Reservatório de petróleo - Petroleum reservoir

Um mapa de estrutura, olhando para baixo, gerado por software de mapa de contorno para um reservatório de petróleo e gás de 8.500 pés de profundidade no campo Erath, Erath, Louisiana . A lacuna da esquerda para a direita perto do topo indica uma linha de falha entre as linhas de contorno azul e verde e as linhas roxa, vermelha e amarela. A fina linha circular vermelha no meio indica o topo do reservatório de óleo. Como o gás sobe acima do óleo, esta última linha marca a zona de contato gás e óleo.

Um reservatório de petróleo ou reservatório de óleo e gás é uma piscina subterrânea de hidrocarbonetos contidos em formações rochosas porosas ou fraturadas . Reservatórios de petróleo são classificados como convencionais e não convencionais reservatórios. Em reservatórios convencionais, os hidrocarbonetos de ocorrência natural, como petróleo bruto ou gás natural , são aprisionados por formações rochosas sobrepostas com menor permeabilidade , enquanto em reservatórios não convencionais, as rochas têm alta porosidade e baixa permeabilidade, o que mantém os hidrocarbonetos presos no lugar, portanto não requer uma rocha de cobertura . Os reservatórios são encontrados usando métodos de exploração de hidrocarbonetos .

Campo de petróleo

Um campo de petróleo com dezenas de poços. Este é o campo petrolífero Summerland , perto de Santa Bárbara, Califórnia , antes de 1906
Mittelplate do campo petrolífero no Mar do Norte
Eagle Ford Shale flares visíveis do espaço (comprimentos de onda verdes e infravermelhos), no arco entre "1" e "2", entre cidades no sudeste do Texas em 2012.

Um campo de petróleo é uma poça de petróleo sob a superfície da terra, aprisionada em uma cavidade selada de rocha impermeável. Como realmente usado na prática, o termo implica a possibilidade de benefício econômico suficiente digno de atenção comercial. Secundariamente, a área na superfície acima onde o petróleo fica preso no subsolo também é chamada de campo de petróleo.

Como os reservatórios de petróleo normalmente se estendem por uma grande área, possivelmente várias centenas de km de diâmetro, a exploração total envolve vários poços espalhados pela área. Além disso, pode haver poços exploratórios sondando as bordas, oleodutos para transportar o petróleo para outro lugar e instalações de apoio.

Como um campo de petróleo pode estar distante da civilização , estabelecer um campo costuma ser um exercício extremamente complicado de logística . Isso vai além dos requisitos de perfuração , para incluir a infraestrutura associada. Por exemplo, os trabalhadores precisam de moradia para trabalhar no local por meses ou anos. Por sua vez, a habitação e os equipamentos requerem eletricidade e água. Em regiões frias, pode ser necessário aquecer os dutos. Além disso, o excesso de gás natural pode ser queimado se não houver maneira de fazer uso dele - o que requer uma fornalha, chaminé e canos para transportá-lo do poço até a fornalha.

Assim, o campo de petróleo típico se assemelha a uma pequena cidade independente no meio de uma paisagem pontilhada de sondas de perfuração ou macacos de bomba, que são conhecidos como " burros que balançam a cabeça " por causa de seu braço oscilante. Várias empresas, como Hill International , Bechtel , Esso , Weatherford International , Schlumberger Limited , Baker Hughes e Halliburton , têm organizações especializadas na construção em grande escala da infraestrutura e no fornecimento de serviços especializados necessários para operar um campo de forma lucrativa.

Mais de 40.000 campos de petróleo estão espalhados ao redor do globo, em terra e no mar. Os maiores são o Campo de Ghawar na Arábia Saudita e o Campo de Burgan no Kuwait , com mais de 60 bilhões de barris (9,5 × 10 9 m 3 ) estimados em cada um. A maioria dos campos de petróleo é muito menor. De acordo com o Departamento de Energia dos EUA (Energy Information Administration), em 2003 os EUA sozinhos tinham mais de 30.000 campos de petróleo.

Na era moderna, a localização de campos de petróleo com reservas comprovadas de petróleo é um fator fundamental em muitos conflitos geopolíticos .

O termo "campo petrolífero" também é usado como uma abreviatura para se referir a toda a indústria do petróleo . No entanto, é mais preciso dividir a indústria do petróleo em três setores: upstream (produção de petróleo em poços e separação de água do petróleo), midstream (transporte de petróleo em dutos e petroleiros) e downstream (refino, comercialização de produtos refinados e transporte para Estações de petróleo).

