Programa de Desenvolvimento de Fornecedores para o Setor de Óleo e Gás -MULTIFOR PLATEC PLATAFORMAS TECNOLÓGICAS PLATEC INOVAPETRO

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1 Programa de Desenvolvimento de Fornecedores para o Setor de Óleo e Gás -MULTIFOR PLATEC PLATAFORMAS TECNOLÓGICAS PLATEC INOVAPETRO

2 SERVIÇOS DE ANÁLISES DE PETROFÍSICA CONSIDERANDO RESERVATÓRIOS CONVENCIONAIS E NÃO CONVENCIONAIS (SHALE GAS E SHALE OIL).

3 APRESENTAÇÃO INOVA PETRO BNDS/FINEP/PETROBRAS LINHA TEMÁTICA RESERVATÓRIOS SERVIÇOS DE ANÁLISES DE PETROFÍSICA CONSIDERANDO RESERVATÓRIOS CONVENCIONAIS E NÃO CONVENCIONAIS (SHALE GAS E SHALE OIL).

4 DEFINIÇÃO O termo Petrofísica foi introduzido por Archie (1950) para descrever o estudo das propriedades físicas das rochas que dizem respeito à distribuição de fluidos em seus espaços porosos. Atualmente denomina-se Petrofísica todo o conjunto de disciplinas que tratam das propriedades físicas das rochas e minerais, tanto da matriz quanto de seus espaços porosos, e dos fluidos constituintes e intersticiais.

5 DEFINIÇÃO A investigação petrofísica pode ocorrer na escala de campo, por meio da perfilagem elétrica, ou na escala de bancada, por meio da medição laboratorial das propriedades físicas de amostras de rochas e fluidos. O conhecimento preciso das propriedades físicas das rochas é fundamental para uma interpretação realista dos dados geofísicos registrados em campo. A petrofísica é considerada um campo amplo e interdisciplinar, e por essa razão, seu arcabouço aglutina conhecimentos provenientes de diferentes áreas, como geologia, geofísica, química, mecânica, engenharia do petróleo, e outras. Sua aplicação é vasta e abrange praticamente todas as atividades relacionadas à exploração e produção de recursos minerais subterrâneos. É preciso traçar um paralelo com a vida cotidiana: a petrofísica está para as Geociências assim como os exames laboratoriais estão para a Medicina. Não há diagnóstico seguro sem ela

6 PETROFISICA EM AMOSTRAS AnálisesConvencionais Porosidade(phi) Permeabilidade(k) AnálisesEspeciais Pressão Capilar(Pc) Permeabilidade Relativa(Kr) Compressibilidade (Cr)

7 PETROFISICA EM AMOSTRAS TESTEMUNHAGEM fonte: `BAKER ATLAS Seções de 100 cm Descrição Embalagem Transporte

8 testemunho PETROFISICA EM AMOSTRAS broca

9 testemunho PETROFISICA EM AMOSTRAS

10 PETROFISICA EM AMOSTRAS

11 PETROFISICA EM AMOSTRAS TESTEMUNHAGEM fonte: `PETROBRAS Testemunho Serrado 02 Partes 1/3 e 2/3 Facilita a Descrição fonte: `PETROBRAS Amostragem 01 a 03/m Análises Petrofísicas

12 PETROFISICA EM AMOSTRAS TESTEMUNHAGEM fonte: `PETROBRAS Descrição da Litologia Fácies Sedimentares Ambiente Deposicional Análises Petrofísicas Porosidade Permeabilidade Pressão Capilar Permeabilidade Relativa Saturação de Fluidos Análises Geoquímicas Propriedades Mecânicas

13 POROSIDADE

14 POROSIDADE POROSIDADE A porosidade determina a capacidade de armazenamento do reservatório. É definida como a razão entre o volume de vazios, comumente denominado volume poroso, e o volume total da rocha, sendo expressa como uma fração ou uma porcentagem. Comumente varia entre: 10% a 40% em arenitos; 5% a 25% em carbonatos volume de vazios Φ = volume total

15 POROSIDADE POROSIDADE EM ARENITOS 1. Porosidade Intergranular (primária). São os espaços existentes entre os grãos detritais; 2. Microporosidade. São os pequenos espaços (menores que 2 μm) comumente associados com argilas autigênicas e detritais; 3. Dissolução (secundária). É o espaço poroso formado pela dissolução parcial ou total dos grãos do arcabouço ou dos cimentos; 4. Fraturas. É o espaço poroso associado com fraturas naturais

16 POROSIDADE POROSIDADE - MODELOS

17 POROSIDADE EM CARBONATOS POROSIDADE

18 POROSIDADE POROSIDADE TOTAL A porosidade total inclui todo o espaço poroso da rocha, sejam os poros interconectados ou isolados. As medidas de laboratório medem apenas o espaço poroso interconectado. As medidas de perfis medem a porosidade total. POROSIDADE EFETIVA É a porosidade decorrente do espaço poroso interconectado.

