Exploração do Petróleo Geologia e Geofísica (ERPD)

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1 Exploração do Petróleo Geologia e Geofísica (ERPD) Paulo de Tarso Antunes Carlos Sarmento Glória Marins 1

2 Geração, Formas de Ocorrência e Obtenção de Petróleo e Gás Natural Parte 1 - Rochas e Bacias Sedimentares 2

3 A estrutura da Terra Dividida em 3 domínios concêntricos principais, separados por descontinuidades físicas: Núcleo (Fe + Ni) Manto (Fe + Mg + Silicatos) Crosta (Silicatos, Carbonatos, Fe, Mg, Al,...) A Crosta é a camada mais externa, em contato com a Atmosfera/Hidrosfera, e com espessura variando entre 5-60km, e dividida em Crosta Continental e Crosta Oceânica 3

4 As Rochas da Terra As três principais famílias de rochas Ígneas (ou Magmáticas) Sedimentares Metamórficas Proporção dessas rochas... Crosta: 95% Ígneas & Met : 5% Sed Em área de exposição: 75% Sed : 25% Ígneas & Met 4

5 As Rochas da Terra Rochas Ígneas: originadas a partir da fusão de material disponível no núcleo e manto Rochas Sedimentares: parte originadas a partir da desagregação/alteração físico-química das rochas da crosta que, posteriormente, são erodidas e depositadas em bacias sedimentares; parte da preciptação de sais dissolvidos nos corpos aquosos Rochas Metamórficas: originadas a partir da transformação das rochas ígneas e/ou sedimentares devidas ao aumento da pressão/temperatura a que estão submetidas 5

6 Intemperismo e Desagregação Intemperismo é o conjunto das alterações físicoquímicas que ocorrem nas rochas existentes na crosta, em contato com a atmosfera, devido, principalmente, a ação do clima (i.e., a alterações nas condições de equilíbrio!) Hidrólise, Hidratação, Acidólise, Oxidação, Dissolução, etc. Desagregação (intemperismo físico) é a fragmentação da rocha tanto pelo intemperismo como por fricção, abrasão, variações de temperatura, dilatação térmica diferencial de cristais, etc. 6

7 O Ciclo das Rochas Solo Transporte e Deposição Intemperismo Sedimento Diagênese + Litificação Rocha Ígnea Intemperismo Rocha Sedimentar Aumento T & P Aumento T & P Rocha Metamórfica 7

8 Área-Fonte vs Bacia Sedimentar Transporte e Deposição A gravidade e a energia solar constituem a força motriz do transporte sedimentos Os sedimentos são transportados principalmente por correntes, pelo vento e o gelo 8

9 Classificação das Rochas Sedimentares 9

10 Propriedades Físicas: Porosidade A Porosidade (f) é definida como a proporção de espaços vazios existentes num determinado volume de rochas f = 1- (V sólidos / V total ) Para um mesmo V total a f é função da forma, arranjo e seleção dos grãos do arcabouço 10

11 Propriedades Físicas: Porosidade A Porosidade é função da forma, arranjo e seleção dos grãos do arcabouço 11

12 Porosidade vs Saturação É a Porosidade (f) que determina o espaço disponível para o armazenamento de fluidos no interior de uma rocha qualquer Na prática, o espaço poroso pode estar saturado por um único fluido (Unifásica) ou por uma mistura de fluidos distintos (Multifásica) Além disso, a Porosidade (f) e a forma dos poros, junto com outros fatores, determina a produtividade dos reservatórios e os cálculos dos volumes disponíveis 12

13 Porosidade 13

14 Saturação de Fluidos Os volumes de fluidos presentes nos poros são apresentados como percentuais do volume total de poros, e chamados de Saturações. Assim, temos que: S W é Saturação de Água, S O a Saturação de Óleo e S G a Saturação de Gás, conforme o caso Na prática sempre existirá alguma S W nos sedimentos, de forma que a Saturação de Hidrocarbonetos (S HC ) e a de Óleo, especificamente, serão: S HC = (1- S W ) e S O/G = (S HC S G/O ) 14

