GEOFISICA KARINA ANDRADE

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CENTRO UNIVERSITÁRIO MONTE SERRAT 
ENGENHARIA DE PETRÓLEO
 
KARINA CRISTINA GOMES DE ANDRADE
A Aplicação dos Métodos de Geofísica na Engenharia de Petróleo
Santos
2017
INTRODUÇÃO
A Geofísica do Petróleo constitui a especialidade que utiliza os conhecimentos geológicos com aplicações físicas para a prospecção, pesquisa, desenvolvimento e produção de petróleo. A indústria petrolífera está aliada a Geofísica, pois a maioria dos poços exploratórios são localizados a partir de fundamentos geofísicos, por esta razão todas as companhias petroleiras possuem departamentos de geologia e a indústria petrolífera é a que mais emprega geólogos em todo o mundo.
A tecnologia de sensoriamento remoto (satélites, radar e fotografias convencionais), de levantamentos geofísicos, geoquímicos e o apoio dos sistemas computacionais geram a simulação com modelos matemáticos, têm potencializado o emprego das técnicas tradicionais e ampliado a taxa de sucesso da moderna técnica de prospecção de petróleo. 
O desenvolvimento da moderna geofísica marinha (sísmica) permitiu o avanço da prospecção para o domínio da plataforma continental (offshore), a última fronteira para a exploração do petróleo no mundo.
O objetivo principal desse trabalho é compreender e identificar os diferentes métodos geofísicos e suas aplicações na exploração de hidrocarbonetos.
GEOFÍSICA
A Geofísica surgiu no século XVII, pelos físicos Newton e Gilbert em um estudo sobre os campos gravitacional e magnético na terra, porém a geofísica aplicada só passou a ser usada no século XIX, com a fundação da “Sociedade Geológica de Londres” que tinha como finalidade explicar a formação e evolução da Terra, antes disso os métodos utilizados eram uma mistura de explicações divinas e filosofia natural.
Geofísica é o estudo da Terra usando medidas físicas tomadas na sua superfície. Envolve o estudo daquelas partes profundas da Terra que não podemos ver através de observações diretas, medindo suas propriedades físicas com instrumentos sofisticados e apropriados. Também inclui a interpretação dessas medidas para se obter informações úteis sobre a estrutura e sobre a composição daquelas zonas inacessíveis. Muitas das ferramentas e técnicas desenvolvidas para tais estudos têm sido usadas na exploração de hidrocarbonetos e de minérios.
 Os métodos geofísicos usados nas aplicações de prospecção são conhecidos por Métodos Indiretos de Prospecção, que podem ser: Métodos Geológicos, Métodos Potenciais e Métodos Sísmicos.
Além da Terra, a Geofísica estuda outros corpos do Sistema Solar e do Universo, por conter importantes informações sobre a origem e evolução do nosso planeta.
Os principais fenômenos em que a Geofísica se baseia e que ocorrem no interior na terra são: propagação de ondas sísmicas; gravidade; campos magnético e eletromagnético da terra, etc. Para cada tipo de fenômeno citado, é utilizado um método mais adequado.
METÓDOS GEOFÍSICOS
O petróleo só poderá ser encontrado em áreas onde houve acumulação de restos orgânicos e rochas sedimentares. Todavia, depois de formado, o petróleo não se acumula na rocha em que foi gerado. Ele passa através dos poros das rochas, até encontrar outra rocha que o aprisione, formando a jazida. 
A jazida é, então, uma rocha cujos poros são ocupados pelo petróleo. No entanto, isso não significa que toda rocha sedimentar contenha uma jazida. .A descoberta de novas jazidas de petróleo envolve um processo que é longo e custoso, onde são empregadas técnicas da Geologia e da Geofísica.
MÉTODO SÍSMICO
Os métodos sísmicos empregam uma fonte de energia que gera ondas acústicas que se propagam em determinado meio e sofrem reflexão e refração na interface com outros meios de densidades diferentes. O princípio físico que fundamenta o método sísmico é a acústica que se relaciona com o peso específico de cada meio de transmissão acústica.
Segundo Figueiredo (2007) o modelo de aquisição dos dados é construído admitindo-se que a propagação de ondas sísmicas (vibrações) através das rochas pode ser entendida fazendo uso das mesmas leis físicas que regem a óptica geométrica. 
