Intro Geologia de Petróleo - 4 2014 (parte 1)

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INTRODUÇÃO À GEOLOGIA 
DE PETRÓLEO
Universidade Federal do Pará
Instituto de Geociências
Faculdade de Geofísica
Prof. Estanislau Luczynski, D.Sc.
4 - 2014
PROLEGÔMENOS
(Coisas que são ditas antes)
Era Período M.a. Recursos
Urânio
0 M.a.
Cenozóico
Pré-cambriano
(Mesoarqueano)
3 000 M.a.
Cenozóico Terciário 0 – 65 Carvão, petróleo, gás 
natural
Mesozóico
Cretáceo 65 – 135 Carvão, petróleo, gás 
natural
Jurássico 135 – 190 Carvão, petróleo, gás 
natural
Triássico 190 – 225 Carvão, gás natural
Paleozóico
Permiano 225 – 280 Carvão, petróleo, gás 
natural
Carbonífero 280 – 345 Carvão, gás natural
Devoniano 345 – 395
Siluriano 395 – 430
Ordoviciano 430 – 500
Cambriano 500 - 570
Mesoarqueano 2.800 – 3.200 
Petróleo
Carvão
Idade do Petróleo
Petróleo Gás natural
Períodos mais produtivos de 190
M.a. até o presente, embora
pequenas quantidades possam ser
encontradas em rochas mais antigas. Associado tanto com a formação do
petróleo quanto do carvão (??).
A maior probabilidade de encontrar
petróleo está nas bacias
sedimentares offshore do Mesozóico
ou Terciário.
NB:Sem considerar a geração. 
PETRÓLEO
Asfalto
(sólido)
Petróleo
(líquido)
Gás 
natural
(gasoso)
PETRÓLEO E GÁS NATURAL
Perfuração
Projeto 
(desenvolvimento)
GEÓLOGO DE PETRÓLEO
Física Geologia física Mineralogia Química
Geofísica Geologia histórica Petrologia Geoquímica
Termodinâmica Geologia estrutural Sedimentação Matemática
Engenharia Paleontologia Petrografia Geometria 
descritiva
Mecânica dos 
fluidos
Estratigrafia Geomorfologia Físico-química
- Mapeamento de 
superfície
Mapeamento de 
subsuperfície
-
Fonte: Levorsen, 2005
INTRODUÇÃO À GEOLOGIA 
DE PETRÓLEO
Origem do Petróleo
- Unidade I -
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Origem do petróleo: orgânica x inorgânica.
– Teoria orgânica (síntese):
• O petróleo é formado a partir de matéria vegetal
microscópica marinha (fitoplancton), a qual foi
submetida a pressões e temperaturas suficientes para
gerar o petróleo. Os processos que levam à formação do
petróleo ocorrem no interior das bacias sedimentares.
Teoria Orgânica Teoria Inorgânica
(1920) - M.O marinha
(fitoplâncton).
O petróleo é de origem abiótica.
Presença de hidrocarbonetos
associados a tecidos celulares de
micro-vegetais.
Moléculas estáveis oriundas do
manto terrestre (hidrocarbonetos
estáveis em altas P,T) que em
menor pressão e temperatura
sofrem contaminação biológica.
(1975/1979) – Publicação de
artigos sobre a Formação Green
River (EUA) que demonstram a
origem orgânica.
(1951/1967) – Cientistas russos
publicam trabalhos com
“evidências” da origem
inorgânica. Recebem o apoio de
Gold e Kenney.
Quase unânime entre os
geocientistas.
Discussão cíclica entre físicos e
químicos.
• Matéria orgânica (M.O):
– Constituinte menor encontrado nos sedimentos.
– Ocorrem em todos os tipos de sedimentos, porém em
quantidades variáveis.
– Presuposto: todas as rochas sedimentares
apresentam matéria orgânica.
UNIDADE I
Origem do Petróleo
UNIDADE I
Origem do Petróleo
– Rochas com grandes concentrações de matéria
orgânica:
• Carvão.
• Depósitos de turfa.
» Acumulações de petróleo, gás natural, areias betuminosas e
folhelhos pirobetuminosos.
» As maiores acumulações são encontradas em rochas clásticas
(partículas finas e disseminadas de M.O.)
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Fontes de M.O.
– Seres aquáticos.
– Seres terrestres.
– Derivada de organismos vivos (material fóssil).
Matéria Orgânica Sedimentar
Matéria Orgânica
Dispersa
Matéria Orgânica
Concentrada
Folhelhos
Pirobetuminosos
EOM
(M.O. Extraível)
Querogênio
Não
hidrocarbonetos
Hidrocarbonetos
Asfaltos
(inc. 
Areias 
betuminosas)
Petróleo
Carvões
(inc.
Turfas e 
linhitos)
Figura 1 – Classificação da matéria orgânica sedimentar (Brooks, 1981)
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Matéria orgânica:
– Os maiores produtores de matéria orgânica atuais e
ao longo da história geológica são o plâncton
(marinho e de água doce) e as bactérias.
– Também são os responsáveis pela maioria da matéria
orgânica preservada em sedimentos.
– Cerca de 98% da M.O presente nos sedimentos é
material amorfo e insolúvel, o querogênio.
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Querogênio (cera ou óleo + geração):
– Termo cientificamente aplicado (1912) por Crum-
Brown para descrever folhelhos pirobetuminosos
na Escócia.
• Atualmente empregado para: a fração da matéria
orgânica sedimentar que é insolúvel na presença de
solventes orgânicos (Durand, 1980).
N.B: Qualquer M.O.
Querogênio
Potonie (1910) Crumb
(1912)
Durand
(1980)
*Brooks*
(1981)
Link 
(1996)
Matéria orgânica
putrefada em
meio anaeróbico,
amorfa , e em
forma de gel
derivada de algas.
