Introdução ao Petróleo

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2 Sumário O 1 Classificação do 2 Origem do 6 Formação Biogênica e Abiogênica Querogênio Processo de Exploração do 18 Grau API (American Petroleum Institute) 18 Classificação dos gases 20 2

3 O O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos (compostos orgânicos constituídos de carbono e hidrogênio) e contaminantes, apresentando-se nas fases gasosa (gás natural), liquida (óleo cru) ou sólida (xisto/betume). É caracterizado como uma substancia oleosa, inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e cor variando entre o negro e o castanho escuro O petróleo depois de formado não se acumula na rocha na qual foi gerado (conhecida como rocha geradora ou rocha matriz), ele migra sob ação de pressões do subsolo até encontrar uma rocha porosa. Se esta rocha porosa estiver cercada por uma rocha impermeável, o petróleo é aprisionado em seu interior. Caso as condições de porosidade da rocha e a quantidade acumulada de material formem uma jazida comercial, o petróleo é extraído deste reservatório. A localização, produção, transporte, processamento e distribuição dos hidrocarbonetos existentes nas rochas reservatório, definem os cinco segmentos básicos da indústria de petróleo: 1. Exploração - reconstrução da historia geológica, estudo de rochas e formações rochosas; 2. Explotação- técnicas envolvidas no desenvolvimento e na produção da reserva comprovada; 3. Processamento; 4. Transporte - localização afastada de refinarias e terminais, que resulta na necessidade de embarcações, caminhões, vagões, gasodutos e oleodutos; 5. Refino - processamento da mistura de hidrocarbonetos para a obtenção dos derivados utilizados em diversas aplicações; 1

4 6. Distribuição - comercialização dos produtos finais com as distribuidoras incumbidas de oferecêlos ao consumidor final. Não-energéticos (Nafta, gasóleo, solventes, parafinas, lubrificantes, asfalto). Parafina Normal ou Alcanos: sufixo ano - metano, propano... Aos dois primeiros segmentos da indústria de petróleo se denomina upstream (antes da produção) aos demais, downstream. O verdadeiro valor do petróleo está inserido nas muitas aplicações oferecidas pelos seus derivados. Os derivados oriundos do refino do petróleo cru podem ser diretamente comercializados para distribuidores e consumidores, ou servirem de matéria prima para outras indústrias. Os principais derivados gerados no processo de refino são: Combustíveis ou energéticos (Gás combustível, GLP, gasolina, querosene, óleo diesel, óleo combustível, coque); Parafínicos, Isoparafinas ou Isoalcanos: apresentam ramificações: prefixo iso-, sufixo -ano - isobutano, isopentano... Parafínicos Cíclicos ou Naftênicos: disposto na forma de anel: prefixo ciclo-, sufixo -ano - ciclopropano, ciclobutano... Oleofinas: sufixo -eno - eteno, propeno... Insaturados: dupla ligação, sufixo -eno; tripla ligação, sufixo -ino - propeno, buteno, propino, etino... Aromáticos: cadeias aromáticas - tolueno, benzeno... Classificação do Classe Parafínica (75% ou mais de parafinas): Estão presentes nesta classe óleos leves, fluidos ou de alto ponto de fluidez, 2

5 com densidade inferior a 0.85, teor de resinas e asfaltenos menor que 10% e viscosidade baixa, exceto nos casos de elevados teor de n-parafinas com alto peso molecular (alto ponto de fluidez). Classe Parafínico-Naftênica (50 70% parafinas, > 20% de naftênicos): Os óleos desta classe são os que apresentam um teor de resinas e asfaltenos entre 5 e 15%, baixo teor de enxofre (menos de 1%), teor de naftênicos entre 25 e 40%. Apresenta maiores valores de densidade e viscosidade comparados aos parafínicos. Classe Naftênica (> 70% de naftênicos): Apresentam baixo teor de enxofre e se originam da alteração bioquímica de óleos parafínicos e parafíniconaftênicos. Classe aromáticas intermediarias(> 50% de hidrocarbonetos aromáticos): Compreende óleos frequentemente pesados, contendo 10 a 30% de asfaltenos e resinas e teor de enxofre acima de 1%. A densidade usualmente é maior que Classe Aromático-Naftênica(> 35% de naftênicos): são derivados dos óleo parafínicos e parafínicos-naftênicos, podendo conter mais de 25% de resinas e asfaltenos e teor de enxofre entre 0.4 e 1% 3

