5 - SISTEMAS PETROLÍFEROS - Geração de Óleo & Gás

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Laury Medeiros de Araújo
EXP/PE/PE (PETROBRAS)
SISTEMAS PETROLÍFEROS
Geração de óleo 
&
gás
SISTEMAS PETROLÍFEROS
Fundamentos
Sistema Petrolífero: Máquina geológica de petróleo
SP: MÁQUINA GEOLÓGICA
DE PETRÓLEO: tem como
função e produto final
transformar a matéria orgânica
da rocha geradora em
acumulação de petróleo
(Meissner et al., 1984).
Rocha 
reservatório
Rocha 
selante
Trapa
Rocha geradora
acumulação
Rocha geradora: qualidade depende
do COT e do tipo de querogênio. Termo
aplicado tanto para rocha matura quanto
imatura (Tissot & Welte, 1978, p. 429)
Magoon & Dow, 1994, in Magoon & Dow: Memoir 60 da AAPG
Elementos 
Geológicos 
Essenciais
Rocha geradora
Soterramento
Rocha selante
Rocha reservatório
Processos 
Geológicos
Formação de trapas
Geração
Expulsão/
Migração
Acumulação
Sistema Petrolífero: formalização 
Magoon & Dow (1994): 
Sistema natural que contém 
uma cozinha geradora 
ativa e as acumulações de 
petróleo associadas, 
incluindo os elementos e 
processos geológicos que 
são essenciais para que 
uma acumulação exista. 
Como se forma um Sistema Petrolífero?
Pela deposição de uma rocha geradora em uma bacia 
sedimentar
 Pelo soterramento da rocha geradora e 
aquecimento acima de 1000C
Al-Hajeri et alii, 2009
 Pela expulsão do petróleo da rocha 
geradora
 Pela migração do petróleo até as rocha 
reservatório
 Pela retenção do petróleo nas rocha 
reservatório pelo selo
 Pela preservação do petróleo nas rocha 
reservatório no tempo geológico
Principal Elemento Geológico Essencial 
necessário para que exista um SP
ROCHA GERADORA: 
CORAÇÃO da 
máquina do sistema 
petrolífero
Reservatório
/Trapa
Reservatório
/Trapa
Tempo (Ma)
Tempo (Ma)
Dinâmica de ativação dos processos geológicos dos Sistemas 
Petrolíferos
Deposição da M.O.
Deposição do reservatório
Deposição do selo Processo de migração
Criação da acomodação
Deposição dos sedimentos Soterramento da geradora
Migração Migração
Geradora Geradora
Reservatório/
trapa
Selo
Geradora
Reservatório/
trapa
Geradora
Geradora Geradora
Selo
Reservatório/
trapa
Reservatório/
trapa
Selo
Processo de preservação
Dias, 2010
Te
m
p
e
ra
tu
ra
(0
C
)
Processos dos Sistemas Petrolíferos
Rocha 
reservatório
Rocha 
geradora
Rocha 
selate
Metagênese
Diagênese
Catagênese
MOA + palinomorfos + fitoclastos
 ácidos húmicos + fúlvicos + 
humina  protoquerogênio
 QUEROGÊNIO
Geração de óleo + gás
Migração primária
Expulsão
Geração de gás tardio 
Migração primária
Expulsão
Coque
Migração secundária de gases tardios
Acumulação de gases tardios
Acumulação petróleo 
Migração secundária de petróleo liquído + gás
Selo perfeito: evaporito
< selo
> selo
> Selo: 
HC 
gasoso
Selo
Óleo
Gás
Selo
Gás
FOLHELHOS + MARGAS + CALCILUTITOS 
COT + S2 + espessura
SISTEMAS PETROLÍFEROS: Rocha geradora: visão macroscópica
Araújo, 2001
Fm. Irati – 278 Ma
Araújo, C.V., 2015
Lamalginita na matriz carbonática
SISTEMAS PETROLÍFEROS: Rocha geradora: visão microscópica
Araújo & Castellani, no prelo
Autóctone  algas, bactérias e zoomorfos 1-100 µm
Alóctone matéria orgânica terrestre (fitoclastos e esporomorfos)
