mecanica de rochas aplicada ao petroleo_2012_resumo

Mecnica de Rochas aplicada

Explorao e Produo de Petrleo

Semana da Geologia - UFS

Geol. Cludio Borba [email protected]

30 de maio de 2012

Contedo do Minicurso

Introduo

Tenses e Deformaes

Geometria de fraturas

Geopresses

Critrio de Mohr-Coulomb

Mecnica das fraturas trativas

Fraturas naturais

Propriedades das falhas

Deformao de camadas de sal

Principais Aplicaes

Entendimento da origem e comportamento de falhas e fraturas

Mtodo ssmico

Sismicidade

Obras de engenharia civil (geotcnica)

Geomecnica na Indstria do

Petrleo

Estabilidade de poos

Operaes de fraturamento hidrulico

Produo de areia

Reativao de falhas

Reservatrios fraturados

Subsidncia

Impacto da Geologia Estrutural em

Reservatrios

Trapas estruturais Entendimento de condutos de migrao Drenagem do reservatrio (barreiras e caminhos

preferenciais de fluxo)

Caracterizao de reservatrios naturalmente fraturados

Construo de modelos 3D mais realistas Predio da direo de propagao de fraturas

induzidas

Preveno de riscos ocasionados pela injeo de fluidos (gs, gua, CO2, resduos)

Bibliografia

Askeland, D.R. & Phud, P.P. Cincia e Engenharia dos Materiais.

Centage Learning, 2008.

Fjaer, E.; Holt, R.M. Petroleum Related Rock Mechanics. Elsevier, 1992.

Fossen, H. Structural Geology. Cambridge University Press, 463p, 2010.

Jaeger, J.C. & Cook, N.G.W. Fundamentals of Rock Mechanics. Blackwell, Oxford, 2007

Moek, I. & Bakers, T. Fault reactivation potential as a critical factor during reservoir stimulation. First Break, v. 29, n.5, p.73-80, 2011.

Pluijm, B.A.; Marshak, S. Earth Structure. Norton Eds., 656p., 2004.

Rocha, L.A.; Azevedo, C.T. Projetos de poos de petrleo Geopresses e assentamento de colunas de revestimento. Ed. Intercincia, 560p., 2009.

Wikel, K. Geomechanics: bridging the gap from gephysics to engineering in unconventional reservoirs. First Break, 29, p. 71-80, 2011.

Zoback, M.D. Reservoir Geomechanics. Ed. Cambridge, 2007.


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



Jaeger & Cook, 2007

Estado de tenses em um ponto

- As tenses sobre um corpo so

exercidas em todas as direes.

- Podem ser decompostas em 3

tenses principais nos eixos

coordenados.

- Estas tenses so chamadas de

tenses normais

Tenses

Tenses de cisalhamento

-Um vetor de tenso que age num ponto do material pode ser decomposto

em tenses nos planos normais (tenso normal) e tenses em ngulo com

esses planos (tenses cisalhantes)

- A tenso cisalhante mxima dada por:

sc = (s1 s3) / 2 - Os planos que contm as tenses cisalhantes mximas fazem 45 com as

tenses principais.

s1

s1

s3 s3

sc

Tenso mdia, isotrpica e

deviatrica

-Tenso mdia ou confinante P = (s1 + s2 + s3) / 3

-Tenses isotrpicas s1 = s2 = s3

-Tenses isotrpicas podem representar, por exemplo, a presso de fluidos

no interior das rochas, tambm chamada de presso esttica; ou a presso

da coluna de rocha, chamada de litosttica.

- Quando as tenses principais so diferentes entre si, h um desvio em

relao tenso mdia, denominado tenso deviatrica -> Gera tenses de

cisalhamento.