Campo de gás

localização dos campos de gás do Irã
Instalação do campo de gás de Vučkovec , Croácia
O navio sonda Discoverer Enterprise é mostrado em segundo plano, em funcionamento durante a fase exploratória de um novo campo offshore. O Navio de Apoio Offshore Toisa Perseus é mostrado em primeiro plano, ilustrando parte da complexa logística de exploração e produção de petróleo e gás offshore.

O gás natural é originado pelo mesmo processo de craqueamento térmico geológico que converte o querogênio em petróleo . Como consequência, o petróleo e o gás natural costumam ser encontrados juntos. No uso comum, os depósitos ricos em petróleo são conhecidos como campos de petróleo e os depósitos ricos em gás natural são chamados de campos de gás natural.

Em geral, os sedimentos orgânicos enterrados em profundidades de 1.000 ma 6.000 m (em temperaturas de 60 ° C a 150 ° C) geram petróleo, enquanto os sedimentos enterrados mais profundamente e em temperaturas mais altas geram gás natural. Quanto mais profunda a fonte, mais "seco" é o gás (isto é, menor a proporção de condensados no gás). Como o petróleo e o gás natural são mais leves do que a água, eles tendem a subir de suas fontes até que cheguem à superfície ou sejam presos por uma armadilha estratigráfica impermeável. Eles podem ser extraídos da armadilha por perfuração.

O maior campo de gás natural é o campo de gás South Pars / Asalouyeh , que é compartilhado entre o Irã e o Qatar . O segundo maior campo de gás natural é o campo de gás Urengoy , e o terceiro maior é o campo de gás Yamburg , ambos na Rússia .

Como o petróleo, o gás natural é frequentemente encontrado debaixo d'água em campos de gás offshore, como o Mar do Norte , o Campo de Gás de Corrib , na Irlanda , e perto da Ilha Sable . A tecnologia para extrair e transportar gás natural offshore é diferente dos campos terrestres. Ele usa algumas sondas de perfuração offshore muito grandes , devido ao custo e às dificuldades logísticas de trabalhar sobre a água.

O aumento dos preços do gás no início do século 21 encorajou os perfuradores a revisitar campos que antes não eram considerados economicamente viáveis. Por exemplo, em 2008, a McMoran Exploration passou por uma profundidade de perfuração de mais de 32.000 pés (9754 m) (o poço de teste mais profundo da história da produção de gás) no local Barba Negra no Golfo do México. A sonda de perfuração da Exxon Mobil atingiu 30.000 pés em 2006, sem encontrar gás, antes de abandonar o local.

Formação

O petróleo bruto é encontrado em todos os reservatórios de petróleo formados na crosta terrestre a partir de restos de seres vivos. As evidências indicam que milhões de anos de calor e pressão transformaram os restos de plantas e animais microscópicos em petróleo e gás natural .

Roy Nurmi, consultor de interpretação da empresa de serviços de campo de petróleo Schlumberger , descreveu o processo da seguinte forma:

Plâncton e algas, proteínas e a vida que flutua no mar, à medida que morre, caem no fundo, e esses organismos serão a fonte de nosso petróleo e gás. Quando são enterrados com o sedimento acumulado e atingem uma temperatura adequada, algo acima de 50 a 70 ° C, eles começam a cozinhar. Essa transformação, essa mudança, os transforma em hidrocarbonetos líquidos que se movem e migram, se tornarão nosso reservatório de óleo e gás.

Além do ambiente aquático , que geralmente é um mar, mas também pode ser um rio , lago , recife de coral ou tapete de algas , a formação de um reservatório de petróleo ou gás também requer uma bacia sedimentar que passa por quatro etapas:

  • Enterro profundo sob areia e lama.
  • Cozimento de pressão.
  • Migração de hidrocarbonetos da fonte para a rocha reservatório
  • Captura por rocha impermeável.

O tempo também é uma consideração importante; sugere-se que o vale do rio Ohio poderia ter tido tanto petróleo quanto o Oriente Médio de uma vez, mas escapou devido à falta de armadilhas. O Mar do Norte , por outro lado, suportou milhões de anos de mudanças no nível do mar que resultaram com sucesso na formação de mais de 150 campos de petróleo .

