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1 /21 Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields S.A. Barclay, R.H. Worden School of Geosciences, Queen’s University of Belfast, Northern Ireland Spec. Publs. Int. Ass. Sediment. (2000) 29, 103-117 11/9/2014Rodrigo Iglesias1

2 /21 Definição de “molhabilidade” Controle geoquímico da cimentação de quartzo Natureza físico-química da superfície do quartzo Fatores que afetam a “molhabilidade”: – Efeito da composição do petróleo (geração, asfaltenos, fixação no reservatório) – Efeito interações água-rocha (pH, argilas, minerais ferrosos, felspatos, salinidade, etc.) – Efeito de pressão e temperatura 11/9/2014Rodrigo Iglesias2

3 /21 “Molhabilidade”: tendência de um fluído a distribuir- se a longo de uma superfície em presença de outro fluído (imiscível) 11/9/2014Rodrigo Iglesias3 - Pode ser homogênea ou heterogênea

4 /21 Determinação da molhabilidade  diversos métodos: 11/9/2014Rodrigo Iglesias4 MétodoAutor Definição termodinâmicaJohansen & Dunning (1953) Medida do ângulo de contatoTreiber et al. (1972) Medidas de tensão interfacial e pressão de deslocamento Slobod & Blum (1952) Forma de curvas de permeabilidade relativaRaza et al. (1968) Forma de curvas de recuperaçãoRaza et al. (1968) Medidas de permeabilidade e saturaçãoFrehse (1973) Experimentos de imbibição espontâneaGatenby & Mardsen (1957) Medidas de relaxação magnética nuclearBrown & Fatt (1956) Absorção de corantesHolbrook & Bernard (1958) Experimentos de flotaçãoAnderson (1985) Logs de resistividade elétrica em poçosSwanson (1980) Curvas de pressão capilarDonaldson et al. (1969) Experimentos de imbibição e deslocamentoAmott (1959) Distribuições de T 1 em ressonância magnética nuclear Howard (1994) ângulo de contato Importante: medidas em laboratório não devem ser consideradas como valores reais da molhabilidade em um reservatório

5 /21 Controle geoquímico da cimentação de quartzo Fontes de sílica: – Interna ao reservatório: dissolução de grãos detríticos de quartzo ou feldspatos, entre outros – Externa: compactação e reações de lamas, diagênese em outros corpos reservatórios próximos A molhabilidade afeta principalmente as fontes internas: em reservatórios oil- wet as fontes de sílica estão isoladas pela camada de óleo. Transporte: deslocamento também é afetado pela molhabilidade 11/9/2014Rodrigo Iglesias5

6 /21 Precipitação de sílica: reduzida em reservatórios oil-wet, quando a molhabilidade é homogênea. 11/9/2014Rodrigo Iglesias6

7 /21 Superfície do quartzo – natureza físico-química Natureza das interações entre a superfície e o fluído determinam se a superfície é oil-wet ou water-wet. Normalmente, a superfície do quartzo contém grupos hidroxila, que apresentarão maior afinidade com moléculas polares (como a água), através de pontes de hidrogênio. 11/9/2014Rodrigo Iglesias7

8 /21 Moléculas de hidrocarbonetos são em geral apolares, tendo pouca afinidade com a superfície do quartzo: 11/9/2014Rodrigo Iglesias8

9 /21 A afinidade pela superfície do quartzo pode ser alterada pela adição de surfactantes – moléculas ou grupos polares ou hidrofílicos (tipicamente contendo elementos N, S ou O) que agem diminuindo a tensão superficial ou interfacial: 11/9/2014Rodrigo Iglesias9 exemplos de surfactantes:

10 /21 Asfaltenos: possuem afinidade com a superfície do mineral, através dos grupos funcionais periféricos 11/9/2014Rodrigo Iglesias10 Cátions metálicos adsorvidos na superfície também aumentam a afinidade desta com o surfactante, facilitando o oil-wetting

11 /21 Fatores que afetam a molhabilidade Efeito da composição do petróleo - A composição do petróleo é quimicamente muito variada: 11/9/2014Rodrigo Iglesias11