- Se o estado de tenso for isotrpico, no h cisalhamento

Tensor => Grandeza Tensorial

Tipo de Grandeza Ordem

(direes)

Componentes

(valores)

Fenmenos

naturais

Escalar 0 1 Temperatura,

densidade, massa

Vetorial 1 3 Velocidade

Tensorial 2 9 Tenses,

deformaes,

permeabilidade

Representao matricial das

tenses

333231

232221

131211

sss

sss

sss

sij Tensor de tenses

Tenses normais

Tenses de cisalhamento

P

P

P

p

00

00

00

sTensor de tenses

Isotrpico ou hidrosttico

p

p

p

ij

333231

232221

131211

sss

sss

sss

s Tensor de tenses deviatricas

Tenso e Deformao

Lei de Hooke:

s= k .

s tenso

deformao k constante de rigidez

Toda tenso produz uma deformao

Deformao

lo l1

0

0

l

ll

Como veremos, a deformao pode ser reversvel (elstica) ou

irreversvel (plstica ou rgida)

Representao matricial das

deformaes

333231

232221

131211

ij Tensor de deformaes

i

j

j

i

x

u

x

uij

deslocamentos

tij

ij Taxa de deformao

Deformaes s

Comportamento

elstico

Deformaes s

d/dt

Comportamento

Viscoso

(newtoniano)

(taxa de deformao)

Deformaes s

Comportamento

Plstico (dctil)

elstico

sy sy Tenso limite

(yielding)

Exemplo de propagao de falhas em asfalto

falha de relay rampa de relay

10cm

Buraco no asfalto em Aracaju

Parmetros Elsticos

Mdulo de Young

Relao entre a tenso e a deformao aplicada em uma direo.

E = sii / ii

Razo de Poisson

Relao entre as deformaes em direes diferentes no material

u = -ii / jj

Valor mximo de u nos materiais 0,5 (incompressvel). Para as rochas, os valores variam de 0,2 a 0,4.

Ensaios triaxiais

Esquema de aparelho para ensaios triaxiais de resistncia (modif. de Suppe 1985).


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



s1

s3

s1

s3 s2

falha principal falha conjugada

Fra

tura

Mo

do

I

Classificao das Fraturas

Fraturas de trao deslocamento perpendicular s paredes (tambm conhecidas como fraturas do modo I,

juntas ou simplesmente fraturas)

Fraturas de cisalhamento - deslocamento paralelo s

paredes (tambm conhecidas como fraturas do modo II

ou III, e mais conhecidas como falhas)

ocorrem em ngulo de ~60 (e no a 45) com S1 devido

frico interna da rocha

Modos da Fratura

Fraturas de trao - Rompimento da rocha por ao tectnica ou trmica. Movimento

perpendicular ao plano

Abertura

da fratura

S1

Falhas

Fratura de cisalhamento, onde o movimento paralelo ao plano

Tipos de Falhas segundo as direes principais das tenses

s1 vertical (gravidade)

s1 horizontal (compresso tectnica)

e s3 vertical

s1 e s3 horizontal

s2 vertical

Deslocamentos em Falhas normais

Rejeito vertical (throw)

Rejeito horizontal (heave)

Rejeito total / separao (displacement /separation)

Bloco Alto (soerguido) = Lapa (footwall)

Bloco Baixo (rebaixado) = Capa (hanging wall)

Esforo causador da

movimentao

Rejeito vertical

Rejeito horizontal

Rejeito total

Movimento

relativo dos

blocos

Camada

deslocada

GEOMETRIA DE UMA FALHA

Rejeito -> o deslocamento

produzido pela falha. O rejeito

um indicador do tamanho (e

importncia) da falha

Direo e ngulo das falhas normais

sendo a maior tenso compressiva vertical (carga

litosttica), formam-se em ngulo de cerca de 60o com

a horizontal

formao de dois planos (principal e conjugado)

falhas normais de mesma gerao costumam ter a

mesma direo, perpendicular menor tenso

compressiva

Como obter as direes das tenses ?