15 Propriedades Físicas: Permeabilidade A Permeabilidade (k) é definida como capacidade de um determinado fluido se deslocar através do espaço poroso de uma rocha específica Pode ser uma medida absoluta (apenas um fluido saturante) ou relativa (considerando dois fluidos saturantes) e é determinada em laboratório ou em perfis Normalmente, se correlaciona diretamente com a Porosidade (f), ou seja, quanto maior a f maior a k 15

16 As Bacias Sedimentares 16

17 Bacias Sedimentares Existem cerca de 800 bacias sedimentares na superfície da terra Os primeiros modelos de formação surgiram no século XIX: Hall (1859) Teoria Geossinclinal (descritivo) Dana (1865) Relacionou os Geossinclinais às Margens Continentais (genético) Até 1969 os modelos eram focados nos Movimentos Verticais, a partir daí, com o surgimento da Tectônica de Placas passam a enfatizar os Movimentos Horizontais Francis Bacon (1620) Similaridade Am Sul e África: sugeriu que os continentes estiveram juntos em algum momento! Wegener (1915) Fundamentou a Deriva Continental (A Origem dos Continentes e Oceanos): Pangea Década de 40 (guerra) Mapeamento da Dorsal Meso-Atlântica No final do anos 50 Mapeamento das Anomalias Magnéticas simétricas no assoalho oceânico Hess (1960) Espalhamento do assoalho oceânico, correntes de convecção e zonas de subducção 17

18 A Formação de Bacias Contração: Resfriamento Isostasia: Pratt & Ayre VERTICAL Estiramento Crustal: Cisalhamento Simples ou Puro A Tectônica de Placas Visão Geral das Placas do Globo Terrestre Mecanismo Básico & Centros de Espalhamento Margem Passiva & Margem Ativa HORIZONTAL 18

19 Classificação de Bacias Sedimentares OBJETIVO A construção de um arcabouço descritivo que permita o rápido reconhecimento do tipo de bacia e, conseqüentemente, o dos principais mecanismos de formação e as características de sua evolução: Previsibilidade! 22

20 Classificação de Bacias Sedimentares Classificação de Klemme (1970) utiliza como critérios fundamentais o tipo de crosta; a posição geotectônica das bacias em relação aos limites da placa; forma e idade da bacia; presença de um ou mais ciclos deposicionais; e elementos associados à ocorrência de hidrocarbonetos. No Brasil, na década de 70, a classificação de Klemme foi adaptada à natureza geológica (ambiente geotectônico e mecanismo de formação) de nossas bacias por... 23

21 10.000km 2 Recôncavo-Tucano-Jatobá Rifteamento durante o Eocretáceo (140 Ma) Duas Megasseqüências: Bacia do Recôncavo- Tucano-Jatobá Pré-Rifte: Leques Aluviais, Fluvio-Lacustrinos e Red beds Rifte Lacustre-Deltáico + Fluvial Início da Exploração em Primeira descoberta em 1939: Lobato >70 campos produtores de gás e óleo Produção Atual: bo/d e 6,0 MMm 3 /d de gás Reservas: 380 Mmbo e 28 Bm 3 de gás 26

22 Bacia de Campos km 2 : Onshore até Offshore (L.A>3000m) Abertura do Atlântico durante o Eocretáceo (140 Ma) Rifte: Ambientes lacustres rasos Drifte (Fase Transicional): Silicilásticos continentais e Evaporitos da Formação Lagoa Feia (Geradores > Aptiano) Drifte (Marinha > 112 Ma): Plataforma Carbonática (Fm Macaé) e Pelitos Marinhos (até hoje), marcados pela presença de reservatórios turbidíticos (Marlim, Albacora, Roncador, etc.) Início da Exploração em Primeira descoberta em 1974: Garoupa (1-RJS-9) Produção Atual: 1,0 MMbo/d e 15,3,0 MMm 3 /d de gás Reservas: 10,5 Bbo e 145 Bm 3 de gás 29

23 Geração, Formas de Ocorrência e Obtenção de Petróleo e Gás Natural Parte 2 Plays e Prospectos 33

24 Plays e Prospectos Prospecto - Feição estrutural e/ou estratigráfica, existente numa bacia sedimentar, que pode ser mapeada e perfurada e que tem potencial para se constituir uma acumulação comercial de hidrocarbonetos Play Conjunto de Prospectos geneticamente relacionados, do ponto de vista dos Sistemas Petrolíferos (Magoon & Dow, 1994) Considerações de ordem econômica na própria definição dos termos 34

