BACIAS SEDIM SEDIMENT ENTARES ARES SISTEMA PETROLÍFERO
Fundamentos da Engenharia de Petróleo I Marcelo Aiolfi Barone
Pesquisador Visitante – PRH-ANP PRH-ANP nº29
2014/01
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BACIAS SEDIMENTARES
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BACIAS SEDIMENTARES
Bacias Sedimentares
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» As bacias sedimentares são depressões existentes no relevo preenchidas por sedimentos de origem orgânica (vegetais, animais mortos, algas) e por rochas que passaram por processo de erosão. » São São de gran grande de impo import rtân ânci ciaa econômica, pois são resp respon onsá sáve veis is po porr font fontes es de energia de origem fóssil (petróleo e carvão mineral).
Bacias Sedimentares
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Bacias Sedimentares
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Bacias Sedimentares
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Bacias Sedimentares e Petróleo » Grande parte das jazidas de petróleo do mundo está em bacias sedimentares, pois ao longo de milhões de anos o material orgânico soterrado foi entrando em processo de decomposição, em função da ação de bactérias e da baixa quantidade de oxigênio, dando origem ao petróleo e ao gás natural. Bacias Sedimentares e Carvão Mineral » Em alguns casos, ocorreu o soterramento de florestas e matas. Nestas bacias sedimentares estes vegetais entraram, com o passar de milhares de anos, em processo de sedimentação, formando rochas sedimentares de origem fóssil (carvão mineral).
Classificação
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» Os critérios utilizados para a classificação das bacias sedimentares são essencialmente tectónicos, tais como a localização relativamente aos limites das placas, à natureza do substrato da crosta, à evolução tectónica e ao grau de deformação. Assim, podem-se considerar os seguintes tipos: •
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Fossas de afundamento (grabens), riftes Bacias intracratónicas Bacias oceânicas Margens continentais Bacias frontais Bacias de retroarco Bacias intramontanhosas Bacias de pull-apart
Principais Bacias Sedimentares Brasileiras
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» Bacia Sedimentar da Amazônia – localizada na Floresta Amazônica » Bacia Sedimentar Potiguar – localizada entre o oeste do Ceará e costa do Rio Grande do Norte. » Bacia Sedimentar do Paraná – é uma extensa bacia sedimentar localizada na região centro-leste da América Sul. Possui reservas significativas de carvão mineral. » Bacia Sedimentar do Espírito Santo – localizada entre o litoral norte do Espírito Santo e o sul da Bahia. Possui significativas reservas petrolíferas. » Bacia Sedimentar de Campos – entre a costa norte do litoral do Rio de Janeiro e a costa sul do Espírito Santo. É a maior bacia produtora de petróleo do Brasil (cerca de 75%). » Bacia Sedimentar de Santos – situada na plataforma continental (do litoral de Santa Catarina até o litoral do Rio de Janeiro). Possuem também importantes reservas de petróleo, exploradas atualmente.
Principais Bacias Sedimentares Brasileiras
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SISTEMAS PETROLÍFEROS
Definição
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» Um Sistema Petrolífero ativo compreende a existência e o funcionamento síncronos de quatro elementos (rochas geradoras, rochas reservatório, rochas selantes e trapas) e dois fenômenos geológicos dependentes do tempo (migração e sincronismo).
Elementos Essenciais » Elementos essenciais •
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Rocha Geradora (source rock) Rocha Reservatório (reservoir rock) Rocha Capeadora (Selante) (cap or seal rock)
» Processos •
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Formação de armadilhas (trapas) Génese Migração Acumulação de hidrocarbonetos
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Elementos Essenciais
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» A existência de um Sistema Petrolífero depende não apenas da existências dos elementos geológicos, mas, essencialmente, da relação espacial e temporal entre eles: •
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Migração não pode ocorrer antes de que os reservatórios e selos estejam depositados e estruturados para receber o petróleo e/ou gás gerado; Se não houver rotas de migração apropriadas e antes que a rocha geradora entre na janela de maturação, de forma que a expulsão do petróleo seja impossível, então poderá ser atingido o estágio supermaturo e o hidrocarboneto líquido poderá ser transformado em gás ou totalmente perdido. Se houver movimentação severa após o preenchimento dos reservatórios então a acumulação poderá ser destruída.
