AULA 7 - FUNDAMENTOS DE EXPLORAÇÃO

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AULA 7
FUNDAMENTOS DE EXPLORAÇÃO
Prof. Ricardo Oliveira
1. Origem do Petróleo
O petróleo é uma substância oleosa, inflamável, com cheiro característico e de cor variando entre o negro e o castanho escuro. Tem-se como certa a sua origem orgânica, sendo uma combinação de moléculas de carbono (84%) e hidrogênio (14%). 
Ele é resultado da degradação da matéria orgânica de forma anaeróbica oriunda de quantidades extraordinárias de microorganismos que, em eras pré-históricas, se acumulavam nas águas litorâneas dos mares da época. Essa matéria orgânica foi soterrada a grandes profundidades e, por isto, sua degradação se deu fora do contato com o ar, a grandes temperaturas e sob fortes pressões. Ao contrário do que se pensa, o petróleo não permanece na rocha que foi gerado - a rocha matriz ou geradora - mas desloca-se até encontrar um terreno apropriado para se concentrar. Estes terrenos são denominados bacias sedimentares, formadas por camadas ou lençóis porosos de areia, arenitos ou calcários. O petróleo aloja-se ali, ocupando os poros rochosos e acumula-se, formando jazidas. Ali são encontrados o gás natural, na parte mais alta, e petróleo e água nas mais baixas (CEPETRO – Centro de Estudos sobre Petróleo – UNICAMP, 2008).
1.1 Alguns conceitos
Rocha Geradora: São rochas com acúmulo de material orgânico, e que vão proporcionar um ambiente de pouca permeabilidade, inibindo a ação de água e diminuindo a quantidade de oxigênio existente. Ou seja, ela cria as condições necessárias para a formação do petróleo.
Rocha Reservatório: Após o processo de formação, o acúmulo dele se dá a partir de uma migração (forte pressão) por uma rocha porosa e permeável, onde se criará um reservatório a partir de uma armadilha geológica denominada trapa ou rocha selante. Essa rocha porosa e permeável é chamada rocha reservatório. Caso não se tenha uma rocha selante, o acúmulo do petróleo não acontece e ele segue direto em direção à superfície.
Constituição do petróleo
Também se encontram outros constituintes tais como nitrogênio (menos de 1%), enxofre (1 a 3%), oxigênio (menos de 1%), metais (menos de 1% de níquel, ferro, vanádio, cobre, arsênio) e sais (menos de 1% - cloreto de sódio, cloreto de magnésio, cloreto de cálcio). Estes outros constituintes são considerados impurezas que devem ser retiradas.
2. Tipos de petróleo:
- Petróleo Parafínico: petróleo com grande concentração de hidrocarbonetos parafínicos (metano, etano, propano, butano, isobutano, pentano, hexano). Possui ºAPI maior que 31,1 (Petróleo leve). 
- Petróleo Naftênico: petróleo com grande quantidade de hidrocarbonetos naftênicos (ciclohexano, metilciclopentano). Possui ºAPI entre 22,3 e 31,1 (Petróleo Médio).
- Petróleo Aromático: com grande concentração de hidrocarbonetos aromáticos (benzeno, naftaleno). Possui ºAPI menor que 22,3 (Petróleo Pesado).
- Petróleo Extra pesado: Aromáticos e com ºAPI menor que 10.
Quanto ao conteúdo de enxofre pode ser classificado em doces (concentração menor que 0,5%) e ácidos (concentração maior que 0,5%). Os petróleos mais doces são tidos como de melhor qualidade, pois implicam em menores custos na fase de refino. O enxofre contamina os catalisadores e dificultam o rendimento desta etapa.
Petróleos de referência:
Oriente Médio (Arábia Light) – 41º API (DOCE)
Brent (Mar do Norte) – 38º API (DOCE)
WTI (EUA) – 39º API (DOCE)
Produtos:
Leves: Gás Natural, GLP, Nafta, Gasolina. 
Médios: Querosene e óleo diesel. 
Pesados: óleo combustível e asfalto.
3. Prospecção
Essa atividade constitui os métodos e técnicas utilizados, que permitem localizar áreas propensas a formação de jazidas de petróleo. Essas técnicas executadas por geólogos e geofísicos visam à identificação de características que indicam o acúmulo de petróleo numa determinada área. Esses métodos podem ser classificados em Geológicos e Sísmicos.
3.1. Geológicos
Essa fase corresponde aos estudos sobre as bacias sedimentares com a finalidade descobrir acúmulos de petróleo, assim são realizadas:
Análises aerofotogramétricas - fotos aéreas, imagens de satélite, com a finalidade de mapeamento. 
Gravimetria (análise do campo gravitacional) – a gravidade varia com a variação da densidade da Terra e as rochas apresentam diferentes densidades (g/cm3). As rochas sedimentares apresentam densidades típicas que podem ser identificadas a partir do cálculo da aceleração da gravidade à superfície (gravímetros).