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



Nomenclatura

s1 maior tenso principal compressiva s2 tenso compressiva principal intermediria s3 menor tenso principal compressiva Sv tenso vertical (overburden, sobrecarga) SH tenso horizontal mxima Sh tenso horizontal mnima Pp presso de poros So Coeso da rocha Co Resistncia compresso uniaxial (UCS) mi ngulo de atrito interno (da rocha) m ngulo de atrito (da falha) n - razo de Poisson

Wikel, 2011

-> Quando a razo (s1/s3) superior a 3.1 (para m = 0.6), ocorre a reativao;

-> Na prtica, ocorre combinao de dois regimes

Sv sigma 1

Sv sigma 3

Sv sigma 2

Regimes Tectnicos

Falhas normais so

Compressivas, s que a

maior tenso vertical !

Determinao das tenses

Tenso vertical absoluta (Sv) - SOBRECARGA

Sv = r g h r -> obtido de perfis densidade

Tenso vertical efetiva (Sv) considera o efeito da presso de fluidos

Sv = Sv - ap P -> presso de fluido no interior dos

Poros, normalmente:

P = rw g h

a -> constante poroeslstica de Biot,

normalmente a=1 para arenitos e

a=0,9-0,95 para folhelhos

nnss

1

.vh

Bacias relaxadas


Tenso horizontal absoluta mnima

Sh = (u / (1-u)) * Sv u razo de Poisson, normalmente

0,2-0,3 para arenitos e 0,3-0,4 para

folhelhos

Sh pode tambm ser obtido a partir de operaes de minifrac

em poos ou de testes de absoro (leakoff test)

Tenso horizontal efetiva mnima

Sh = Sh + ap


Tenso horizontal absoluta mxima

SH = Sh + Stectonica

Presso de fratura

Pfrat = 3Sh SH p + To To = resistncia da rocha

trao

Sv = s1

Sh = s3

Formao de Falhas

Sv = S (carregamento) - PP

Sh = (1-v).Sv - tectnica

SH = (1-v).Sv + tectnica

(s1,s2,s3) // (Sv,SH,Sh)

cisalhamento zero na superfcie:

Carregamento -> Sv= r g h

v razo de poisson

Sv

SH

Sv > SH > Sh = Falhas Normais de direo definida (s1 vertical)

Sv > SH = Sh = Falhas Normais de direo aleatria

SH > Sv > Sh = Falhas transcorrentes (s2 vertical)

SH > Sh > Sv = Falhas reversas (s3 vertical)

d SH,Sh,Sv -> 0 e PP elevada = Juntas

formao de falhas normais, conjugadas,

em ngulo de 30 com Sv

OBTENO DA GEOSV (TENSAO VERTICAL EFETIVA) A PARTIR DAS PRESSOES DE TESTE DE FORMAO (PFORM)

Prof.vertical(m) Geopg (psi) Pform (psi) Sv(efetiva)(psi)Sh min (psi) Sh min(efetiva)

748,74 2451,829539 914,34 1537,489539 1840,349502 926,009502

939,85 3096,989952 1339,53 1757,459952 2330,030655 990,500655

710,79 2324,584972 880,21 1444,374972 1743,110217 862,900217

750,72 2458,476292 911,5 1546,976292 1845,422856 933,922856

776,78 2546,031377 966,96 1579,071377 1912,196394 945,236394

653,18 2131,971871 925,72 1206,251871 1595,496114 669,776114

1084,78 3591,123425 1608,28 1982,843425 2701,384794 1093,104794

801,92 2630,624209 941,36 1689,264209 1976,612616 1035,252616

806,95 2647,56468 941,36 1706,20468 1989,500985 1048,140985

785,46 2575,224161 1103,47 1471,754161 1934,437158 830,967158

859,07 2823,396816 1190,21 1633,186816 2123,048061 932,838061

675,58 2206,785094 941,36 1265,425094 1652,891634 711,531634

589,48 1919,770227 865,99 1053,780227 1432,277604 566,287604

642,67 2096,904363 902,97 1193,934363 1568,566341 665,596341

647,39 2112,650311 902,97 1209,680311 1580,660397 677,690397

Ttulo do grfico

y = 1,8936x + 36,82

R2 = 0,8878

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000 1200

Prof. Soterramento (m)