Elementos Essenciais
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» Estes elementos e processos devem estar corretamente posicionados no tempo e no espaço, de modo a que a matéria orgânica contida na rocha geradora possa ser convertida numa acumulação de petróleo. » Diz-se que existe um Sistema Petrolífero sempre que estes elementos e processos estejam bem definidos ou que tenham uma probabilidade de ocorrência muito elevada. •
Consiste na identificação, categorização, determinação do nível de confiança, e na cartografia geográfica, estratigráfica e temporal do Sistema Petrolífero.
» As relações temporais são apresentadas num “Quadro de Eventos”
Elementos Essenciais
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ROCHA GERADORA
Rochas Geradoras
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» O elemento mais importante e fundamental para ocorrência de petróleo em quantidades significativas em uma bacia sedimentar. » Em algum tempo geológico passado ou presente, é a existência de grandes volumes de matéria orgânica de qualidade adequada acumulada quando da deposição de certas rochas sedimentares que são denominadas de geradoras. » São estas rochas que, submetidas a adequadas temperaturas e pressões, geraram o petróleo em subsuperfície.
Rochas Geradoras
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» São normalmente constituídas de material detrítico de granulometria muito fina (fração argila), tais como folhelhos ou calcilutitos, representantes de antigos ambientes sedimentares.
Maturação da Matéria Orgânica
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» A transformação de querogênio em petróleo, se deve, principalmente a fenômenos termoquímicos. •
“Refere-se à paleotemperatura máxima a qual determinada rocha foi submetida
durante sua história geológica”.
» Rochas Imaturas – as condições termoquímicas foram inadequadas à geração de quantidades significativas de petróleo (metano de origem bioquímica); » Rochas Maturas – as condições termoquímicas foram adequadas à geração de quantidades de petróleo; » Rochas Senis - a paleotemperatura máxima foi excessiva, tendo destruído petróleo líquido eventualmente gerado (somente produz metano);
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ORIGEM DO PETRÓLEO
Formação do Petróleo
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» Há duas teorias sobre a origem de hidrocarbonetos naturais: •
•
A teoria biogênica e A teoria abiogênica.
» Essas teorias foram intensamente debatidas desde 1860 e com menor intensidade após a descoberta de vastas acumulações de petróleo, sobretudo pelos avanços da exploração através de métodos sísmicos.
Teoria Abiogênica
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» A teoria sustenta que o petróleo é formado por processos não biológicos, a partir de moléculas de hidrocarbonetos estáveis a altas pressões e temperaturas, nas profundezas da Terra (manto), sofrendo posterior contaminação biológica (por bactérias) em níveis de baixa pressão e temperatura, na crosta terrestre. » Ela baseia-se no fato de o petróleo ser constituído principalmente metano CH4. A ocorrência de metano é comum no interior da terra, sendo possível a formação de hidrocarbonetos em grandes profundidades. » Esta hipótese data do século XIX, quando o químico francês Marcellin Berthelot e o químico russo Dmitri Mendeleev a propuseram para explicar a origem do petróleo, e foi revivida na década após 1950.
Teoria Biogênica
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» A teoria afirma que desde o surgimento da matéria orgânica na Terra, todos os restos destas matérias, através dos fatores erosivos, como as tempestades, terminam no ambiente marítimo. Ali, ocorre sua decantação, e juntamente com toda matéria orgânica morta produzida pelo mar, tudo vai para as áreas mais profundas do oceano. » Assim, o petróleo é formado pelo processo de decomposição da matéria orgânica: restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - ocorrido durante centenas de milhões de anos da história geológica da Terra.
Teoria Biogênica
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» Neste local só existe a ação de bactérias anaeróbias, que possibilitam, funcionando como catalizadores, diversas reações químicas, que formam o petróleo que se aloja no interior das rochas sedimentares. Outro fator fundamental para a formação do petróleo é a ação da pressão e da temperatura no ambiente oceânico, que deve ocorrer por milhares de anos.
Teoria Biogênica
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» Existem 4 estágios para formação do petróleo, são eles: •
Diagênese - Nessa etapa a temperatura está na faixa de 65ºC, predomina a atividade bacteriana que provoca a reorganização celular e transforma a matéria orgânica em querogênio. O produto gerado é o metano bioquímico.
