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5. MECANISMOS DE PRODUO DE RESERVAT-

RIOS

Os fluidos contidos em uma rocha-reservatrio devem dispor de uma certa quantidade de energia para que possam ser produzidos. Essa energia, que recebe o nome de energia natural ou primria, o resultado de todas as situaes e circunstncias pelas quais a jazida passou at se formar completamente.

Para conseguir vencer toda a resistncia oferecida pelos canais porosos, com suas tortuosi-dades e estrangulamentos, e se deslocar para os poos de produo necessrio que os fluidos contidos na rocha tenham uma certa quantidade de presso, que a manifestao mais sensvel da energia do reservatrio. A situao atual do reservatrio, levando-se em conta todo o ambiente composto pela rocha-reservatrio e seus fluidos, bem como pelas suas vizinhanas, que fornece a energia necessria para a produo de fluidos.

Para que haja produo de fluidos necessrio que outro material venha a substituir o es-pao poroso ocupado pelos fluidos produzidos. De um modo geral a produo de fluidos devida a dois efeitos principais: (1) a descompresso (que causa a expanso dos fluidos contidos no reserva-trio e a contrao do volume poroso) e (2) o deslocamento de um fluido por outro fluido (por exemplo, a invaso da zona de leo pela gua de um aqfero). Ao conjunto de fatores que fazem desencadear esses efeitos d-se o nome de mecanismos de produo de reservatrios.

So trs os principais mecanismos de produo de reservatrios: mecanismo de gs em so-luo, mecanismo de capa de gs e mecanismo de influxo de gua. Os dois primeiros so mecanis-mos exclusivamente de reservatrio de leo, enquanto o mecanismo de influxo de gua pode ocorrer tambm em um reservatrio de gs. Existe ainda o que se chama de mecanismo de segregao gravitacional, que na verdade muito mais um efeito da gravidade que ajuda no desempenho dos outros mecanismos.

A partir da anlise do comportamento de um reservatrio, e da sua comparao com os comportamentos caractersticos de cada mecanismo, pode-se inferir o mecanismo dominante do reservatrio sob investigao. Podem ocorrer situaes em que mais de um mecanismo atuam simultaneamente no mesmo reservatrio sem que um predomine sobre o outro. Nesse caso diz-se que existe um mecanismo combinado.

Alm da presso, o comportamento de vrias outras caractersticas de um reservatrio de petrleo deve ser acompanhado durante a sua vida produtiva, no s para que possam ser definidos os tipos de mecanismo de produo atuantes, mas tambm para que possa ser verificado se o

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comportamento observado est compatvel com o previsto nos estudos de reservatrio realizados. Dentre essas caractersticas podem ser citadas: Razo Gs/leo (RGO) quociente entre as vazes instantneas de gs e de leo, medidas em condies-padro. Razo gua/leo (RAO) quociente entre as vazes instantneas de gua e de leo, medidas em condies-padro. Cut (Corte) de gua frao ou porcentagem definida pelo quociente entre as vazes instant-neas de gua e de lquidos (leo + gua), medidas em condies-padro. BSW (Basic Sediments and Water) frao ou porcentagem definida pelo quociente entre as vazes instantneas de gua mais os sedimentos que eventualmente estejam sendo produzidos e de lquidos mais sedimentos (leo + gua + sedimentos), medidas em condies-padro. Fator de Recuperao frao ou porcentagem do volume original de hidrocarbonetos (medido em condies-padro) recuperada durante a vida produtiva de um reservatrio de petrleo.

5.1. Mecanismo de Gs em Soluo

Suponha uma acumulao de hidrocarbonetos lquidos em uma estrutura isolada, semelhan-te mostrada na Figura 5.1.

Poos

Reservatrioleo

Figura 5.1 Reservatrio com mecanismo de gs em soluo.