Sv e

feti

vo

(p

si)

Sv(efetiva)(psi)

Linear (Sv(efetiva)(psi))

Geopresses

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 200 400 600 800 1000 1200

Prof. Soterramento (m)

P (

psi)

Geopg (psi)

Pform (psi)

Sh min (psi)

Linear (Geopg (psi))

Linear (Sh min (psi))

Linear (Pform (psi))

Obteno das tenses efetivas

Regime

normal

Regime

transcorrente

Regime

empurro

Variao do Estado de Tenses

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

025

050

075

0

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

profundidade (m)

S (

MP

a) SV

SH

Sh

Regime falhas

normais Regime

falhas

reversas

Regime falhas

transcorrentes

Obteno da direo das tenses

- Ovalizao de poos

- Neotectnica (fraturas/falhas recentes)

- Ssmica 3C (registro de ondas S e ondas P)

- Mecanismo focal de terremotos

Results from numerical fracture simulation models for

values of H, from upper left to lower right, of 90, 92.5, 95, 105, 12, and 130 MPa, with h = 54 MPa and Pp = 43.5 MPa. Black: shear fractures, white: tensile fractures. (Moek

& Bakers, 2011)

The World Stress Map

www-wsm.physik.uni-karlsruhe.de/pub/maps/wsm2005_large.jpg

Breakouts e fraturas induzidas

em poos

Permitem a obteno do azimute

do SH e estimar sua magnitude

Zoback, 2007

SH

SH SH ? Breakout gigante ?

nrfacil.com.br

Poo horizontal em regime normal

Poo horizontal em regime reverso

ou transcorrente

This figure shows breakout in a horizontal wellbore in a normal

faulting regime, where overburden is the maximum stress. The

perspective is looking in the direction of minimum horizontal

stress.

Breakout in a horizontal wellbore in a strike-slip or thrust faulting

regime, where overburden is the intermediate or minimum

respectively. This type of breakout is extremely hard to remedy

and causes much more stuck pipe, stuck logging tools, and poor

cement jobs

Wikel, 2011

Figura 2.6 [a] Perfil de imagem snica em poo, mostrando fratura induzida (direo de hmx). [b] Perfil de imagem snica mostrando fratura natural (modif. de Diaz et al. 2006). LAGE, 2009

Wikel, 2011

SH/Sh elevado

Concentrao da abertura

de poucas fraturas

22

22

.2

.2

VsVp

VsVp

n

)1)(.1034,1.(22

10 nr

s

b

txE

Obteno de parmetros elsticos a partir de perfil snico dipolar


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

Regime litosttico

s1=s2=s3

CRITRIO DE MOHR-COULOMB

sn

t13

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Tenso deviatrica

(s1-s3)/2 - s3

CRITRIO DE MOHR-COULOMB t

sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Tenso deviatrica

s1-s3)

Envelope de ruptura

Coeso

ngulo de frico

interna

CRITRIO DE MOHR-COULOMB

noS smt .

sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Tenso deviatrica

Envelope de ruptura

Coeso

Falhamento por aumento da tenso deviatrica

s1+Ds1

noS smt .

sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Tenso deviatrica

Envelope de ruptura

ruptura

s3-PP s1-PP

Falhamento por aumento da presso de fluido

noS smt .

sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Tenso deviatrica

Envelope de ruptura

Colapso de poros

Formao de fraturas trativas pelo efeito de presso de fluidos

Fraturas de cisalhamento

(falhas) Fraturas

trativas

noS smt .

FRATURAS HIDRULICAS

- Formam-se quando a presso dos fluidos contidos nos poros das rochas

elevada a ponto de desestabilizar e romper a rocha.

- Podem ser naturais ou induzidas artificialmente (operaes de

fraturamento em poos com objetivo de aumentar a permeabilidade do

reservatrio)

sf

Representao do envelope de fraturamento composto sobre um diagrama de Mohr. [b] Esquemas das geometrias

de fraturas que ocorrem durante falhamento.

