu��o t�rmica da rocha analisada. Finalmente
O processo de degrada��o t�rmica do querog�nio pode ser descrito pelas formula��es cl�ssicas da cin�tica de primeira ordem. A convers�o do querog�nio � controlada pela taxa de rea��o
cujo incremento em fun��o da temperatura � descrito pela Lei de Arrhenius
4.2. Migra��o prim�ria e secund�ria
O processo de expuls�o do petr�leo das rochas geradoras
fator essencial para a forma��o das acumula��es comerciais
Atualmente
acredita-se que a migra��o prim�ria � controlada basicamente pelo aumento de press�o nas rochas geradoras em resposta � progressiva compacta��o e � expans�o volum�trica ocasionada pela forma��o do petr�leo. Deste modo
vezes para que ocorra a expuls�o de quantidades significativas de petr�leo. Balan�os de massa baseados em dados geoqu�micos de po�os e nos resultados de experimentos de laborat�rio indicam que a efici�ncia do processo de expuls�o pode ser elevada
alcan�ando valores de 50 a 90%.
O deslocamento do petr�leo entre a rocha geradora e a trapa � denominada de migra��o secund�ria. Consiste em um fluxo em fase cont�nua
impulsionado pelo gradiente de potencial de fluido. Este potencial pode ser subdividido em tr�s componentes: (a) o desequil�brio de press�o causado pela compacta��o
Em rochas pel�ticas soterradas � mais de 3km
o componente relacionado ao excesso de press�o da �gua domina o potencial de fluido do petr�leo
- Rocha Reservat�rio
Denomina-se de reservat�rio � rocha com porosidade e permeabilidade adequadas � acumula��o de petr�leo. A maior parte das reservas conhecidas encontra-se em arenitos e rochas carbon�ticas
embora acumula��es de petr�leo tamb�m ocorrem em folhelhos
5.1. Porosidade e permeabilidade
A porosidade
representada pela letra grega ?
porosidade efetiva se refere apenas aos poros conectados entre si. Os reservat�rios normalmente apresentam varia��es horizontais e verticais de porosidade. A quantidade
tamanho
A porosidade prim�ria (ou deposicional) � formada durante a deposi��o dos sedimentos
podendo ser inter- ou intragranular. Este tipo de porosidade tende a diminuir como o soterramento
A permeabilidade
representada geralmente pela letra K
A permeabilidade raramente � a mesma em todas as dire��es numa rocha sedimentar
sendo geralmente maior na horizontal do que na vertical. Uma vez que � inversamente proporcional � viscosidade do fluido
(permeabilidade relativa
Kr) � medida que este fluido divide o espa�o poroso com outro fluido. � necess�ria uma satura��o m�nima para que um fluido consiga fluir. No caso do �leo
5.2. Qualidade do reservat�rio
As caracter�sticas de permoporosidade de um reservat�rio refletem basicamente a textura da rocha. De modo geral
porosidade e permeabilidade s�o diretamente proporcionais ao grau de sele��o e tamanho dos gr�os e inversamente proporcional � esfericidade. Outrossim
A diag�nese tamb�m pode alterar completamente as caracter�sticas permoporosas originais de uma rocha reservat�rio. Em arenitos
os processos diagen�ticos mais importantes s�o a cimenta��o e a dissolu��o. A cimenta��o quando em pequenas propor��es pode ser favor�vel
A continuidade do reservat�rio tamb�m constitui um fator cr�tico para a sua produtividade. De modo geral
se distingue a espessura total (gross pay) do reservat�rio
Os principais causas de descontinuidade em reservat�rios s�o as barreiras diagen�ticas
deposicionais e tect�nicas. As barreiras diagen�ticas s�o constitu�das geralmente por n�veis cimentados relacionados a ��fronts�� diagen�ticos e ao petr�leo (ex: contato �leo- �gua). As barreiras deposicionais est�o relacionadas com a forma dos corpos de rocha reservat�rio e com a distribui��o espacial das f�cies a eles relacionadas. Assim
A defini��o da estrat�gia de produ��o
bem como o c�lculo das reservas de uma jazida
- Trapas
Trapas s�o situa��es geol�gicas em que o arranjo espacial de rochas reservat�rio e selante possibilita a acumula��o de petr�leo.