SISTEMAS PETROLÍFEROS: R. geradora: origem da matéria orgânica
Produtividade primária > 5 x 
background (50 g C/m2/ano)
O2 na coluna d’água 
0-2 ml O2/L H2O
Taxa de sedimentação 
30-200 m/Ma
Potencial gerador > 2 kg HC/t. rocha 
Espessura geradora > 10 m
Araújo, 2017
SISTEMAS PETROLÍFEROS: Rocha geradora : fatores críticos
Araújo & Castellani, no prelo
MOA MOT
Precursores end-members
Lignina: precursor das 
estruturas aromáticas Algas e bactérias: precursor 
das estruturas alifáticas 
SISTEMAS PETROLÍFEROS: R.G.: Precursores do petróleo na diagênese 
orgânica
Precursores orgânicos do petróleo e processos na diagênese orgânica
Araújo & Castellani, no prelo(modif. Tissot & Welte, 1984)
Na alga Botryococcus Braunii (lacustre) a produção biossintética de HC ~76% de sua massa seca (Maxwell et al., 1968)
Os esteróis (esteranos) derivam da membrana celular das algas (fitoplânctons) – (Hunt, 1996).
Os triterpanoides (hopanos) derivam da membrana dos organismos procarióticos (bactérias) - Hunt, 1996).
SP: R.G: Estrutura dos querogênios tipos I, II e III no início da diagênese
Modelos químicos das estruturas dos querogênios tipos I, II e III no início da diagênese (Behar & Vandenbroucke, 1987)
Araújo & Castellani, no prelo
Tipo I  H/C=1,64 0/C=0,06 
Peso Molecular= 21187
Tipo II  H/C=1,34 0/C=0,196 
Peso Molecular= 25817
Tipo III  H/C=1,06 0/C=0,281 
Peso Molecular= 26176
 Cadeias alifáticos longas derivadas de 
algas e bactérias. 
Baixa conteúdo de aromáticos baixo 
conteúdo de MOT (lignina). 
Cadeias alifáticos médias.
Médio conteúdo de aromáticos
Cadeias alifáticos menores.
Alto conteúdo de aromáticos
 alto conteúdo de MOT 
(lignina) 
Quimicamente o querogênio é 
constituído por uma macromolécula 
formada por núcleo cíclico 
condensado ligado por cadeias 
heteroatômicas ou alifáticas (Tissot
& Welte, 1978).
Araújo & Castellani, no prelo
SISTEMAS PETROLÍFEROS: Rocha geradora: TIPO QUEROGÊNIO
Taxa de transformação do querogênio em
petróleo depende do tipo de querogênio,
sendo controlado pela reatividade cinética
durante o craqueamento térmico.
Araújo & Castellani, no prelo
SISTEMAS PETROLÍFEROS: R.G.: tipo de querogênio versus reatividade
Controle da temperatura na cinética de formação do petróleo 
 (a) No Graben do Reno, por exemplo, onde a rocha
geradora do Oligoceno foi submetida a uma notável
variação lateral do gradiente geotérmico (420C/km a
770C/km), a maturação monitorada pela reflectância da
vitrinita apresenta larga variação quando se compara a
evolução térmica em uma mesma profundidade (Huc, 2013).
Araújo & Castellani, no prelo
Huc, 2013
Em relação à termodinâmica, a geração do petróleo, é
uma reação de decomposição de macromoléculas do
querogênio para moléculas leves de compostos líquidos e
gasosos, descrita por modelos cinéticos, que explicitam a
influência relativa do tempo e da temperatura no processo
de maturação (Tissot & Espitalié, 1975 apud Ungerer, 1993).
Para a mesma idade da rocha geradora, a profundidade
da zona de formação do petróleo aumenta se o gradiente
geotérmico decresce, formalizando o controle da
temperatura na cinética de geração.