19 POROSIDADE DETERMINAÇÃO DO VOLUME POROSO - POROSIMETRO

20 PERMEABILIDADE

21 PERMEABILIDADE A permeabilidade é a propriedade que caracteriza a facilidade com que o meio poroso permite o fluxo de fluidos em reposta a um dado gradiente de pressão. A ΔP É uma medida da condutividade do material poroso para um dado fluido. Lei de Darcy k = Q. µ. L A ( P1 P2) L Q Q = vazão de água K = constante de proporcionalidade característica do meio poroso A = área transversal da amostra L = comprimento da amostra ΔP = P1 P2 = diferença de altura dos níveis d água dos manômetros UNIDADE : Darcy (d) ou MiliDarcy (md)

22 PERMEABILIDADE Quando existe apenas um fluido no meio poroso Permeabilidade Absoluta k Quando existe mais de um fluido Permeabilidade Efetiva no meio poroso ko, kw, kg Permeabilidade Relativa kro = ko/k

23 PERMEABILIDADE PERMEABILIMETRO PERMEABILIDADE Ensaios Triaxiais Mecânica de Rochas

24 POROSIDADE x PERMEABILIDADE PERMEABILIDADE

25 PRESSÃO CAPILAR

26 PRESSÃO CAPILAR A melhor maneira de se entender o conceito de pressão capilar é utilizar o clássico experimento dos tubos capilares em um recipiente com água. Neste sistema a água faz uma interface com o ar. Observa-se que a água sobe pelos capilares e alcança a maior altura nos tubos capilares de menor de diâmetro. Ar (ou óleo) água

27 PRESSÃO CAPILAR O conceito de pressão capilar pode ser utilizado para avaliar: a qualidade da rocha reservatório espessura efetiva saturações de fluidos capacidade de retenção da rocha selante profundidade de contatos de fluidos espessura da zona de transição aproximação da eficiência de recuperação primária ou secundária

28 PRESSÃO CAPILAR Colocando-se um tubo capilar em um fluido molhanteas forças adesivas puxam o fluido para dentro do tubo. A fase molhantesobe no capilar acima da interface original, ou superfície livre, até que as forças adesivas e gravitacionais se equilibrem. Como os fluidos tem diferentes densidades, tem também diferentes gradientes de pressão. A pressão capilar(p C ) é definida como a quantidade de pressão adicional requerida para forçar a fase não molhante a deslocar a fase molhante no capilar. P C = P m -P nm PC = ( ρ m -ρ nm ) g h Fase não-molhante P nm P C 2σcosθ P C = r C Superfície livre P m h P C = 0 Superfície livre ρ = densidade do fluido g = constante gravitacional h = altura acima da sup. Livre Fase molhante σ = tensão interfacial θ = ângulo de contato r = raio do capilar

29 PRESSÃO CAPILAR Bomba de mercúrio. Equipamento para obtenção da curva de pressão capilar em amostras de rocha para o sistema mercúrio-ar.

30 SATURAÇÃO DE FLUIDOS Os poros da rocha-reservatório são preenchidos por Óleo (So) Gás (Sg) Água (Sw) óleo água So + Sg + Sw = 1 gás Água conata, é a água móvel presente no reservatório. Água irredutível é a água aderida ao arcabouço da rocha, que não se desloca pelo meio poroso.

31 COMPRESSIBILIDADE Compressibilidade Efetiva da Formação (Cf) Volume inicial Vo Cf= Compressão P ΔV = Vo V1 V / Vo P Volume final V1 Os poros da rochareservatório estão cheios de fluidos, que exercem pressão sobre suas paredes. O volume dos poros é função da sua pressão interna. Ao ser retirada parte dos fluidos, a pressão cai e o volume dos poros reduz

32 COMPRESSIBILIDADE Compressibilidade Para a mesma queda de pressão C = V V 1 p gás V = C. V. p C = V V 1 p óleo água

33 PERMEABILIDADE RELATIVA normalizada pela Kabs Permeabilidade efetiva Permeabilidade relativa ko, kw (md) 100 ko kw kro krw kro, krw (md) Sw 100 (%) 0 Sw (%)