M.O. encontrada
nos folhelhos da
Escócia.
Fração de M.O.
insolúvel em
compostos
orgânicos.
Extraível por:
HCl + HF.
Insolúvel em
ácidos minerais
não-oxidantes,
bases e solventes
orgânioos.
Incluso M.O.
palinollógica.
Polímero insolúvel
, de elevado peso
molecular (90%)
de um folhelho.
10% betume
(querogênio
termicamente
alterado).
Denominação
Sapropel. Querogênio. Querogênio. Querogênio.
#
M.O. extraível por 
solventes 
orgâncios (EOM).
Querogênio.
Querogênio
M.O.
disseminada 
na rochas
Insolúvel em 
ácidos minerais 
não-oxidantes, 
bases e solventes 
orgânicos.
Rocha
Matéria mineral 
99%
M.O.
1%
M.O.
Querogênio
90%
Betumes 
10%
Figura 2 - Porcentagens de matéria orgânica e mineral, betume e querogênio nas rochas
(Baker, 1979 apud Link, 1996).
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Produção de matéria orgânica:
– Energia solar --> fotossíntese --> produção de
matéria orgânica (algas, bactérias, fungos,
vegetais superiores).
Produção de Carbono Orgânico
Plantas terrestres Produtividade primária
1,4 – 7,8 x 1010 t 
(sedimentos)
1,5 – 7,0 x 1010 t (oceanos)
M.O terrestre M.O marinha
Margens continentais e áreas
de grande contribuição
fluvial
Produção controlada por luz,
temperatura e teor de
nutrientes na água do mar.
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Em se considerando o querogênio como o
constituinte mais importante das rochas, ele
(querogênio):
– É o principal fator na formação dos betumes que
amadurecerão e migrarão para se acumularem
em rochas, já como petróleo bruto (após sofrer
alteração termal, que aumenta o teor de
carbono).
Matéria Orgânica Original
Querogênio
Querogênio 
Maduro
Petróleo Bruto
Grafite Metano
Ganho de HidrogênioPerda de Hidrogênio
Figura 4 – Alteração da matéria orgânica (Barker, 1979 apud Link, 1996)
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Petróleo (concepção geral):
– Substância gerada em rochas-fonte que contém
matéria orgânica originária de materiais
biológicos.
Preservação
Maturação
• (1) - Acumulação e preservação de sedimentos finos ricos em matéria
orgânica (rochas-fonte).
• (2) - Maturação orgânica (alteração termal) da M.O. durante o soterramento,
e consequente transformação em produtos semelhantes ao petróleo.
Migração
• (3) - Expulsão de óleo (óleo e/ou gás) das rochas-fonte e transporte no
interior destas rochas (migração primária termal).
• (4) - Movimentação do petróleo após a expulsão da rocha-fonte (através de
póros e meios permeáveis).
Acumulação
• (5) Nova acumulação em rochas-reservatório.
• Trapas.
Processos Inter-relacionados / Origem do Petróleo
Figura 5 – Sequência de eventos para formação de 
petróleo
Vídeo: Geology formation basin oil trap
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• M.O e Combustíveis:
– Alguns autores sugerem que somente material vegetal
(plantas) é capaz de produzir petróleo.
– Outros sugerem que plantas e animais podem produzir
petróleo.
• Composição do petróleo:
– Carbono (C).
– Hidrogênio (S).
– Molécula básica CH4 (metano).
– Hidrocarboneto.
– Quantidades menores de:
• Enxofre (S).
• Oxigênio (O).
• Metais.
UNIDADE I
Origem do Petróleo
UNIDADE I
Origem do Petróleo
• Referências:
– BROOKS, J (Ed). 1981. Organic Maturation Studies and Fossil Fuel Exploration.
Academic Press. 444p.
– DURAND, B. 1980. Kerogen. Editions Technip. Paris.– LINK, P. K. 1996. Basic Petroleum Geology. OGCI. Oklahoma. 426p.
– POTONIE, H. 1910. Die Entstenhung der Steinkohle und der Kaustobiolithe
Uberhaupt. Berlin.
Produção
e 
Acumulação de Matéria Orgânica
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Produção:
– A produção de matéria orgânica é o primeiro
estágio na incorporação de M.O pelos sedimentos
para, posteriormente, haver a formação de
rochas-fonte.
– A fotossíntese é o processo bioquímico essencial à
produção dos precursores da matéria orgânica
sedimentar (ver Figura 3 – Ciclo biogeoquímico).
CO
2
Plantas
Animais
Micro-organismos
Restos 
orgânicos
Querogênio
(e outras M.O)
em sedimentos jovens
Querogênio
(e outras M.O)
em sedimentos antigos
Rochas-fonte
ricas em HCs Hidrocarbonetos
líquidos
Petróleo
no reservatório
(Gás úmido)
----------------
Metano termal
Calor -
Pressão
Tempo +
Respiração
Calor
Metano
Oxidação
M
e
ta
n
o
 
b
io
ló
g
ic
o
Maturação orgânica
Migração
Acumulação
Metamorfismo
orgânico
Migração de HCs 
leves + carbono
HCs leves e metano
Energia 
solar
L
it
o
s
fe
ra
B
io
s
fe
ra
H
id
ro
s
fe
ra
A
tm
o
s
fe
ra
Figura 3 – Ciclo Biogeoquímico (Brooks, 1981).
Garantte Investment Certificate
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Os sedimentos contém matéria orgânica de
duas origens:
– Alóctone:
• M.O proveniente de outros lugares e que foi
transportada para a bacia.
