Introdução à Engenharia de Petróleo e à Geomecânica - Aula Geologia 1

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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 
 
D E P A R T A M E N T O D E E N G E N H A R I A D E M I N A S E D E P E T R Ó L E O 
 
PMI 1563 - INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE PETRÓLEO E À GEOMECÂNICA 
 
AULA 1 1
OO PP EE TT RR ÓÓ LL EE OO 
 
? INTRODUÇÃO 
O termo “petróleo” vem do latim – petra e oleum – e significa “pedra de óleo”, tendo sido 
empregado pela primeira vez por Agrícola (1546), famoso pelo seu tratado De Re Metallica 
sobre a tecnologia de mineração e metalurgia. É encontrado na natureza preenchendo os 
interstícios das rochas, que tanto podem ser os vazios existentes entre os pequenos grãos de 
areia, eventualmente formando grandes espessuras de rochas denominadas arenitos, fendas 
abertas e intercomunicáveis de pequenas dimensões ou, ainda, cavidades de dissolução (em 
calcários) também intercomunicáveis. Na maioria dos casos ocorre a profundidades que podem 
atingir mais de 6000 m. 
 
? AMBIENTE DE FORMAÇÃO 
Em condições normais, os restos de organismos que se depositam nos fundos dos mares são 
decompostos, graças à ação das bactérias, que exercem papel de suma importância no 
equilíbrio vital sobre toda a superfície terrestre. Caso não existissem, o acúmulo de restos 
mortos seria tão grande que impossibilitaria o desenvolvimento da vida normal. Graças às 
bactérias, a matéria orgânica volta à matéria mineral, transformando-se em água, gás carbônico 
e sais minerais. 
 
No processo de formação do petróleo, bem como da hulha, torna-se imprescindível a 
existência de condições que impeçam a destruição dos restos mortos. O local de deposição 
deve ser pobre de oxigênio, de aeração, que favorecem o desenvolvimento bacteriano 
destrutivo. Porém, em ambos os casos (petróleo e carvão), deve haver condições propícias à 
vida, a fim de que sobrem os respectivos restos mortos. 
 
• CARVÃO MINERAL: Para o carvão mineral, o ambiente deveria ter sido o de lagoas de 
águas paradas, ao redor da qual havia florestas de grandes gimnospermas, cujos restos 
lentamente iam atulhando o lago. Graças ao soterramento, os restos vegetais, submetidos ao 
efeito da temperatura através de centenas de milhões de anos, vão gradativamente perdendo 
oxigênio e se enriquecendo de carbono, fenômeno denominado “hulheização” (turfa ? 
linhita ? carvão betuminoso ? antracito: 96% C). 
 
• PETRÓLEO: Na formação do petróleo, a bacia fechada – não mais na região continental, 
mas nos mares do passado – deveria ter sido oxigenada na sua parte superior, permitindo o 
desenvolvimento da vida, porém com um fundo isento de correntes, isolado, sem 
oxigenação e, portanto, impróprio à vida bacteriana aeróbia. Admite-se que os seres 
viventes à superfície fossem preferencialmente os de vida planctônica (algas, flagelados, 
larvas de crustáceos, etc.). À medida que esses seres vão morrendo, seus restos vão-se 
acumulando no fundo da bacia sem aeração, sofrendo uma putrefação incompleta. O 
enxofre existente nas proteínas forma o gás sulfídrico (H2S), que torna o ambiente tóxico, 
impróprio à vida. Esta lama putrefata é admitida como a fase inicial da formação do 
petróleo e recebe a designação de “sapropel” (do grego, sapros, podre, e pelos, lama). O 
petróleo se origina da ação de pressão e temperatura relativamente elevadas, que atuam por 
longos milênios, sobre essa lama soterrada, fazendo com que haja a perda gradual do 
nitrogênio e do oxigênio, aumentando conseqüentemente o teor relativo do carbono e do 
hidrogênio. 
AULA 1 2
 
 
 
 
? MIGRAÇÃO E ACÚMULO DO PETRÓLEO 
Uma vez formado o petróleo, dá-se sua migração, sendo acumulado em rochas porosas e 
permeáveis, mais comumente os arenitos. Como estes são formados em ambiente de águas 
movimentadas, onde é improvável o lento acúmulo da matéria orgânica, não se admite que o 
petróleo tenha origem na rocha em que é encontrado. 
 
O acúmulo da matéria orgânica verifica-se, preferencialmente, nos sedimentos de 
granulação fina. O seu teor relativo é de 1 para as areias finas, 2 para os siltes e 4 para as 
argilas, como valor médio tomado a partir de diversas análises de rochas sedimentares. A 
existência de matéria orgânica em maior quantidade nas argilas resulta do ambiente tranqüilo 
de sedimentação, onde os restos dos microorganismos acumulam-se lentamente junto às 
partículas finas (< 4 μm) que formam as rochas argilosas. 
 
Verificando-se, entretanto, que a maior parte das formações petrolíferas ocorrem em 
sedimentos arenosos (cujo tamanho dos grãos indica ambiente de águas movimentadas), rochas 
nas quais o acúmulo de matéria orgânica seria difícil, conclui-se que o petróleo teria migrado 
do local de sua formação até a rocha reservadora, ou rocha-reservatório, onde é acumulado. 
 