34 NOÇÕES DE PERFILAGEM

35 NOÇÕES DE PERFILAGEM

36 NOÇÕES DE PERFILAGEM OPERAÇÃO DE PERFILAGEM TERRA MAR fonte: Precision Drilling

37 NOÇÕES DE PERFILAGEM OPERAÇÃO DE PERFILAGEM fonte: Precision Drilling

38 NOÇÕES DE PERFILAGEM OPERAÇÃO DE PERFILAGEM fonte: Schlumberger

41 NOÇÕES DE PERFILAGEM POÇOS DE ALTO ÂNGULO ATRAVÉS DA TUBULAÇÃO TUBO FLEXÍVEL ACOPLADO NA TUBULAÇÃO fonte: `jpt

42 NOÇÕES DE PERFILAGEM EVOLUÇÃO DE EQUIPAMENTOS WIRELINE fonte: Schlumberger LWD fonte: Precision Drilling

43 NOÇÕES DE PERFILAGEM EVOLUÇÃO DE EQUIPAMENTOS COMPACT LINE Marca WEATHERFORD

44 ANALISE DE PERFIS e POROSIDADE

45 ANALISE DE PERFIS Ferramentas básicas de perfilagem a poço aberto : T I P O Correlação e litologia F E R R A M E N T A Raios Gama Potencial Espontâneo Resistividade Indução Laterolog Porosidade e litologia Densidade Neutrão Sônico Auxiliar Cáliper Teste a cabo Perfil de Imagem Ressonância Magnética Nuclear

46 ANALISE DE PERFIS

47 ANALISE DE PERFIS PERFIL DE RADIOATIVIDADE NATURAL GR DEFINIÇÃO RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA EMITIDA POR NÚCLEOS PROCESSO DE DECAIMENTO α β γ + CALOR RADIOATIVIDADE NATURAL TIPO DE ROCHA IDADE AMBIENTE DEPOSICIONAL

48 ANALISE DE PERFIS PERFIL DE RADIOATIVIDADE NATURAL GR ARENITOS CALCÁRIO DOLOMITO FOLHELHOS K 40 U 238 Th 232 ATIVIDADE K = 1 Th = 1300 U = 3600 EXCEÇÕES SAIS POTÁSSICOS ARENITOS RADIOATIVOS ARENITOS ARCOSIANOS

49 ANALISE DE PERFIS e POROSIDADE

50 ANALISE DE PERFIS PERFIL ELÉTRICO PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO B I Meio homogêneo infinito V 12 = ρ 12 I = I R 1 1 4π r1 r2 V -dv V A r Esferas Equipotenciais r + dr

51 ANALISE DE PERFIS PERFIL ELÉTRICO PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO CONFIGURAÇÃO NORMAL CONFIGURAÇÃO LATERAL GERADOR MEDIDOR GERADOR MEDIDOR B N N M M ESPAÇAMENTO A A B O

52 ANALISE DE PERFIS RESISTIVIDADE RESISTIVIDADE DA ÁGUA DE FORMAÇÃO Rw QUANTIDADE DE ÁGUA Sw GEOMETRIA DOS POROS CONECTIVIDADE

53 ANALISE DE PERFIS RESISTIVIDADE UNIDADE DE MEDIDA: ohm.m 2 /m PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO EMISSOR ELETRODO BOBINA SINAL CORRENTE CAMPO RECEPTOR ELETRODO BOBINA MEDIDA FACILIDADE AMPLITUDE RAIO DE INVESTIGAÇAO E RESOLUÇÃO VERTICAL DISTÂNCIA EMISSOR/RECEPTOR

55 ANALISE DE PERFIS PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO TEMPO DE TRÂNSITO LITOLOGIA POROSIDADE DESCONTINUIDADES ACÚSTICAS SALTOS DE CICLO RUGOSIDADE DA PAREDE DO POÇO ACAMAMENTO DAS ROCHAS FRATURAS FORMAÇÕES INCONSOLIDADAS ALTAS SATURAÇÕES DE GÁS Modificado de SCHLUMBERGER

56 ANALISE DE PERFIS PERFIL SÔNICO TEMPO DE TRÂNSITO LITOLOGIA POROSIDADE TEXTURA CONECTIVIDADE DOS GRÃOS v Modificado de SCHLUMBERGER ONDA COMPRESSIONAL ONDA CIZALHANTE ONDA STONELEY EFEITO DE HIDROCARBONETOS DESPREZÍVEL DISTÂNCIA RESOLUÇÃO VERTICAL ~ 61 cm PROFUNDIDADE DE INVESTIGAÇÃO cm TEMPO

