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  1. INTRODUÇÃO

A palavra petróleo vem do latim, petra e oleum, correspondendo à expressão “pedra de óleo”. O petróleo ocorre na natureza ocupando vazios, existentes entre os grãos de areia na rocha, ou pequenas fendas com intercomunicação, ou mesmo cavidades também interligadas.Estudos arqueológicos mostram que a utilização do petróleo iniciou-se 4000 anos antes de Cristo, sob diferentes denominações, tais como betume, asfalto, alcatrão, lama, resina, azeite, nafta, óleo de São Quirino, nafta da Pérsia, entre outras.O petróleo é conhecido desde tempos remotos, foi utilizado por hebreus para acender fogueiras, nos altares onde eram realizados sacrifícios, por Nabucodonosor, que pavimentava estradas na Babilônia, pelos egípcios na construção de pirâmides e conservação de múmias, além do uso como combustível para iluminação por vários povos. Os gregos e romanos embebiam lanças incendiárias com betume, para atacar as muralhas inimigas. Após o declínio do Império Romano, os árabes também o empregaram com a mesma finalidade. Há relatos de que, quando os espanhóis chegaram na América, Pizarro deu conta da existência de uma destilaria que era operada por incas. Supõe-se que o líquido citado representava resíduo de petróleo encontrado na superfície.A moderna era do petróleo teve início em meados do século XIX, quando um norte-americano conhecido como Coronel Drake encontrou petróleo a cerca de 20 metros de profundidade no oeste da Pensilvânia, utilizando uma máquina perfuratriz para a construção do poço. Os principais objetivos eram então a obtenção de querosene e lubrificantes. Nessa época, a gasolina resultante da destilação era lançada aos rios ou queimada, ou misturada no querosene, por ser um explosivo perigoso. Entretanto, a grande revolução do petróleo ocorreu com a invenção dos motores de combustão interna e a produção de automóveis em grande escala, que deram à gasolina (obtida a partir do refino do petróleo) uma utilidade mais nobre.

Algumas pessoas dizem que o dinheiro faz o mundo girar. Outras acreditam que o ingrediente essencial é o amor, ou até a música. Mas o que quer que leve a humanidade a persistir dia após dia, nossa dependência quanto aos combustíveis fósseis deixa uma certeza: a graxa que lubrifica o giro do planeta é o petróleo.

Consumimos mais de 80 milhões de barris de petróleo ao dia. Para atender a essa demanda por combustíveis fósseis, as empresas petroleiras vasculham constantemente o planeta em busca de novas reservas. Como os oceanos recobrem três quartos da superfície da Terra, boa parte dessas reservas está sob a água.

Plataforma de petróleo no sudoeste da Califórnia

Atingir esses locais de perfuração submarinos representa um grande desafio. Afinal, perfurar em terra já é bem complicado. Então, como fazer isso nas profundezas do mar e transportar o petróleo em estado líquido, gasoso ou sólido de volta à superfície? Como impedir que ele polua o oceano? E como fazer tudo isso, com toneladas de equipamento, em meio ao mar bravio?

Para superar esses obstáculos, as empresas petroleiras investiram bilhões no desenvolvimento de plataformas de petróleo offshore para a perfuração do leito do mar em busca de petróleo. A primeira delas foi construída em 1897, na ponta de um cais na Califórnia. Nos anos que se seguiram, os exploradores de petróleo avançaram mais e mais no oceano, primeiro em píeres e depois em ilhas artificiais. Em 1928, um empresário petroleiro do Texas criou a primeira plataforma móvel para prospectar em terras alagadas. A estrutura era pouco mais que uma balsa com uma torre de perfuração no topo, mas determinou o modelo para as décadas seguintes.

Nos anos que se seguiram, as empresas petroleiras avançaram mais e mais pelo oceano. Em 1947, um consórcio de companhias construiu a primeira plataforma que não se podia avistar da terra, no Golfo do México. Mesmo no Mar do Norte, onde o clima quase sempre é instável, há hoje muitas plataformas petroleiras.