– Pode conter resíduos orgânicos diageneticamente alterados e materiais
retrabalhados que, provavelmente, representam componentes mais estáveis
de matéria orgânica, os quais já foram, em parte, alterados pelo ciclo
geoquímico.
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
– Autóctone:
• M.O originária do local de sedimentação.
• Frequentemente associada a materiais biológicos
específicos.
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Brooks & Shaw (1972):
– Mudanças na matéria orgânica sedimentar são
função:
• Da origem evolucionária da matéria orgânica.
• Do tempo.
• Da temperatura.
» Sedimentos muito antigos contém apenas resíduos de
organismos primitivos.
» Quanto mais antigos os sedimentos, mais estável será a
composição química da matéria orgânica sedimentar.
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Acumulação:
– A acumulação de M.O nos sedimentos depende
dos processos:
• Que preservam e concentram a matéria orgânica.
• Que degradam e diluem a matéria orgânica.
– Estima-se que apenas 1% da matéria orgânica produzida no ciclo
biogeoquímico é incorporada nos sedimentos.
– O restante é preservado em ambientes anóxicos detríticos.
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Portanto, a acumulação de sedimentos ricos
em matéria orgânica pode se dar devido a um
ou mais fatores:
– Produtividade elevada.
– Alta preservação.
– Baixa diluição.
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• M.O. e Eventos Anóxicos:
– Oceanic anoxic event (OAE), Schlanger & Jenkins
(1976).  eventos anóxicos estão relacionados à
acumulação e preservação de matéria orgânica.
– OEA estão relacionados as maiores produções de
petróleo e gás natural  folhelhos negros.
Aumento de 
H2S
Queda de O2
> 25oC
Níveis 
elevados de 
CO2
Oceanos 
quentes
Grandes 
tempestades
Maior 
erosão
Mais 
nutrientes
Síntese 1
• OAE’s  Eventos de anóxia global.
• M.O  Rica em lipídios, depositada e preservada nos
oceanos.
Síntese 2
• Climas típicos do Jurássico e do Cretáceo.
• Gases + temperatura  efeito estufa.
Síntese 3
• Correlações entre OAE’s e eventos de extinção em
massa.
• Toarciano e Cenomaniano –Turoniano.
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Hoje:
– 70% das rochas-fonte são do Mesozóico.
– 15% do Paleógeno.
• Correlação entre OAE’s do Mesozóico e extinções em
massa (Toarciano e Cenomaniano-Turoniano).
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Rochas-fonte ricas em matéria orgânica:
– Rochas-fonte devem conter quantidades
consideráveis de fitoplâncton marinho, que é rico em
lipídios.
– Satisfeita esta primeira condição, o fator principal
passa a ser a existência de um ambiente anóxico
(ambientes aquáticos pobres em oxigênio, em que,
literalmente, toda a atividade biológica aeróbica
cessou).
Vídeo: Geology formation basin oil trap
Tipos de Querogênio
Ambiente Tipo Forma Origem Potencial para HC
Aquático
Alginito •Corpos algáceos
I
Querogênio amorfo
•Restos sem
estruturação de
origem algácea Óleo
•Material
planctônico sem
estruturação,
Terrestre
II
principalmente de
origem marinha
Exinito •Resíduos de
esporos e polen,
cutículas de folhas e
plantas herbáceas
III
Vitrinito •Matéria húmica
coloidal, fragmentos
fibrosos lenhosos e
sem estruturação
Gás
Algum óleo
Principalmente gás
IV
Inertito •Restos de madeira
reciclada e oxidada
Nenhum
Acumulação de Matéria Orgânica
UNIDADE I
• Demaison & Moore (1980), Brumsack (1980),
Wakeham et al (1980):
– Rochas-fonte (potenciais) ricas em matéria
orgânica foram (e ainda são) depositadas em
quatro tipos principais de ambientes anóxicos:
Grandes lagos 
anóxicos
Bacias anóxicas
embarreiradas
Leitos anóxicos
produzidos por 
ressurgência
Leitos anóxicos
em oceano 
aberto
Lago Tanganica Mar Negro Linhas costeiras Índico
Formação Green 
River
Mar Báltico Califórnia, Peru,
Chile, Austrália 
Ocidental, Sudoeste 
da África
Golfo da Califórnia
- - Bacia de Paris - - Atlântico
- Idade -
Eoceno Jurássico Inferior Terciário da 
Callifórnia
Folhelhos negros do 
fim do Jurássico e do 
médio Cretáceo
Fonte: Demaison & Moore (1980), Brumsack (1980), Wakeham et al (1980).
Diagênese
e
Maturação da Matéria Orgânica Sedimentar
Início
Diagênese
alteração microbiológica e química
Fim
Maturação
mudanças químicas
perdas de voláteis
aumento da aromacidade dos resíduos
Metamorfismo
mudanças químicas
carbonização
Sedimentação
Geopolímeros (querogênio)
Biopolímeros
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
Figura 5a – Diagênese Orgânica, Brooks (1981)
Componentes com razão
elevada de H/C
Querogênio
Liptinito / Exinito
Petróleo
Condensado
&
Gás
Metano
Grafite
Migração
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
Metano biológico
Metano biológico
Algas
Espóros
Pólen Ceras
Resinas
Cutículas
POTENCIAL GERAÇÃO DE ÓLEO
Figura 5b – Maturação, Brooks (1981)
Baixa razão H/C
Turfa e húmus
Brown coal
Linhitos
Ácidos húmicos
Carvões sub-betuminosos
com vitrinito, exinito, inertito
Carvões
betuminosos
Antracito
Grafite
Querogênio
Matéria orgânica dispersa
com vitrinito e inertito
Gás
e
Condensado
Metano
Grafite
Metano 
biológico
Metano 
biológico
Metano
Metano
Metano
Lenha
Material 
alterado
POTENCIAL PARA GÁS
Figura 5c – Metamorfismo, Brooks (1981)
Metano 
+ 
HCs leves
Rochas–Fonte de Hidrocarbonetos
Rochas-Fonte 
UNIDADE I
• O termo rocha-fonte de hidrocarbonetos é utilizado
sem fazer distinção ao grau de maturação da matéria
orgânica, ou seja, aplica-se o termo para M.O matura
ou imatura.