57 ANALISE DE PERFIS PERFIL SÔNICO MATRIZ TEMPO DE TRÂNSITO CARACTERÍSTICO MEIO VELOCIDADE SÔNICA TEMPO DE TRÂNSITO (ft/s) (µ s/ft) ARENITO ,5-51,2 CALCÁRIO ,6-43,5 DOLOMITA ,5-38,5 ANIDRITA ,0 SAL ,0 ARGILA ,0-62,5 ÁGUA ,0-189,0 PETRÓLEO ,0 FERRO ,0 ÁGUA SALGADA: 189 µseg/ft ÁGUA DOCE: 200 µseg/ft

58 ANALISE DE PERFIS PERFIL SÔNICO Linha de t ma REGRA PRÁTICA ESCALA 40/140 µs/ft MARCAR LINHA t ma 20 DIVISÕES φ= 3,5%/DIVISÃO Cortesia: `PETROBRAS

60 ANALISE DE PERFIS PERFIL DENSIDADE BOMBARDEIO DE RAIOS GAMA PRODUÇÃO DE PARES (ELETRONS) 40 kev a 800 kev EFEITO COMPTON ρ b 125 kev EFEITO FOTOELÉTRICO P E FERRAMENTA CONVENCIONAL FDC FERRAMENTA LITODENSIDADE LDT/CDL

61 ANALISE DE PERFIS PERFIL DENSIDADE Junta Flexível Pressão Central sobre o Patim Junta Flexível Fonte: SCHLUMBERGER

62 ANALISE DE PERFIS PERFIL DENSIDADE CALIBRAÇÃO CALCÁRIOS PUROS ÁGUA DOCE BLOCOS DE Al e Mg JIG DE CAMPO Al RAIO DE INVESTIGAÇÃO: 15 cm RESOLUÇÃO VERTICAL: 25 cm

63 ANALISE DE PERFIS PERFIL DENSIDADE φ CÁLCULO DA POROSIDADE D = ρ ρ ma ma ρ b ρ f Adaptado: SCHLUMBERGER

64 ANALISE DE PERFIS PERFIL DENSIDADE MINERAIS Pe ρ b ρ e U DOLOMITA 3,142 2,870 2,864 9,000 CALCÁRIO 5,084 2,710 2,708 13,770 ARENITO 1,806 2,654 2,650 4,790 ANIDRITA 5,055 2,960 2,957 14,950 GIPSITA 3,420 2,320 2,372 8,110 HALITA 4,169 2,165 2,074 8,650 CLORITA 6,300 2,790 2,790 17,580 ILITA 3,450 2,520 2,520 8,690 CAOLINITA 1,830 2,410 2,410 4,410 MONTMORILONITA 2,040 2,120 2,120 4,320 CARVÃO 0,800 1,400 1,468 0,260 BARITA 266,800 4,500 4, ,000 HEMATITA 21,480 5,240 4, ,000 SILVITA 8,510 1,984 1,916 16,300 ZIRCÃO 69,100 4,560 4, ,000 Adaptado: SCHLUMBERGER

65 ANALISE DE PERFIS PERFIL DENSIDADE Linha de ρ ma REGRA PRÁTICA ESCALA 2,00/3,00 g/cc TRACK 4 20 DIVISÕES MARCAR LINHA ρ ma φ= 3,0%/DIVISÃO Cortesia: `PETROBRAS

67 ANALISE DE PERFIS PERFIL NEUTRÃO EMISSÃO DE NÊUTRONS DE ALTA ENERGIA NÊUTRONS RÁPIDOS - ESPECTROSCOPIA EPITERMAL DESACELERAÇÃO TERMAL DIFUSÃO CAPTURA

68 ANALISE DE PERFIS PERFIL NEUTRÃO Adaptado: SCHLUMBERGER

69 ANALISE DE PERFIS PERFIL NEUTRÃO FERRAMENTAS NEUTRON - NEUTRON TERMAL CNL NEUTRON - NEUTRON EPITERMAL SNP FONTE CRISTAIS DE Am-Be ou Pb-Be RAIO DE INVESTIGAÇÃO EPITERMAL - 23 cm TERMAL - 36 cm CALIBRAÇÃO POÇO PADRÃO UNIVERSIDADE DE HOUSTON CAMADAS DE CALCÁRIO COM 1,9% 19% 26%

70 ANALISE DE PERFIS PERFIL NEUTRÃO SALINIADE DA FORMAÇÃO φ, POROSIDADE DE ACORDO COM MATRIZ (u.p.) 0 kppm 250 kppm φcnl, POROSIDADE CALIBRADA MATRIZ CALCÁRIO (u.p.) Modificado de SCHLUMBERGER

