Aula 18 Shale Gas GEO 222

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19/06/2017
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Reservatórios Reservatórios 
NãoNão--Convencionais Convencionais –– Shale Shale GasGas
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Aula 18
Prof: Roberto Rosa
Definição: rocha geradora e reservatória e gás confinado.
Técnicas: Poços horizontais e fraturamento hidráulico.
Reservatórios de folhelhos com gás
(Shale Gas)
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Reservatórios de folhelhos com gás
(Shale Gas)
Existia segundo Potter et al. (1980), uma grande defasagem no
estudo de Petrologia /sedimentologia dos folhelhos em relação aos arenitos,g g ç ,
carbonatos e até mesmo dos evaporitos, e a explicação para tal fato é a falta de
interesse econômico neste tipo de litologia.
No entanto, com o boom da exploração do shale gas, o entendimento
da Sedimentologia e Petrologia destas rochas se tornou fundamental para que
a produção de reservatórios não convencionais deste tipo seja economicamente
viável.
Assim propriedades como textura, estrutura e composição
i ló i ã i fl i di t t â t t fí i
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mineralógica vão influenciar diretamente nos parâmetros petrofísicos e
geomecânicos das rochas, e é com base em tais parâmetros que são
definidas as estratégias de exploração, estimulação e produção destes
reservatórios não convencionais.
Reservatórios de folhelhos com gás
(Shale Gas)
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Constitui um Sistema Petrolífero Único
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Mineralogia: A mineralogia é levada em consideração para a previsão
do comportamento da operação de fraturamento hidráulico. Apesar do ambiente
deposicional dar uma idéia de forma geral da composição mineralógica, podemos
Características de Reservatórios
de folhelhos com gás
(Shale Gas)
ter situações de formações depositadas em ambientes lacustres com pouca
quantidade de argila, assim como aquelas depositadas em ambientes marinhos
com altos teores de argilominerais. Quanto menor a quantidade de argila, maior o
potencial de resposta favorável ao fraturamento hidráulico.
Quantidade de Matéria Orgânica – COT: A quantidade mínima de
COT para que uma reserva de shale gas seja economicamente viável não é
totalmente conhecida, mas a experiência tem mostrado que este valor gira em
torno de 2.5 a 3% wt.% (Bowker, 2007). Desta forma, formações que estão abaixo
d t li it ã i l t d t d t i l l d l ã
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deste limite serão parcialmente descartadas como potencial alvo de exploração.
Maturidade Termal - % Ro: A reflectância da vitrinita é o parâmetro
utilizado para medir a intensidade do calor o qual a matéria orgânica foi submetida.
O valor mínimo para que a formação seja considerada potencial é de 1% Ro.
Características de Reservatórios
de folhelhos com gás
(Shale Gas)
Padroes de Fraturamento: Os padrões de faturamento causados
pela estimulação são diretamente afetados pela sua composição mineralógica.p ç p p ç g
Formações de rocha lutáceas que possuem alta quantidade de argila em sua
matriz freqüentemente apresentam alta ductilidade, de tal forma que tais rochas
quando submetidas ao faturamento hidráulico absorvem a energia na forma de
fraturas tubulares, as quais não são favoráveis a estimulação no sentido de
aumentar a permeabilidade.
Já uma rocha lutacea que tenha uma alta concentração de minerais
ditos frágeis (quartzo, feldspato e calcita) quando submetidos a forças externas
são mais favoráveis a produzir fraturas planas e em rede, que melhoram de fato
bilid d d h
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a permeabilidade da rocha
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Características de Reservatórios
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• Os valores médios de COT para folhelhos geradores de hidrocarbonetos são de
2,0% (em massa), sendo que os valores mínimos aceitáveis são de aproximadamente
1,0% para folhelhos betuminosos e 0,5% para folhelhos carbonosos.(KILLOPS, 1994).
• Análises do conteúdo de Carbono Orgânico Total (COT) contido, no folhelho de
Barnett encontram-se em média com valores entre 3,16 - 3,26% em Jarvie (2004), 3,3
- 4,5% em Montgomery et al (2005), e 2,4 - 5,1% em Jarvie et al(2007).