O levantamento sísmico inicia-se com a geração de ondas elásticas, através de fontes artificiais, que se propagam pelo interior de Terra, onde são refletidas e refratadas nas interfaces que separam rochas de diferentes constituições petrofísicas, e retornam à superfície, onde são captadas por sofisticados equipamentos de registro. O método, conhecido como sparking, envolve o envio de ondas de choque pela água e para o piso do oceano. O som viaja em velocidades diferentes através de tipos diferentes de rochas. Caso a onda de choque localize mudança nas camadas rochosas, ela retorna e é captada por hidrofones que o navio de pesquisa arrasta pela água em sua esteira. Com a ajuda de computadores, os sismologistas podem analisar a informação e localizar possíveis armadilhas. 
Os navios de pesquisa utilizam canhões de ar comprimido e explosivos para causar as ondas de choque. Entre os dois métodos, os canhões causam menos ameaças à fauna marinha, mas até mesmo a poluição acústica representa ameaça para animais com senso sísmico tão agudo quanto à baleia azul, uma espécie em risco. 
Nas prospecções sísmicas, uma onda de choque é criada pelo seguinte: 
Canhão de ar comprimido - dispara pulsos de ar na água (para exploração sobre a água); 
Caminhão impactador - golpeia chapas pesadas no solo (para exploração sobre a terra); 
Explosivos - são enterrados no solo (para exploração sobre a terra) ou arremessados do barco (para exploração sobre a água) e detonados. 
As ondas de choque se deslocam abaixo da superfície da Terra e são refletidas pelas diversas camadas rochosas. Os reflexos se deslocam em diferentes velocidades dependendo do tipo ou densidade das camadas de rocha que devem atravessar. Os reflexos das ondas de choque são detectados por microfones ou detectores de vibração sensíveis: hidrofones sobre a água ou sismômetros sobre a terra. As leituras são interpretadas por sismólogos quanto a indícios de armadilhas de petróleo e gás. 
Apesar de os métodos modernos de exploração de petróleo ser melhores do que os anteriores, eles ainda podem ter uma taxa de sucesso de 10% para a localização de novos campos de petróleo. Assim que um impacto com perspectiva de petróleo é encontrado, a localização é marcada por coordenadas de GPS sobre a terra ou por bóias marcadoras sobre a água.
Os receptores que captam a porção refletida das ondas ficam situados em pontos específicos na superfície, e podem ser de dois tipos: eletromagnéticos para captação em terra (sendo comumente denominados geofones) ou de pressão (chamados de hidrofones) para aquisição de dados em regiões oceânicas. Uma vez captadas pelos sensores, as informações são gravadas em sismógrafos. O sismógrafo armazena as amplitudes das ondas em intervalos de tempo regulares (tipicamente e a 4 milisegundos) tanto o instante de tempo da chegada da informação quanto a intensidade da onda medida nesse momento. A figura 1 ilustra os processos de aquisição terrestre e marinha
Figura 1 Representação aquisição sismica. Fonte: Figueiredo (2007)
Hidrofones são sensores que são sensibilizados pela energia mecânica da onda e produzem um sinal elétrico de voltagem variada, que depende da intensidade do sinal de retorno. O registro é muito sensível e em geral há necessidade de amplificação eletrônica do sinal para seu registro. Receptores são instalados nos hidrofones e são constituídos por sensores que transformam a energia mecânica da onda em impulsos elétricos cuja amplitude é proporcional à sua intensidade.
O método sísmico é baseado na medida da velocidade de propagação das ondas acústicas. Basicamente existem dois tipos de ondas acústicas:
Ondas de Compressão – Tipo P
São ondas que se propagam na mesma direção do movimento da frente de onda. São mais rápidas e muito importantes, pois constituem os elementos de registro para a sísmica marinha.
Ondas de Cisalhamento– Tipo S
Estas ondas propagam-se em direções transversais à propagação da frente de onda. Como o meio líquido possui módulo de rigidez zero, não oferecendo resistência aos esforços cisalhantes, as ondas Tipo S não se propagam no meio aquoso.
O modelo de aquisição dos dados é construído admitindo-se que a propagação de ondas sísmicas (vibrações) através das rochas pode ser entendida fazendo uso das mesmas leis físicas que regem a óptica geométrica [Thomas 2001].
SÍSMICA TRIDIMENSIONAL (3-D)
A sísmica 3-D consiste em executar o levantamento dos dados sísmicos em linhas paralelas afastadas entre si de distância igual a distancia entre os canais receptores.