25 A definição de Prospecto Considera o potencial para (novas) descobertas numa Bacia Sedimentar Influenciam fatores como: Lâmina d água Tecnologia Preço do Barril Qualidade e Tipo do Hidrocarboneto Logística e Infra-estrutura Volumes possíveis Por tudo isso, varia ao longo do tempo, de forma que uma acumulação que não seja considerada um Prospecto hoje poderá vir a sê-lo no futuro! 35

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32 A Sísmica Exploratória 45

33 Geração, Formas de Ocorrência e Obtenção de Petróleo e Gás Natural Parte 3 Exploração do Petróleo: Prospecção Geológica e Geofísica 46

34 Prospecção de Petróleo Pesquisa geológica é baseada na aquisição de dados de superfície e/ou subsuperfície, que posteriormente são interpretados Os Métodos de obtenção dessas informações podem ser classificados em: Métodos Diretos: fornecem diretamente o valor de um propriedade ou dos parâmetros necessários para o cálculo da mesma Métodos Indiretos: Os resultados possibilitam apenas inferir sobre uma determinada propriedade física do substrato, sem fornecer, a princípio, um valor específico, que, se de alguma forma produzido, deverá ser comprovado por algum método direto de pesquisa 47

35 Prospecção de Petróleo A escolha do tipo de método ou ferramenta de pesquisa depende: Estágio da Exploração Disponibilidade Econômica Infraestrutura e Localização da Bacia Necessidade Tecnológica Características Geológicas Regulação (P.E.M & Prazos) 48

36 Prospecção de Petróleo As Acumulações estão relacionadas ao um Sistema Petrolífero específico, assim é preciso, para defini-lá como um prospecto, identificar todos os elementos desse Sistema Para cada um dos elementos é preciso definir um Fator de Risco, normalmente expresso na forma de uma Probabilidade de ocorrência do mesmo O valor dessa probabilidade pode ser obtido a partir de distribuições de probabilidades teóricas, históricas, de correlações e, em grande parte, com base na experiência e conhecimento dos intérpretes A ponderação das Probabilidades de cada um dos fatores determina a Probabilidade de Sucesso (P S ) do Prospecto 49

37 Prospecção de Petróleo Para cada um dos elementos é preciso definir um Fator de Risco, normalmente expresso na forma de uma Probabilidade de ocorrência do mesmo Para cada fator, vários outros são analisados. Por exemplo, no caso do risco relacionado a existência de Reservatórios na estrutura que se pretende perfurar deve-se responder questões como: Que tipo de reservatórios é possível ocorrer nesta posição da bacia, com base nos sistemas deposicionais que atuaram na época da deposição? Que valores de porosidade e permeabilidade se espera para esse ambiente geológico (profundidade, temperatura, lâmina d água, etc.)? De que forma estes fatores podem ter sido afetados pela história diagenética dos sedimentos? 50

38 Prospecção de Petróleo Respondida estas e outras tantas questões o interprete deve inferir, com o auxílio de Distribuições de Probabilidades conhecidas, um valor para o o item, um valor que expressa a probabilidade deste fator (o Reservatório) se confirmar durante a perfuração. P REV = P arn * P arn_por * P arn_perm = X % 51

39 Probabilidade de Sucesso P SP = P REV * P SELO * P GER * P MIGR = X % O uso de Simulação Monte Carlo possibilita a determinação de uma Distribuição de Probabilidade de Sucesso para o Prospecto, e não apenas um valor único! 52

40 Análise de Risco Volumétrico Com base no histórico de descobertas e dos volumes descobertos numa determinada bacias ou área pode-se determinar a Distribuição de Probabilidades dos volumes possíveis. Na prática toda análise de risco de um prospecto é acompanhada das probabilidades de se encontrar volumes específicos, em caso de sucesso, ou seja, haver uma descoberta P 10 = Probabilidade de ocorrer o VOIP Máximo Esperado P 50 = Probabilidade de ocorrer o VOIP (Médio) MAIS PROVÁVEL P 90 = Probabilidade de ocorrer o VOIP Mínimo Esperado 53