Magnetometria (variação da intensidade do campo magnético) - A magnetometria mede anomalias magnéticas através da identificação de rochas ricas em ferro (material ígneo). E assim, tem-se um método rápido de identificar quando a formação não é sedimentar.
Esses métodos são normalmente utilizados em conjunto para serem efetivos e também são econômicos para a cobertura de grandes áreas.
3.2 Método sísmico
As imagens sísmicas tornaram-se uma ferramenta imprescindível para a localização de jazidas de hidrocarbonetos. O princípio consiste em recriar um “mini-sismo”, e assim medir o comportamento das ondas sísmicas geradas, de forma a identificar estruturas no subsolo. 
“As ondas sísmicas têm velocidades diferentes, à medida que se propagam por meios diferentes, sendo a sua velocidade relacionável com a densidade do meio atravessado. Assim podem ser identificadas as variações das propriedades das rochas e definidas exatamente, onde estão os limites entre camadas com propriedades diferentes” (Alvarez, 2009).
As reflexões são captadas por geofones e hidrofones e permitem excelente definição da formação geológica da subsuperfície. A sísmica 3D é que permite a melhor definição das feições geológicas do subsolo através de uma imagem tridimensional. Ela também permite monitorar a movimentação de fluidos e se isto for feito periodicamente tem-se a incorporação da variável tempo: a chamada sísmica 4D.
4. Produção Offshore
O Brasil tem posição de destaque no mundo no que diz respeito à tecnologia de produção no mar (offshore). Mais de 80% do petróleo brasileiro vem do mar, com participação considerável da Bacia de Campos. Nesse processo de desenvolvimento de tecnologia, o Cenpes (Centro de Pesquisa Leopoldo Miguez) tem um papel relevante. Como exemplos tem-se o PROCAP-3000, que é a busca de petróleo através de perfuração acima de 3000 metros de lâmina d’água (o recorde é de 2.777); o GIRINO, que é um robô que se desloca dentro de dutos com o objetivo de inspecionar e desobstruir; o Pravap (recuperação avançada de petróleo), que representa um esforço corporativo em P&D na busca de inovações tecnológicas que viabilizem a apropriação de reservas adicionais e aumento da produção em seus campos já descobertos e, na maioria das vezes, maduros; o Propes (programa de óleos pesados), com objetivo de extrair de forma viável cada vez mais óleos pesados, etc.
	Os robos G.I.R.I.N.O foram inspirados na natureza e criados pelo engenheiro Ney Robinson do Cenpes e sua equipe composta de 12 profissionais: "Crescemos muito rapidamente na pesquisa do petróleo no mar e precisávamos de veículos de operação remota. No Laboratório de Robótica do Cenpes, desenvolvemos ferramentas para intervenções submarinas em águas profundas - equipamentos especiais que não existem em lugar nenhum do mundo", diz Robinson. A inspiração veio da observação da facilidade de deslocamento das larvas de filhotes de sapo. O robô foi criado a partir de um caso crítico de entupimento em um oleoduto ocorrido na bacia de Campos , em 1997, Na ocasião, Robinson buscou soluções para um produzir um equipamento que permitisse o deslocamento dentro dos dutos e a movimentação de ferramentas dedicadas às operações de desobstrução e inspeções internas de malhas tubulares.
5. Campo de Petróleo
Campo de petróleo consiste numa área delimitada produtora do hidrocarboneto, onde se incluem todas as instalações e equipamentos de superfície e do subsolo.
Com o avanço da utilização do gás natural num leque cada vez maior de aplicações, o que antes era conseqüênciada busca pelo petróleo, agora se tem o gás como alvo da pesquisa exploratória, de forma que existem campos que só produzem gás natural.
Num reservatório, normalmente se encontra água ao fundo, óleo num nível intermediário, e gás na parte superior. Todavia, a depender da pressão e temperatura do reservatório o gás pode estar dissolvido no óleo (gás associado), além de se encontrar o gás livre do óleo.
6. Reservas
Reserva consiste no volume do hidrocarboneto que pode ser economicamente extraído de um campo. “As reservas são os volumes de hidrocarbonetos de reservatórios conhecidos que podem ser recuperados com a tecnologia e condições econômicas correntes na época da avaliação”. Vale ressaltar que este volume é normalmente menor que o volume total existente no campo.
	De acordo com a ANP, reservas são recursos descobertos de petróleo, comercialmente recuperáveis a partir de uma determinada data, denominada declaração de comercialidade. A declaração de comercialidade é o momento em que a companhia define junto à ANP o interesse em desenvolver a descoberta contida na área exploratória.
Vale ressaltar que não existe um critério uniforme sobre como definir e classificar reservas e algumas terminologias são comuns, tais como:
Volume original: à época da descoberta;
Volume recuperável: o que se espera retirar do reservatório;
Fator de recuperação: quociente entre o volume recuperável e o original;
Produção acumulada: quantidade produzida até determinado momento;
Fração recuperada: quociente entre a produção acumulada e o volume original.