6 Fração Gás residual; GLP Temperatura de Ebulição ( o C) Composição Aproximada Usos Até 40 C 1 C 2 ; C 3 C 4 Gás combustível, gás combustível engarrafado, uso domestico e industrial. Gasolina C 5 C 10 combustível de automóveis, solvente. Querosene C 11 C 12 iluminação, combustíveis de aviões a jato. Gasóleo leve C 13 C 17 diesel, fornos. Gasóleo pesado C 18 C 25 combustível, matéria prima para lubrificantes. Lubrificantes C 26 C 38 óleos lubrificantes. Resíduo Acima de 500 C 38 + asfalto, piche, impermeabilizante. 1 Exemplo A classificação do petróleo de acordo com seus constituintes, fez-se necessária quando se quer saber a quantidade das diversas frações que podem ser obtidas em seu refino, assim como sua composição e propriedades físicas. Quanto as classes de petróleo, são listadas, abaixo, algumas de suas peculiaridades: I- óleos leves, fluidos, ou de alto ponto de fluidez, com densidade inferior a 0.85 e teor de resinas e asfaltenos menor que 10% II- óleos com teor de resinas e asfaltenos entre 5 e 15%, baixo teor de enxofre e teor de naftênicos entre 25 e 40% 4

7 III- óleos com baixo teor de enxofre e que se originam da alteração bioquímica dos óleos parafínicos e parafinico-naftênico. IV- óleos pesados, contendo de 10 a 30% de asfaltenos e resinas e teor de enxofre acima de 1%. O teor de monoaromaticos é baixo e, em contrapartida, o teor de tiofenos e de dibenzotiofenos é elevado. A densidade usualmente é maior que 0,85. As peculiaridades acima correspondem respectivamente, às classes: (A)benzênicas, parafínicas, naftênicas e aromática. (B)naftênica, parafínica, parafínico-naftênica e aromática intermediaria (C)parafínica, parafínico-naftênica, naftênica e aromática intermediaria (D)aromática intermediaria, naftênica, parafínica e parafínico-naftênica (E)parafínico-naftênica, naftênica, aromática intermediaria e benzênicas. Solução: I- óleos leves, fluidos, ou de alto ponto de fluidez, com densidade inferior a 0.85 e teor de resinas e asfaltenos menor que 10% - Classe parafínico II- óleos com teor de resinas e asfaltenos entre 5 e 15%, baixo teor de enxofre e teor de naftênicos entre 25 e 40% - Classe parafínico-naftênica. III- óleos com baixo teor de enxofre e que se originam da alteração bioquímica dos óleos parafínicos e parafinico-naftênico. Classe naftênica IV- óleos pesados, contendo de 10 a 30% de asfaltenos e resinas e teor de enxofre acima de 1%. O teor de monoaromaticos é baixo e, em contrapar- 5

8 tida, o teor de tiofenos e de dibenzotiofenos é elevado. A densidade usualmente é maior que 0,85. - Classe aromática intermediaria Resposta: C Origem do Formação Biogênica e Abiogênica O tem origem a partir da matéria orgânica depositada junto com os sedimentos. Formação Biogênica: Se forma a partir de substâncias orgânicas procedentes da superfície terrestre (detritos orgânicos), que seriam soterrados. Com o incremento de temperatura, as moléculas do querogênio começariam a ser quebradas, gerando compostos orgânicos líquidos e gasosos, em um processo denominado catagênese. Para se ter uma acumulação de petróleo seria necessário que, após o processo de geração ( resse a migração do óleo e/ou gás através das camadas de rochas adjacentes e porosas, até encontrar uma rocha selante em uma estrutura geológica que detenha seu caminho, sob a qual ocorrerá a acumulação do óleo e/ou gás em uma rocha permeável chamada rocha reservatório. Formação abiogênica: depósitos profundos de hidrocarbonetos aprisionados durante a formação do planeta. A centenas de quilômetros de profundidade as moléculas de hidrocarbonetos (principalmente metano) migram do manto para a crosta ocorrendo complexação das moléculas. Nesta migração, gases primordiais como hélio e nitrogênio podem estar presentes e auxiliam no transporte. A presença de moléculas biológicas associadas aos hidrocar- cozinha de geração) e expulsão, ocor- 6