41 Geração, Formas de Ocorrência e Obtenção de Petróleo e Gás Natural Parte 4 Exploração do Petróleo: Prospecção Geológica e Geofísica 58

42 Prospecção de Petróleo Já que vimos as características fundamentais dos Prospectos, resta então conhecer como descobri-los na natureza Dentre os diversos métodos de pesquisa e ferramentas disponíveis, os mais comuns na exploração de petróleo são a: Prospecção Sísmica (de Reflexão) Perfuração de Poços Amostras de Rochas: calhas e testemunhos Avaliação por Perfis Avaliação por Testes de Formação 59

43 O Método Sísmico A Sísmica de Reflexão é um método de investigação da sub-superfície que baseia-se na emissão de ondas sísmicas, a partir de uma fonte colocada na superfície (mar ou terra), para o interior da terra e a captação das reflexões dessas ondas a partir das interfaces rochas existentes nos substrato 60

44 A Sísmica Exploratória 61

45 A Sísmica de Reflexão As rochas apresentam propriedades sísmicas distintas, interessam mais sua densidade e a velocidade com as ondas se propagam nelas O produto densidade * velocidade determina a Impedância Acústica (IA) da camada rochosa As diferenças entre as IA s de camadas justapostas determina o Coeficiente de Reflexão (CR) da superfície que define a interface entre estas camadas O CR é que determina a quantidade de energia (da onda incidente) que será refletida para a superfície A energia da onda refletida equivale a Amplitude (A) da onda refletida, a principal feição observada nas seções sísmicas, que pode ser positiva ou negativa, dependendo da relação entre as IA s dos meios imediatamente acima e 62 abaixo da superfície de reflexão

46 A Sísmica de Reflexão fonte receptor interface 1 interface 2 interface 3 * 63

47 A Sísmica de Reflexão Uma seção sísmica é a convolução da onda sísmica (wavelet) com as camadas da terra. Teoricamente, as camadas da terra podem ser representadas como uma série de coeficientes de reflexão 64

48 Sísmica 2D e 3D 2D: As ondas emitidas por uma fonte qualquer são, após reflexão, captadas por um conjuntos de receptores alinhados na superfície do terreno 3D: As ondas emitidas por uma fonte qualquer são, após reflexão, captadas por um conjuntos de receptores distribuídos numa malha regular espalhada na superfície do terreno 65

49 DHI: Bright Spot & Flat Spot 66

50 Delineação de Prospectos a partir da Sísmica 67

51 Delineação de Prospectos a partir da Sísmica 68

52 Geração, Formas de Ocorrência e Obtenção de Petróleo e Gás Natural Parte 5 Exploração do Petróleo: Prospecção Geológica e Geofísica 72

53 A Perfuração de Poços Após a delimitação de um prospecto com o auxílio da Sísmica o passo seguinte na exploração é a perfuração de poços, que são classificados segundo o objetivo da perfuração. Na Fase de Exploração os principais são: Poço Pioneiro (Adjacente, Jazida Mais Rasa/Profunda): testar um novo prospecto Poço de Extensão (Avaliação): testar a continuidade de um prospecto já perfurado Na Fase de Desenvolvimento e Produção temos: Poços de Desenvolvimento e Produção Poços Especiais (Injeção, Pilotos, etc.) Os poços podem ser Verticais, Horizontais e Multilaterais 73

54 A Perfuração de Poços m ChevronTexaco 74

55 A Perfuração de Poços Preparação da base do Poço e posicionamento do Equipamento de Perfuração Instalação e testes de equipamentos de segurança: BOP, Linhas de Teste e Surgência, Queimadores, Tanques e etc. Montagem e descida da coluna de Perfuração Avanço da Perfuração, segundo etapas previamente programadas em função dos objetivos do poço Avaliação do Poço: Amostras de Rochas, Testemunhos, Perfis e Testes de Formação 75

56 Aspectos Importantes O Fluido de Perfuração Sustentação Mecânica Lubrificação Limpeza Amostragem Descrição de Rochas Indícios Testemunhagem Perfilagem Testes de Formação 76