O reservatrio no est associado a grandes massas de gua ou de gs natural. Suas frontei-ras no permitem fluxos em qualquer sentido, impedindo a penetrao de fluidos que possam expulsar a mistura de hidrocarbonetos para fora da estrutura. Em um reservatrio com essas caracte-rsticas, como no existe a possibilidade de interferncia do ambiente externo, toda a energia disponvel para a produo se encontra armazenada na prpria zona de leo.

medida que o leo vai sendo produzido, a presso interna do reservatrio vai se reduzin-do e como conseqncia os fluidos l contidos (leo e gua conata) se expandem. Ainda devido reduo de presso, o volume dos poros diminui de maneira semelhante ao que acontece com um balo de soprar quando se deixa escapar ar do seu interior. Durante essa etapa da vida do reservat-rio a produo ocorre porque alm dos fluidos incharem, a capacidade de armazenamento do recipiente que os contm, ou seja, dos poros, diminui. Pode-se dizer que a produo ocorre porque no h espao suficiente para conter o volume atual do fluido. O processo contnuo, de modo que a

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produo de fluido provoca reduo de presso, que acarreta expanso de fluidos, que por sua vez resulta em mais produo.

Devido baixa compressibilidade dos fluidos e da formao, a presso do reservatrio cai rapidamente at atingir a presso de bolha do leo. A partir da as redues de presso, ao invs de provocarem apenas expanses dos lquidos, provocam tambm a vaporizao das fraes mais leves do leo. Como resultado, o reservatrio passa a ter uma parte dos seus hidrocarbonetos no estado lquido e uma parte no estado gasoso. Nesse ponto que efetivamente comea a atuar o mecanismo de gs em soluo.

A produo de fluidos provoca reduo na presso, que por sua vez, alm de proporcionar a vaporizao de mais componentes leves, acarreta a expanso dos fluidos. Como o gs muito mais expansvel que o lquido, basicamente devido sua expanso que vai acontecer o deslocamento do lquido para fora do meio poroso. Ento, o mecanismo exatamente esse: a produo o resultado da expanso do gs que inicialmente estava dissolvido e que vai saindo de soluo. Quanto mais a presso cai, mais o gs se expande e mais lquido deslocado.

A Figura 5.2 apresenta esquematicamente essa etapa da produo. Nesse exemplo o reser-vatrio estava inicialmente submetido a uma presso superior presso de bolha da mistura de hidrocarbonetos nele contida, de modo que durante o perodo entre a condio inicial e a presso de bolha ocorre somente expanso dos lquidos. Caso a presso inicial fosse igual de bolha, qualquer reduo de presso, por menor que fosse, imediatamente provocaria vaporizao das fraes mais leves da mistura.

leo

Figura 5.2 Reservatrio com mecanismo de gs em soluo abaixo da presso de bolha.

O processo seria perfeito se no fosse o fato de que medida que a presso cai, mais e mais hidrocarbonetos vo se vaporizando e o que inicialmente eram apenas algumas bolhas disper-sas no meio do lquido comea a aumentar at formar uma fase contnua. A partir do instante em que o gs forma uma fase contnua, ele comea a fluir no meio poroso e a ser produzido juntamente com o leo. Esse o ponto fraco do mecanismo. Como a produo o resultado da expanso do gs que sai de soluo, se este for produzido juntamente com o leo, a energia do reservatrio tambm estar sendo produzida.

Um aspecto do problema que o gs comea a fluir muito cedo. Devido s suas caracters-ticas, normalmente o gs j comea a fluir no meio poroso para saturaes ainda bem pequenas. O problema se amplia rapidamente pois enquanto o gs vai fluindo cada vez mais facilmente, o leo vai tendo uma dificuldade crescente de se movimentar pela rocha.

Ao ser produzido em grandes quantidades e desde muito cedo, o gs leva consigo a energia do reservatrio fazendo com que a presso decline rpida e continuamente. Esta uma caracterstica marcante dos reservatrios que produzem sob esse mecanismo. A rpida queda de presso provoca uma grande liberao de gs de soluo, o que faz com que a razo gs/leo (RGO), geralmente

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baixa no incio, cresa tambm rapidamente, atingindo um valor mximo que corresponde a um nvel j bem baixo de presso. O contnuo decrscimo da presso faz com que a vazo de produo do gs se reduza, com a conseqente reduo da razo gs/leo. A Figura 5.3 apresenta curvas de razo gs/leo, presso e cut (corte) de gua versus tempo de produo tpicas desse tipo de reservatrio.

pb

0

RGO Razo gs/leo de produo

-

Pre

sso

, R

azo

G

s/

leo

ou Cu

t (C

orte

) de

gua

Rsi

Tempo

pi

p - Presso

Cut (corte) de gua

Figura 5.3 Caractersticas do mecanismo de gs em soluo.