Caracterização Petrofísica
Porosidade e Permeabilidade
Autor /Ano Valores de permeabilidade
Jarvie et al, 2004 2004: 0,02‐0,10 millidarcies
Montgomery et al, 2005 < 0,01 millidarcies
Ketter et al, 2007 0,0005‐0,00007 millidarcies
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, , ,
Johnston, 2004; Bowker, 2007 microdarcies para nanodarcies
Faixas de valores distintos de permeabilidade para a Formação Barnet e seus respectivos autores.
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Características de Reservatórios
de folhelhos com gás
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O gás está armazenado nestas rochas em duas formas principais,
adsorvido ou livre nos seguintes locais: (1) como gás adsorvido e livre dentroadsorvido ou livre, nos seguintes locais: (1) como gás adsorvido e livre dentro
ou na matriz orgânica; (2) gás livre no espaço poroso inorgânico e fraturas
criadas pela decomposição da matéria orgânica (Loucks et al., 2012).
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Características de Reservatórios
de folhelhos com gás
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Imagem feita a partir de um microscópio eletrônico de varredura (MEV)
em uma seção de Barnett Shale com alto teor de silica, que apresenta a maior
parte da porosidade presente dentro da matéria orgânica (poros na cor escura
como mostrado nos quadrados verdes) (Bohacs et al., 2013).
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Características de Reservatórios
de folhelhos com gás
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Imagem de uma formação de shale gas rica em argilominerais
e matéria orgânica. Notar que a porosidade aparece tanto entre as
camadas de argilominerais (A) quanto dentro da matéria orgânica (B)
(Bohacs et al., 2013).
Uma das características que ajudam a explicar a alta produtividade de
reservatórios de shale gas é a conectividade entre os poros da matéria orgânica
(Passeys et al., 2010). Na figura abaixo mostra a distibuiçao da matéria orgânica em
verde no cubo 3D e em amarelo os seus poros, notar a conexão entre os poros.
Características de Reservatórios
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Cubos em 3D mostrando a distribuição da matéria orgânica
(verde) e dos poros (amarelo). Notar a conectividade entre os
poros (Passeys et al., 2010).
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Características de Reservatórios
de folhelhos com gás
(Shale Gas)
Na formação Barnett intervalos com altas concentrações de matéria
orgânica geralmente apresentam os maior volumes de gás e porosidade. O COT
mínimo para que um shale gas seja economicamente prospectivo não é conhecida ao
certo mas gira em torno de 2 5 a 3 wt% (Bowker 2007)certo, mas gira em torno de 2.5 a 3 wt% (Bowker, 2007).
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Correlação direta entre o COT e a quantidade de gás na matriz 
orgânica (Wang et al., 2009).
AVALIAÇÃO DE PERFIS 
Woodford Shale
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Faturamento Hidráulico
Devido aos baixíssimos valores de permeabilidade e porosidade das formações
do shale gas, para que a produção de gás seja economicamente viável faz-se necessário a
utilização de poços horizontais em conjunto com técnicas de fraturamento hidráulico
(Changan et al., 2010).
A técnica de fraturamento consiste em se bombear a alta pressão uma mistura de
água, areia e componentes químicos até a formação que contém gás com o intuito de fraturarágua, a e a e co po e es qu cos a é a o ação que co é gás co o u o de a u a
a mesma, criando caminhos para que o gás possa fluir até a superfície. Abaixo o esquema
desta operação.
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Faturamento Hidráulico
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Impacto da fragilidade da rocha na geometria da fratura
desenvolvida. Quanto mais quebradiça (brittle) a formação mais irregular será a
forma da fratura, de forma a atingir uma maior área fraturada, o que é favorável
neste tipo de reservatório não convencional. (Amir et al., 2013)
GÁS NÃO CONVENCIONAL NA INTERFraturamento HidraulicoApache Horn River 10-frac: 2.4 million kg sand; 32 million litre water
Fonte: IHS / CERA
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Completação e Produção.
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Realização do processo de fraturamento hidráulico no campo de Newark Leste. (1) Tanques de 
armazenamento do gel. (2) Unidades de bombeio. (5) Unidade de mistura (Blender do gel e propante) ao 
lado do poço.
Faturamento Hidráulico
O sucesso da técnica de fraturamento hidráulico depende em grande parte
de se encontrar as zonas mais fraturáveis (fracable zones). A grande
heterogeneidade de litologia e mineralogia nos reservatórios não convencionais deheterogeneidade de litologia e mineralogia nos reservatórios não convencionais de
shale gas, podem ser expressas em termos das quantidades de argila, areia,
matéria orgânica e carbonatos. Tais variações de mineralogia vão corresponder a
diferentes propriedades mecânicas das rochas. Os contrastes de propriedades
mecânicas das diferentes litologias influenciam diretamente na dimensão das
fraturas criadas artificialmente (Shebl et al., 2012).