57 Perfilagem O que é? Medições continuas de parâmetros físicos de rochas/fluidos efetuadas no interior dos poços com o auxílio de detectores eletrônicos Para que? Obter parâmetros necessários para a identificação dos diferentes tipos de rochas perfurados e dos fluidos existentes nas mesmas, ou seja, identificar intervalos portadores de HC e quantificar os volumes descobertos 83

58 Perfis Elétricos Para que? Principalmente a identificação dos fluidos saturantes Como? Através da medida da Resistência de uma determinada formação à passagem de uma corrente elétrica induzida por uma bobina colocada no interior do poço Intervalos saturados com Água (salgada) geralmente apresentam valores de resistividade menores que intervalos saturados com óleo e/ou gás (Exemplo) 84

59 Perfil de Raios Gama Para que? Principalmente a identificação litológica Como? Através da medida da Radioatividade natural das formações Rochas mais argilosas ou com elevada concentração de íons K, Ur, Th (Folhelhos, Arn c/feldspatos de K, etc.) apresentam valores superiores aos apresentados por rochas com baixa concentração deste tipo de íons (arenitos quartzosos, calcáreos, sais, etc.) (Exemplo) 85

60 Perfil Densidade e Neutrão Para que? Principalmente a identificação da Porosidade e diferenciação de óleo e gás Como? Através da medida da Radioatividade estimulada de uma determinada formação por uma fonte radioativa colocada no interior do poço A interação entre as partículas (íons/neutrons) emitidos pela fonte, existente na ferramenta de perflagem, e os átomos das formações e dos fluidos saturantes permite inferir valores de porosidade e o tipo de fluido existente nos poros (Exemplos) 86

61 Perfil Sônico Para que? Identificação de litologias, porosidades e amarração com a sísmica Como? É medida o tempo que uma onda emitida por uma fonte no interior do poço leva para percorrer uma certa distância dentro de uma formação rochosa qualquer Tempo de Trânsito: característico para cada litologia e função também da porosidade (Exemplos) 87

62 Comparação entre Perfis 92

63 Testes de Formação Objetivo é: avaliar o potencial de produção de um determinado reservatório, geralmente portador de hidrocarboneto Vazões, Pressões, IP, Barreiras, RGO, BSW, etc analisar o comportamento do poço durante a produção Surgência, Perdas de Cargas, etc. amostrar os fluidos produzidos a fim de caracterizar suas propriedades fisico-químicas Viscosidade, Rs, Densidade (API), Composição, etc. 93

64 Testes de Formação Como se faz? Durante um teste um intervalo especifico do poço, o que contem o reservatório de interesse, é isolado do restante do poço e conectado diretamente com a superfície, conseqüentemente, colocado à pressão atmosférica. Como a Pressão (Estática) do reservatório é superior à Pressão Atmosférica o intervalo tendem a produzir o(s) fluido(s) saturante(s) para dentro do poço e daí até a superfície, onde é feita a medição, separação e coleta do(s) fluido(s) para analises posteriores 94

65 Testes de Formação Existem diferentes tipos de testes Teste de Formação à Cabo (RFT) Ainda durante a perfilagem; amostragem limitada; pressões e permeabilidades possíveis Teste de Formação à Poço Aberto (TF) Logo após a perfuração; amostragem boa, mas o tempo de teste é limitado pelas condições mecânicas do poço Teste de Formação à Poço Revestido (TFR/TP) Após a descida do revestimento; amostragem boa, o tempo de teste é função dos parâmetros que se queira obter e da Regulação (inclusive Meio Ambiente) Testes de Curta Duração (Fluxo < 72h) Testes de Longa Duração (TLD: Fluxo > 72h) 95

66 Testes de Formação Convencional 1. Descer Coluna de Teste 2. Assentar Obturador(es) e Abrir Válvula Testadora: Colocar a Formação em contato com a atmosfera (Pressão Atm) 3. Início do Fluxo (Pest > Patm) 4. Medidas e Amostragem 5. Fechar Válvula Testadora e desassentar Packer Contrapor peso da coluna do fluido de perfuração à Pest da Formação inibindo a produção 6. Retirar Coluna de Teste 97

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