12 /21 A mineralogia da rocha geradora determina a composição do petróleo: – Lacustrinas (I): óleos apolares – Marinhas clásticas (II): óleos apolares – Marinhas carbonáticas (IIS): óleos com grande quantidade de enxofre (quando não há óxidos/oxi-hidróxidos de ferro, que inibem a formação de organosulfurados) – Terrestres (III): alto conteúdo de oxigênio, forma compostos polares contendo O (fenóis, metoxi e alquilfenóis), típico de maturação prematura. Maturação térmica do querogênio (matéria orgânica presente nas rochas, precursora do petróleo) – Perda sequencial de grupos funcionais no processo de maturação 11/9/2014Rodrigo Iglesias12

13 /21 Asfaltenos: – Em solução no óleo (tendência a water-wetting) – Exsolvidos (tendência a oil-wetting) A solubilidade dos asfaltenos é controlada por diversos fatores: -razão gás/óleo (GOR): qto maior, maior a exsolução -biodegradação e water-washing do óleo: remove componentes leves, supersaturando em asfaltenos; -ação bacteriológica (aeróbica) pode gerar asfaltenos pela oxidação de hidrocarbonetos; -maturação in-situ do óleo produzindo gás (por craqueamento), aumentando a GOR; -mistura de óleos de composições diferentes pode resultar em exsolução de asfaltenos. -alta salinidade da água da formação pode provocar a coagulação de micelas de asfaltenos, precipitando do óleo. 11/9/2014Rodrigo Iglesias13

14 /21 Processos pós-acumulação do petróleo – Water-washing por advecção de água sobre uma acumulação de óleo remove os compostos mais solúveis, provocando precipitação de asfaltenos. (águas de aqüíferos estagnados tem pouco efeito) – Water-washing por águas meteóricas pode introduzir bactérias aeróbias, que podem provocar biodegradação do óleo 11/9/2014Rodrigo Iglesias14

15 /21 Efeitos da interação água-rocha Efeito do pH na superfície do mineral A carga da superfície dos minerais é modificada segundo o pH do meio: 11/9/2014Rodrigo Iglesias15 ácidobásico

16 /21 Os minerais possuem comportamento distinto com o pH 11/9/2014Rodrigo Iglesias16 Reservatórios carbonáticos são normalmente oil-wet; Reservatórios siliciclásticos com cimentos carbonáticos terão molhabilidade heterogênea.

17 /21 Argilas Apresentarão molhabilidade variada segundo a composição química, morfologia e estrutura física. Ex. Kaolinita: 11/9/2014Rodrigo Iglesias17 water-wet oil-wet

18 /21 Argilas expansíveis (grupo smectitas) podem absorver grandes quantidades de compostos polares Efeitos do ferro e outros elementos de transição – Óxido de ferro (hematita) tende a ser oil-wet por adsorver grandes quantidades de asfaltenos – pela presença de cátions ferro na superfície, que facilitam a adsorção ou pela oxidação catalítica de componentes do óleo, formando compostos polares que são mais facilmente adsorvidos. – Estado de oxidação é determinante. A molhabilidade pode ser alterada, somente se o ferro possui carga +3. Efeito similar para outros cátions de metais de transição. – Silicatos e carbonatos ricos em ferro (smectita, clorita, siderita, ankerita) tendem a ser oil-wet. Feldspatos – Apresentam molhabilidade variada. 11/9/2014Rodrigo Iglesias18

19 /21 Efeitos da temperatura e pressão -Temperaturas acima de 120C causam a destruição de ácidos carboxílicos, alterando a molhabilidade. - Pressão e temperatura afetam a GOR, portanto a solubilidade de asfaltenos (T elevada causa craqueamento de hidrocarbonetos, aumentando a proporção de gás) - Pressão capilar elevada em reservatórios water-wet pode reduzir a espessura da camada de água que recobre os grãos, permitindo acesso de asfaltenos e outros compostos polares à superfície. 11/9/2014Rodrigo Iglesias19

20 /21 11/9/2014Rodrigo Iglesias20 Sumário: tipo de rocha geradora

21 /21 11/9/2014Rodrigo Iglesias21 Sumário: mineralogia do reservatório/tipo de petróleo


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