Os dados assim obtidos são processados, seguindo basicamente o roteiro utilizado nos dados convencionais 2-D. Entretanto, o algoritmo de migração possui agora a flexibilidade de migrar eventos para a terceira dimensão, permitindo que eventos laterais presentes nas seções 2-D sejam migradas para suas respectivas posições verdadeiras em 3-D.
Após o processamento, cada ponto da superfície vai conter um traço sísmico com a resposta sísmica vertical naquele ponto. O conjunto dos traços sísmicos assim obtidos constituem o cubo de dados 3-D no qual se utilizam códigos de cores para melhor visualização. Além da maior definição, a interpretação de dados 3-D é muito mais precisa e facilitada pelo detalhe das informações. Geralmente esta superfície é visualizada pelo valor relativo de amplitude do refletor através de código de cores. São os mapas de amplitude que tanto sucesso tem alcançado na exploração da Plataforma Continental.
MÉTODO GRAVIMÉTRICO
O método gravimétrico baseia-se no fato de que cada ponto existente na superfície da terra apresenta um diferente valor de aceleração da gravidade e mede o campo gravitacional e fornece alguma idéia da natureza e da profundidade das camadas, dependendo de sua densidade. A prospecção magnética para poços de petróleo tem como objetivo medir pequenas variações na intensidade do campo magnético terrestre, consequência da distribuição irregular de rochas magnetizadas em subsuperfície.
A gravidade é definida como a aceleração da velocidade de queda de qualquer objeto na superfície terrestre e é medida em m/s². O valor normal (médio) da gravidade na terra é de 9,80665 m/s². Através da gravimetria são criados mapas de intensidade de campo gravítico, o qual é diretamente proporcional á densidade das formações. Permite a identificação de rochas com densidades anómalas (ígneas ou estruturas salinas), sendo que as zonas com menor densidade são mais propícias á existência de hidrocarbonetos.
O campo de potencial gravimétrico natural é composto pelas rochas constituintes das formações geológicas que formam a crosta terrestre, até a profundidade de alcance do método gravimétrico.
O gravímetro é um equipamento projetado para medir diferenças muito sensíveis da aceleração da gravidade. O peso constitui a potência que a aceleração da gravidade aplica em um determinado objeto. Em uma área com maior gravidade o peso será maior, porque o objeto sofre maior atração para o solo. Mede as variações do campo gravitacional terrestre provocadas por corpos rochosos dentro da crosta até quilômetros de profundidade. Tais variações são influenciadas pelas diferentes densidades das rochas, sendo as mais densas, as de maior influência no campo gravitacional.
A figura abaixo apresenta o mapa Bouguer da Bacia do Recôncavo e suas cercanias, no qual as tonalidades mais azuis indicam embasamento mais profundo, ou espessura maior de sedimentos, enquanto as cores mais vermelhas indicam embasa- mento mais raso. 
Figura 2 Mapa Bouguer - Bacia do Rconcavo. Fonte: Tecnólogo em Petróleo e Gás
Correção dos dados 
As principias correções aplicadas aos dados gravimétricos registrados em campo são a seguir relacionadas. O valor corrigido é igual ao valor da gravidade observado menos o valor previsto para o local baseando-se em modelos matemáticos terrestres, definidos anteriormente. Consequentemente uma anomalia gravimétrica vem a ser a diferença entre o dado observado e o dado previsto conforme o modelo terrestre aplicado.
Tipos de correção comumente realizados em levantamentos gravimétricos:
Correção para a variação do gravímetro: a variação da deriva pode ser removida
Correção da influência das marés: o Sol e a Lua influenciam na gravidade observada
Correção para a latitude: corrige a latitude
Correção para a altitude: corrige a altitude
Correção topográfica: compensa o valor de gravidade em relação à diferença de altura entre a posição medida e o nível do mar
Correção Bouguer: leva em consideração o volume de massa entre a medida do mar.
MÉTODO MAGNÉTICO
O método magnetométrico é mais antigo método geofísico aplicado na prospecção de petróleo, na exploração mineral e na busca de vestígios arqueológicos. Na pesquisa de petróleo o método é empregado para inferir a profundidade das rochas sedimentares e das rochas pertencentes ao embasamento cristalino. Estas informações permitem localizar e definir a extensão das bacias sedimentares, foco da prospecção de petróleo.
A magnetometria é um método geofísico baseado nas propriedades do campo magnético natural do planeta e sua aplicação é relativamente simples. Um magnetômetro registra as anomalias magnéticas que ocorrem na superfície do planeta. A magnetometria permite identificar uma potencial acumulação de hidrocarbonetos uma vez que as rochas sedimentares têm uma suscetibilidade magnética muito baixa.