A reduo na razo gs/leo normalmente observada logo aps a presso do reservatrio atingir valores menores que a presso de bolha deve-se ao fato de que a saturao de gs existente no meio poroso ainda menor que a saturao crtica desse fluido, insuficiente, portanto, para que haja fluxo de gs em direo aos poos produtores. Como a liberao de gs de soluo provoca uma reduo na razo de solubilidade, e, devido ao fato de o gs no estar ainda fluindo, a razo gs/leo de produo igual razo de solubilidade, h uma reduo na RGO em relao ao seu valor acima da presso de bolha, quando era igual razo de solubilidade inicial Rsi.

Como j foi dito anteriormente, esse tipo de reservatrio no est associado a grandes mas-sas de gua ou de gs, de modo que a produo de gua praticamente nula e a produo de gs resultado somente da quantidade de gs dissolvido no leo.

Outro aspecto marcante do mecanismo de gs em soluo so as baixas recuperaes fi-nais, tipicamente inferiores a 20% do volume original de leo. A energia se esgota rapidamente fazendo com que as vazes de produo caiam para valores antieconmicos muito cedo. Isso leva ao abandono do reservatrio mesmo quando a quantidade de leo restante ainda bastante significati-va. As grandes quantidades de leo deixadas nesses reservatrios os tornam fortes candidatos a projetos que visam ampliar a recuperao de petrleo. Tambm devido ao esgotamento rpido da sua energia, os poos desses reservatrios tm uma vida como surgentes muito curta. Muito cedo os poos necessitam de algum tipo de elevao artificial para transportar o leo do fundo at as instalaes de superfcie.

5.2. Mecanismo de Capa de Gs

Dependendo das condies de temperatura e presso, uma mistura de hidrocarbonetos pode se apresentar com as fases lquido e vapor em equilbrio. Quando isto ocorre, a fase vapor (gs livre), por ser bem menos densa que o lquido, se acumula nas partes mais altas do meio poroso, formando o que se denomina capa de gs. A Figura 5.4 apresenta esquematicamente um reservatrio desse

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tipo. A existncia dessa zona de gs na parte superior da estrutura contribui para a produo de leo por meio do mecanismo de capa de gs.

leo

Capade gs

Figura 5.4 Reservatrio com mecanismo de capa de gs.

Em um reservatrio com esse tipo de estrutura, a zona de lquido colocada em produo, enquanto a zona de gs preservada, j que a principal fonte de energia para a produo est no gs da capa. O mecanismo funciona da seguinte maneira: a zona de leo colocada em produo, o que acarreta uma reduo na sua presso devida retirada de fluido. Essa queda de presso se transmite para a capa de gs, que se expande penetrando gradativamente na zona de leo. O gs da capa vai ocupando espaos que anteriormente eram ocupados pelo leo. Como o gs tem uma compressibili-dade muito alta, a sua expanso ocorre sem que haja queda substancial da presso. A Figura 5.5 apresenta curvas que representam o comportamento tpico desse mecanismo de produo.

p

ou

RGO

Presso

Tempo

Razo Gs/leo

Figura 5.5 Caractersticas do mecanismo de capa de gs.

O tamanho relativo da capa de gs da maior importncia para o desempenho do meca-nismo. Quanto maior for o volume de gs da capa quando comparado com o volume de leo da zona de leo, ambos medidos em condies de reservatrio, maior ser a atuao da capa, que se traduz principalmente pela manuteno da presso em nveis elevados durante um tempo maior. Neste mecanismo a presso cai continuamente porm de forma mais lenta do que no de gs em soluo, o que faz com que os poos sejam surgentes por mais tempo. Existe um crescimento contnuo da razo gs/leo do reservatrio, sendo que individualmente esse crescimento mais acentuado nos poos localizados na parte superior da estrutura. So comuns as intervenes nesses poos para correo de razo gs/leo, conforme indicam as redues instantneas da razo gs/leo mostradas na Figura 5.5.

