AGG 209 INTRODUÇÃO À PETROFÍSICA AULA 1

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1 AGG 209 INTRODUÇÃO À PETROFÍSICA AULA 1 O QUE É PETROFÍSICA? 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. A Petrofísica estuda todos os aspectos teóricos e experimentais referentes à determinação das propriedades físicas das rochas, bem como as causas de suas variações no tempo e no espaço. Ela vai além do estudo clássico de caracterização de reservatórios, podendo ser empregada em problemas que vão da geo-engenharia e da geologia ambiental até a determinação de estruturas de grande escala na litosfera terrestre. DOS DADOS GEOFÍSICOS AOS MODELOS GEOLÓGICOS A interpretação dos dados geofísicos é feita em três etapas (ver esquema abaixo). Inicia-se o processo com a aquisição de dados, que são corrigidos e calibrados, fornecendo uma carta ou um perfil geofísico. A seguir, esses dados são interpretados de modo a fornecer uma distribuição das propriedades físicas do meio. A relação entre as grandezas obtidas nos métodos geofísicos (campo de gravidade, campo magnético, diferença de potencial elétrico etc.) e as diferentes propriedades físicas do meio estudado (densidade, susceptibilidade magnética, condutividade etc.) é dada pelas equações fundamentais de cada método geofísico. Por fim, a distribuição de propriedades físicas determinada anteriormente é transformada numa outra distribuição de propriedades, relevantes para um dado problema geofísico ou geotécnico. Essa última etapa depende de modelos teóricos ou de relações empíricas estabelecidas a partir dos estudos petrofísicos. 1

2 DADOS OBTIDOS NO CAMPO DISTRIBUIÇÃO DA PROPRIEDADE FÍSICA MODELO:REPRESENTA A GEOLOGIA OU PARÂMETRO DE INTERESSE EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS DE CADA MÉTODO RELAÇÕES EMPÍRICAS Para exemplificar tomemos o exemplo de um levantamento elétrico, no qual a resistividade do meio é obtida a partir de medidas de diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Dependendo do tipo de ensaio de campo pode-se obter um perfil, um mapa ou mesmo uma representação tri-dimensional da distribuição de resistividades de uma certa área. Essa propriedade não é de interesse direto para estudos hidrogeológicos, geotécnicos ou para estudos de contaminação. Mas outras propriedades derivadas da resistividade o são, como a porosidade, a salinidade ou a concentração de contaminantes dissolvidos na água. O caso da relação entre resistividade (R) e porosidade (Φ) é clássico, tendo sido definido por Archie ainda em 1942: R = R. F = R a.( Φ 0 w w m Onde R 0 e R w são as resistividades da rocha saturada e da água, respectivamente. A primeira é medida em campo, a segunda é obtida em medidas de laboratório. F é o fator de formação, que é controlado pela porosidade (Φ), pelo fator a (relacionado à tortuosidade dos espaços porosos) e o expoente m que é chamado de expoente de cimentação. Tanto a quanto m são definidos empiricamente. Note que para obter a propriedade desejada (porosidade) a partir da propriedade determinada pelo método geofísico (resistividade) é necessário fornecer informações adicionais, advindas do conhecimento geológico, tais como o coeficiente de cimentação e a tortuosidade. Do mesmo modo que utilizamos uma propriedade física (resistividade) para determinar uma outra propriedade física (porosidade), podemos utilizar a distribuição de uma propriedade física para formular um modelo geológico. Nesse caso, as informações geológicas a serem fornecidas são ainda mais importantes para uma boa interpretação. Para elaborar um modelo geológico realista a partir dos dados geofísicos, deve-se levar em conta como a propriedade física medida é afetada por diferentes fatores, incluindo o tipo de rocha ) 2