Todas as formações de shale gas possuem argilominerais, o que o
diferencia um shale gas prospectivo de outro, em relação ao fraturamento hidráulico,
é a quantidade de argilominerais presentes na formação.
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q g p ç
Formações com teor de argila acima de 40% a 69% são consideradas não
prospectivas.
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An area rich in gas shale in the US state of Colorado
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Distribuição do Shale Gas no Mundo
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Distribuição do Shale Gas nos Estados Unidos
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Distribuição do Shale Gas nos Estados Unidos
Destaque - 4 (Marcellus Shale ) e 1 (Barnett Shale)
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Atualmente cerca de 48 estados nos EUA possuem prospectos em Shale Gas
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Faturamento Hidráulico
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Faturamento Hidráulico
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Completação e Produção
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Fonte: EIA, 2009. OBS. O numero de poços horizontais perfurados 
Perfuração de Poços desde 2007 a 2010
Marcellus Shale Gas
28Em 2010, só nesse campo foram perfurados 1445 poços
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Marcellus Shale Gas
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Perfuração de Poços desde 2005 a 2013
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A queda do preço do Petróleo provocou a diminuição do número
de poços perfurados por ano até 2016.
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Argentina Argentina -- Bloque Parva NegraBloque Parva Negra
 Superficie: 572 km2
Play Vaca Muerta - Posicionamiento Petrobras
 Superficie: 572 km2
 Poços: 5, dois descobridores 
(PN x-1 y PNE x-1)
 Sísmica 2D: 5000 km aprox.
 Sísmica 3D (2007-08): 420 km2
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 Potencial Play Mulichinco-
Tordillo fraturado: Recursos 
Mean* 223 BCF, up side (P90) 482 
BCF. 
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Shale Gas PlayFactores importantes – Potencial de Vaca Muerta
Factores 1er Orden Modificadores
Madurez térmica (Ro 1-2%)
Contenido de MO (3-8%)
Espesor - Distribución
Fracturas (densidad, tipo)
Gas adsorbido vs Gas Libre 
Cantidad y tipo de PHI matrix
Fragilidad (facilidad para fracturar, 
clásticos/carbonatos)
Profundidad (presión)
Tipo de MO (kerógeno)
Litología (sílice vs arcillas)
Distribución de otros gas (CO2, otros)
Propiedades Geoquímicas
(fuente: modificado de Hill y Neilson, 2000)
Vaca Muerta presenta condiciones 
favorables para establecer el Play 
Shale Gas
Shale Gas Play Play Vaca Muerta - Posicionamiento Petrobras
Activos Petrobras
Campos de Petróleo & Gas
Campos de Petróleo
Campos de Gas
Espesor V. Muerta (m)
COT > 6%
COT > 4 %
COT > 2 %
Ro > 1,3%
Ro > 0,6% - < 1,3%
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Shale Gas Play
Play Vaca Muerta – Sección sísmica
Espesor V. Muerta (m)
COT > 6%
COT > 4 %
COT > 2 %
Ro > 1,3%
Ro > 0,6% - < 1,3%
A B
A B
AmCh.x-1
(Amoco Chihuido)
BB.x-1
(Borde Blanco)
CNo.x-1
(Cañadon Nogales)
SHALE GAS PLAYSHALE GAS PLAY
Tronc. Sup.
Avilé
ASR.xp-106
(A San Roque)
A B
Mapa Estructural Fm. Tordillo – Base de Fm. 
Vaca Muerta
Quintuco
Mulichinco
Tordillo
Auquilco
La Manga
Lajas
PARVA NEGRA
V .Muerta
Sección condensada y pie de 
taludes con mejor contenido 
de TOC.
Comparação entre a Fm. Vaca Muerta e os principias campos produtores
de Shale Gas
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Comparação entre a Fm. Vaca Muerta e Marcellus quanto a
profundidade do aqüífero e o reservatório
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Excursão de campo no Sudoeste Apalachiano – Folhelho Consagua
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Excursão de campo no Sudoeste Apalachiano – Folhelho Consagua
Excursão de campo no Sudoeste Apalachiano – Folhelho Consagua