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INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE RESERVATÓRIOS LEP 01346 Engenharia de Exploração e Produção de Petróleo LENEP / UENF Macaé - RJ Laboratório de Engenharia e Exploração de Petróleo Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro 2018 Sumário I Introdução Engenharia de reservatórios de petróleo Classificação dos reservatórios de petróleo Propriedades dos fluidos do reservatório Propriedades dos gases Propriedades dos ĺıquidos Propriedades das rochas do reservatório Propriedades das rochas Propriedades dos meios porosos saturados com múltiplas fases Mecanismos de produção de reservatórios Introdução Mecanismos de produção primária ou natural Métodos de recuperação secundária e avançada Balanço de materiais Introdução - Equação de Balanço de Materiais Geral Balanço de materiais em reservatórios de gás Balanço de materiais em reservatórios de óleo Sumário I Introdução Engenharia de reservatórios de petróleo Classificação dos reservatórios de petróleo Propriedades dos fluidos do reservatório Propriedades dos gases Propriedades dos ĺıquidos Propriedades das rochas do reservatório Propriedades das rochas Propriedades dos meios porosos saturados com múltiplas fases Mecanismos de produção de reservatórios Introdução Mecanismos de produção primária ou natural Métodos de recuperação secundária e avançada Balanço de materiais Introdução - Equação de Balanço de Materiais Geral Balanço de materiais em reservatórios de gás Balanço de materiais em reservatórios de óleo Engenharia de reservatórios de petróleo Engenharia de reservatórios Engenharia de reservatórios de petróleo É a aplicação de prinćıpios cient́ıficos a problemas que resultam do desenvolvimento e produção de jazidas de hidrocarbonetos, com o objetivo de maximizar a vazão de produção e/ou a recuperação final. Engenharia de reservatórios Engenharia de Reservatório Geologia Geofísica e Petrofísica Engenharia de Produção Engenharia de Poço Engenharia de reservatórios 63E6 8E8 47E9íE5 7E7 f3E6 f9E5 7E5 8E7 8EÁ 3EÁ 55E9 f6E9 f993 TotalófÁ4fE4 bilhõesódeóbarrisffE6 3E7 5E9 7E5 7E7 Distribuiçãoódasóreservasóprovadasódeóóleoóemóf993SóíÁÁ3óeóíÁf3 Porcentagem OrienteóMédio AméricasóCentralóeódoóSul AméricaódoóNorte EuropaóeóEurásia África ÁsiaóPacífico íÁÁ3 Totalóf334Ef bilhõesódeóbarris íÁf3 Totalóf687E9 bilhõesódeóbarris BP Statistical Review of World Energy 2014 Engenharia de reservatórios Consumo per capita 2013 Toneladas 0-0.75 0.75-1.5 1.5-2.25 2.25-3.0 > 3.0 BP Statistical Review of World Energy 2014 Engenharia de reservatórios Reservas provadas de petróleo em 2013 (bilhões barris): 1 Venezuela 298.3 2 Arábia Saudita 265.9 3 Canadá 174.3 4 Irã 157.0 5 Iraque 150.0 6 Coveite 101.5 7 Emirados Árabes Unidos 97.8 8 Rússia 93.0 9 Ĺıbia 48.5 10 Estados Unidos 44.2 11 Nigéria 37.1 12 Cazaquistão 30.0 13 Catar 25.1 14 China 18.1 15 Brasil 15.6 Engenharia de reservatórios Reservas provadas de petróleo na América Central e do Sul (bilhões barris): 2006 2008 2009 2010 2012 2013 13/12 % Total 110.8 198.3 237.0 324.2 328.6 329.6 0.32 Argentina 2.6 2.5 2.5 2.5 2.4 2.4 - Brasil 12.2 12.8 12.9 14.2 15.3 15.6 1.82 Colômbia 1.5 1.4 1.4 1.9 2.2 2.4 8.05 Equador 4.5 6.5 6.3 6.2 8.4 8.2 -2.29 Peru 1.1 1.1 1.1 1.2 1.4 1.4 - Trinidad e Tobago 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 - Venezuela 87.3 172.3 211.2 296.5 297.6 298.3 0.26 Outros 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 0.5 0.09 Objetivos da engenharia de reservatórios Objetivos I Estimativa das reservas de petróleo I Desenvolvimento das reservas de petróleo I Otimização da produção Conhecimentos necessários I Propriedades dos fluidos I Propriedades das rochas I Propriedades dos sistemas fluido/rocha I Escoamento em meios porosos I Mecanismos de recuperação Sistemas de