noções de geologia e reservatório - prof jose luiz falcão
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Geologia/ Sistemas Petrolíferos/ Reservatórios
José Luiz Falcão, PhD
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Objetivo
Apresentar as noções básicas das disciplinas: Geologia, Sistemas Petrolíferos e Reservatóriosassociadas à Engenharia de Petróleo
Bibliografia• Material de aula
• Livros:o Sandoval Amui, Petróleo e Gás Natural para Executivos
o Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, Edit. Interciência, Rio de Janeiro, 2001
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SumárioFundamentos de Geologia do Petróleo
IntroduçãoTipos de RochasOrigem do PetróleoMétodos de ProspecçãoSistemas Petrolíferos
Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Ciência cujo objeto é o estudo da origem, da formação e das sucessivas transformações do globo terrestre, e da evolução do seu mundo orgânico.
....Geologia do Petróleo é a aplicação conjunta dessa ciência, e de outras ciências e técnicas correlatas na busca de petróleo, quer nos aspectos de prospecção, quer nos de exploração e uso, bem como nos de estudos e pesquisas sobre a natureza, a origem e as composições particulares dos diversos petróleos...
Definição...
Noções de Geologia
5(www.ruf.rice.edu)
História Geológica
Idades (milhões de anos)Terra: ~4500;Rochas: ~3000;Seres vivos: ~1000;Petróleo: ~1-400;Gondwana ~180;Homem: ~1;
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Estrutura da Terra
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Teoria segundo a qual a posição relativa dos continentes mudou no tempo geológico, por translações horizontais (Alfred Wegener, 1912)
Pangea / Deriva Continental
Argumentações para suporte:Aspectos geométricos;Argumentos geológicos (estruturais, estratigráficos e paleontológicos – animais e vegetais fósseis);
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Pangea / Deriva Continental
Paleozóico-Mesozóico - 200 MaTriássico Tardio - 180 MaJurássico Tardio - 135 MaCretáceo Tardio - 65 MaAtualmente
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Placas Tectônicas
1. Norte Americana2. Índico3. Filipinas
7. Antártida8. Nazca9. Sul Americana
4. Juan de Fuca5. Pacífico6. De Cocos
10.Africana 11.Arábica12.Euro-Asiática13.Caribeana
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IntroduçãoTipos de RochasOrigem do PetróleoMétodos de ProspecçãoSistemas Petrolíferos
Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Rocha
Material sólido constituído por um ou mais minerais com características químicas e mineralógicas específicas;
Tipos de RochasÍgneasSedimentaresMetamórficas
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Rochas Ígneas
São formadas a partir da cristalização do magma (material em fusão)Podem
Se consolidar no interior da crosta terrestre (rochas plutônicas – ex. Granitos)Extravasar para a superfície ( rochas vulcânicas – ex. Basalto)
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Rochas Metamórficas
São formadas a partir das rochas previamente existentes (sedimentares, ígneas ou mesmo metamórficas) pela modificação das condições de temperatura e pressão originais (em que a rocha se formou)Exemplos: mármore, ardósia
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Rochas SedimentaresFormadas pela acumulação de sedimentos de origem inorgânica (areia, argila) ou orgânicos (algas calcáreas, recifes de coral)São os elementos básicos dos sistemas petrolíferos (rocha geradora, carreadora, reservatório e selante).Representam 75% da superfície terrestre,Mas apenas 5% do volume
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Bacias SedimentaresSão depressões naturais do terreno, de dimensões regionais que subsidem com o tempo, permitindo a
acumulação de petróleo
Bacias Sedimentares
Brasileiras
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Bacia Sedimentar - Tipos de LitologiaFolhelho
Rocha sedimentar mais abundante formado por argila compactadaConstitui rochas geradoras e por ser impermeável pode ser capeadorRepresentam 75% das rochas perfuradas
ArenitoFormados por grãos de quartzo com certo grau de cimentaçãoFunciona como reservatório por ser poroso e permeável
CalcárioFormados pela deposição de cristais de CaCO3, esqueleto de animaisPodem formar reservatórios – sobretudo se fraturados ou cavernosos
EvaporitosDeposição de sais pela evaporação da água do mar em ambiente restritoPor ser impermeável funciona como excelente capeador
Intrusões e derramamentosIntrusões de camadas de sal – domos salinos Bacia de SantosDerramamento – basalto da Bacia do Paraná
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Brasil - Reservas por tipo de reservatório
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Por que o petróleo ocorre em abundância em certas áreas, ao passo que em outras as ocorrências são raras ou inexistentes ?