A maioria dos magnetômetros registra as variações da intensidade vertical, que é mais fácil que interpretar que a medida das variações da intensidade total ou horizontal. Sendo assim, são medições relativas, cuja precisão é mais relevante que as medidas absolutas. 
O campo geomagnético, além de variações diurnas, sobre constantes oscilações ao longo do tempo quanto a sua intensidade e forma. Tais variações, que naturalmente não tem qualquer relação com anomalias magnéticas, interferem nos valores registrados no levantamento. Por isto é necessário corrigir os valores medidos, utilizando valores de referência que são registrados em uma estação base, tomados a intervalos regulares de tempo. Os valores registrados na estação base são anotados em cartas em relação ao tempo e permitem calcular o valor da correção correspondente para cada medida do levantamento de campo.
GEOFÍSICA NO PETROLEO
A existência de acumulações de Petróleo depende das características e do arranjo de certos tipos de rochas sedimentares no subsolo. Basicamente, é preciso que existam rochas geradoras que contenham a matéria-prima que se transforma em Petróleo e rochas-reservatório, ou seja, aquelas que possuem espaços vazios, chamados poros, capazes de armazenar o Petróleo. Essas rochas são envolvidas em armadilhas chamadas trapas, compartimentos isolados no subsolo onde o Petróleo se acumula e de onde não tem condições de escapar. A ausência de qualquer um desses elementos impossibilita a existência de uma acumulação petrolífera. Logo, a existência de uma bacia sedimentar não garante, por si só, a presença de jazidas de Petróleo. 
A geologia de superfície analisa as características das rochas na superfície, podendo ajudar a prever o seu comportamento a grandes profundidades. Os métodos geofísicos tentam, através de sofisticados instrumentos, fazer uma espécie de "radiografia" do subsolo, que traz valiosos dados, e permitem a escolha das melhores situações para a existência de um campo petrolífero. Só após aplicar todos os métodos geológicos e geofísicos de investigação e interpretar os dados obtidos, é que se seleciona uma área, onde se identificou uma estrutura
A jazida é, então, uma rocha cujos poros são ocupados pelo Petróleo. No entanto, isso não significa que toda rocha sedimentar contenha uma jazida. Sua busca é tarefa árdua, difícil, de alto custo e exige muita paciência.
Através do dimensionamento das reservas. Determinam-se, primeiro, as quantidades de óleo e Gás existentes na jazida(volume original provado), por meio do reconhecimento de fatores como sua extensão, espessura das camadas saturadas com óleo ou Gás, quantidade de água associada, percentagem de Gás dissolvido no óleo, porosidade da rocha, pressão, temperatura, etc. A seguir, é calculado o volume de hidrocarbonetos que pode ser recuperado, multiplicando-se o volume original provado por um fator de recuperação. 
As reservas são reavaliadas anualmente, e seu volume oscila em função de novas descobertas, das quantidades de Petróleo extraídas a cada ano e dos avanços técnicos que permitem elevar o fator de recuperação dos fluidos existentes no interior da rocha-reservatório. Os métodos usados nas aplicações de prospecção são conhecidos por Métodos Indiretos de Prospecção, que podem ser: Métodos Geológicos, Métodos Potenciais e Métodos Sísmicos. Esses métodos possuem grande importância e são decisivos, pois reduzem as incertezas e os riscos na hora de perfurar os poços.
Os diversos estágios da pesquisa petrolífera orientam-se pelos fundamentos de duas ciências: a Geologia, que estuda a origem, constituição e os diversos fenômenos que atuam por bilhões de anos na modificação da Terra, e a Geofísica, que estuda os fenômenos puramente físicos do planeta. Assim, a geologia de superfície analisa as características das rochas na superfície e pode ajudar a prever seu comportamento a grandes profundidades. Os métodos geofísicos, por sua vez, tentam, através de sofisticados instrumentos, fazer uma espécie de "radiografia" do subsolo, que traz valiosos dados e permite selecionar uma área que reuna condições favoráveis à existência de um campo petrolífero.
Um dos métodos mais utilizados é o da Sísmica. Compreende verdadeiros terremotos artificiais, provocados, quase sempre, por meio de explosivos, produzindo ondas que se chocam contra a crosta terrestre e voltam à superfície, sendo captadas por instrumentos que registram determinadas informações de interesse do Geofísico. Sua importância transcende lógicas de projeção financeira e supera desafios, que até a década passada pareciam inalcançáveis.