unidades ANP (Petrobras) Oilfield SI Comprimento m ft m Massa kg lb kg Tempo h h s Volume m3 ft3 m3 Permeabilidade md md m2 Pressão kgf/cm2 psi Pa Compressibilidade (kgf/cm2)−1 psi−1 Pa−1 Viscosidade cp cp Pa× s Vazão de Óleo m3/d bbl/d m3/s Vazão de Gás 103 m3/d 103 ft3/d m3/s Temperatura absoluta K R K Classificação dos reservatórios de petróleo O petróleo O petróleo (do latim petra = rocha e oleum = óleo) é uma mis- tura natural de hidrocarbonetos, que pode encontrar-se nos estados sólido, ĺıquido ou gasoso, dependendo das condições de pressão e temperatura. Os hidrocarbonetos são moléculas formadas por carbono e hi- drogênio, entre outros, classificados em series, das quais as mais importantes são: I parafinas (alcanos, CnH2n+2) I olefinas (alcenos, CnH2n) I aromáticos O petróleo O petróleo está composto de um número extremamente grande de compostos qúımicos, principalmente hidrocarbonetos, e separá-los em componentes puros ou misturas de composição conhecida é praticamente imposśıvel. Usualmente, na análise composicional do petróleo, seus componentes são divididos em grupos, de acordo com o numero de átomos de carbono nas suas moléculas. Dificilmente duas amostras de óleo são idênticas. O petróleo é nor- malmente separado em frações de acordo com a faixa de tempera- turas de ebulição dos compostos. O petróleo Frações t́ıpicas do petróleo Fração Temperatura de ebulição oC Composição Gás residual - C1−C2 GLP até 40 C3−C4 Gasolina 40−175 C5−C10 Querosene 175−235 C11−C12 Gasóleo leve 235−305 C13−C17 Gasóleo pesado 305−400 C18−C25 Lubrificantes 400−510 C26−C38 Reśıduo acima de 510 C38+ Comportamento de fases de uma substância pura Vaporização a pressão constante Comportamento de fases de uma substância pura Diagrama Pressão - Temperatura I T2 = T3 - Temperatura de ebulição / condensação p Comportamento de fases de uma substância pura Diagrama Pressão - Volume p Comportamento de fases de uma substância pura Superf́ıcie Pressão - Volume - Temperatura (Água) Comportamento de fases de uma mistura Vaporização a pressão constante Comportamento de fases de uma mistura Diagrama Pressão - Temperatura I Temp. de ebulição T2 < Temp. de condensação T3 Comportamento de fases de uma mistura Sistema binário Etano / n-Heptano 0 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 T [ °F ] p [ p si a ] Etano n−Heptano Comportamento de fases de uma mistura Diagrama Pressão - Volume p Classificação dos reservatórios de petróleo Diagrama de fases de uma mistura de hidrocarbonetos p Reservatórios de óleo saturado e subsaturado p p Reservatórios de óleo saturado e subsaturado I Óleos de baixa contração (convencionais): Se caracterizam por ter linhas de qualidade constante pouco espaçadas na proximidade da curva dos pontos de orvalho. Estão compostos, maiormente, por hidrocarbonetos pesados. Apresentam alta fração de ĺıquido no separador. Em geral são de cor preta ou marrom escuro. I Óleos de alta contração (voláteis): Se caracterizam por ter linhas de qualidade constante pouco espaçadas na proximidade da curva dos pontos de bolha. Apre- sentam alta concentração de hidrocarbonetos leves e voláteis, como metano, etano e propano. A fração de ĺıquido obtido no separador é pequena e sua coloração é esverdeada ou entre marrom claro e laranja. Reservatórios de óleo saturado e subsaturado Óleo de baixa contração p p Reservatórios de óleo saturado e subsaturado Óleo de alta contração p p Reservatórios de gás seco p p Reservatórios de gás úmido p p Reservatórios de gás retrogrado p Reservatórios de óleo com capa de gás Capa de gás retrogrado T p R R Reservatórios de óleo com capa de gás Capa de gás seco R R p Classificação dos reservatórios de petróleo Reservatório de óleo Reservatório de gás Líquido Líquido + Vapor Vapor Região de condensação retrógrada p T s s p T 1 1 p T2 2 p T 3 3 p T C Cu rva