PETRÓLEO E GÁS NATURAL. Módulo II (Dia 01) IEE-USP Março/2015 Prof. Estanislau Luczynski

Transcrição

1 PETRÓLEO E GÁS NATURAL Módulo II (Dia 01) IEE-USP Março/2015 Prof. Estanislau Luczynski

2 MÓDULO II Petróleo Não Convencional

3 Módulo II Petróleo Não Convencional: O que é? Petróleo extrapesado. Areias betuminosas. Módulo II Roteiro

4 O QUE É (SÃO)?

5 PETRÓLEO NÃO CONVENCIONAL PETRÓLEO CONVENCIONAL PETRÓLEO NÃO CONVENCIONAL DIVERSAS CONOTAÇÕES Perfuração vertical Outra que não a perfuração vertical P.ex.: Perfuração horizontal

6 Entre 1960 e 1970 Recursos em águas profundas que necessitavam de novas tecnologias 400m RECURSO NÃO CONVENCIONAL Dinâmica (mutável ao longo do tempo) Densidade dos recursos Localização dos recursos Baixo teor com extração difícil Emissão de carbono acima do desejável (Com novas tecnologias)

7 Não Convencional (hoje) Convencional (amanhã)

8 PORÉM...

9 CLASSIFICAÇÃO Petróleo ou Gás Natural Não Convencional Conjunto de Situações Válidas em Qualquer Tempo Tecnologia (extração e produção) Composição química Viscosidade Densidade Economia Volume Frequência Duração da produção

10 SÍNTESE Petróleo ou Gás Natural Hidrocarbonetos com Propriedades Químicas Semelhantes Reservatórios com Baixa Permeabilidade

11 PORTANTO O PETRÓLEO NÃO CONVENCIONAL PODE PERTENCER A UMA DAS TRÊS CATEGORIAS...

12 Categoria I: Material quimicamente semelhante ao petróleo, extraído por aquecimento in situ folhelho pirobetuminoso. Categoria II: Material (betume) extraído das areias betuminosas. Categoria III: Petróleos com densidade baixa (pouco fluxo) em reservatórios de baixa permeabilidade recuperação por técnicas termais (NETL, 2010).

13 Para efeitos práticos, a tecnologia pode ser entendida como o limite entre petróleo convencional e não convencional: Petróleo convencional é aquele que é extraído por técnicas tradicionais. Os não convencionais só podem ser produzidos por outras técnicas que não envolvam: o bombeamento em estado natural, um poço normal e tampouco aquecimento ou diluição (Gordon, 2012; AAPG, 2012).

14 DOE/USA Petróleos Não Convencionais Localização Imprecisa Volume Desconhecido Tecnologia de Acesso Indisponível Antieconômico Difícil Manuseio Industrial

15 PETRÓLEOS NÃO CONVENCIONAIS Dificuldades de Extração Investimento ou Economia Desenvolvimento ou Acesso - Localização - Profundidade - Dependem das Novas Tecnologias - Dificuldades de Acesso - Dados Subestimados - Formação Geológica - Novas Tecnologias - Diminuição do Petróleo Convencional - Restrições Técnicas à Produção Fonte: Andreev & Roberts (2012).

16 PETRÓLEOS NÃO CONVENCIOAIS Produção mais custosa. Maior distribuição espacial. Menor eficiência energética. Maior emissão de CO 2. ABORDAGEM Quando há dificuldade em se provar a existência de hidrocarbonetos a uma área restrita ou armadilha ou ainda os reservatórios se espalham por uma grande área, porém em baixa concentração. Mais impurezas. Fonte: Noel (2011).