SR do Oligoceno (Graben do Reno)
Controle do tempo na cinética de formação do petróleo 
Araújo & Castellani, no prelo
Huc, 2013
 Em Bacias cujas geradoras foram submetidas ao mesmo
regime térmico, a maturação relacionada a uma dada
profundidade aumenta nas rochas geradoras mais antigas,
do Plio-Pleistoceno para o Cretáceo, por exemplo, como
monitorado em poços da Costa do Golfo, na porção emersa
e submersa da Lusiana (Huc, 2013).
Essas observações sugerem, convincentemente, que o
processo de geração de óleo e gás é cineticamente
controlado, sendo uma função do efeito do tempo e da
temperatura no craqueamento das cadeias químicas do
querogênio.
 (b) Profundidade vs %Ro ilustrando seis diferentes
idades (do Cretáceo ao Pli-Pleistoceno) de poços
coletados ao longo da Costa do Golfo da Lusiana e
Mississipi (Down, 1977 apud Huc, 2013).
 Outras evidências do efeito da temperatura e do tempo
são fornecidas pelas configurações experimentais que
reproduzem o fenômeno natural de geração de petróleo,
procedidas em tempos curtos e temperaturas altas em
pirólise anidra, hidropirólise, pirólise em sistema aberto e
fechado.
 As observações de campo e de laboratório demonstram 
que a temperatura age exponencialmente na cinética 
enquanto a influência do tempo na reação é linear. 
SISTEMAS PETROLÍFEROS: processos geológicos de modificação dos 
precursores do petróleo na diagênese, catagênese e metagênese orgânica
 O aumento da temperatura no tempo geológico produz transformações termoquímicas na matéria orgânica, querogênio
eno petróleo. Composição do betume extraído da rocha geradora carbonática e do óleo no reservatório carbonático
adjacente à geradora (Tissot & Pelet, 1971).
Araújo & Castellani, no prelo(modif. Hunt, 1996). 
SISTEMAS PETROLÍFEROS: PROCESSOS GEOLÓGICOS DE GERAÇÃO
Zonas de craqueamento térmico do querogênio em 
petróleo em função do soterramento: temperatura versus 
reflectância da vitrinita (Ro) e produtos gerados.
GERAÇÃO
SISTEMAS PETROLÍFEROS: Proporção relativa dos compostos do petróleo
durante a diagênese, catagênese e metagênese orgânica
 (A) Principais produtos derivados da evolução térmica do querogênio, do betume biossintético da diagênese ao
petróleo liquido e gasoso gerados na catagênese e metagênese. Os querogênios (I, II e III) contêm os valores indicativos.
 (B) da percentagem em peso dos querogênios que potencialmente geram compostos de petróleo e gás (Huc, 2013). Na
conversão do craqueamento térmico total do querogênio, ocorre um rendimento, da ordem, de 85% de petróleo e de15%
de gás, para querogênio tipo I e II.
Araújo & Castellani, no preloAdap. Hunt, 1996 
SP: GERAÇÃO:Fracionamento termoquímico do querogênio em petróleo líquido e 
gasoso
Araújo & Castellani, no prelo
 Esquema baseado em Tissot & Espitalié, 1975; Tissot & Welte, 1978, 1984; Lewan, 1985, 1993, 1994; Bordenave et al., 1993; Behar et al., 1992, 1997, 
2008, 2010; Ruble et al., 2001; Hill et al., 2003; Guo et al., 2009; Tian et al., 2010; Tang & Xia, 2011; Behar & Jarvie, 2013; Spigolon, 2014; Spigolon et al., 
2015; Jia et al., 2014; Gai et al., 2015).