6.1. Trapas e rochas selantes
Uma trapa pode ser caracterizada atrav�s de um conjunto de par�metros: o �pice ou crista corresponde ao ponto mais alto da trapa
o ��spill point�� representa o ponto mais baixo onde pode ser encontrado petr�leo
As trapas podem ser classificadas como estruturais
estratigr�ficas
deposicional (ex: recifes
lentes de arenitos
As rochas selantes ou capeadoras s�o as respons�veis pela reten��o do petr�leo nas trapas. Devem apresentar baixa permeabilidade associada com alta press�o capilar
de modo a impedir a migra��o vertical do petr�leo. Os evaporitos (especialmente a halita) s�o os capeadores mais eficientes
Para que seja poss�vel a forma��o de uma jazida petrol�fera
� fundamental que a forma��o da trapa seja contempor�nea ou anteceda a gera��o e migra��o do petr�leo.
6.2. Altera��o do petr�leo na trapa
A composi��o do petr�leo que chega a trapa depende essencialmente da natureza da mat�ria org�nica e da evolu��o do processo de gera��o e migra��o. Esta composi��o
entretanto
O craqueamento t�rmico � conseq��ncia do aumento de temperatura do reservat�rio devido � subsid�ncia
mudan�a do gradiente geot�rmico ou influ�ncia de intrus�es �gneas. O processo de degrada��o t�rmica do petr�leo tamb�m pode ser descrito pelas formula��es cl�ssicas da cin�tica de primeira ordem
O processo de ��deasphalting�� consiste na precipita��o dos asfaltenos causada pela dissolu��o de grandes quantidades de g�s e/ou hidrocarbonetos leves no petr�leo
acumulado. Esses hidrocarbonetos leves podem se formar na pr�pria acumula��o
pelo efeito do craqueamento t�rmico
A biodegrada��o � o processo de altera��o do petr�leo pela a��o de bact�rias. A biodegrada��o do petr�leo est� normalmente associada ao influxo de �gua mete�rica no reservat�rio
uma vez que as bact�rias que consomem o petr�leo s�o principalmente aer�bicas
6.3. C�lculo de reservas e m�todos de produ��o
No cubagem do volume de petr�leo recuper�vel de uma jazida deve ser levado em considera��o volume do reservat�rio que cont�m petr�leo
a porosidade
O volume do reservat�rio � calculado com base em mapas estruturais e is�pacos. A porosidade e a satura��o de �leo (fra��o do espa�o poroso ocupado pelo petr�leo) s�o definidas com base em perfis el�tricos. O fator de recupera��o (percentagem do volume total do �leo que pode ser produzido) � estimado por analogia com reservat�rios similares j� em produ��o. O fator volume de forma��o � usado para a convers�o do volume do petr�leo no reservat�rio para as condi��es de P e T na superf�cie
correspondendo ao volume de �leo no reservat�rio para fornecer um barril de petr�leo na superf�cie. Esse fator pode ser estimado com base na composi��o do petr�leo (varia de 1
A produ��o do petr�leo depende da diferen�a de press�o entre po�o e reservat�rio. Existem tr�s mecanismos naturais para o fluxo espont�neo do petr�leo at� a superf�cie: g�s dissolvido
capa de g�s e empuxo de �gua.
A presen�a de g�s dissolvido nas mais variadas propor��es � comum em acumula��es de petr�leo. A energia do g�s dissolvido � liberada com a expans�o decorrente da queda de press�o entre o reservat�rio e a superf�cie. � medida que o g�s se expande
ele ��arrasta�� o �leo ao longo do gradiente de press�o. Com o avan�o da produ��o e
a redu��o da quantidade de g�s
observa-se o decl�nio da press�o do reservat�rio at� a mesma alcan�ar a press�o de satura��o (��bubble point��). Neste ponto
A capa de g�s livre
por sua vez
O mecanismo de produ��o por meio do empuxo de �gua ocorre nas acumula��es onde a press�o � transmitida pelo aqu�fero atrav�s do contato �leo-�gua ou g�s-�gua. Neste caso
a �gua substitui o petr�leo produzido
No caso de reservat�rios em que a press�o declina at� a atmosf�rica
a �nica energia dispon�vel � a da gravidade