Pergunta:Origem do Petróleo
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1. Rocha geradora;
2. Migração do petróleo;
3. Rocha reservatório;
4. Rocha selante;
5. Aprisionamento do petróleo (trapas).
Reservatório - Condições necessárias
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Matéria orgânica depositada junto com sedimentos
• Matéria orgânica marinha
microorganismos + algas = fitoplâncton
• Ambiente não pode ter O2 e sedimentos de baixa K
Condição para formação HC
• MO + sed. + temperatura + pressão + tempo
1. Rocha Geradora
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Para formação de uma jazida é necessário que haja migração até óleo chegar a uma armadilha;O mais polêmico é o entendimento dos modelos de migração (facilitam a descoberta);Se não houver trapas exsudações = perda
2. Migração do petróleo
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É o local de chegada após a migração;Deve ter condições permo-porosas;
Poros interconectados Permeabilidade;Mais comuns arenitos e calcarenitos;Porosidade absoluta e efetiva;Porosidade obtida por testemunhos e/ou perfis.
3. Rocha reservatório
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4. Rocha selanteÉ a rocha que evita a continuidade da migração;Impermeável;Plasticidade (esforços e deformações);Exemplo: folhelhos e evaporitos;
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Trapa Estrutural Anticlinal
Trapa Estratigráfica
5. Aprisionamento do petróleo
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Ocorrência de Petróleo - Sumário
Ambiente de
circulação restrita
Fitoplâncton
+lama
Soterramento Folhelho betuminoso
Pressão, Temperatura
e Tempo
Rocha Geradora
Geração de Hidrocarbonetos Migração
Rocha Reservatório com Trapa
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A descoberta de uma jazida petrolífera é um trabalho que envolve um longo e dispendioso estudo de dados geofísicos e geológicos;
Proposta da locação (poço) é a última etapa;
Objetivos do programa de prospecção: • Localizar situações mais favoráveis;
• Identificar as que tem maior chance de conter HC
Métodos : geológicos e geofísicos.
Prospecção de Petróleo
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Métodos geológicos:Geologia de superfície;Aerofotogrametria e fotogeologia;Geologia de subsuperfície.
Métodos potenciais:Gravimetria;Magnetometria;
Método Sísmico.
Prospecção de Petróleo
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O Objetivo é reconstruir as condições de formação e acumulação de HC;
Através da elaboração de mapas de superfície (aerofotogrametria e fotogeologia) + dados de poços, infere-se a geologia de subsuperfície;
Métodos Geológicos
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Geologia de SuperfícieReconhecimento é feito através de afloramentos
Bacias sedimentares são delimitadas e estruturas capazes de acumular HC identificadas;
Regiões de rochas ígneas e metamórficas e de pequena espessura de sedimentos são descartadas;
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Fotografias da região em vôos com velocidade, altitude e direção constantes ou fotos de satélites;Constroem-se mapas topográficos;Procura-se determinar feições geológicas como dobras, falhas e mergulho de camadas;Pode-se identificar estruturas geológicas pela variação da cor do solo e configuração dos rios;
Aerofotogrametria e fotogeologia
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Dados obtidos de um poço:Amostras de calha;
Formações perfuradas X profundidade;
Elaboração de mapas e seções estruturais a partir de dados de vários poços
Identificação de fósseis tipo e idade das rochas
Geologia de Subsuperfície
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Campo gravitacional depende:• Latitude;
• Elevação;
• Topografia;
• Marés;
• Variação da densidade da superfície.
