Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields

Apresentação em tema: "Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields"— Transcrição da apresentação:

1 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, 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

2 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 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

3 “Molhabilidade”: tendência de um fluído a distribuir-se a longo de uma superfície em presença de outro fluído (imiscível) - Pode ser homogênea ou heterogênea 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

4 Determinação da molhabilidade  diversos métodos:
Autor Definição termodinâmica Johansen & Dunning (1953) Medida do ângulo de contato Treiber et al. (1972) Medidas de tensão interfacial e pressão de deslocamento Slobod & Blum (1952) Forma de curvas de permeabilidade relativa Raza et al. (1968) Forma de curvas de recuperação Medidas de permeabilidade e saturação Frehse (1973) Experimentos de imbibição espontânea Gatenby & Mardsen (1957) Medidas de relaxação magnética nuclear Brown & Fatt (1956) Absorção de corantes Holbrook & Bernard (1958) Experimentos de flotação Anderson (1985) Logs de resistividade elétrica em poços Swanson (1980) Curvas de pressão capilar Donaldson et al. (1969) Experimentos de imbibição e deslocamento Amott (1959) Distribuições de T1 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 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

5 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 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

6 Precipitação de sílica: reduzida em reservatórios oil-wet, quando a molhabilidade é homogênea.
31/03/2017 Rodrigo Iglesias

7 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. 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

8 Moléculas de hidrocarbonetos são em geral apolares, tendo pouca afinidade com a superfície do quartzo: 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

9 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: exemplos de surfactantes: 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

10 Asfaltenos: possuem afinidade com a superfície do mineral, através dos grupos funcionais periféricos
Cátions metálicos adsorvidos na superfície também aumentam a afinidade desta com o surfactante, facilitando o oil-wetting 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

11 Fatores que afetam a molhabilidade
Efeito da composição do petróleo - A composição do petróleo é quimicamente muito variada: 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

12 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 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

13 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. 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

14 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 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

15 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: básico ácido 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

16 Os minerais possuem comportamento distinto com o pH
Reservatórios carbonáticos são normalmente oil-wet; Reservatórios siliciclásticos com cimentos carbonáticos terão molhabilidade heterogênea. 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

17 Argilas Apresentarão molhabilidade variada segundo a composição química, morfologia e estrutura física. Ex. Kaolinita: water-wet oil-wet 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

18 Efeitos do ferro e outros elementos de transição
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. 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

19 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. 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

20 Sumário: tipo de rocha geradora 31/03/2017 Rodrigo Iglesias

21 Sumário: mineralogia do reservatório/tipo de petróleo
31/03/2017 Rodrigo Iglesias