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/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,

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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, /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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