Embora o processo seja geralmente o mesmo, vários fatores ambientais levam à criação de uma grande variedade de reservatórios. Os reservatórios existem em qualquer lugar desde a superfície da terra até 30.000 pés (9.000 m) abaixo da superfície e têm uma variedade de formas, tamanhos e idades. Nos últimos anos, os reservatórios ígneos tornaram-se um novo campo importante de exploração de petróleo, especialmente em formações de traquito e basalto . Esses dois tipos de reservatórios diferem no conteúdo de óleo e nas propriedades físicas, como conectividade de fratura , conectividade de poros e porosidade da rocha .

Armadilhas

Uma armadilha se forma quando as forças de flutuabilidade que conduzem a migração ascendente de hidrocarbonetos através de uma rocha permeável não conseguem superar as forças capilares de um meio de vedação. O momento da formação da armadilha em relação à geração e migração do petróleo é crucial para garantir a formação de um reservatório.

Os geólogos do petróleo classificam amplamente as armadilhas em três categorias com base em suas características geológicas: a armadilha estrutural , a armadilha estratigráfica e a muito menos comum armadilha hidrodinâmica. Os mecanismos de captura para muitos reservatórios de petróleo têm características de várias categorias e podem ser conhecidos como armadilhas combinadas. As armadilhas são descritas como armadilhas estruturais (em estratos deformados, como dobras e falhas) ou armadilhas estratigráficas (em áreas onde os tipos de rocha mudam, como inconformidades, pinch-outs e recifes). Uma armadilha é um componente essencial de um sistema petrolífero.

Armadilhas estruturais

As armadilhas estruturais são formadas como resultado de mudanças na estrutura da subsuperfície devido a processos como dobramento e falha, levando à formação de cúpulas , anticlinais e dobras . Exemplos desse tipo de armadilha são uma armadilha anticlinal , uma armadilha de falha e uma armadilha de domo de sal . (ver cúpula de sal )

Eles são mais facilmente delineados e mais prospectivos do que suas contrapartes estratigráficas, com a maioria das reservas mundiais de petróleo sendo encontradas em armadilhas estruturais.

Armadilhas estratigráficas

As armadilhas estratigráficas são formadas como resultado de variações laterais e verticais na espessura, textura, porosidade ou litologia da rocha reservatório. Exemplos desse tipo de armadilha são uma armadilha de discordância , uma armadilha de lente e uma armadilha de recife .

Armadilhas hidrodinâmicas

As armadilhas hidrodinâmicas são um tipo de armadilha muito menos comum. Eles são causados ​​pelas diferenças na pressão da água, que estão associadas ao fluxo de água, criando uma inclinação do contato hidrocarboneto-água.

Seal / cap rock

A vedação é uma parte fundamental da armadilha que evita que os hidrocarbonetos migrem para cima.

Uma vedação capilar é formada quando a pressão capilar através das gargantas dos poros é maior ou igual à pressão de flutuabilidade dos hidrocarbonetos em migração. Eles não permitem que os fluidos migrem através deles até que sua integridade seja interrompida, causando o vazamento. Existem dois tipos de selo capilar cujas classificações baseiam-se no mecanismo preferencial de vazamento: o selo hidráulico e o selo de membrana.

A vedação de membrana vazará sempre que o diferencial de pressão através da vedação exceder a pressão de deslocamento limite, permitindo que os fluidos migrem através dos espaços de poros na vedação. Ele vazará apenas o suficiente para trazer o diferencial de pressão abaixo do da pressão de deslocamento e selará novamente.

A vedação hidráulica ocorre em rochas que têm uma pressão de deslocamento significativamente maior, de modo que a pressão necessária para o fraturamento por tensão é na verdade menor do que a pressão necessária para o deslocamento do fluido - por exemplo, em evaporitos ou folhelhos muito estreitos. A rocha irá fraturar quando a pressão dos poros for maior do que sua tensão mínima e sua resistência à tração, em seguida, selar novamente quando a pressão reduzir e as fraturas fecharem.

Estimando reservas

Após a descoberta de um reservatório, um engenheiro de petróleo buscará fazer um melhor retrato da acumulação. Em um exemplo de livro-texto simples de um reservatório uniforme, o primeiro estágio é conduzir um levantamento sísmico para determinar o possível tamanho da armadilha. Poços de avaliação podem ser usados ​​para determinar a localização do contato óleo-água e com isso a altura das areias petrolíferas. Muitas vezes juntamente com dados sísmicos, é possível estimar o volume de um reservatório contendo petróleo.