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18 NPC (2011) Petróleos Não Convencionais Areias Betuminosas Petróleo em Estratos de Baixa Permeabilidade (tight oil ou oil shale) Petróleo de Folhelho Pirobetuminoso (shale oil)

19 IDÉIA GENERALIZADA Não Convencionais Também são Não Convencionais Óleos Pesados (nem sempre!!!) Extra pesados Tight Oil Shale Oil (óleos leves)

20 PETRÓLEOS DE TRANSIÇÃO

21 PETRÓLEOS DE TRANSIÇÃO Sem Fluxo em Condições de Reservatório Composição Convencional Produzidos com Tecnologias Emergentes AVANÇO TECNOLÓGICO Petróleo de Transição Petróleo Convencional Extração Difícil

22 PETRÓLEO DE TRANSIÇÃO Transição até Convencional Evolução da Tecnologia de Extração Óleo em Folhelho Extraído por Fraturamento Óleo > m de lâmina d água Ultra deep oil Extrapesados Semissólidos (areias betuminosas) Folhelho Pirobetuminoso (oil shale) Combustíveis Líquidos Derivados do Carvão??? Fonte: Gordon (2012).

23 Às vezes, os petróleos de transição também são denominados de petróleos extremos, devido as dificuldades de extração ou se tratar de fronteiras ainda com vistas à exploração. Porém, o termo não é unânime, pois em inglês (extreme oil) é o mesmo nome de uma empresa de petróleo. Portanto...

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25 DESENVOLVIMENTO DOS PETRÓLEOS DE TRANSIÇÃO (OU DOS NÃO CONVENCIONAIS) Incentivo à extração das ocorrências gasosas também consideradas como não convencionais, caso do gás em folhelho.

26 DITO ISTO...

27 PETRÓLEOS COM BASE NA EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA DE EXTRAÇÃO Convencionais De Transição Não Convencionais Petróleo bruto Óleos pesados Óleos extrapesados Líquidos de gás natural Óleos ultra profundos Betumes naturais Condensados Óleo de folhelho Óleo de folhelho pirobetuminoso Fonte: Gordon (2012). **Óleo de folhelho pirobetuminoso= querogênio.

28 Diferenças entre Petróleos... Como Estabelecer?

29 Grau o API SALAMEH (2012) Petróleos Convencionais X Petróleos Não Convencionais Taxa de Recuperação Produtividade Fatores Ambientais Energia Gasta na Produção

30 DIFERENÇAS ENTRE PETRÓLEOS CONVENCIONAIS E NÃO CONVENCIONAIS Fator Convencional Não Convencional o API 22 a 45 7 a 8 Fator de recuperação (FR) 34% 5% a 10% % Produtividade 100 bbl/d 05 bbl a 10 bbl/d Emissões GHG 64 kg/bbl 75 kg/bbl Pressão de reservatório Sim Não Diluentes Não Sim % Fluxo Livre Viscoso e semissólido Custos de produção US$ 01 a 10/bbl US$ 40/bbl a US$ 60/bbl Classificação Bruto Não Fonte: Salameh (2012).

31 As diferenças entre petróleos convencionais são mais comumente estabelecidas com base em dois parâmetros: 1) Grau o API. Padrão universalmente aceito em termos comerciais. Todavia, esse parâmetro por si só, ao ignorar os aspectos tecnológicos e as outras propriedades físico-químicas envolvidas, pode contribuir para aumentar a superposição de definições. 2) Viscosidade. A viscosidade está diretamente ligada à fluidez do petróleo em reservatório. Dependendo do grau de viscosidade, pode ser necessário e emprego de técnicas de recuperação termal.

32 o API Bbl (quantidade) Bbl (equivalente) Não convencional 7 a Convencional (pesado) 22-0,33 Convencional (médio) 22 a 31-0,25 Convencional (light or sweet) 31 a 45-0,20 Fonte: Salameh (2012). Faixas de Densidade para Diferentes Tipos de Petróleo

33 Importante!!!

34 A alta viscosidade é comum aos óleos não convencionais. Contudo, às vezes a viscosidade pode estar em parâmetros adequados de fluidez, porém o reservatório possui baixa permeabilidade e a extração só é possível por faturamento. As limitações na aplicação da viscosidade como único critério reside nos óleos pesados. Petróleos nessa faixa podem ser convencionais, em termos de composição, contudo não convencionais em termos de tecnologia empregada na extração.