A geometria depende da parte do envelope que representa determinadas condies de falhamento (modifi. de Van

der Pluijm & Marshak 2004). LAGE, 2009.

Critrio de Ruptura de Mohr-Coulomb

noS smt .

tenso deviatrica

Presso de fluidos

Campo da

Trao

Campo da

Compresso

(a) Mohr-Coulomb diagram illustrating the effect of fluid pressure increase on stress

state and failure of cohesionless (existing) planes. Under high differential stresses,

shear failure is most likely. (b) Failure modes depending on the angle between the

maximum principal stress and the failure plane. The colouring of fracture planes is

consistent with points of failure in (a). (Moek & Bakers, 2011)

Diagrama de Mohr-Coulomb

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

-200 -100 0 100 200 300 400 500

Tenso normal (Kgf/cm2)

Ten

so

Cis

alh

an

te (

kg

f/cm

2)

prof= 1000 Co= 80

rho rocha = 2,5 m= 0,6

rho fluido = 1,01

S tectonico = 80 u= 0,25

Rocha coesa, presso de poro normal


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

-200 -100 0 100 200 300 400 500


Ten

so

Cis

alh

an

te (

kg

f/cm

2)

prof= 1000 Co= 0


rho fluido = 1,01


sem coeso, presso de poro normal

ESTVEL

INSTVEL

Alguma coeso, presso de poro anormal Diagrama de Mohr-Coulomb

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

-200 -100 0 100 200 300 400 500


Ten

so

Cis

alh

an

te (

kg

f/cm

2)

INSTVEL

prof= 1000 Co= 20


rho fluido = 1,25



0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

-200 -100 0 100 200 300 400 500


Ten

so

Cis

alh

an

te (

kg

f/cm

2)

prof= 1000 Co= 80


rho fluido = 1,6


INSTVEL Fratura de trao

Rocha coesa, presso de poro extremante alta

STRAIN SOFTENING -> Ocorre o

enfraquecimento da rocha aps a deformao. Em um novo episdio de

deformao a falha reativada.

STRAIN HARDENING -> Ocorre aumento da

resistncia da rocha aps a deformao. Em

um novo episdio, uma nova falha formada

em outra posio.

sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Coeso

STRAIN SOFTENING x HARDENING

softening

hardening

Porque a crosta est em estado crtico de tenso

-> crosta inferior e manto superior em deformao contnua por creeping

-> enquanto isso... A crosta superior, fraturada,acumula tenso at o limite de

ruptura

Paradigma da Crosta Estressada (Zoback, 2007)

sem coeso !


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



Modos da Fratura

Mecnica da Fratura Campo Trativo

-> disciplina que trata do comportamento do material que contm trincas e

outros defeitos. Numa rocha, entende-se por defeito um poro ou um contato

entre gros.

afK s

Fator de intensidade da tenso

fator geomtrico dependente da

localizao da trinca

Tenso aplicada

Tamanho (raio)

da trinca

f = 1,0 quando na superfcie do material

f = 1,2 quando no interior do material

KcK Quando: Ocorre o carregamento mecnico mximo, e a fratura se propaga

a

IcKKc

Para fraturas do Modo I

Tenacidade fratura

no estado plano

Fraturas de Griffith

Quinas podem ser concentradoras locais de tenso. Quando a ponta da trinca

muito fina (raio curto), a concentrao de tenso maior, facilitando a sua

propagao.

rareal /2ss

Tenso crtica: uma tenso aplicada causa uma deformao elstica no

material, relacionada ao mdulo de elasticidade E. Quando a trinca se

propaga, a energia de deformao elstica liberada. Com a formao de

duas novas superfcies, a energia de deformao elstica se transforma em

energia superficial.

Tenso crtica necessria para a propagao da trinca (equao e Griffith):

a

Ecrtica

.