9 bonetos é estritamente relacionada á contaminação por micro-organismos (bactérias). Quando a mistura contêm uma maior porcentagem de moléculas pequenas seu estado físico é gasoso, quando a mistura contem moléculas maiores o seu estado físico é liquido nas CNTPs (Condições Normais de Temperatura e Pressão) de hidrocarbonetos. Durante esse processo, quando as rochas encontram-se a temperaturas da ordem de 80 o C, as moléculas de querogênio partem-se e dão origem ao óleo, com gás associado. Acima de 130 o C forma-se apenas gás e, passando dos 210 o C, os hidrocarbonetos desaparecem totalmente, restando apenas vestígios de carbono. o querogênio se transforma da seguinte maneira: Querogênio A mais importante rocha-fonte ou rocha geradora de óleo e gás é formada por camadas de sedimentos nos, ricos em matéria orgânica que, soterrados a uma profundidade mínima de 500 m, faz com que a rocha se comprima, diminuindo sua porosidade e submetendo-a, progressivamente, a maiores pressões e temperaturas. Este processo leva à transformação da matéria orgânica em querogênio, composto químico a partir do qual são gerados todos os tipos Diagênese: Logo após a deposição tem início a decomposição bioquímica da matéria orgânica, gerando o metano biogênico. Com o aumento de pressão e temperatura a matéria orgânica é con- 7

10 . vertida em em querogênio - matéria or- dação do hidrocarboneto gerado, dei- gânica amorfa com C, H e O. xando como remanescente grafite, CO2 Catagênese: com o aumento da pressão e algum metano. o querogênio se altera e a maioria do O processo de maturação do querogê- óleo cru é formado. Durante essa fase nio ocorre durante um período de mi- as moléculas maiores irão se dividir em lhões de anos. A localização numa for- moléculas menores e mais simples - cra- mação candidata a possuir petróleo queamento. passa por uma determinação da idade Metagênese: no estágio de formação do geológica que deve ser antiga o sufici- querogênio e do óleo cru produz-se gás ente para ocorrer a maturação do que- natural, principalmente na forma de me- rogênio, mas não tão antiga quanto o tano e o carbono residual, é deixado na período pré-cambriano - idade em que rocha-fonte. surgiram os primeiros seres vivos. Metamorfismo: A continuação do incremento de temperatura leva à degra- 8

11 2 Exemplo Para o início da cadeia dos eventos que culminam com a gênese do petróleo e gás natural é condição fundamental a ocorrência da associação dos seguintes importantes fatores, além da matéria orgânica: (A) Oxigênio em excesso e sedimentos. (B) Oxigênio em excesso e condições termoquímicas. (C) Sedimentos e condições termoquímicas. (D) Sedimentos e rocha reservatório. (E) Rocha reservatório e condições termoquímicas. Solução: Para ocorrer a formação de petróleo são necessárias condições anaeróbicas, por-tanto as alternativas a) e b) estão erradas. Rocha reservatório não é importante para a formação do petróleo, apenas para o armazenamento Resposta: C 9