Partindo dos primórdios de sua gênese, sabe-se que, no estágio inicial, a matéria orgânica se 
acha misturada a detritos minerais finíssimos, entre os quais predominam a argila e grande 
quantidade de água. Com o decorrer do tempo, a espessura dos sedimentos poderá atingir 
muitas centenas de metros, a ponto de fazer com que a água, acompanhada dos produtos fluidos 
existentes, seja expulsa. A migração inicia-se, desta forma, ao longo dos planos de 
estratificação da rocha matriz, que é a direção de mais fácil escoamento. É possível que o 
petróleo, em vias de formação, seja carreado sob a forma emulsionada, ou melhor, como 
gotículas finíssimas dispersas no veículo aquoso. 
 
À expulsão do petróleo da rocha onde foi gerado dá-se o nome de migração primária. Ao 
seu percurso ao longo de uma rocha porosa e permeável, até ser interceptado e contido por uma 
armadilha geológica, dá-se o nome de migração secundária. Grande parte dos depósitos 
petrolíferos está relacionada a perturbações tectônicas que determinam as estruturas 
acumuladoras (armadilhas). Por este motivo, admite-se que a migração seja igualmente 
influenciada por tais eventos geológicos, que podem ainda ser conjugados à elevação da 
temperatura. 
 
Caso não exista uma estrutura capaz de acumular e reter o petróleo, dar-se-á seu escape total 
à superfície. Nesta condição, poderá ser oxidado e destruído por completo, ou ser levado pelas 
correntes aquosas e novamente conduzido ao mar. Poderá, ainda, se as condições de superfície 
permitirem, acumular-se e formar os chamados lagos de asfalto. Quando o petróleo não atinge 
a superfície, seu acúmulo se dá em profundidade. A figura 1 ilustra a diversidade de estruturas 
capazes de acumular o petróleo. 
 
 
 
 
FIGURA 1 
 
 
? ROCHA-RESERVATÓRIO 
O petróleo, após ser gerado e ter migrado, é eventualmente acumulado em uma rocha que é 
chamada de reservatório (figura 2). Essa rocha pode ter qualquer origem ou natureza, mas para 
constituir um reservatório deve apresentar espaços vazios em seu interior (porosidade), e estes 
vazios devem estar interconectados, conferindo-lhe a característica de permeabilidade. Desse 
modo, podem constituir rochas-reservatório os arenitos e calcarenitos, e todas as rochas 
sedimentares essencialmente dotadas de porosidade intergranular que sejam permeáveis. 
 
 
AULA 1 3
 
 
FIGURA 2 
 
Uma rocha-reservatório, de maneira geral, é composta de grãos ligados uns aos outros por 
um material, que recebe o nome de cimento. Também existe entre os grãos outro material 
muito fino chamado matriz. Normalmente existe comunicação entre os poros de uma rocha. 
Porém, devido à cimentação, alguns poros podem ficar totalmente isolados. Chama-se 
“porosidade absoluta” a razão entre o volume de todos os poros e o volume total da rocha. À 
razão entre o volume dos poros interconectados e o volume total da rocha dá-se o nome de 
“porosidade efetiva”. Como os poros isolados não estão acessíveis para a produção de fluidos, 
o parâmetro realmente importante para a engenharia de reservatórios é a porosidade efetiva, 
pois representa o volume máximode fluidos que pode ser extraído da rocha. 
 
? ROCHA SELANTE 
Atendidas as condições de geração, migração e reservatório, para que se dê o acúmulo do 
petróleo, existe a necessidade de que alguma barreira se interponha no seu caminho. Essa 
barreira é produzida pela rocha selante, cuja característica principal é sua baixa 
permeabilidade. As duas principais classes de rochas selantes são os folhelhos e os evaporitos 
(sal). A figura 3 esquematiza diversas situações geológicas ilustrando a migração do petróleo 
desde a rocha geradora até as rochas-reservatório. A disposição espacial entre rochas-
reservatório e rochas selantes propicia o acúmulo do petróleo. 
 
 
FIGURA 3 
 
AULA 1 4
 
 
 
? CONDIÇÕES IMPRESCINDÍVEIS À EXISTÊNCIA DE PETRÓLEO EXPLORÁVEL 
1. Existência de condições favoráveis ao acúmulo de matéria orgânica, a fim de possibilitar a 
formação da rocha matriz, ou rocha geradora (figura 4, quadro 1). 
 
2. Ausência de agentes destrutivos (bactérias aeróbias), conjugada com agentes 
transformadores (bactérias anaeróbias), que propiciem as reações químicas e bioquímicas 
geradoras dos hidrocarbonetos, por decomposição de matéria orgânica (algas). 
 
3. Existência de forças capazes de promover a migração dos hidrocarbonetos, tais como 
compressão por parte dos estratos superiores e expulsão da água e dos hidrocarbonetos 
emulsionados (migração primária), e posterior acúmulo em rocha porosa e permeável 
suscetível à migração secundária, através da flutuação na água, determinando a 
concentração (figura 4, quadro 2). 
 
4. Existência de rocha permeável e porosa, que não só possa conter o petróleo, mas também 
possibilitar o seu fácil escoamento no poço produtor. É a chamada rocha acumuladora ou 
rocha-reservatório. A mais freqüente é o arenito, rocha porosa e permeável. 
 
5. Existência de rochas impermeáveis que retenham o petróleo, impedindo que a migração 
progrida indefinidamente, determinando a sua perda. Tais rochas, denominadas rochas 
selantes, são comumente de natureza argilosa, predominando os folhelhos. 
 
6. Existência de uma estrutura que permita a migração secundária. No caso de faltar esta 
condição, o petróleo encontrar-se-á disseminado na rocha acumuladora, não havendo 
pressão necessária ao fluxo combustível para o interior da perfuração (figura 4, quadro 3). 
 
 
 
FIGURA 4 
 
AULA 1 5
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	Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo
	 
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	O PETRÓLEO