SISTEMAS PETROLÍFEROS: PROCESSOS GEOLÓGICOS DE GERAÇÃO
Fotomicrografia de lâmina delgada contendo redes de fraturas 
preenchidas com petróleo (fluorescente) na rocha geradora durante 
o processo de conversão do querogênio sólido em betume (NSO’s, 
HC saturados e aromáticos)
Araújo & Castellani, no prelo
GERAÇÃO
SISTEMAS PETROLÍFEROS: Processo Geológico de migração primária e 
expulsão
SR
Betume 
Migração 
primária
Expulsão
Rocha 
carreadora 
O processo de migração primária finda quando pulsos de expulsão do petróleo ocorrem para fora da
rocha geradora.
Rotas de migração primária
A formação de microfraturas ocorre quando a pressão de poros aproxima-se entre 80% a 90% da
pressão litostática (Waple, 1994).
SISTEMAS PETROLÍFEROS: PROCESSOS GEOLÓGICOS DE EXPULSÃO
Esquema do processo de 
formação da fase contínua do 
petróleo pela coalescência dos 
filamentos, originando o 
processo de migração primária 
(na rocha geradora). O 
aumento da saturação de 
petróleo (Soc ~11%) promove o 
processo de expulsão do petróleo 
para as rochas carreadoras.
Araújo & Castellani, no prelo
EXPULSÃO: migração 
primária
Experimento de percolação por invasão do petróleo na rocha 
carreadora (Vasseur et al., 2013)
Araújo & Castellani, no prelo
MIGRAÇÃO 
SECUNDÁRIA
SP: processos de migração secundária: percolação por invasão
Quando glóbulos 
adicionais de óleo são 
agregados 
aumenta a altura h 
do óleo 
produzindo um 
desequilíbrio de força 
que favorece a 
flutuação [hg (ρa-ρo) > 
2 (1/rt - 1/rp] 
movendo o glóbulo 
através da garganta 
do poro.
Baseado em Hantschel & Kauerauf, 2009 e Hantschel, 2019
SISTEMAS PETROLÍFEROS: MIGRAÇÃO DO PETRÓLEO - FLUXO DARCY
• ROCHA RESERVATÓRIO: velocidade
mínima do petróleo (vp) estimada pela Lei
de Darcy, considerando o potencial de
pressão (up), a permeabilidade efetiva
(k.Krp) e viscosidade dinâmica (p).
vp = (k.krp / p) . up
• w -p = 200 kg / m
3
• K.Krp = 1 mD = 10
-15 m2
• p = 10
-3 Pa s
• g = 9,80665 m/s2
vp = 2 nm /s  60 m / 1000 anos
vp = 60 km/Ma
No reservatório o Fluxo é muito rápido 
no tempo geológico
Condições de contorno ROCHA GERADORA
RESERVATÓRIO
CARREADOR
• ROCHA CARREADORA: velocidade mínima do petróleo (vp)
estimada pela Lei de Darcy • w -p = 200 kg / m
3
• K.Krp = 0,1 mD = 10
-16 m2
• p = 10
-3 Pa s
• g = 9,80665 m/s2
vp = 0,6 nm /s  6 m / 1000 anos => 6.000 m/Ma
vp = (k / p) . up
• w -p = 300 kg/m
3
• K > 10-19 m2 (> 10-4 mD)
• p = 3 x 10
-3 Pa s
• g = 9,80665 m/s2
Condições de contorno
vp = 10
-13 m / s
vp > que a velocidade de expulsão da geradora 10
-14 m/s 
 sendo a velocidade de migração secundária controlada 
pela expulsão
• ROCHA GERADORA: velocidade mínima do
petróleo (vp) estimada pela Lei de Darcy
Processos geológicos de 
ACUMULAÇÃO 
MODELOS DE FORMAÇÃO DAS ACUMULAÇÕES
Elementos 
Geológicos 
Essenciais
Rocha 
reservatório
SISTEMAS PETROLÍFEROS: ROCHA RESERVATÓRIO
Permeabilidade > 0,1 mD
(convencional)
Com petróleo Sem petróleo
Microtomografia
computadorizada