Seu cálculo também não é dos mais fáceis, pois envolveria medir a porosidade de todos os pontos do espaço que delimitam o reservatório, entre outras variáveis.
	7. Principais tecnologias do upstream
7.1 Perfuração
Atualmente, a tecnologia de perfuração de poços, com o aperfeiçoamento das sondas rotativas, permite a perfuração de poços acima dos 6.000 metros de profundidade. No Brasil, na Bacia de Santos tem poços com profundidade de até 7.000 metros. 
Com relação ao ambiente de perfuração, os poços podem ser perfurados em terra (onshore) ou no mar (offshore), onde a Petrobras é uma empresa de destaque em tecnologia. 
Quanto à trajetória, eles podem ser verticais, horizontais, direcionais e multilaterais. Quanto ao objetivo podem ser: estratigráfico – para obter informações sobre a bacia; pioneiro – verificar uma estrutura mapeada e determinar a extensão e os limites do campo; produção – para extrair o hidrocarboneto; injeção – para injetar água ou gás e melhorar a recuperação. A perfuração terrestre é mais simples que a marinha, e, portanto os custos da última são maiores.
Os principais obstáculos são o tipo do terreno e localização do poço, além da dureza da formação geológica, ocorrência de gás sulfídrico e equipamentos inadequados.
	Tecnicamente, a perfuração consiste no conjunto de operações e atividades necessárias para se atravessar formações geológicas até atingir o reservatório de hidrocarbonetos. 
Com esse objetivo faz-se uso de uma torre de perfuração ou derrick, cuja finalidade é o manuseio dos tubos de perfuração (ela possui uma altura de 3 tubos – cada um deles tem cerca de 10 metros e tem a finalidade de sustentar a coluna de perfuração - kelly).
Quanto à coluna de perfuração, ela tem uma broca instalada na extremidade inferior da coluna e que estão acopladas aos drill collars ou tubos de comando (exercem peso e rigidez à coluna) e que são acoplados aos drill pipes (tubos de perfuração) e que por sua vez são acoplados ao Kelly que possui uma forma quadrada ou hexagonal que acoplada à mesa rotativa, confere a rotação da perfuração. As brocas podem ser de aço, diamantes naturais ou artificiais e podem ter partes móveis ou não.
No processo de perfuração há a injeção de fluido (lama de perfuração) que é bombeado e passa por dentro da coluna de perfuração, lubrificando e refrigerando a broca e a coluna de perfuração, além de limpar o fundo do poço, transportando para a superfície os cascalhos cortados e estabilizar as paredes do poço.
7.2. Plataformas marítimas
As plataformas marítimas são semelhantes ao equipamento montado em terra com a diferença de serem montadas sob a água, flutuando ou sendo ancoradas fisicamente ao fundo. As plataformas possuem aplicação dependente de características como: a profundidade da lâmina d’água, relevo do solo submarino, a finalidade do poço e a melhor relação custo benefício.
7.2.1 Plataformas fixas
Como o próprio nome diz, elas são fixas através de estacas cravadas no solo e possuem como condicionante o uso em lâminas d’água de até 200 metros. Pois há um custo elevado de montagem e instalação. Assim, ela é utilizada em campos com exploração comercial comprovada.
7.2.2 Plataformas auto-elevatórias
Consiste basicamente numa balsa flutuadora com pernas extensíveis, que são acionadas movimentando-se até o fundo do mar e assim fornecendo apoio e altura segura para a realização das operações. Elas são móveis sendo transportadas por rebocadores ou propulsão própria e destinam-se a poços perfurados na plataforma continental com lâmina d’água entre 5 e 130 m (PETROBRAS).
7.2.3 Plataformas Semi-submersíveis
Consistem numa estrutura apoiada por colunas em flutuadores submersos e que podem garantir o seu posicionamento através de ancoragem ou sistema de posicionamento dinâmico (satélites e motores), minimizando a ação das correntes, ventos e ondas. Apresentam grande mobilidade, podem ter sistema de propulsão ou não e são preferidas nos poços exploratórios. Estes modelos operam sem constrangimentos em profundidades de até 500 m de lâmina d’água. Petrobras estima que seu custo seja de cerca 900 milhões de dólares.
7.2.4 Navios-sonda e FPSO
Consistem em navios projetados para a perfuração submarina. Sua torre de perfuração localiza-se no centro do navio por onde passa a coluna de perfuração (tubos). O sistema de posicionamento do navio sonda é dinâmico e ele é utilizado com bastante eficácia em águas profundas. 
Já os navios FPSO processam (separam os fluidos), armazenam e transferem petróleo ou gás. No convés do navio tem uma planta de separação e depois o petróleo é armazenado no próprio navio e descarregado para um navio aliviador. Os maiores possuem capacidade para 200 mil barris dia.