A próxima etapa é usar informações de poços de avaliação para estimar a porosidade da rocha. A porosidade, ou a porcentagem do volume total que contém fluidos em vez de rocha sólida, é de 20 a 35% ou menos. Ele pode fornecer informações sobre a capacidade real. Os testes de laboratório podem determinar as características dos fluidos do reservatório, particularmente o fator de expansão do óleo, ou quanto o óleo se expande quando trazido da alta pressão e alta temperatura do reservatório para um "tanque de estoque" na superfície.

Com essas informações, é possível estimar quantos barris de óleo "tanque de estoque" estão localizados no reservatório. Esse óleo é denominado óleo do tanque de estoque inicialmente instalado (STOIIP) . Como resultado do estudo de fatores como a permeabilidade da rocha (a facilidade com que os fluidos podem fluir através da rocha) e possíveis mecanismos de acionamento, é possível estimar o fator de recuperação ou que proporção de óleo no local pode ser razoavelmente esperada produzido. O fator de recuperação é geralmente 30–35%, fornecendo um valor para os recursos recuperáveis.

A dificuldade é que os reservatórios não são uniformes. Eles têm porosidades e permeabilidades variáveis ​​e podem ser compartimentados, com fraturas e falhas quebrando-os e complicando o fluxo de fluido. Por esta razão, a modelagem computacional de reservatórios economicamente viáveis ​​é freqüentemente realizada. Geólogos , geofísicos e engenheiros de reservatório trabalham juntos para construir um modelo que permite a simulação do fluxo de fluidos no reservatório, levando a uma estimativa melhorada dos recursos recuperáveis.

As reservas são apenas a parte dos recursos recuperáveis ​​que serão desenvolvidos por meio de projetos de desenvolvimento identificados e aprovados. Como a avaliação de "Reservas" tem um impacto direto sobre a empresa ou o valor do ativo, geralmente segue um conjunto estrito de regras ou diretrizes (embora brechas sejam comumente usadas por empresas para inflar o preço de suas próprias ações). As diretrizes mais comuns são as diretrizes SPE PRMS, as Regras da SEC ou o Manual COGE. O governo também pode ter seus próprios sistemas, tornando mais complicado para os investidores comparar uma empresa com outra.

Produção

Para obter o conteúdo do reservatório de petróleo, geralmente é necessário perfurar a crosta terrestre, embora existam infiltrações de óleo na superfície em algumas partes do mundo, como os poços de alcatrão de La Brea na Califórnia e várias infiltrações em Trinidad . Fatores que afetam a quantidade de hidrocarbonetos recuperáveis ​​em um reservatório incluem a distribuição de fluido no reservatório, volumes iniciais de fluidos no local, pressão do reservatório, propriedades de fluido e rocha, geometria do reservatório, tipo de poço, contagem de poço, colocação de poço, conceito de desenvolvimento e filosofia operacional.

Mecanismos de direção

Um reservatório virgem pode estar sob pressão suficiente para empurrar os hidrocarbonetos para a superfície. À medida que os fluidos são produzidos, a pressão freqüentemente diminui e a produção falha. O reservatório pode responder à retirada de fluido de uma forma que tende a manter a pressão. Métodos artificiais de acionamento podem ser necessários.

Unidade de gás de solução

Esse mecanismo (também conhecido como acionamento de esgotamento) depende do gás associado ao óleo. O reservatório virgem pode ser totalmente semilíquido, mas espera-se que tenha hidrocarbonetos gasosos em solução devido à pressão. À medida que o reservatório se esgota, a pressão cai abaixo do ponto de bolha e o gás sai da solução para formar uma tampa de gás no topo. Esta tampa de gás empurra o líquido para baixo ajudando a manter a pressão.

Isso ocorre quando o gás natural está em um limite abaixo do óleo. Quando o poço é perfurado, a pressão reduzida acima significa que o óleo se expande. Conforme a pressão é reduzida, ela atinge o ponto de bolha e, subsequentemente, as bolhas de gás conduzem o óleo para a superfície. As bolhas então atingem a saturação crítica e fluem juntas como uma única fase gasosa. Além desse ponto e abaixo dessa pressão, a fase gasosa flui mais rapidamente do que o óleo por causa de sua viscosidade reduzida. Mais gás livre é produzido e, eventualmente, a fonte de energia se esgota. Em alguns casos, dependendo da geologia, o gás pode migrar para o topo do óleo e formar uma tampa de gás secundária.