35 O Mais Adequado é uma Associação o API + Viscosidade (cp)

36 Fonte: Cander, Viscosidade entre Petróleos cp (25 o C) o API Água 1,0 10 Betume a a 10 Óleo pesado 100 a a 20 Black oil 2 a a 45 Óleo volátil 0,25 a 2 30 a 55 Gás natural < 0,25 -

37 Dominado o Grau o API, Vamos a Definição do Petróleo Pesado. Antes, Outro Triângulo...

38 NOVAS FRONTEIRAS EXPLORATÓRIAS PARA O PETRÓLEO Petróleo fácil de extrair (onshore) Extração mais lenta, difícil e cara. Maior emissão de CO 2. Petróleo em águas rosas (onshore) Petróleo pesado, onshore. Areias betuminosas Petróleo em águas ultra profundas Petróleo no círculo polar Folhelho pirobetuminoso

39 Petróleo pesado: O termo petróleo pesado é aplicado rotineiramente aos óleos com viscosidade elevada e de baixa densidade (menor o API) quando comparado ao petróleo convencional. Contudo ainda se trata de uma visão generalista, pois o termo pesado está associado às condições de reservatório, em que os óleos mostram uma viscosidade elevada e, portanto, menor mobilidade em relação aos óleos convencionais.

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41 A classificação dos óleos pesados se torna possível a partir de suas propriedades físico-químicas elementares: Viscosidade elevada. Baixa densidade. Ambas diretamente ligadas às possibilidades de recuperação, porém dentro de parâmetros restritos capazes de diferenciá-los de outros petróleos com propriedades semelhantes.

42 Contudo, a viscosidade passa a ser a propriedade mais importante, pois está diretamente ligada às possibilidades de recuperação, métodos de extração e transporte, além de ser dependente da temperatura (Meyer & de Witt Jr., 1990).

43 Um mesmo petróleo pode ter viscosidades diferentes entre o reservatório e a superfície. De modo geral, quanto mais viscoso o óleo, menor a fluidez e, para a extração, pode ser necessário algum processo que diminua a viscosidade em condições de reservatório.

44 As alterações de fluidez se dão à viscosidade de 300 centipoise (cp). > 300 cp = Marcadamente pesados e com menor fluidez. < 300 cp = Considerados leves e com maior fluidez (Cornelius, 1987).

45 A faixa de viscosidade está diretamente ligada aos métodos de recuperação termal normalmente utilizados para esses petróleos: > 100 cp, início da recuperação termal, pois já não é mais possível o bombeamento a frio cp, a recuperação termal já não é mais efetiva (Meyer & de Witt Jr., 1990).

46 Não obstante, os limites estabelecidos pela viscosidade e densidade, há, também, um conjunto de outras características que são atribuídas aos óleos pesados: a) Ocorrem em profundidades entre 300 m e m. b) Podem ser explorados in situ. c) Apresentam baixa proporção de moléculas parafínicas e naftênicas leves (voláteis presentes nos óleos leves). d) Cerca de 50% ou mais de compostos aromáticos, e registram a presença de asfaltenos, nitrogênio, enxofre e oxigênio.

47 E o Petróleo Extra Pesado?

48 Petróleo extra pesado: Óleos extra pesados apresentam propriedades físicas (como viscosidade elevada e quase solidez) e composição química (grandes concentrações de enxofre e de metais como níquel e vanádio) que os levam a ser considerados como petróleos não convencionais (NPC, 2011).

49 De modo geral, petróleos extra pesados mostram três características comuns (NPC, 2011): 1) A viscosidade elevada confere ao óleo o comportamento de quase solidez em temperatura ambiente e o fluxo em condições de reservatório é lento, a ponto de as taxas de produção serem menores que para os óleos leves. 2) A densidade é muito próxima e, às vezes, excede a da água. 3) Não podem ser produzidos, transportados ou refinados por métodos convencionais. Em geral, o emprego das técnicas termais auxilia a recuperação. Contudo, as possibilidades de aplicação variam de reservatório para reservatório.