Variação da densidade da superfície, permite:• Estimar a espessura de sedimentos;
• Presença de rochas com densidades anômalas;
• Prever a existência de altos e baixos;
Método ambíguo - não deve ser usado isoladamente;
Maioria dos campos do Recôncavo Baiano foi descoberta pela interpretação de mapas gravimétricos
Métodos Potenciais - Gravimetria
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Mede variações na intensidade do campo magnético terrestre, resultado da distribuição irregular de rochas magnetizadas em subsuperfície;Medidas obtidas dependem:
• Latitude,• Altitude de vôo;• Direção do vôo;• Variações diurnas (atividade solar);• Presença de rochas magnéticas.
O mapa magnético pode fornecer:• Estimativa da profundidade do embasamento;• Espessura de sedimentos;• Altos estruturais do embasamento;• Presença de rochas intrusivas
Métodos Potenciais - Magnetometria
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Sísmica de refração• Registra ondas refratadas;
• Aplicação área de sismologia (tremores superfície);
• Usada nos anos 50 como apoio aos métodos potenciais.
Sísmica de reflexão• Método mais utilizado;
• Define feições geológicas propícias à acumulação de HC;
• 90% dos investimentos de prospecção;
Método Sísmico
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Fontes de energia:• Dinamite, vibrador ou canhões de ar comprimido (mar);
• Pulso conhecido = assinatura da fonte;
• Duração dos pulsos (detonação) = 200milisegundos;
Receptores:• Geofones (terra) – eletromagnéticos
o Composto por uma bobina dentro de um campo magnético, movimento relativo cria uma corrente elétrica induzida.
• Hidrofones (mar) – pressão.o Composto de cristais piezoelétricos que geram corrente elétrica
proporcional à pressão produzidas pelas ondas acústicas na água
Método Sísmico
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Consiste na geração de uma perturbação mecânica num ponto da superfície e o registro das reflexões em centenas de canais de recepção (linha reta)Distância entre canais = 20 a 50 metros;Número de canais = 128 a 1024;Posicionamento das fontes/receptores:• topográfico em terra e • por satélite no mar;
Aquisição de Dados Sísmicos
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Aquisição de dados sísmicos no mar:
Método Sísmico
Filme
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Velocidades de propagação depende da: Densidade;Constantes elásticas do meio;Constituição mineralógica;Grau de cimentação;Estágios de compactação (pressão, profundidade);Porosidade;Saturação de fluidos;Presença de microfraturas;Caracterização sísmica da rocha
Método Sísmico
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Como o método sísmico de reflexão permite o cálculo destas velocidades, é possível fazer estimativas dos parâmetros das rochas a partir desse conhecimento.
Método Sísmico
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Processamento de dados sísmicos:Relação software X hardware – pesquisa universitária;
Principal objetivo do processamento é produzir imagens da subsuperfície com fidelidade;
Geofísicos e geólogos interpretam imagens na busca de situações favoráveis à acumulação de petróleo;
Método Sísmico
Antes do processamento Após o processamento
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A IMAGEM SÍSMICA
A imagem original O que resta da imagem original dentro do conteúdo de freqüências da sísmica.
Informação a recuperar
Método Sísmico
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Interpretação de dados sísmicos:As seções sísmicas finais são interpretadas para gerar os mapas estruturais, onde as curvas de contorno são isócronas de um refletor;
A interpretação das seções sísmicas pode indicar situações favoráveis à acumulação de petróleo.
Método Sísmico
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Sísmica TridimensionalConstrução de um cubo 3D;Maior definição;Maior precisão;Possibilita gerar seções verticais e horizontais em qualquer direção;Navegar por dentro do cubo
Método Sísmico
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IntroduçãoTipos de RochaOrigem do PetróleoMétodos de ProspecçãoSistemas Petrolíferos
Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Sistema Petrolífero
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Sistema Petrolífero
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Sistema Petrolífero do Pré-sal
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164 milhõesde anos
152 milhõesde anos
130 milhõesde anos
122 milhõesde anos
108 milhõesde anos
Forma atual do Planeta Terra
SINBPA/PetrobrasScotese
Pólo Pré-sal – Historia Geológica
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Área Total (azul): 149.000 km²
• Sob concessão: 28%
Área Total (azul): 149.000 km²
• Sob concessão: 28%
Pólo Pré-sal
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Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Se preocupa em elaborar um plano de desenvolvimento de um campo de modo a maximizar o ganho econômico advindo da recuperação do petróleo; ou seja, maximizar a produção de HC com o menor custo possível.