Parte da energia pode ser fornecida por água, gás na água ou rocha comprimida. Estas são geralmente contribuições menores com respeito à expansão de hidrocarbonetos.

Gerenciando adequadamente as taxas de produção, maiores benefícios podem ser obtidos com os drives de solução de gás. A recuperação secundária envolve a injeção de gás ou água para manter a pressão do reservatório. A razão gás / óleo e a taxa de produção de óleo são estáveis ​​até que a pressão do reservatório caia abaixo do ponto de bolha quando a saturação crítica de gás é atingida. Quando o gás é exaurido, a razão gás / óleo e a taxa de óleo caem, a pressão do reservatório foi reduzida e a energia do reservatório exaurida.

Tampão de combustível

Em reservatórios que já possuem uma tampa de gás (a pressão virgem já está abaixo do ponto de bolha), a tampa de gás se expande com o esgotamento do reservatório, empurrando para baixo as seções de líquido aplicando pressão extra.

Este está presente no reservatório se houver mais gás do que pode ser dissolvido no reservatório. O gás geralmente migra para a crista da estrutura. É comprimido no topo da reserva de óleo, à medida que o óleo é produzido, a tampa ajuda a empurrar o óleo para fora. Com o tempo, a tampa do gás desce e se infiltra no óleo e, eventualmente, o poço começará a produzir mais e mais gás até produzir apenas gás. É melhor administrar a tampa do gás de forma eficaz, ou seja, posicionar os poços de maneira que a tampa do gás não os alcance até que a quantidade máxima de petróleo seja produzida. Além disso, uma alta taxa de produção pode fazer com que o gás migre para baixo no intervalo de produção. Neste caso, ao longo do tempo, o esgotamento da pressão do reservatório não é tão acentuado como no caso do acionamento a gás baseado em solução. Nesse caso, a taxa de óleo não cairá tão abruptamente, mas dependerá também da localização do poço em relação à tampa do gás.

Tal como acontece com outros mecanismos de acionamento, a injeção de água ou gás pode ser usada para manter a pressão do reservatório. Quando uma tampa de gás é acoplada ao influxo de água, o mecanismo de recuperação pode ser altamente eficiente.

Propulsão do aquífero (água)

Água (geralmente salgada) pode estar presente abaixo dos hidrocarbonetos. A água, como acontece com todos os líquidos, é compressível em um pequeno grau. À medida que os hidrocarbonetos se esgotam, a redução da pressão no reservatório permite que a água se expanda ligeiramente. Embora a expansão dessa unidade seja mínima, se o aqüífero for grande o suficiente, isso se traduzirá em um grande aumento de volume, que aumentará os hidrocarbonetos, mantendo a pressão.

Com um reservatório movido a água, o declínio na pressão do reservatório é muito pequeno; em alguns casos, a pressão do reservatório pode permanecer inalterada. A relação gás / óleo também permanece estável. A taxa de óleo permanecerá bastante estável até que a água alcance o poço. Com o tempo, o corte de água aumentará e o poço será regado.

A água pode estar presente em um aquífero (mas raramente em um reabastecido com água de superfície). Essa água vai substituindo gradativamente o volume de óleo e gás produzido no poço, visto que a taxa de produção é equivalente à atividade do aquífero. Ou seja, o aquífero está sendo reabastecido de algum influxo natural de água. Se a água começar a ser produzida junto com o óleo, a taxa de recuperação pode se tornar antieconômica devido aos maiores custos de extração e descarte de água.

Injeção de água e gás

Se os impulsos naturais são insuficientes, como muitas vezes são, a pressão pode ser mantida artificialmente injetando água no aquífero ou gás na tampa do gás.

Drenagem por gravidade

A força da gravidade fará com que o óleo se mova para baixo do gás e para cima da água. Se houver permeabilidade vertical, as taxas de recuperação podem ser ainda melhores.

Reservatórios de gás e condensado de gás

Eles ocorrem se as condições do reservatório permitirem que os hidrocarbonetos existam como gás. A recuperação é uma questão de expansão do gás. A recuperação de um reservatório fechado (ou seja, sem acionamento de água) é muito boa, especialmente se a pressão do orifício inferior for reduzida ao mínimo (geralmente feito com compressores na cabeça do poço). Quaisquer líquidos produzidos são de cor clara a incolor, com densidade superior a 45 API. A ciclagem de gás é o processo em que o gás seco é injetado e produzido junto com o líquido condensado.

Veja também

Referências