50 Importante!!!

51 Fonte: Meyer & Athanasi, Petróleos Pesados x Extra Pesados Viscosidade (cp) Densidade ( o API) Pesado < o a 20 o Extra pesado >100 e < < 10 o

52 Petróleo: Viscosidade e Mobilidade em Condições de Reservatório o API cp Condição Médio Móvel Pesado < 25 < 22* * - Móvel Extra pesado < 20 < 10* * Móvel Betume 7-12 < 10* 7-12 > * > Imóvel Folhelho P Imóvel** **Sem permeabilidade. O reservatório é a rocha fonte. A extração se dá por mineração. Fonte: Cupic, 2003**; Paskiewicz, 2012; AMEC*

53 cp Semelhante ao Betume a Doce de leite Extra pesado a Melaço ou ketchup Pesado a Mel Viscoso 100 Xarope de melaço Leve 1 a 10 Óleo de milho Fonte: BP (2011). Mobilidade Comparativa dos Petróleos

54 Exemplos de Extra Pesados: Areias Betuminosas e Betumes Naturais

55 Areias Betuminosas: Existem cerca de 70 ocorrências registradas no Mundo. As mais conhecidas (produtoras) são: Athabasca (Canadá). Venezuela (Parte norte do Orinoco). La Brea (Califórnia). O óleo extraído das areias betuminosas (syncrude) possui grau o API 10.

56 Comparação entre Diferentes Densidades o API Petróleos leves > 30 Maioria dos petróleos 25 Condensados > 40 Ultra pesados 13 Areias betuminosas (syncrude) 10 Água 10 Não fluem (antieconômicos) < 10

57 Alguns autores (Meyer et al., 2007) também denominam esses óleos de betumes naturais, pois compartilham com os óleos extra pesados a origem, i.,e ambos são produtos a partir da alteração dos petróleos convencionais, além de outras características, como: A viscosidade elevada e densidade baixa, reflexos do baixo grau o API. Teor acima de 50% em asfaltenos (compostos mais pesados e de maior ponto de ebulição). Hidrocarbonetos com heteroátomos (átomos diferentes do carbono e hidrogênio).

58 Para o Serviço Geológico dos EUA (USGS), a praxe é representar no mesmo mapa os recursos de areias betuminosas e betume natural. Atualmente, areias betuminosas (oil sands ou tar sands ou bituminous sands) se aplica apenas aos recursos canadenses. Ocorrências semelhantes são denominadas de betumes naturais (mapa da Shell, a seguir).

59 Ocorrências de Petróleo Extra Pesado

60 Origem das Areias Betuminosas

61 Lembram do Conceito de Migração? Vamos Precisar Agora!!! Pensando...Pensando...Pensando... (arquivo corrompido...)

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64 Importância das Areias Betuminosas

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66 Reservas Provadas e Não Provadas de Areias Betuminosas Continente Bbbl América do Norte 2.573,3 Ásia 76,3 América do Sul 50,5 Europa 20,5 África 1,1 Oriente Médio - Sudoeste da Ásia - Total (Tbbl) 2.772

67 Distribuição de Petróleo Pesado e Betume Natural Tecnicamente Recuperável em Bilhões de Barris de Óleo (BBO). Petróleo Pesado Região Fator de recuperação Tecnicamente recuperável (BBO) Fator de recuperação Betume Natural Tecnicamente recuperável (BBO) América do Norte 0,19 35,3 0,32 530,9 América do Sul 0,13 265,7 0,09 0,1 África 0,18 7,2 0,10 43,0 Europa 0,15 4,9 0,14 0,2 Oriente Médio 0,12 78,2 0,10 0,0 Ásia 0,14 29,6 0,16 42,8 Rússia 0,13 13,4 0,13 33,7* Mundo - 434,3-650,7 Fonte: Meyer & Attanasi (2003). * Existem 212, 4 Bbbl de betume natural in place em pequenos depósitos e na Sibéria.