Eng. Reservatórios, estuda:• Caracterização das jazidas;
• Propriedades das rochas;
• Propriedades dos fluidos;
• Relação rocha-fluido;
• Fluxo de fluidos no meio poroso.
Engenharia de Reservatório
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O estudo do Reservatório engloba as atividades:Determinação das propriedades das rochas reservatório e dos fluidos nela contidos;
Estimativa da reserva; acompanhamento, planejamento e desenvolvimento de campos;
Interpretação de resultados de testes de pressão;
Simulação e previsão de comportamento de reservatórios de óleo e gás;
Métodos de recuperação
Noções de Reservatório
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Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Porosidade (Absoluta e Efetiva);Saturação (dois ou mais fluidos);Permeabilidade;Gradiente Geotérmico;Gradiente de Pressão da Bacia;
Conceitos Básicos
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É a propriedade da rocha que dá uma idéia da porcentagem do volume poroso em relação ao volume total de rocha
VtVp
=φ
Porosidade (φ)
• Temos três tipos de porosidade:Efetiva - considera volume dos poros intercomunicáveis; Não efetiva - considera o volume dos poros isolados;Total - é a soma dos dois tipos anteriores
• Na estimativa de reservas, apenas a efetiva é importante.• A porosidade não garante a passagem de fluido
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Permeabilidade (k) é a medida da habilidade de um meio poroso se deixar atravessar por fluidos
Lei de Darcy
Permeabilidade
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Saturação (S) é o parâmetro que indica o percentualde cada fluido (óleo, água ou gás) no meio poroso
VpVgS
VpVwS
VpVoS
gas
water
oleo
=
=
=
Saturação de Fluidos no Reservatório
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Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Produção de óleo: • parte dos HC que permanecem no estado
líquido quando levado para as condições de superfície;
Produção de gás:Gás dissolvido no óleo;Gás dissolvido na água;Gás livre.
Produção de água:Saturação móvel;Proximidade de aqüíferos
Fluidos Produzidos
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Equilíbrio de fasesFator Volume de FormaçãoDensidadeViscosidade
Propriedade dos fluidos
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Vaporização de uma substancia pura (P = cte)
Propriedade dos fluidos
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Vaporização de uma substancia pura – Diagrama de Fases
Propriedade dos fluidos
P = Constante) T = Constante)
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Vaporização de uma substancia composta (P=cte)
Propriedade dos fluidos
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Vaporização de uma mistura – Diagrama de Fases
Propriedade dos fluidos
P = Constante) Varias P
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Diagrama de Fases de uma Mistura
cric
onde
nter
ma
cricondebarica
Ponto crítico: acima dele as propriedades de líquidos e gases são idênticasCricondenterma: maior temperatura na envoltória de saturaçãoCricondenbarica: maior pressão na envoltória de saturação
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Fator Volume de Formação do Óleo
Fator Volume de Formação do Óleo (Bo) é a razão entre o volume que o óleo ocupa na condição de reservatório pelo
volume ocupado na condição padrão - 1 atm e 20ºC
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O volume ocupado pelo gás é altamente influenciado pela pressão e temperatura;
Quando sai do reservatório e vai para a superfície, sofre uma grande ampliação de volume;
Define-se Fator Volume de Formação do Gás (Bg), como sendo a razão entre o volume que o gás ocupa numa condição de reservatório pelo volume ocupado na condição padrão (1 atm e 20ºC);
Fator Volume de Formação do Gás
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Óleo Leve--------------------do ≤ 0,87------------------°API ≥ 31Óleo Médio------------------0,87 < do ≤ 0,92---------31 > °API ≥ 22Óleo Pesado ---------------0,92 < do < 1,00---------22 > °API > 10Óleo Extra pesado--------do ≥ 1,00-------------------°API ≤ 10
5,131d
5,141APIo
−=°
Grau API do Óleo Escala utilizada para medir a densidade relativa de líquidos
Óleo Leve do baixa °API alto
Óleo Pesados do alto °API baixo
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Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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É fundamental conhecer a quantidade de fluidos existente no reservatório;
Decisão em implantar ou não um projeto depende: da quantidade de HC existentes na jazida e dos investimentos necessários para viabilizar sua produção;
Classificação das reservas: SPE e SEC.