• A classificação da rocha-fonte é definida com base em:
– Quantidade e tipo de matéria orgânica.
– Estágio diagenético ou maturação.
– Natureza e possível quantidade de hidrocarbonetos que
será produzida.
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• As condições para que os sedimentos se
tornem rochas-fonte são:
– A presença de matéria orgânica adequada e suficiente (TOC).
– O tipo adequado de querogênio, seja com potencial para óleo
(oil-prone) ou com potencial para gás natural (gas-prone).
– Nível de maturação necessário à formação do petróleo.
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Quantidade de matéria orgânica:
– É o principal requisito para a geração de HCs nas
bacias sedimentares.
• Por exemplo: uma rocha contendo 0,6% de carbono
orgânico total (TOC) cuja matéria orgânica é
principalmente derivadas de algas, é uma rocha fonte
melhor do que 4% de semi-fusinito e inertito (Brooks,
1981).
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Não existe uma quantidade mínima que venha
a determinar se uma rocha será rocha-fonte.
• As condições para isso devem ser avaliadas
bacia por bacia.
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Todavia, sobcondições favoráveis, pode-se arbitrar um
limite inferior empírico de 0,4% TOC (aprox. 0,5% da
matéria orgânica).
• Este teor é geralmente aceito como como a
concentração mínima requerida antes da geração
(significativa) e expulsão dos hidrocarbonetos líquidos (e
gases) ocorrer.
Rochas fonte contém (geralmente) (%) COT/peso*
Folhelhos Carbonatos Melhores
0,5 – 2,0 0,2 12
*Tissot & Welte (1978): valores mínimos deTOC têm de ser atingidos
(nível crítico) antes que a expulsão da rocha-fonte (migração primária)
seja possível.
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Quanto às rochas-fonte, existe uma corrente de autores que
defende a geração de hidrocarbonetos em determinadas rochas
como mais eficiente do que em outras.
• Para Hunt (1979), as rochas carbonáticas são as mais eficientes, pois
sua matéria orgânica é quase que inteiramente derivada de material
planctônico amorfo.
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Para outros autores, embora o folhelho contenha
grandes quantidades de TOC, também apresenta
grandes quantidades de material terrígeno
(vitrinito e inenrtito), o que representa um
potencial mínimo, senão zero, para
hidrocarbonetos líquidos.
ORIGEM TERMINOLOGIA
Aquática Liptinito Tipo I Algas
Amorfo
(sapropel)
Amorfa
Restos 
amorfos
Exinito
Terrestre
Exinito Tipo II Herbácea
Vitrinito
Vitrinito Tipo III Lenhosa
Carbonosa Húmica
Restos de 
plantas 
estruturadas
Inertito Tipo IV
ou
IIb
Inertito
Inertito
Figura 7 – Principais Grupos e Sub-Grupos do Querogênio, Brooks (1981).
Brooks (1981) sustenta que, mesmo sob as condições mais
favoráveis, um máximo de 15% da matéria orgânica
sedimentar será convertido em hidrocarbonetos líquidos.
Destes 15%, não mais do que 15% de produtos da família
do petróleo migrarão da rocha-fonte, ou seja, 2,2% do 
total. 
A quantidade de petróleo gerado que
formará acumulações comerciais
também fica nessa faixa (Hunt 1977a).
15% 
2,2% 
≈2,0% 
COT
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Hunt (1979) estimou que no campo de Oil Spring, em Santa Fé
(Califórnia), cerca de 4% da matéria orgânica disponível foi
responsável pela geração de petróleo.
– Hunt (op.cit) acredita que as rochas sedimentares são ineficientes para
expelir os hidrocarbonetos (migração).
Tipos de Matéria Orgânica
Materiais insolúveis 
amorfos
(querogênio)
Morfologicamente 
estruturados
Compostos orgânicos 
solúveis
• Pólen, esporos,
tasmanitos, dinoflagelados,
acritarcas) e
• Que podem ser
transformados em
solventes orgânicos que
contém compostos que são
chamados de “marcadores
biológicos” em geoquímica.
• Parcialmente
estruturados: vitrinitos,
cutículas, fragmentos de
esponjas).
• Estes compostos são
móveis no interior das
rochas.
Outros Tipos de Matéria 
Compostos orgânicos 
sedimentares
Compostos químicos
Composição
• Esporos.
• Resinas.
• Cutículas.
• Ligno-polissacarídeos.
• Ceras.
•Hidrocarbonetos saturados.
•Porfirinas.
•Isoprenoídes.
•Carotenoides.
•Terpenos.
•Esteranos.
Função Proteção em seu contexto biológico
Representam o grau de
degradação dos pigmentos
plantares e metabólitos
Preservação
Mais resistentes aos ataques
microbiológicos e químicos  bem
preservados nos sedimentos.
Frequentemente preservados
nas rochas.
Rochas-Fonte 
UNIDADE I
• O querogênio, que produz a maioria dos
hidrocarbonetos, é derivado de quatro fontes
principais:
– a) aquática (marinha e água doce).
– b) terrestre e materiais retrabalhados.
Rochas-Fonte
UNIDADE I
• Idéia central:
– Diferentes tipos de matéria orgânica possuem
potenciais diferentes para a geração de
hidrocarbonetos.
Figura 7 – Principais Grupos e Sub-Grupos do Querogênio, Brooks (1981).