68 Comparação entre as Reservas Canadenses de Areias Betuminosas e o Restante do Mundo (incluindo óleos pesados).

69 SE AINDA NÃO ESTÁ CLARO... Extra pesados e betumes naturais têm Viscosidade elevada e baixa densidade. Não é bem assim... Então, são sinônimos ou correlatos?

70 Diferenças entre Betumes Naturais, Extra Pesados e Pesados *Em condições de reservatório. Fonte: Danyluk, et al., (1984) apud Schenk et al., (2006). o API Viscosidade (cp)* Betumes naturais < 10 > Extra pesados <10 < Pesados 10 a a

71 COMO DIFERENCIAR? MODO PRÁTICO Pesado Com fase gasosa Extra pesado Com fase gasosa Areias betuminosas betumes naturais Sem fase gasosa

72 IMPORTÂNCIA Pesados Extra pesados Areias betuminosas Betumes naturais Maior volume em relação ao petróleo convencional 1 Tbbl Convencional recuperáveis 5,4 Tbbl Pes + ext pes + a bet + bet nat Recuperáveis

73 -Petróleos leves 40% gasolina. -Petróleos pesados 15% de gasolina.

74 Principais Projetos

75 Província de Alberta, Athabasca Tar Sands (Canadá) Investimento US$ 5 a 10 B, antes do primeiro barril

76 Cinturão do Norte do Rio Orinoco - Venezuela

77 Meio Ambiente

78 Mineração de Areias Betuminosas - Canadá

79 Formação de Paisagem Lunar - 01 bbl de areias betuminosas consome 6 bbl de água, i.e., 159 l de óleo consomem 954 l de água cf de gás natural. - 30% de benzeno. Mineração de Areias Betuminosas Antes e Depois (Alberta/Canadá)

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81 Referências: ANDREEV & ROBERTS, Unconventional Oil and Gas Resources: new challenge for industry, great oppotunities for YP s. CANDER, H What are Unconventional Resources? A Simple Definition Using Viscosity and Permability. AAPG. CORNELIUS, C.D Classification of Natural Bitumen: a physical and chemical approach. AAPG CUPIC, F Extra Heavy Oil and Bitumen: Impact of Tecnologies on the Recovery Factor. TOTAL. DEFFEYES, K.S Beyond Oil: the view from Hubbert s peak. Hill and Wang, New York. GORDON, D Understanding Unconventional Oil. The Carnegie Papers. MEYER, R.F.; ATHANASI, M.D Heavy Oil and Natural Bitumen: strategic petroleum resources. USGS. MEYER, R.F. & de WITT, Jr, W Definition and World Resources of Natural Bitumen. USGS. NETL, Unconventional Fossil Energy: domestic resources, opportunities and technology applications. National Technology Energy Laboratory. NOEL, M.D The Promise of Unconventional Oil. Edgeworth Economics. NPC, Unconventional Oil. National Petroleum Council. PASKIEWICZ, L Extra Heavy Oils in the World Energy Supply. TOTAL. SALAMEH, M.G The Potential of Unconventional Oil Resources: between expediency and reality. International Association for Energy Economics. SCHENKE, C.J. et al., Natural Bitumen Resources of the United States. USGS.

82 SÍNTESE

83 Pesados, extra pesados, betumes naturais e areias betuminosas são não convencionais devido: Tecnologia de acesso. Viscosidade. Densidade. Custos maiores. Baixo rendimento. Porém...

84 Um petróleo não convencional depende da transição tecnológica. Não convencional hoje, amanhã convencional. Nem todo pesado ou extra pesado é não convencional: Brasil (pesado). Venezuela (extra pesado). Canadá (extra pesado). Tecnologia consolidada, segundo a realidade econômica.