 
Geofísica de poço
Os perfis de poços são usados principalmente na prospecção de petróleo e de água subterrânea. Eles têm sempre como objetivo principal, a determinação da profundidade e a estimativa do volume da jazida de hidrocarboneto ou do aquífero.
A perfilagem geofísica de poço é um método capaz de gerar perfis verticais integrando vários métodos geofísicos em um mesmo ponto. Esta técnica consiste na descida de uma sonda, através do guincho até o fundo de um poço concluído recentemente. Ao subir, a sonda realiza medições nas paredes do poço, que podem ser de radioatividade, resistividade, magnética, sônica e outros. Após concluir este procedimento obtém-se um perfil geofísico do poço, com o resultado integrado de todas as sondas utilizadas.
Para fazer uma perfilagem em um poço, são usadas diversas ferramentas (sensores) acopladas a sofisticados aparelhos eletrônicos. Estes sensores são introduzidos poço adentro, registrando, a cada profundidade, as diversas informações relativas às características físicas das rochas e dos fluidos em seus insterstícios (poros).
As propriedades geofísicas das formações na subsuperfície podem variar com o passar do tempo. Assim, a interpretação ou quantificação das propriedades, com medições realizadas em momentos diferentes, estão expostas a erros pela falta de correlação da mudança da propriedade no tempo. Por isso, é importante levar em conta a simultaneidade das medições de poço. Por outro lado, algumas medições se tornaram importantes devido à informação contida para inferir as propriedades de um tipo de rocha ou pelo tipo de aplicação (Ellis & Singer, 2008).
As ferramentas possuem diversas características e utilizam propriedades das rochas, que podem ser elétricas, nucleares ou acústicas. Com os sensores elétricos, detecta-se, por exemplo, a resistividade das rochas e a identificação das mesmas se dá através de comparações dos valores obtidos na perfilagem com os valores das resistividades de diversas rochas conhecidas e determinadas em testes de laboratório.
Figura 3 Esquema de perfilagem de poço. Fonte: AFC Geofisica
Com os sensores nucleares, detecta-se a intensidade de radioatividade das rochas e dos fluidos em seus poros, podendo-se inferir a composição mineralógica das mesmas. Com as ferramentas acústicas, ultra-sons são emitidos em uma ponta da ferramenta a intervalos regulares e detectados em sensores na outra ponta.
O tempo que o sinal sonoro levou para percorrer esta distância fixa e conhecida (chamado de tempo de trânsito) através da parede do poço (ou seja, pela rocha) é medido e gravado no perfil. O geofísico, mais tarde, compara estes tempos de trânsito com os tempos determinados em laboratório para rochas de composições conhecidas, inferindo, desta maneira, as composições mineralógicas das rochas atravessadas pelo poço e determinando suas profundidades.
CONCLUSÃO
A Geofísica, vem ocupando lugar de destaque crescente nesse processo prospectivo, empregando técnicas de sísmica de reflexão de alta resolução, com imageamento sísmico em 3D, atingindo diferentes camadas a muitos quilômetros de profundidade, permitindo ao analista literalmente “ver” em subsuperfície como se fosse uma espécie de ultrassom que realizamos em nossos exames médicos. Através desses estudos geofísicos, foi possível o desenvolvimento de novas tecnologias a serem aplicadas em determinadas áreas, pois a Geofisica possibilita uma modelagem mais clara dos reservatórios e condições do mesmo.
REFERÊNCIAS
ELLIS, D. V.; SINGER JULIAN M.; 2008, Well Logging for Earth Scientists, 2ed. Netherlands, Ed. Springer.
Figueiredo, Aurélio Moraes. Mapeamento Automático de Horizontes e Falhas em Dados Sísmicos 3D baseado no algoritmo de Gás Neural Evolutivo. 2007. Disponível em: <https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/11341/11341_1.PDF> Acesso em: 19 Out. 2017.
PERFILAGEM GEOFÍSICA DE POÇOS. Disponivel em: <http://www.afcgeofisica.com.br/perfilagem-geofisica-de-pocos/> Acesso em: 10 Nov. 2017
Tecnólogo em Petróleo e Gás. Petróleo - Prospecção: Métodos Potenciais. 2009. Disponível em: < http://tecnologopg.blogspot.com.br/2009/08/petroleo-prospeccao-3-metodos.html> Acesso em: 29 Out. 2017
Disponível em: < Prospecção de Petróleo. Fundamentos de Engenharia de Petróleo > Acesso em: 15 de Outubro de 2017.