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Esperam-se para esse tipo de mecanismo recuperaes entre 20 e 30% do leo original-mente existente na formao. A recuperao de leo funo da vazo de produo. necessrio um certo tempo para a queda de presso se transmitir da zona de leo para a capa e para esta se expandir, o que no ocorre apropriadamente com uma vazo de produo muito alta.

5.3. Mecanismo de Influxo de gua Para que ocorra este tipo de mecanismo necessrio que a formao portadora de hidro-

carbonetos, leo ou gs, esteja em contato direto com uma grande acumulao de gua. Essas formaes saturadas com gua que recebem o nome de aqferos podem se encontrar subjacentes ou ligadas lateralmente ao reservatrio. Para que o mecanismo realmente atue preciso que as altera-es das condies do reservatrio causem alteraes no aqfero e vice-versa. Essas influncias do reservatrio sobre o aqfero e do aqfero sobre o reservatrio s ocorrem se os dois estiverem intimamente ligados.

A Figura 5.6 apresenta esquematicamente um reservatrio de leo com um aqfero na sua parte inferior, isto , subjacente zona portadora de leo existe um corpo de rocha porosa e permevel de grandes dimenses, saturada com gua.

leoAqufero

Figura 5.6 Reservatrio com mecanismo de influxo de gua.

O mecanismo se manifesta da seguinte maneira: a reduo da presso do reservatrio, cau-sada pela produo de hidrocarbonetos, aps um certo tempo transmitida e se faz sentir no aqfero, que responde a essa queda de presso atravs da expanso da gua nele contida e da reduo de seu volume poroso. O resultado dessa expanso da gua, juntamente com a reduo do volume dos poros, que o espao poroso do aqfero no mais suficiente para conter toda a gua nele contida inicialmente. H portanto uma invaso da zona de leo pelo volume de gua excedente. Essa invaso, que recebe o nome de influxo de gua, vai, alm de manter a presso elevada na zona de leo, deslocar este fluido para os poos de produo.

Como tanto a compressibilidade da gua como a da rocha so pequenas, para o mecanismo de influxo de gua funcionar bem necessrio que o aqfero tenha grandes propores. Apenas grandes volumes de gua e rocha, ao sofrerem os efeitos da reduo de presso, so capazes de produzir os grandes influxos de gua necessrios para manter a presso do reservatrio de leo em nveis elevados e com boas vazes de produo. Este processo contnuo, ou seja, a queda de presso na zona de leo causada pela produo desse fluido se transmite para o aqfero, que responde com uma invaso de gua na zona de leo, que acarreta a produo de mais leo e assim por diante.

Uma caracterstica marcante desse tipo de mecanismo, que j foi citada anteriormente, que a presso se mantm elevada por mais tempo do que em outros mecanismos, proporcionando

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um perodo de surgncia maior para os poos produtores. O fator de recuperao desse tipo de reservatrio normalmente alto, cerca de 30 a 40%, mas pode atingir valores consideravelmente mais altos, devidos principalmente ao fato de que a presso permanecendo alta, alm das vazes permanecerem altas as caractersticas dos fluidos se mantm prximas das originais.

A razo gua/leo (RAO) cresce continuamente, comeando pelos poos localizados nas partes mais baixas da estrutura. Obviamente os poos devem ser completados na zona de leo e numa posio um pouco afastada do contato leo/gua para evitar a produo prematura desse ltimo fluido. So comuns as intervenes, principalmente nos poos de produo localizados na parte mais baixa da estrutura, com a finalidade de corrigir razes gua/leo elevadas, que se manifestam desde os estgios iniciais da vida produtiva do reservatrio. O perodo de surgncia dos poos se encerra quando a razo gua/leo se torna excessiva. Como a presso se mantm elevada por mais tempo, normal a razo gs/leo permanecer prxima razo de solubilidade da mistura. Este tipo de reservatrio no se caracteriza por grandes vazes de gs.

Como no mecanismo de capa de gs, a recuperao de um reservatrio sujeito ao influxo de gua fortemente influenciada pelas vazes de produo. O comportamento tpico do mecanismo de influxo de gua mostrado esquematicamente na Figura 5.7. As redues instantneas no valor da razo gua/leo devem-se ao fechamento ou recompletao de poos que estavam produzindo com vazes de gua excessivas.

p

ou

RAO

Presso

Tempo

Razo gua/leo

Figura 5.7 Caractersticas do mecanismo de influxo de gua.