ORIGEM TERMINOLOGIA
Aquática Liptinito Tipo I Algas
Amorfo
(sapropel)
Amorfa
Restos 
amorfos
Exinito
Terrestre
Exinito Tipo II Herbácea
Vitrinito
Vitrinito Tipo III Lenhosa
Carbonosa Húmica
Restos de 
plantas 
estruturadas
Inertito Tipo IV
ou
IIb
Inertito
Inertito
Tipos de Querogênio
Liptinito Exinito Vitrinito Inertito
• Elevada quantidade de
hidrogênio.
• Quantidade reduzida de
oxigênio, devido á presença
de cadeias carbônicas
alifáticas.
• Teor elevado de
hidrogênio (mas inferior ao
do liptinito).
• Cadeias alifáticas,
naftenos saturados e ciclo-
aromáticos com grupos
funcionais oxigenados.
• Baixo teor de hidrogênio.
• Elevado teor de oxigênio.
Resíduos opacos (quando
observados em lâmina).
• Derivado de material
algáceo (ex: a alga marinha
Botryococcus).
• Derivada de plantas
membranosas: espóros,
pólen, cutículas, ou seja, as
partes estruturadas das
plantas.
• Estruturas aromáticas,
com cadeias alifáticas
curtas conectadas por
funções oxigenadas.
• Apresentam alto teor de
carbono e reduzido teor de
hidrogênio.
• Poucos aromáticos e
grupos funcionais
oxigenados.
• Maioria derivada de
material lenhoso
estruturado (lignina).
• Potencial elevado para
petróleo.
• Bom potencial para óleo.
• Pode gerar um
condensado (termal).
• Bom potencial para gás.
• Possui potencial limitado
para petróleo.
• Potencial elevado para
gás.
• Não possui potencial para
petróleo ou gás.
Tipos de Querogênio
Ambiente Tipo Forma Origem Potencial para HC
Aquático
Alginito Corpos algáceos
I
(Liptinito)
Querogênio amorfo
Restos sem
estruturação de
origem algácea Óleo
Material planctônico
sem estruturação,
Terrestre
II
principalmente de
origem marinha
Exinito Resíduos de esporos
e polen, cutículas de
folhas e plantas
herbáceas
III
Vitrinito Matéria húmica
coloidal, fragmentos
fibrosos lenhosos e
sem estruturação
Gás
Algum óleo
Principalmente gás
IV
Inertito Restos de madeira
reciclada e oxidada
Nenhum
Querogênio Composição H:C Geração
Liptinito
Tipo I
M.O. 
Amorfa
Algas e bactérias 1,6 – 1,8 Óleo e gás
Exinito
Tipo II
M.O. 
Herbácea
Folhas, pólen, 
espóros, etc.
1,4 Gás
Algum óleo 
(parafínico)
Vitrinito
Tipo III
M.O. 
Lenhosa
Lenha + vasos 
condutores
≤ 1,0 Pouco gás
Inertito
Tipo IV (IIb)
- - -
Sem 
potencial p/ 
óleo ou gás
Aspectos Químicos
UNIDADE I
• Sistemas vivos não produzem misturas complexas de HC’s
leves (incluindo compostos aromáticos e alicíclicos).
• Portanto, a presença destes compostos nos sedimentos é
atribuída a processos termais.
• Maturação
• Estes hidrocarbonetos leves são separados em dois grupos:
• C1 – C4
• C4 – C8 (faixa da gasolina).
Estágios de Maturação
Imaturo Maturo Pós-Maturo
•A maioria do gás é
metano biológico.
•Teor de gasolina é
muito baixo, com a
maioria dos
componentes
ausente.
•O gás contém
grandes quantidades
de hidrocarbonetos
C2 – C4 (gás úmido).
•Rico em gasolina,
com todos os
compostos C2 – C7.
•O metano é termal.
•Quase nenhuma ou
pouca fração de
gasolina.
Definições
Estágio Catagênese Metagênese
Processos
• Nível intermediário
(entre a diagênese e a
metagênese).
• Consolidação
sedimentar.
• Estágio final da
diagênese.
• Início do
metamorfismo.
Produtos
•Alterações que levam à
geração da maioria do
óleo e gás.
• Geração do gás seco .
• Sedimentos-fonte de
petróleo super maturos.
Profundidade x Formação de Petróleo
48,84 oC
176,49 oC
Origem do Gás Natural
Origem do Gás Natural
UNIDADE I
• Gás natural quanto à origem:
– Gás biogênico (Link, 1996):
• Formado em baixas temperaturas, com profundidades de soterramento < 300 ft (aprox.
91,5 m), sob condições anaeróbicas ou associadas a taxas elevadas de sedimentação
marinha.
• O oxigênio é eliminado logo no início e por isso a presença de enxofre é reduzida.
• O metano é o gás mais comum e se forma após a eliminação dos sulfetos.
• O gás carbônico da matéria orgânica original é gerado: quimicamente devido a suave
elevação de temperatura ou metabolicamente pelas bactérias anaeróbicas.
• A oxidação anaeróbica do dióxido de carbono produz o metano.
• Cerca de 20% do gás conhecido mundialmente é de origem biogênica.
• Ocorre em rochas desde o Cretáceo até o Pleistoceno.
• Exemplos: Deltas do Nilo, Niger, Orinoco, Mississipi e Amazonas.
Origem do Gás Natural
UNIDADE I
– Gás termogênico (Link, 1996):
• Formado em temperaturas e pressõesde soterramento bem maiores que as do gás
biogênico.
• Forma-se durante a catagênese média e em baixo grau tardio da metagênese (diagênese
das rochas) devido a alteração do querogênio e de outros constituintes orgânicos devido ao
craqueamento molecular e degradação.