71 ANALISE DE PERFIS PERFIL NEUTRÃO REGRA PRÁTICA ESCALA 0,45/-0,15 TRACK 4 20 DIVISÕES φ= 3,0%/DIVISÃO Linha de φ a = 0 Cortesia: `PETROBRAS

73 ANALISE DE PERFIS O que representa um perfil de imagem? Imagem de propriedade petrofísica da parede do poço Representa valores de rocha e fluido Valores expressos em escala de cores Pixels na direção y referem-se a profundidade Pixels na direção x referem-se ao ângulo em relação ao norte verdadeiro, parte alta do poço ou parte baixa do poço Qualquer perfil convencional pode ser convertido para imagem desde que suas leituras sejam azimutais e haja informação de inclinômetro

74 ANALISE DE PERFIS Como formar um perfil de imagem? Escala de Cores Valores x Cores Alinhamento Inclinômetro Perfil de Poço Pixels Código de Cores Perfil de Imagem Adaptado de TASK GEOSCIENCE (2010)

75 ANALISE DE PERFIS Ferramentas de Imagem Acústica

76 Imagem contínua em 360º no poço Mergulho de camadas litológicas Identificação de fraturas naturais e provocadas pela perfuraçao Pouca informação da textura das rochas Pode ser aplicado em poços perfurados com lama sintética ANALISE DE PERFIS

78 ANALISE DE PERFIS Ferramentas de Imagem Elétrica

80 ANALISE DE PERFIS RESERVATÓRIOS COM ARGILA LAMINAR E ESTRUTURAL CLASTOS DE ARGILA LAMINAÇÕES DE FOLHELHO ARENITO COM ÓLEO Adaptado de: Davies, 2005

82 ANALISE DE PERFIS Histórico da RMN Borg-Warner construíram equipamentos de RMN no final da década de Década de 1960 a Schlumberger construiu primeiras ferramentas de RMN apoiados nas pesquisas da Chevron e Shell. A principal aplicação era para medir a saturação de óleo residual e o índice de fluido livre. As ferramentas tinham baixa eficiência devido à baixa velocidade de perfilagem e da necessidade de dopar a lama. Início da década de 1990 a NUMAR lançou a primeira ferramenta de RMN com pulsos de radiofreqüência. A Schlumberger lançou a ferramenta CMR em 1995 A Halliburton e a Baker Atlas comercializam as ferramentas da NUMAR. Em 2002 primeiros equipamentos para LWD.

83 Equipamentos de RMN FERRAMENTAS - CMR ÁREA MEDIDA ZONA CEGA Fonte: SCHLUMBERGER

85 Equipamentos de RMN Fonte: Baker Atlas

86 ANALISE DE PERFIS CAMPO MAGNÉTICO NÚCLEOS ATÔMICOS QUEM TEM? MOMENTO MAGNÉTICO MOMENTO ANGULAR C 13 H 1 Na 23 F 19 P 31

87 ANALISE DE PERFIS Porosidade indepedente de Litologia Não precisa definir Matriz Não é afetada por capturadores de nêutrons Não precisa conhecer ρ m, ρ f para F RMN é sensível ao fluido Identifica Hidrocarbonetos Ìndice de Hidrogênio Polarização e Espaçamento entre echos Coeficiente de Difusão dos Fluidos RMN mede Distribuição de Tamanho de Poros Saturação de Água Irredutível Permeabilidade, K Relação entre (Água da Argila / Fluido Livre)

88 ANALISE DE PERFIS Tipo de Fluido para fase não molhante T1 Bulk Distribuição de tamanho de poros para fase molhante T1 Surf T1 Surf << T1 Bulk 1.2 POLARIZATION VS TIME Grãos Água Óleo POLARIZATION WATER POLARIZATION OIL POLARIZATION TOTAL POLARIZATION TIME (SEC) Tempo de Relaxamento (sec) Adaptado: Schlumberger

89 ANALISE DE PERFIS Água< Óleo < Gás Polarização Tempo de Exposição B0 (s) T1 Constante de Tempo Adaptado: Schlumberger

90 ANALISE DE PERFIS Phyllosilicate Pores Organic Pores Moncrieff 2009

91 TOC Estimation and Conventional Pore System Decreasing density porosity with decreasing depth ANALISE DE PERFIS More large pores decreasing depth TOC estimation comparison

92 ANALISE DE PERFIS Apply T2 Distribution

93 ANALISE DE PERFIS GR Ro & Rt DPHI (LS) T2_DIST TCMR ELAN Porosity CFF4 > 5ms TOC- Schmoker TOC-NMR Sw Trace Production Majority of Production

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