Escala de campo
Escala microscópica
Escala microscópica
Escala de 
testemunho
Elementos 
Geológicos 
Essenciais
Rocha 
reservatório
SISTEMAS PETROLÍFEROS: ROCHA RESERVATÓRIO
Spadini & Schneider, 2017
Grainstone: espaço poroso 
(azul) preenchido por petróleo 
(exemplo do pré-sal)
Araújo, 2011
1ª Fase 
black oil
RGO ~ 50 m3/m3
RGO < 300 m3/m3
PE < PSat
Capa gás
Black oil
Black oil
B. oil
Black oil
Fase 
óleo
RGO < 300 m3/m3
2ª Fase 
gás-condensado
Injeção de 
metano 
biogênio < 
800C
RGO 
>21000 
m3/m3
PE < PSat
Capa gás
Gás úmido
Condensado
B. óleoÓleo 
volátil
RGO:570-3000 
m3/m3
Fase 
gás
RGO:300-
570 m3/m3
Gás
Gás de baixa 
maturidade
Injeção de 
metano 
biogênio < 
800C
Gás de alta 
maturidade
RGO < 300 m3/m3
Gás
Processo Geológico de acumulação: modelo de preenchimento x Taxa de 
transformação da rocha geradora
Condensado de 
fracionamento 
evaporativo
Óleo volátil de 
fracionamento 
evaporativo
Black oil de 
fracionamento 
evaporativo
Gás úmido de fracionamento 
evaporativo
Spill poit
RGO >100<300 m3/m3
Suprimento de cargas evoluídas de condensados e gases, promovendo a perda 
dos hidrocarboneos líquidos pelo spill point (observar que de 66 Ma para 0 Ma ocorre uma 
expansão dos hidrocarbonetos gasosos nos reservatórios do Lead X).
66Ma - Lead X 0Ma - Lead X
Fatores dinâmicos que modificam as propriedades das acumulações 
Black oil
condensado
SP: PROCESSOS GEOLÓGICOS DE ACUMULAÇÃO
Modelo de preenchimento do reservatório com base em experimentos 
de laboratório e observações de campo (England et al., 1987)
Araújo & Castellani, no prelo
ACUMULAÇÃO
Vista macroscópica 
Afloramento do Arenito Botucatu com os poros preenchidos por óleo biodegradado (Fazenda Betumita , SP).
O preenchimento seletivo dos capilares maiores se evidencia em escala de afloramento e macroscópica, com padrão similar ao
do modelo teórico de England et al.
Processo Geológico de migração secundária: padrão de preenchimento
SISTEMAS PETROLÍFEROS: MEGA RESERVA
ATABASCA TAR SAND (Alberta, Canadá: 2 m3 de arenito betuminoso  1 boe (reserva ~200 B boe) 
Afloramento do Atabasca Tar Sand, com poros preenchidos por óleo 
biodegradado: 1,7 trilhões de bbl
Objetivos de geólogos e geofísicos em relação à investigação e avaliação 
dos sistemas petrolíferos?
 Quantificar o funcionamento da MÁQUINA DE PETRÓLEO no tempo geológico: 
geração/expulsão/migração/trapeamento/preservação
 Prever a existência de acumulações de petróleo
Qual a dimensão de um campo de petróleo supergigante?
Área da Baia da Guanabara: 
412 km2 (28 km x 15 km) 
Búzios: 
495 km2 (33 km x 15 km) 
396m
525m
Contato O/A -5760m
N S
ANP-1 
370m
RJS-699 
306m
RJS-688A 
295m
2-ANP-1 (5775-5415 m)
API: 260-27,50
RGO: 265-256 m3/ m3
Coluna HC: 370 m
Área do Campo de Búzios: 495 km2 ~33x15km
Qual a escala de altura de um campo de petróleo supergigante?
AGRADECIMENTOS
 Ao Grupo do Capítulo Estudantil SEG-
EAGE do Observatório Nacional
 E boa vontade de todos vós pela atenção
 À Isabela pelo convite