12 3 Exemplo Analise os estágios evolutivos descritos a seguir. I. Diagênese - caracteriza-se por ocorrência de atividade bacteriana, a uma dada temperatura apropriada, onde existe a formação do querogênio. II. Catagênese - caracteriza-se por ocorrência de temperaturas mais que altas que a diagênese, onde o querogênio transforma em hidrocarbonetos líquidos e gasosos. III. Metagênese - caracteriza-se por ocorrências de temperaturas mais altas que a catagênese, onde há a transformação dos hidrocarbonetos líquidos em óleo pesado e gás. IV. Metamorfismo - caracteriza-se por temperaturas mais atlas que a metagênese, onde há transformação de dos hidrocarbonetos em xisto, gás carbônico e hidrogênio. Para que ocorra a geração do petróleo e gás natural é necessário que seja delineado um processo natural com os estágios: (A)I e II (B)I e III (C)I e IV (D)II e III (E)III e IV 10

13 Solução: Para ocorrer a geração de petróleo são necessárias a diagênese e a catagênese. Resposta: A Caiu no concurso! DRM-RJ - Engenheiro de Embora ainda seja objeto de estudos, a origem do petróleo tem como hipóteses de formação as teorias orgânicas (biogênica) e inorgânica (abiogênica). A teoria inorgânica é baseada na seguinte afirmativa: (A) Substâncias provenientes de fossilização das árvores e dos dinossauros extintos, ao serem depositados nos solos, e sob a ação de elevada pressão e temperatura, se-riam expulsas para regiões mais próximas da superfície e contaminadas por bactérias surfactantes, convertendo-se em petróleo. (B) Substâncias provenientes de fossilização das árvores e dos dinossauros extintos, ao serem depositadas nos solos, e sob a ação de elevada pressão e temperatura, teriam, ao longo de milhões de anos, se convertido em petróleo. (C) Substâncias provenientes da superfície da terra, ao serem depositadas no fundo de lagos e oceanos, e sob a ação de elevada pressão resultante, teriam, ao longo de milhões de anos, se convertido em petróleo. 11

14 (D) Devido à presença de metano no interior da terra, acredita-se que os hidrocarbonetos de maior massa molar teriam sido formados a partir dele, pela ação de elevada temperatura e pressão. Ao ser expulso para regiões mais próximas da superfície, o petróleo seria, então, contaminado por bactérias, que teriam, possivelmente, efeitos sobre sua composição. (E) Devido à presença de gás carbônico no interior da terra, acredita-se que os hidrocarbonetos de menor massa molar teriam sido formados a partir dele, pela ação de elevada temperatura e pressão. Ao ser expulso para regiões mais próximas da superfície, o petróleo seria, então, conta-minado por bactérias surfactantes, que teriam, provavelmente, efeitos sobre sua composição. Resposta: D Caiu no concurso! Petrobras - Engenheiro de Para que haja ocorrência de hidrocarbone-tos, por exemplo, em um campo de petróleo e gás, é essencial a disponibilidade de matéria orgânica original, sob a forma de querogênio, uma bacia sedimentar como repositório dessa matéria orgânica, onde haja rocha geradora e rocha reservatório, esta última com selagem, e uma janela de temperatura para a maturação do querogênio, associado a um gradiente geotérmico específico. A esse respeito para 12

15 que possa haver efetiva geração de hidrocarbonetos (óleo e gás), a combinação correta de parâmetros mais específicos, é: (A) Bacias sedimentares do tipo fossa tectônica (rifte) intracratônico; querogênio original do tipo sapropélico (tipo I); diagênese superficial; temperatura de, no máximo, 60 o C; gradiente geotérmico de 15 o C/km. (B) Bacias sedimentares continentais de margemativa; querogênio original do tipo misto (tipo II); diagênese à média profundidade (catagênese); temperatura de, no máximo 90 o C; gradiente geotérmico de 20 o C/km. (C) Bacias sedimentares somente do tipo apartação (pull-apart); querogênio original do tipo húmico (tipo III); diagênese profunda (metagênese); temperatura entre 70 e 110 o C; gradiente geotérmico de 15 a 20 o C/km. (D) Bacias sedimentares do tipo intracratônico, de margem ativa e de margem passiva, todas estruturadas; querogênio original dos tipos I, II e III; diagênese à média profundidade (catagênese) predominante; temperatura entre 80 e 130 o C; gradiente geotérmico em torno de 30 o C/km (E) Bacias sedimentares de margem passiva e de margem ativa, ambas bem estruturadas; querogênio original do tipos I e III; metagênese predominante; tempera-tura entre 70 e 100 o C; gradiente geotérmico menor que 25 o C/km. 13