.2

ss

energia superficial (energia/unidade de rea) a

r

s

s


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



Fraturas

So fissuras nas rochas, de tamanho variado, produzidas por:

a) resfriamento

b) ressecamento

c) tenses

Podem formar regies de alta

permeabilidade onde fluidos

iro circular.

http://www.algosobre.com.br/images/stories/geografia/dobras_02.jpg Fraturas abertas

Heffer & Lean (199X) 80 campos em vrios continentes

DESVIO DA DIREO DE FLUXO EM RELAO AO SHmax

RESERVATRIOS FRATURADOS Ex. Carmpolis

Borba (2009)

Rochas metamrficas fraturadas do embasamento do

Campo de Carmpolis


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



Geometrias

Tipos de Falhas segundo as direes principais das tenses

s1 vertical (gravidade)

s1 horizontal (compresso tectnica)

e s3 vertical

s1 e s3 horizontal

s2 vertical

Espessura ZF = 40m

Rejeito = 480m

Def. no

Bloco Alto

Falhas menores

e bandas de deformao

Wingate

Chinley

Entrada Ss

Navajo Ss

Moenkopi

Moab (Utah EUA)

Propagao de Falhas Marchal et al.1998

Gawthorpe &

Leeder, 2000

Falha 2 do Campo de Pilar

Diagrama de Deslocamento Borba et al., 2004

Interao entre falhas

- Hard Linkage : intersees entre falhas

(em T ou em Y)

- Soft Linkage : falhas interagem sem efetiva

conexo: padres em relay

Exemplo de propagao de falhas em asfalto

Bloco Alto

Bloco Baixo

falha de relay rampa de relay

10cm

Foto: M. Strugale

Rampa de Revezamento

com bandas de deformao

paralelas s falhas principais Rejeito = 40m , Comprimento = 1 km

Duplex distensional

(horse)

Amostra

taubat

Propriedades de escala

(fractais)

Falha de Canch, Bacia de Tucano - BA

NC

ri iD

N = nmero de objetos de tamanho r

C = constante de proporcionalidade

D = dimenso fractal

MATEMATICAMENTE

N rC

r D

DISTRIBUIO EM LEI DE POTNCIA

N(>r) = nmero de objetos com tamanho > r

EM ESTATSTICA

Aplicaes

- Predio do comprimento e espessura de

uma zona de falha a partir de seu rejeito

- Predio da quantidade de falhas abaixo

da resoluo a partir da populao de

falhas maiores

- Estimativa da deformao total

(estiramento) baseada em rejeito de

falhas

Aplicaes

- Relaes entre dimenso fractal e

permeabilidade de sistemas fraturados

(??)

- Elaborao de sistemas fraturados

sintticos (simulaes)

- Modelagem fsica

- Tectnica e Sedimentao / Estratigrafia

de Sequncias (???)

Relao comprimento-rejeito de falhas

Schlishe 1996

Borba, 1996

Distribuio de Tamanho de Falhas

Needham et al., 1996

rejeito mximo (m)

densid

ade a

cum

ula

da (

falh

as/k

m3)

0.01

0.020.030.040.050.070.09

0.20.30.40.50.70.9

234579

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

D3 = 1,20R2 = 0,976interv alo = 40-250mN = 131

desv ioinf erior

desv iosuperior

Expected

Falhas correlacionadas

nmero de amostras = 131

rejeito mximo (m)

nm

ero

de f

alh

as

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480

Campo de Pilar (Borba, 1996)

Grfico bilogartmico do volume de rocha contendo hidrocarboneto de

uma zona-bloco (em porcentagem do volume total do campo) contra

nmero acumulado de zona-blocos (Borba, 1996).

% do volume de rocha saturada total

nm

ero

acum

ula

dao d

e z

ona-b

locos

1

10

100

1000

10000

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

Dv = 1,11R2 = 0,997intervalo = 0,08-0,8%N = 698

Descobrimos esses reservatrios

Na revitalizao do campo (1998-2003)

Propriedades de fluxo

s3

s1 sf

To, q

Justaposio

Rochas de Falha

Diagnese

Geomecnica

Diferentes

Abordagens

Afloramento de Zona de Falha com exsudao natural de petrleo

Bacia de Talara - Per

Alteraes da Rocha na Z.F.