Catagênese - A temperatura está na faixa de até 165ºC, é determinante da quebra das moléculas de querogênio e resulta na geração de hidrocarbonetos líquidos e gás. •
Teoria Biogênica •
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Metagênese - A temperatura vai até 210ºC, propicia a quebra das moléculas de hidrocarbonetos líquidos e sua transformação em gás leve.
•
Metamorfismo - Ultrapassando a última etapa, o aumento de temperatura leva à degradação do hidrogênio gerado. E os produtos são: Grafite, gás carbônico e resíduo de gás metano.
Grau de Maturação
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ESTÁGIO Diagênese
NÍVEL DE MATURAÇÃO Imaturo Zona de Óleo
Catagênese
Maduro
Zona Regressiva Zona de Gás Úmido
Metagênese
Senil
Zona de Gás Seco
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MIGRAÇÃO
Migração
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» Chamamos de migração o caminho que o petróleo faz do ponto em que foi gerado até aquele no qual será acumulado. » Devido à alta pressão e à temperatura, os hidrocarbonetos são expelidos das rochas geradoras e migram para as rochas adjacentes. » A partir da migração, o petróleo terá chances de se acumular em um reservatório e formar reservar de interesse econômico. Migração Primária Migração Migração Secundária
Migração Primária
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» Movimentação dos hidrocarbonetos do interior das rochas geradoras para fora destas. » Uma vez gerado o petróleo, ele passa a ocupar um espaço/volume maior do que o querogênio na rocha geradora. » Esta se torna supersaturada em hidrocarbonetos e a pressão excessiva destes faz com que a rocha geradora se frature intensamente, permitindo a expulsão dos fluidos para zonas de pressão mais baixa. » A viagem dos fluidos petrolíferos, através de rotas diversas pela subsuperfície, até à chegada a um local portador de espaço poroso, selado e aprisionado, apto para armazená-los, constitui o fenômeno da migração.
Migração Secundária » Movimento em direção ao interior das rochas reservatórios.
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ROCHA RESERVATÓRIO
Rocha Reservatório
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» O petróleo, após ser gerado e ter migrado, é eventualmente acumulado numa rocha chamada de reservatório. Esta rocha pode ter qualquer origem ou natureza. » Para se constituir em um reservatório deve apresentar espaços vazios no seu interior, e estes espaços vazios devem estar interconectados. » Exemplos de rochas reservatórios: •
•
•
Arenito Carbonatos Calcarenitos
Porosidade
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» É uma das mais importantes propriedades das rochas, pois mede a capacidade da rocha em armazenar fluidos. » A porosidade é definida como:
=
Permeabilidade
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» A permeabilidade é a propriedade petrofisica que tem a rocha de permitir a passagem de quaisquer fluidos através de seus vazios ou interstícios, sem se deformar estruturalmente ou ocasionar o deslocamento relativo de suas parte. » É uma característica intrínseca do meio poroso, não estando relacionada às interações rocha-fluido, desde que ele não reaja com a rocha. » Uma rocha é considerada permeável quando permite a passagem de uma quantidade de fluido através dela e impermeável se a razão de fluxo for insignificante. =
∆
Permeabilidade
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Classificação » Quanto à Porosidade:
» Quanto a Permeabilidade:
39 POROSIDADE ( % ) Fechada
00 – 09
Regular
09 – 15
Boa
15 – 20
Excelente
20 – 25
PERMEABILIDADE ( mD ) Baixa
< 01
Regular
01 – 10
Boa
10 – 100
Muito Boa
100 – 1000
Excelente
> 1000
Classificação
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Armadilha Geológica / Trapa
ARMADILHA GEOLÓGICA / TRAPA
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Armadilha Geológica / Trapa
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» As armadilhas, também conhecidas por trapas, são estruturas geológicas que permitem a acumulação de óleo ou gás. É a rocha ou conjunto de rochas que deverá ser capaz de aprisionar o petróleo após sua formação, evitando que ele escape. » De nada vale uma Bacia Sedimentar dotada de todas as condições potencialmente geradoras e reservatórios se não tivermos as armadilhas contentoras de migração.
Armadilha Geológica / Trapa
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» A armadilha ideal deve apresentar: •
•
•
Rochas reservatório adequadas, ou seja, de porosidade entre 15% a 30%. Condições favoráveis para a migração do petróleo das rochas geradoras para as rochas reservatório (permeabilidade das rochas). Uma rocha selante adequada para evitar a fuga do petróleo para a superfície.