• O gás termogênico contém metano e quantidades significativas de hidrocarbonetos mais
pesados que o gás biogênico.
• À medida que a temperatura sobe, hidrocarbonetos mais leves se formam como gás úmido
e condensado nas fases finais da termogênese.
• O metano termal substitui o metano biogênico durante a catagênese.
• O gás úmido e os condensados acompanham a progressão da catagênese seguidos por um
metamorfismo de baixo grau (metagênese) e metano termogênico. À medida que o
metamorfismo avança, todo o petróleo é eliminado.
Rochas-Fonte
Aspectos Químicos
UNIDADE I
• Referências:
– BROOKS, J (Ed). 1981. Organic Maturation Studies and Fossil Fuel Exploration. Academic Press.
444p.
– BRUMSACK, H.J. (1980). Chem. Geol. 31, 1-25.
– BROOKS & SHAW (1972). Chem. Geol. 10, 69-87.
– DEMAISON & MOORE (1980). AAPG Bull., 64, 1179 – 1209.
– HUNT (1977). AAPG Bull., 40, 100-104.
– HUNT (1979). In: Petroleum Geochemistry and Geology. W.H. Freeman, San Francisco.
– WAKEHAM et al (1980). Nature, 286, 798-800.
Composição
do Petróleo e do Gás Natural
- Unidade II -
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Petróleos são uma mistura de hidrocarbonetos
(C + H), que contém uma pequena quantidade
de compostos não-hidrocarbonetos.
• o teor de HCs no petróleo é, geralmente,
maior que 75%, mas petróleos muito pesados
podem ter algo em torno de 35%.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
 Composição elementar (média) do petróleo:
 C (83% - 87%)  C (85%)
 H (11% - 14%)  H (12,5%)
 S (0,01% - 8%)
 O (0% - 2%)
 N (0,01% – 1,7%)
 Metais (0% - 0,1%)
 Fórmula estrutural (CH1.8)n
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Os petróleos contém quatro tipos de HCs:
– Alcanos (parafinas).
• alcanos (tipo olefinas) não são encontrados na maioria dos
petróleos.
• alquinos (tipo acetilenos) não são encontrados nos petróleos.
• alquenos são produtos importantes resultantes do craqueamento.
– alquenos e alquinos são a base da indústria petroquímica.
– Cicloalcanos (naftenos).
– Aromáticos.
– Naftenoaromáticos (HCs complexos).
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Alcanos:
– Hidrocarbonetos com estrutura em cadeia
carbônica aberta ou alifática (saturada, i.e.,
átomos de C estão ligados a outros átomos de C
(s). Todos os átomos de C não ligados a átomos
de C estão ligados a átomos de H.
– existem alcanos normais (n-alcanos) de cadeia
reta e outros de cadeia ramificada (iso-alcanos).
– Fórmula geral CnH2n + 2
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
n-butano
CH3 – CH – CH3
CH3
iso-butano
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• n-alcanos é o único grupo de HCs capaz de
formar cristais mixados (comuns no petróleo e
chamados de parafinas).
• Estes cristais aumentam a viscosidade do óleo.
• Todas as outras substâncias encontradas no
petróleo não cristalizam, mesmo quando o
ponto de fusão está muito abaixo da
temperatura do óleo.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Cicloalcanos:
– Hidrocarbonetos saturados também chamados
de naftenos.
– As moléculas têm a forma de anel.
– Os mais importantes são:
• C5H10 (ciclopentano).
• C6H12 (ciclohexano).
Ciclopentano
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Ciclonaftenos:
– ciclopentano.
– metilciclopentano.
– etilciclopentano.
– 1,1 dimetilciclopentano.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Hidrocarbonetos aromáticos:
– Compostos com anéis de seis átomos de carbono,
que não contém um número máximo de
hidrogênios nas moléculas e, por isso, são
insaturados.
– Possuem ligações duplas (p).
– o membro mais comum é o benzeno (C6H6).
Benzeno
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Naftenos aromáticos:
– Também chamados de HCs complexos.
– Contém grupos aromáticos e anéis naftênicos na
mesma molécula. A posição H pode ser substituída por
um grupo alquil reto ou ramificado.
– Em muitos tipos de petróleo, os principais
representantes são as frações de ponte de ebulição
muito elevado.
– Exs: tetralina (C10H12), ciclopentanofenantreno (C17H14).
Tetralin
C
10
H
12
Ciclopentanonafteno
C
17
H
14
ALCANOS
(Parafinas)
NAFTENOS
(Cicloalcanos)
NAFTENO-
AROMÁTICOS
(HC’s Complexos)
AROMÁTICOS
Cadeia aberta
reta ou
ramificada
Moléculas em
forma de anel
Moléculas com
aromáticos e
naftênicos
Anéis com 6
átomos de C
Ligações
simples
- - Ligações duplas
Petróleos Segundo os Tipos de HCs
Vídeo: Refinación del petroleo
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Outros componentes:
– Compostos de enxofre.
– Compostos de oxigênio.
– Compostos de nitrogênio.
– Compostos metálicos.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Compostos de enxofre:
– Normalmente são o grupo mais numeroso dentre os
compostos não-hidrocarbonetos.
– Encontrados nos derivados e nos resíduos dos derivados.
– Considerados impurezas (exceto o asfalto), devido as
características corrosivas (ácidas), instabilidade química,
mau cheiro e a propriedade de contaminar as catálises da
refinaria.
– Quando da combustão convertem-se em SO2 que é
poluente.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Os grupos mais comuns de compostos de
enxofre são:
– Mercaptanos H-S-R.
– Sulfetos R-S-R
• Dissulfetos R-S-S-R'
• Polissulfetos R-(S)n-R'.