- Injeo de argilas de folhelhos adjacentes

(shale smear)

- Reorientao de gros

- Perda de seleo

- Fraturamento e reduo de tamanho de

gros

- Cimentao

Exemplo de banda de deformao

Afloramento da Fm Serraria - Sergipe

Correa, 2002 Malhada dos Bois - SE

INTERPRETAO SSMICA: SEQUENCIAS DE 3a ORDEM E FALHAS HIERARQUIZADAS

Borba, 2009

ROCHAS DE FALHA


- Funo da composio, do estado de

litificao do sedimento na poca do

falhamento, da temperatura, do estado de

tenses atual e pretrito, da quantidade

de intercalaes argilosas


- Reorientao de gros

- Perda de seleo

- Fraturamento e reduo de tamanho de

gros

- Injeo de argilas de folhelhos adjacentes

(shale smear)

- Cimentao

cataclastic defm bands - After (Walsh)

shale smear

breccia

gouge

Rochas de Falha

Banda de Deformao

Fragmentao de gros; Reduo de porosidade;

Intragranular;

Dissoluo de feldspatos na ZF; Indicativo de

percolao de fluidos, ps-falha;

Reduo de permeabilidade; Campo de Pilar

Bandas de deformao (Aydin, 1978)

STRAIN SOFTENING -> Ocorre o

enfraquecimento da rocha aps a deformao. Em um novo episdio de

deformao a falha reativada.

STRAIN HARDENING -> Ocorre aumento da

resistncia da rocha aps a deformao. Em

um novo episdio, uma nova falha formada

em outra posio.

MECANISMOS DE DEFORMAO LIGADOS ORIGEM

DAS BANDAS DE DEFORMAO

sn

t

Tenso

Normal

Tenso

cisalhante

s1 s3

Coeso

STRAIN SOFTENING x HARDENING

softening

hardening

Aydin, 1978

Rochas de falha na presena de

intercalaes argilosas

Shale smears

Disagregation mixing zones (Fisher & Knipe, 1998) -> a deformao produz

compactao e rotao dos gros, mas

no se fraturamento

CSF = D / h

shale smear contnuo

-> CSF

Diagrama Triangular (Modelagem 1D)

300-700m

Unidade Coqueiro Seco

Borba, 2004

Borba, 2009

Hierarquizao de Falhas Ps-Deposicionais

Borba, 2009

Hierarquia

deposicional

Espessura Giga Mega Macro Meso Meso Inferior Micro

1000-5000 100-1000 10-100 1-10 0,01-1


Introduo

Tenses e Deformaes


Geopresses



Fraturas naturais



Seo ssmica de uma bacia marginal brasileira

Fonte: AAPG Explorer 2009

Mohriak et al. (2008)

Deformao do sal

Absorvem deformao sem fraturar

Sob efeito de t/p -> autocicatrizao -> selo

Potencial para depsito de resduos e armazenamento de petrleo ou gs

Fluncia do sal pode fechar poos com o tempo, pode ovalizar revestimentos

Capeadoras de reservatrios de petrleo

Fluncia

Depende da espessura, temperatura, composio, contedo de gua, impurezas e tenses diferenciais aplicadas.

Cloretos e sulfatos (principalmente contendo gua) apresentam maior fluncia

Carbonatos e anidrita praticamente no apresentam fluncia

Taxas de fechamento

Halita 0,05 polegadas/hora (aumenta com temperatura e profundidade tenso deviatrica)

Fluncia

tempo

Defo

rmao ()

Deformao elstica

Instantnea (o)

Fluncia primria

Fluncia atenuante

Fluncia

secundria

Fluncia

terciria

Ruptura

s1

s3

DL

t

LLD

Taxa de deformao:

Fluncia primria (transiente) -> desacelerao

da deformao inicial (redistribuio)

Fluncia secundria (estacionria) ->

deformao sob taxa constante

Fluncia terciria -> precede a ruptura

Lei de Lomenick (1971)

abc tTK ...s

Deformao

por fluncia

K, a, b, c -> parmetros obtidos de ensaios

Tenso deviatrica

Temperatura

absoluta

tempo

Como a o parmetro a varia de 0,3 a 0,5, para tempos muito longos esta lei

Constitutiva pode no ser vlida (taxa de deformao tende a zero).