Estimativa de Reservas
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Quantidade de fluidos existente no reservatório (VOIP);
Estimativa de reservas são os procedimentos necessários para se ter uma idéia dos fluidos contidos nos reservatórios;
Estimativa de Reservas
o
wiR
BSVVOIP )1(** −
=φ
1 m
01
23
4
Curva de Isópacas
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Volume original de óleo in place VOIP;Fator de recuperação Fr (% de HC recuperável com mecanismos naturais e técnicas previstas de serem aplicadas no reservatórioVolume recuperável Vr = VOIP x Fr; Produção acumulada: Np ou Gp;Fração recuperada: Np/VOIP ou Gp/GIP;Reserva:
• Quantidade de fluido que ainda pode ser produzida. • Na época da descoberta, a reserva é igual ao volume recuperável.
Estimativa de Reservas - definições
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Registro e acompanhamento das • vazões,
• pressões,
• RGO (razão gás óleo)
• RAO (razão água óleo)
• BSW,
• Np (produção acumulada de óleo)
• Gp (produção acumulada de gás) e
• Wp (produção acumulada de água);
Importante para verificar o acerto das decisões tomadas;
Permite calibrar modelo para futuras previsões.
Histórico da Produção
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Integração de DisciplinasModelagem de Reservatórios
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Incertezas na PrevisãoModelagem de Reservatórios
Situação atual Situação original
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Comparação Previsto x RealizadoModelagem de Reservatórios
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Repetição da sísmica 3-D, em intervalos grandes de tempo;
Observam-se as alterações petrofísicas dos reservatórios: extração ou injeção de fluidos;
Análise das diferenças poderáfornecer dados importantes para o desenvolvimento da produção
Monitoração da frente de avanço
Calibração das modelagens de reservatório
Sísmica 4D
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Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Mecanismo de Gás em Solução
Fr 5 a 30%
• óleo produzido cria espaço poroso livre que é preenchido pelo gás;
• RGO aumenta com o tempo;
• FR 5 a 30% do óleo original.
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Mecanismo de Capa de Gás
Fr 20 a 40%
• gás comprimido é energia que move óleo para o poço/ superfície
• Pressão cai mais lentamente que no mecanismo anterior
• FR final pode atingir de 20 a 40% do óleo original
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Mecanismo de Influxo de Água
Fr até 50%
• Energia do reservatório é proporcional ao volume do aqüífero;• Pressão no reservatório e RGO praticamente constante ao longo do tempo;• Após um certo tempo diminui produção de óleo e aumento a de água;• É o que apresenta maior FR do óleo original: 35 a 75%.
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Fundamentos de Reservatórios de PetróleoIntroduçãoMeio PorosoFluidos ProduzidosEstimativa de ReservasMecanismos de ProduçãoMétodos de Recuperação
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Primária – energia natural;
Secundária – injeção de água e gás;
Terciários – métodos especiais• Métodos térmicos – óleo viscoso. Injeção de vapor e
combustão in situ;
• Métodos miscíveis – reduz tensões interfaciais. CO2, gás natural e nitrogênio;
• Métodos químicos – polímeros.
• Outros métodos – recuperação microbiológica, ondas eletromagnéticas.
Métodos de Recuperação
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Fim ....
Duvidas????