– Tiofenos (tioils).
• Alquiltiofenos
• Monotiofenos
• Bitiofenos
• Policiclotiofenos
• Benzotiofenos.
Tiofeno
H
SH
Ciclohenanotiol
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Compostos de oxigênio:
– No petróleo ocorrem três grupos de compostos
de oxigênio, na forma de ácidos ou sais:
• Ácidos naftênicos.
• Fenóis.
• Ácidos graxos.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Compostos de oxigênio:
– Ácidos naftênicos.
• Formados por um ou mais anéis ciclopentanos ou
ciclohexanos, com ou sem ramificações e/ou substitutos
alquil não-ramificados com pelo menos um grupo
carboxila em um dos anéis ou em uma cadeia lateral.
• Dentre os compostos com oxigênio presentes no
petróleo, os ácidos naftênicos são os de concentração
mais elevada.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Compostos de oxigênio:
– Fenóis:
• Os mais conhecidos são os fenóis, crisois, xilenos e os β-
naftenos.
• Os compostos asfaltenos apresentam fenolatos e fenóis
de alto peso melecular.
– Ácidos graxos:
• Derivados do ácido fórmico (H-COOH).
• Estes compostos podem ser enriquecidos nos resíduos
de destilação do que os compostos de enxofre.
COOH OH
CH3-(CH2)n-COOH
Ácidos graxos
Fenol
Ácido naftênico
(ácido ciclopentano carbônico)
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Compostos de nitrogênio:
– Nos petróleos ocorrem compostos de nitrogênio
neutros e básicos. A proporção dos básicos é de 25% a
35%, dentre os compostos de nitrogênio, sendo
também os mais conhecidos.
– Alguns compostos de nitrogênio são instáveis,
especialmente em temperatura de ebulição.
– Na destilação podem contaminar o processo de
catálise.
– Estes compostos ocorrem nos derivados, assim como
nos resíduos dos derivados.
N
H
Pirolo
Pìridina
Quinolina
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Compostos metálicos:
– Três grupos ocorrem no petróleo:
• Sais inorgânicos:
– cloretos e sulfatos de sódio, potássio,magnésio e cálcio.
• Soluções metálicas (sopas):
– cátions e ânions inorgânicos.
• Complexos organo-metálicos:
– Porfirinas com um destes grupos metálicos [vanádio (0-300 ppm V/kg de
petróleo bruto, geralmente maior em óleos de densidade elevada), níquel,
ferro e cobalto].
– Estes metais, em especial o vanádio, são corrosivos.
– Muitos compostos metálicos ocorrem em concentrações diminutas.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Composição do Gás Natural:
– Gases naturais são gasosos sob pressão padrão e
temperatura ambiente.
– (São) hidrocarbonetos que mesmo misturados a
outros gases ainda são combustíveis.
– Outros gases também encontrados na crosta
terrestre, como o nitrogênio e o dióxido de
carbono, não são consideradosgases naturais.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Entende-se gás natural como o gás armazenado
em um reservatório independente do petróleo.
• Os gases do petróleo são a parte gasosa que se
separa do petróleo por meio da expansão.
• Condensados são a transição entre gases e óleos.
• O gás natural e os gases do petróleo são
denominados conjuntamente de gases naturais.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Hidrocarbonetos:
– O principal componente de qualquer gás é o metano
(CH4).
– A maior parte dos gases contém os membros da série
dos n-alcanos, cuja concentração diminui com o
número de carbonos. Também existem i-alcanos.
– Do hexano em diante há apenas traços.
– Existem gases que são quase metano puro e outros
gases com quantidades consideráveis de gases inertes.
Metano
Metano Etano
Propano Butano
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Não-hidrocarbonetos:
– Gases inertes:
• Nitrogênio, hélio e dióxido de carbono.
• O nitrogênio ocorrem em concentrações de 0% - 100%.
Os gases com nitrogênio elevado não são recuperáveis,
pois o poder calorífico é muito baixo e a separação do
nitrogênio pode não ser economicamente viável.
• Gás com teor de nitrogênio de vol-60% tem poder
calorífico de 17 580 kJ/m3 = 4 200 kcal/m3. Um poder
calorífico equivalente ao gás de cidade.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
– Gás hélio ocorre na maioria dos gases em
concentrações de até vol-7%.
– O dióxido de carbono é encontrado em concentrações
de vol-60%, sendo mais fácil de separar que o
nitrogênio. Gases com concentrações elevadas de
dióxido de carbono são de mais fácil recuperação.
• Gases naturais contém vapor d’água devido a pressão
parcial de vapor no reservatório. Às vezes o gás natural
está misturado a gotículas de água que contém sais, em
geral, cloreto de sódio.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Hidratos de Gás:
– Alguns hidrocarbonetos, especialmente aqueles
com compostos orgânicos, podem formar hidratos
com água, que sob pressão normal são gasosos:
• Metano, etano, propano e butano
• Mostram-se como compostos cristalinos, sólidos e
esbranquiçados com uma consistência que varia entre a
neve e a parafina.
• Cada unidade elementar de hidrato apresenta 46
moléculas de água e 8 moléculas de hidrocarbonetos.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Composição dos Gases Naturais:
– Como já visto, os gases naturais são compostos de
metano e de seus homólogos.
– O gás natural dos reservatórios de gás (somente
gás) contém, além do metano, pequenas
quantidades de etano, propano e às vezes butano.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Gás natural (petróleo) x Gás natural (carvão):
– A maioria dos gases naturais, gases de petróleo e
condensados têm a mesma origem do petróleo.
– O carvão também apresenta metano  quando
da formação (grisu).
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Águas de processo (ou de produção – oil field
waters):
– Águas de formação presentes nos reservatórios
de petróleo e gás natural.