Estrutura cristalina do sal -Unidade subgranular inferior ao tamanho do gro

-Formao de cristais na diagnese

-Imperfeies no retculo cristalino (discordncias) -> zonas de fraqueza ->

redistribuio de tomos (fluncia = alterao compensatria das assimetrias)

- a rocha salina deforma-se pela propagao de discordncias atmicas em cadeia, como um efeito domin, formando novas unidades subgranulares (Costa, 2008)

-Quando a resistncia da ligao atmica superada pela tenso, a

discordncia se propaga

-bloqueio da propagao da deformao: hardening

Ver fig 17.4 de Costa (2008)

Mecanismos de deformao por

fluncia

-Propagao de discordncias no retculo cristalino: discordncias

escalonadas (dislocation glide) e por deslizamento (dislocation glide)

-Difuso de massa

-Solubilizao por presso (pressure solution)

-Cataclase (esmagamento e propagao de microfissuras, com ou sem

cicatrizao)

Fluncia

tempo

Defo

rmao ()

Deformao elstica

Instantnea (o)

Fluncia primria -> processo de deformao/hardening

No esto em equilbrio

Fluncia atenuante

Fluncia

Secundria -> equilbrio entre a propagao/hardenig

Fluncia

Terciria -> fragilizao da estrutura cristalina (dano)

Ruptura

t

LLD

Taxa de deformao:

Fluncia primria (transiente) -> desacelerao

da deformao inicial (redistribuio)

Fluncia secundria (estacionria) ->

deformao sob taxa constante

Fluncia terciria -> precede a ruptura

Equao constitutiva da fluncia

estacionria

TTR

Qn

ef 11.exp..

00o s

s

Taxa de

deformao por

fluncia

Taxa de

deformao por

fluncia de

referncia (medida

em laboratrio)

Tenso efetiva de

referncia (medida

em laboratrio)

Tenso efetiva de

fluncia

Energia de ativao

(especfica do

mineral)

Constante

universal dos

gases

Coeficiente

dependente do

nvel das tenses

aplicadas (ensaio

de laboratrio)

Temperatura de

referncia (K)

Temperatura da

rocha em

profundidade (K)

Taxas de deformao por fluncia

log s

log

Taxa de deformao

Especfica (1/h)

Tenso diferencial (MPa)

(so, o)halita

fluncia transiente

fluncia permanente

(so, o)taquidrita

fluncia permanente

fluncia transiente

Modificado de Costa & Poiate (2008)

Mineral so (MPa) o (1/ano)

Silvinita 10 0,0016

Halita 10 0,0016

Carnalita 8 0,0072

Taquidrita 10 0,2200

Fechamento de poo por deformao da camada de sal influncia do tipo de sal

tempo (horas)

Fe

ch

am

ento

do p

oo (

pole

gadas)

0

-1,75

720 Modificado de Costa & Poiate (2008)

Poo com dimetro de

17,5 e fluido de perfurao de 11 lb/gal;

camadas entre 3000 e

4000m de prof.

taquidrita

halita

Fechamento de poo por deformao da camada de sal influncia da profundidade

tempo (horas)

Fe

ch

am

ento

do p

oo (

pole

gadas)

0

-1,75


Poo com dimetro de

17,5 e fluido de perfurao de 10 lb/gal;

Halita -4800m

Halita -4500m

Fechamento de poo por deformao da camada de sal influncia do peso do fluido de perfurao

tempo (horas)

Fe

ch

am

ento

do p

oo (

pole

gadas)

0

-2,00


taquidrita

11 lb/gl

12 lb/gl

13 lb/gl

14 lb/gl

mecanica de rochas aplicada ao petroleo_2012_resumo

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