16 Exemplo Petrobras - Engenheiro de Diversos fatores numa bacia sedimentar são essenciais para a ocorrência de uma acumulação de petróleo. Dentre esses, há os tipos de rochas matrizes, sedimentares e capeadoras, bem como a presença de armadilhas. As armadilhas se classificam em: (A) ígnea, sedimentar e metamórfica. (B) vulcânica, normal e inversa. (C) anticlival, sinclival e de arasto. (D) estratigráfica, estrutural e combinada. (E) angular, paralela e inversa. Solução: As armadilhas estruturais, ou trapas possíveis de se encontrar em uma formação são estratigráfica, estrutural, combinada e domos de sal. Armadilhas estruturais ocorrem em regiões em que a crosta esteve sujeita a compressão horizontal e formaram-se anticlíneos. Armadilhas estratigráficas ocorrem em regiões em que a crosta esteve sujeita a compressão vertical e ocorreram falhas selantes. Armadilhas combinadas ocorrem quando temos uma combinação dos dois tipos anteriores, ou seja, estruturais e estratigráficas. 14

17 Resposta: D Caiu no concurso! DRM-RJ - Engenheiro de Os folhelhos e os evaporitos (sal) são exemplos de classes de rochas selantes que, além da impermeabilidade, são dotadas de uma característica denominada plasticidade. Essa característica se traduz principalmente pela: (A) Capacidade de manter sua condição selante, mesmo quando submetida a esforços que geram solidificação das fases dos fluidos presentes em suas matrizes. (B) Capacidade de manter sua condição selante, mesmo quando submetida a esforços que geram cristalização de suas camadas. 15

18 (C) Capacidade de manter sua condição selante, mesmo quando submetida a esforços que geram deformações. (D) Capacidade de manter sua condição selante, mesmo quando submetida a esforços que geram evaporação dos líquidos presentes em suas camadas. (E) Capacidade de manter sua condição selante, mesmo quando submetida a esforços que geram mudanças de fase dos fluidos presentes em suas matrizes. Caiu no concurso! DRM-RJ - Engenheiro de Um dos requisitos para a formação de uma jazida de petróleo é a existência de armadilhas ou trapas, que podem ter diferentes origens, características e dimensões. Em relação a essas armadilhas são feitas as armações abaixo: I. Possuem camadas sedimentares deformadas (dobradas e/ou falhadas) e diápiros de sal. II. Não tem relação direta com os esforços atuantes nas bacias sedimentares e são determinadas por interações de fenômenos de caráter paleogeografico. III. Há situações em que as acumulações de hidrocarbonetos têm controle estrutural e controle das camadas de rochas. 16

19 A sequência das afirmações acima corresponde às classificações das armadilhas: (A) Combinadas, estruturais e mistas. (B) Estruturais, estratigráficas e mistas ou combinadas. (C) Mistas, estratigráficas e combinadas. (D) Estratigráficas, mistas ou combinas, e estruturais. (E) Estruturais, mistas ou combinadas, e estratigráficas. Resposta: B 17

20 Processo de Exploração do Exploração Descoberta/mapeamento do petróleo (Geologia/Geofísica) Aerofotogrametria Sísmica Satélite Poços descobridores (pioneiros) Confirmação da presença do petróleo. Delimitação Perfuração de novos poços para estimar as dimensões do reservatório Desenvolvimento Perfuração/completação dos poços que irão colocar o campo em produção Produção Abandono Os poços, perfurados e completados, são colocados para produzir Quando não há mais viabilidade econômica. Grau API (American Petroleum Institute) A densidade de um liquido ou de uma mistura líquida pode também ser expressa em graus API ( o API),que é uma função hiperbólica da densidade, bastante usada na indústria do petróleo: o AP I = 141, 5 ρ Onde manipulando temos ρ = 131, 5 141, 5 o AP I + 131, 5 Este indice mensura o valor agregado do óleo, ou seja, quanto mais denso for o 18