– Não existe reservatório de hidrocarbonetos sem
água.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Originalmente, os espaços porosos do
reservatório eram preenchidos por água, que
foi depois deslocada por óleo.
• As águas encontradas nos reservatórios de gás
e petróleo são salmouras (em geral). i.e,
soluções salinas aquosas (0% - 35%).
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Classificação dos Petróleos e dos Gases
Naturais:
– A classificação dos petróleos se dá com base em:
• densidade (densidade o API).
• densidade das frações-chave.
• o API = (141,5 / densidade 60 o F) – 131,5
– 60 o F = 15,56 o C
Cotação
US$/bbl
País Tipo Julho
(2000)
Julho 
(2006)
oAPI
Oriente Médio Arabian light 40 68,89 40
Noruega Brent 28,66 73,66 38
Ásia Dubai 26,19 69,17 31
EUA WTI 30,06 74,33 39
México
Maya
(pesado)
23,41 56,82 21,57
Istmo
(leve)
28,12 67,89 33,44
Olmeca
(super leve)
29,21 73,59 38,30
FONTE: OPEC
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Classificação de Tissot & Welte (1978):
– Classificação dos seis grupos:
• Óleos:
– parafínicos.
– parafínicos naftênicos.
– naftênicos.
– aromáticos asfálticos.
– aromáticos naftênicos.
» Classificaram em seis grupos após a análise de mais de 600 petróleos no Instituto Francês
de Petróleo (destilação em temperatura de 240oC)
HC’s Saturados Aromáticos (A)
Parafinas (P) Alquilauril
Naftenicos (N) Naftenoaromatico
Compostos Nx, Sx, Ox
Asfaltenos
Resinas
Classificação de Tissot & Welte (1978)
Destilação a 240oC
Petróleos Brutos
(%)
Grupo
40,1 Parafínicos naftênicos
23,3 Aromáticos intermediários
18,5 Parafínicos
7,6 Aromáticos asfálticos
6,7 Aromáticos naftênicos
3,9 Naftênicos
Após a Análise de 541 Petróleos
Tissot & Welte (1978)
Componente Vol
(%)
Componente Vol
(%)
CH4 81,5 N2 5,2
C2H6 3,6 CO2 4,6
C3H8 2,0 H2S 1,4
C4H10 0,4 - -
C5H12 0,2 He 0,04
>C5 1,0 - -
Fonte: Neumann et al (1981).
Composição Média dos Gases Naturais
(Europa, África e América do Norte)
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Definições:
– Gás seco:
• Gás contendo pouco ou nenhum hidrocarboneto
líquido.
– Gás úmido:
• Gás associado com petróleo líquido.
– Condensado:
• Hidrocarboneto líquido de API elevado (60º+ API)
produzido (associado) com gás úmido.
– Capa de Gás Gás livre acima do petróleo líquido.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Classificação dos Gases Naturais:
– Com base no fator de combustão, segundo o
número de Wobbe (Wu):
– Wu = (Hµ /√p/pa)
– H = Valor calorífico ( kcal/Nm3 ou kJ/Nm3).
– p = densidade do gás.
– pa = densidade do ar.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Números de Wobbe (Wu):
– Gases naturais:
• 10 000 a 13 300 kcal/Nm3
• (ou) 41 900 a 55 700 kJ/Nm3
– Gás de cidade (carvão):
• 24 600 a 31 800 kJ/Nm3
• (ou) 5 400 a 7 600 kcal/Nm3
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Existem três tipos de gases:
– T = gás de cidade, carvão e de forno.
– N= gases naturalmente líquidos:
• baixo Wu (L).
• alto Wu (H).
– L = gases liquefeitos.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Do ponto de vista de recuperação e
tratamento, os gases naturais são divididos:
– Segundo o teor de gás sulfídrico (H2S):
• Gases com pressão parcial de H2S > 0,01 são chamados
de sour gases e os outros de sweet gases.
– Segundo o teor de HCs condensados.
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Classificações do Gás Natural:
– Segundo a ocorrência:
• a) Gás associado:
– Gás dissolvido em petróleo bruto que é mantido em solução devido à pressão
do reservatório. Ocorre em profundidades em que a pressão é suficiente para
mantê-lo em solução.
• b) Gás não-associado:
– Gás em um reservatório sem petróleo bruto. Pode ser resultado de
profundidade e temperatura elevada de formação dos HCs em que o petróleo
líquido não se forma. Contudo, a maior parte, atualmente em produção,
envolve gases de temperatura normal em profundidade, talvez devido à erosão
da cobertura.
– b.1) Gás seco:
» Gás não-associado sem hidrocarbonetos condensados em condições
normais de separação de petróleo e gás.
• c) Condensados:
– Hidrocarbonetos leves com uma fase gasosa.
CLASSIFICAÇÕES DOS GASES NATURAIS
Quanto à (ao)
Presença de petróleo Ocorrência Recuperação Fator de 
combustão
(Wu)
Seco Não associado Sour gas
(H2S)
Naturais (N)
Úmido Associado Sweet gas
(H2S)
Cidade (T)
- -
Presença de 
condensados
Líquidos (L)
Composição do Petróleo
UNIDADE II
• Fases de petróleo e gás:
– Os hidrocarbonetos podem ocorrer em fases líquidas ou gasosas
que estão sujeitas a temperatura e pressão. Para temperatura
elevada e baixa pressão, os hidrocarbonetos ocorrem como fase
gasosa.
– Quando temperatura e pressão excedem o ponto crítico, os
hidrocarbonetos estão em uma única fase que não é gasosa ou
líquida. O ponto crítico é a temperatura acima da qual o
hidrocarboneto não vai existir em duas fases (temperatura e
pressão críticas).