3 aflorante e o contexto geológico da área estudada, a composição mineral das diferentes camadas, pressão, temperatura etc. AMOSTRAGEM PARA ESTUDOS PETROFÍSICOS A tarefa mais difícil no estudo de propriedades físicas é a escolha de uma amostra adequada, que seja de fato representativa do contexto geológico ou geofísico de uma área. Para planejar uma amostragem deve-se considerar: as dimensões da área de interesse (uma área pequena, uma cidade, um estado, toda a Terra?), a variabilidade espacial da propriedade física de interesse (meio homogêneo ou heterogêneo), a variabilidade direcional da propriedade física de interesse (meio isotrópico ou anisotrópico) e as características geológicas do objeto de estudo. As principais considerações a serem feitas são: Ruído de amostragem. Uma boa amostragem deve representar as variações espaciais e direcionais da propriedade física de interesse. Uma distribuição inadequada das amostras pode levar a erros de representatividade, ou ruídos de amostragem. Por exemplo, meios estratificados amostrados na horizontal, representando apenas uma camada. Ruído geológico. As rochas apresentam uma grande variabilidade nos valores de suas propriedades físicas. Para algumas propriedades físicas, como a resistividade ou a susceptibilidade magnética, as variações para um mesmo tipo de rocha podem ser de várias ordens de grandeza. Essa variação é denominada ruído geológico. Portanto, é necessário obter um número significativo de amostras de modo a obter um valor médio (e um desvio) representativo da propriedade física de interesse. Coleta e manipulação da amostra. Durante a coleta e transporte da amostra até o laboratório, deve-se tomar todas as precauções para evitar contaminações e para que as condições originais sejam preservadas (orientação tridimensional, pressão, umidade etc.). 3

4 Escala de amostragem. O tamanho e a forma das amostras devem ser suficientes para que elas sejam representativas do meio geológico de interesse e, ao mesmo tempo, adequados às medidas de laboratório. Dentro deste item é interessante introduzir os conceitos de heterogeneidade e de anisotropia. Os corpos geológicos são homogêneos num considerado volume se as suas propriedades são iguais independentemente do ponto amostrado. Um corpo rochoso heterogêneo deve ser amostrado de tal forma que as diferentes porções sejam representadas. As rochas são isotrópicas se as suas propriedades são iguais em todas as direções num certo volume. Nesse caso, as propriedades físicas podem ser tratadas como escalares. Propriedades anisotrópicas, que variam de acordo com a orientação da medida, requerem um tratamento mais sofisticado e devem ser estudadas como tensores. Investigações da anisotropia mostram a forte correlação desse fenômeno com propriedades estruturais e texturais das rochas (foliação, lineação, fratura, estratificação etc.). Um outro aspecto relevante é a diferença de escala entre os estudos petrofísicos e os levantamentos geofísicos. Em geral, os dados petrofísicos são obtidos em amostras com dimensões de centímetros ou mesmo milímetros. Os dados geofísicos, por outro lado, representam objetos de grandes dimensões, da ordem de dezenas de metros a quilômetros. Levantamentos em poços (logs) correspondem às escalas intermediárias entre os dados de laboratório da petrofísica e os dados de levantamentos geofísicos de campo. Portanto, ao efetuar uma amostragem petrofísica deve-se ter em mente a escala do trabalho geofísico. MINERAIS E ROCHAS VISTOS PELA PETROFÍSICA Quando vistas pelo prisma da Petrofísica as rochas podem ser classificadas convenientemente levando-se em conta os principais fatores que afetam as propriedades físicas das rochas. Esta classificação é diferente daquela classicamente empregada na Geologia, e que veremos em maior detalhe no Capítulo seguinte. As propriedades físicas das rochas são fortemente condicionadas pela percentagem e composição dos seus constituintes (matriz mineral e fluidos), incluindo a porosidade e a saturação em fluidos. 4

5 Outros fatores importantes são: a geometria do corpo rochoso, ou a sua estrutura e textura, incluindo o tamanho dos grãos constituintes, arranjo dos componentes e forma dos poros; a interface entre os diferentes constituintes (ex. cimentação e efeitos membrana ) e as condições termodinâmicas (pressão litostática, esforços tectônicos e temperatura). Com base nesses elementos, para a petrofísica, uma rocha pode ser: Monominerálica ou poliminerálica; Apresentar fluidos (quais?) distribuídos em seu espaço poroso (geometria?); Consolidada ou inconsolidada; Homogênea ou heterogênea; Isotrópica ou anisotrópica. 5