21 petróleo, mais difícil será a separação de seus derivados, aumentando o custo de operação. leve ou de base Parafínica: Possui o API maior que 31,1. Contém, além de alcanos, uma porcentagem de 15 a 25 % de cicloalcanos. médio ou de base Naftênica: Possui o API entre 22,3 e 31,1. Além de alcanos, contém também de 25 a 30 % de hidrocarbonetos aromáticos. pesado ou de base Aromática: Possui o API menor que 22,3 e é constituído, praticamente, só de hidrocarbonetos aromáticos. extra-pesado: Possui o API menor que 10. Exemplo DRM-RJ - Engenheiro de O Grau API é uma escala hidrométrica idealizada pelo American Petroleum institute - API, juntamente com a National Bureau of Standard e é utilizada para medir a densidade relativa de líquidos. Considerando que um óleo modelo possui grau API igual a 30, pode-se armar que a sua densidade relativa corresponde a: (A) 0,825 19

22 (B) 0,925 (C) 0,725 (D) 1,025 (E) 0,625 Solução: Se o grau API deste petróleo é 30, utilizando a seguinte expressão: ρ = temos ρ = 0, 825 (densidade relativa) Resposta: A 141, 5 o AP I + 131, 5 Classificação dos gases Gás Associado: provém de um reservatório produtor de óleo, podendo ele estar em solução com a massa de óleo ou em estado livre, formando a denominada capa de gás. Boa parte do gás é utilizada pelo próprio sistema de produção, podendo ser usada em processos conhecidos como reinjeção e gás lift, com a finalidade de aumentar a recuperação consumida para geração de energia para a própria unidade de produção, que normalmente fica em locais isolados. Ex: Campo de Urucu no Estado do Amazonas. Gás Não-Associado: provém de um reservatório de gás (sem a presença de óleo ou em presença de quantidades muito pequenas de óleo. Nesse caso só se justifica comercialmente produzir o gás. Ex: Campo de San Alberto na Bolivia. de petróleo do reservatório, ou mesmo 20

23 condições de pressão e temperatura de separação é denominado condensado. O condensado é constituído pelos hidrocarbonetos mais pesado do gás natural. Se os hidrocarbonetos permanecem na fase líquida nas condições atmosféricas, o líquido resultante é denominado condensado estabilizado. Gás Úmido: mistura de hidrocarbonetos que, embora originalmente na fase gasosa em condições de reservatório, venha a apresentar a formação de líquidos em diferentes condições de subsuperfície ou de superfície. Gás Seco: mistura de hidrocarbonetos que permanece inteiramente na fase gasosa em quaisquer condições de subsuperfície ou de superfície. O líquido do gás natural obtido em processos convencionais de separação de campo e mantido na fase líquida nas Exemplo Petrobras - Técnico Nível Superior - Exploração e Produção O gás natural produzido em uma jazida onde é encontrado dissolvido no petróleo ou em contato direto com o petróleo subjacente, saturado de gás, denomina-se gás: (A) Seco (B) Livre 21

24 (C) Residual (D) Associado (E) Não-associado Solução: Este gás como está dissolvido no petróleo é denominado gás associado. Resposta: D Exemplo Petrobras - Eng. de Jr. - Engenharia de A viscosidade do óleo tem uma forte influência da temperatura, da pressão, do o API, da razão de solubilidade e da densidade do gás dissolvido. Neste sentido, a viscosidade é: (A) Menor quando se aumenta a temperatura e a pressão. (B) Menor quando se aumentam o o API e a densidade do gás dissolvido. (C) Menor quando se aumentam a temperatura e a razão de solubilidade. (D) Maior quando se aumentam a pressão e o o API. (E) Mairo quanto maior forem o o API e a temperatura. Solução: Sabemos que a viscosidade é influenciada diretamente pela temperatura e densidade, quanto maior for a temperatura, mais fácil o liquido tende a escorrer, então sua viscosidade é menor, assim quanto maior a razão de solubilidade, menor será a densidade do fluido, e menor será sua viscosidade. 22

25 Resposta: C 23