Deve-se mencionar que, ao contrrio do que ocorre nos reservatrios de leo, em reserva-trios de gs a influncia de um aqfero atuante pode ser malfica em termos de recuperao dos hidrocarbonetos neles existentes, conforme ser discutido no Captulo 7.

5.4. Mecanismo Combinado

Um reservatrio de petrleo pode produzir devido aos efeitos de mais de um mecanismo sem que um exera influncia preponderante em relao ao outro. Nessa situao diz-se que a produo o resultado de um mecanismo combinado. Esse tipo de reservatrio apresenta caracters-ticas de diferentes mecanismos, de modo que no se pode enquadr-lo em um ou outro tipo de mecanismo anteriormente apresentado.

importante lembrar que mais cedo ou mais tarde todo reservatrio recebe alguma contri-buio do mecanismo de gs em soluo. Mesmo um reservatrio cujo mecanismo proporciona uma boa manuteno de presso, em algum tempo da sua vida produtiva poder ter essa presso reduzida

Mecanismos de Produo de Reservatrios 5-8

para valores inferiores sua presso de bolha, causando ento o aparecimento de gs livre na zona de leo. A Figura 5.8 apresenta esquematicamente um reservatrio sujeito a um mecanismo combi-nado.

leoAqufero

Capade gs

Figura 5.8 Reservatrio com mecanismo combinado.

5.5. Mecanismo de Segregao Gravitacional

O efeito da gravidade no um mecanismo de produo de reservatrios propriamente di-to, mas um agente responsvel pela melhoria do desempenho de outros mecanismos. A gravidade faz com que ocorra a segregao de fluidos, isto , os fluidos tendem a se arranjar dentro do meio poroso de acordo com as suas densidades.

A segregao gravitacional pode melhorar, por exemplo, o mecanismo de gs em soluo. Como se sabe, a fonte de energia para a produo de reservatrios sujeitos a esse tipo de mecanismo o gs que sai de soluo. O principal problema do mecanismo de gs em soluo que o gs, ao invs de se expandir dentro do reservatrio, deslocando o leo para fora do meio poroso, produzi-do juntamente com o leo. No entanto, com a atuao da gravidade sobre os fluidos, uma parte do gs que sai de soluo pode fluir para a poro mais alta da estrutura, provocando o aparecimento do que se convencionou chamar de capa de gs secundria. A Figura 5.9 apresenta um reservatrio com mecanismo de gs em soluo que est sendo melhorado graas aos efeitos da segregao gravitacional.

leo

Capa de gssecundria

Figura 5.9 Reservatrio com mecanismo de gs em soluo - efeito da segregao gravitacional.

A formao de uma capa de gs secundria depende de uma srie de fatores, entre eles a geometria estrutural do reservatrio, a permeabilidade vertical da rocha e a velocidade com que os fluidos so produzidos. Um reservatrio inclinado ou com uma geometria em forma de anticlinal, como no exemplo da Figura 5.9, favorece a formao de uma capa secundria. Quanto maior a

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permeabilidade vertical da rocha, maior tambm a tendncia de segregao do gs em direo ao topo da estrutura. Finalmente, para que a segregao gravitacional se manifeste necessrio que o reservatrio seja produzido com vazes que favoream essa ocorrncia. No caso de um reservatrio de gs em soluo, por exemplo, se as vazes de produo forem muito elevadas o gs no ser segregado, sendo produzido juntamente com o leo.

Um reservatrio sujeito a um influxo de gua proveniente de um aqfero subjacente tam-bm pode ser beneficiado pela atuao da gravidade do seguinte modo: a diferena de densidade entre o leo e a gua faz com que esta ltima, apesar de estar se deslocando de baixo para cima, de uma maneira geral, permanea sempre atrs (abaixo) do leo, sem ultrapass-lo no seu deslocamento em direo aos poos produtores.

O fator de recuperao em reservatrios onde ocorre de maneira eficiente o mecanismo de segregao gravitacional normalmente alto, acima de 40%, podendo atingir valores to altos quanto 50%, em condies excepcionalmente favorveis.

Bibliografia

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Dake, L. P.: Fundamentals of Reservoir Engineering. New York, Elsevier Scientific Publishing Company, 1978.

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