» Podem existir bacias sedimentares com rocha geradora sem petróleo, se não havia armadilha para armazenar o petróleo gerado. Os tipos de armadilhas podem ser: •
•
•
Estruturais: é a forma mais comum de acumulação de petróleo. Ocorre em regiões em que a crosta esteve sujeita à compressão horizontal; Estratigráficas: ocorrem em regiões em que a crosta esteve sujeita à compressão vertical; Combinadas: ocorre quando temos uma combinação dos dois tipos anteriores, ou seja, estruturais e estratigráficas.
Armadilha Geológica / Trapa
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Armadilhas Estruturais
» Detêm as maiores quantidades de óleo – enquadram-se as dobras e as falhas. A formação das armadilhas estruturais pode se dar (isoladamente ou em conjunto): •
•
•
Por dobramento Por falhamento normal ou inverso Por fraturamento
Armadilha Geológica / Trapa
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» As falhas desempenham um papel relevante para o aprisionamento de petróleo ao colocar rochas reservatório em contato com rochas selantes. » O modelo de aprisionamento com base no sistema de falhas é aplicado com sucesso nas bacias sedimentares brasileiras, principalmente as bacias do recôncavo e nas bacias costeiras.
Armadilha estrutural (compressão horizontal)
Armadilha Geológica / Trapa
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Armadilha Estratigráficas
» Intercalações de camadas sedimentares porosas e impermeáveis. » As armadilhas estratigráficas não têm relação direta com os esforços atuantes nas bacias sedimentares, e são determinadas por interações de fenômenos de caráter paleogeográfico.
Armadilha Estratigráfica (compressão vertical)
Armadilha Geológica / Trapa
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Armadilha Geológica / Trapa
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Armadilhas Combinadas ou Mistas
» Compreendem aquelas situações em que as acumulações de hidrocarbonetos têm controle tanto de elementos estruturais quanto estratigráficos.
Armadilha Geológica / Trapa
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Estrutural Anticlinal
Estratigráfica Falha
Discordância
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ROCHA SELANTE
Rocha Selante
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» Atendido as condições de geração, migração e reservatório, para que se dê a acumulação do petróleo, existe a necessidade de alguma barreira se interponha no seu caminho que é produzida pela rocha selante cuja a característica principal é a baixa permeabilidade. » Além da impermeabilidade, a rocha selante deve ser dotada de plasticidade, característica que capacita a manter sua condição selante mesmo após submetida a esforços determinantes de deformações não se fraturam. » Duas classes de rochas são selantes por excelência: •
•
os folhelhos e os evaporitos (sal).
Rocha Selante
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» A eficiência selante de uma rocha não depende só da espessura, mas também de sua extensão.
Sincronismo
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» Sincronismo é o fenômeno que faz com que as rochas geradoras, reservatório, selantes, trapas e migração se originem e se desenvolvam em uma escala de tempo adequada para a formação de acumulações de petróleo. » Assim sendo, uma vez iniciada a geração de hidrocarbonetos dentro de uma bacia sedimentar, após um soterramento adequado, o petróleo expulso da rocha geradora deve encontrar rotas de migração já formadas, seja por deformação estrutural anterior ou por seu próprio mecanismo de sobre pressão desenvolvido quando da geração.
Sincronismo
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» Da mesma maneira, a trapa já deve estar formada para trapear os fluidos migrantes, os reservatórios porosos já devem ter sido depositados, e não muito soterrados para perderem suas características permo-porosas originais, e as rochas selantes já devem estar presentes para impermeabilizar a armadilha. » Se estes elementos e fenômenos não seguirem uma ordem temporal favorável, o sincronismo, de nada adiantará a existência defasada de grandes estruturas, abundantes reservatórios e rochas geradoras com elevado teor de matéria orgânicas na bacia sedimentar.
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RELAÇÕES
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» Relações entre os tipos de rocha e sua função em uma acumulação de petróleo. •
*Reservatório quando fraturados.
Folhelhos
Arenitos
Calcários Evaporitos
Geradores* e Selantes Reservatórios Reservatórios * Geradores* e Selantes Selantes
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» Relações espaciais entre rocha geradoras, reservatório e selantes.