As plataformas petroleiras modernas são estruturas verdadeiramente gigantescas. Algumas são como cidades flutuantes, que empregam e abrigam centenas de pessoas. Outras instalações imensas de produção ficam no topo de torres submarinas que descem até 1,2 mil metros sob o mar - muito mais altas que os mais ambiciosos arranha-céus do planeta. Em um esforço para satisfazer sua dependência dos combustíveis fósseis, os seres humanos construíram algumas das maiores estruturas flutuantes do planeta.

  1. PROSPECÇÃO DE PETRÓLEO

A descoberta de uma jazida de petróleo em uma nova área é uma tarefa que envolve um longo e dispendioso estudo e análise de dados geofísicos e geológicos das bacias sedimentares.

Os geológicos e geofísicos decidem propor a perfuração de um poço, que é a etapa que mais investimentos exige em todo o processo de prospecção.

Um programa de prospecção visa fundamentalmente a dois objetivos: (1) localizar dentro de uma bacia sedimentar as situações geológicas que tenham condições para a acumulação de petróleo; e (2) verificar qual, dentre estas situações, possui mais chance de conter petróleo.

A identificação de uma área favorável à acumulação de petróleo é realizada através de métodos geológicos e geofísicos, que, atuando em conjunto, conseguem indicar o local mais propicio para a perfuração. O programa desenvolvido durante a fase de prospecção fornece uma quantidade muito grande de informações técnicas.

3. MÉTODOS GEOLÓGICOS

A primeira etapa de um programa exploratório é a realização de um estudo geológico com o propósito de reconstituir as condições de formação e acumulação de hidrocarbonetos em uma determinada região. O geólogo elabora mapas de geologia de superfície a partir dos mapas de superfície e dados de poços, como também analisa as informações de caráter paleontológico e geoquímico.

4. GEOLÓGIA DE SUPERFÍCIE

Através do mapeamento das rochas que afloram na superfície, é possível reconhecer e delimitar as bacias sedimentares e identificar algumas estruturas capazes de acumular hidrocarbonetos. As informações geológicas e geofísicas obtidas a partir de poço exploratórios são de enorme importância para a prospecção, pois permitem reconhecer as rochas que não afloram na superfície e aferir e calibrar os processos indiretos de pesquisas como os métodos sísmicos.

5. AEROFOTOGRAMETRIA E FOTOGEOLOGIA

A aerofotogrametria é fundamentalmente utilizada para construção de mapas base ou topográficos e consiste em fotografar o terreno utilizando-se um avião devidamente equipado, voando com altitude, direção e velocidade constantes.

A fotogeologia consiste na determinação das feições geológicas a partir de fotos aéreas, onde dobras, falhas e o mergulho das camadas geológicas são visíveis. As estruturas geológicas podem ser identificadas através da variação da cor do solo, da configuração de rios e de drenagem presente na região em estudo.

Além das fotos aéreas obtidas nos levantamentos aerofotogramétricos, utilizam-se imagens de radar e imagens de satélite, cujas cores são processadas para ressaltar características específicas das rochas expostas na superfície.

6. GEOLOGIA DE SUPERFÍCIE

Consiste no estudo de dados geológicos obtidos em um poço exploratório. A partir destes dados é possível determinar a características geológicas das rochas de subsuperfície. As técnicas mais comuns envolvem:

- A descrição das amostras de rochas recolhidas durante a perfuração;

- O estudo das formações perfuradas e sua profundidade em relação a um referencial fixo (freqüentemente o nível do mar);

- A construção de mapas e seções estruturais através da correlação entre as informações de diferentes poços;

- A identificação dos fósseis presentes na amostras de rocha provenientes da superfície e subsuperfície através do laboratório de paleontologia.

Com os resultados obtidos pode-se correlacionar os mais variados tipos de rochas dentro de uma bacia ou mesmo entre bacias.

O geólogo trabalha na aferição direta das rochas e, utilizando-se de diferentes técnicas, consegue identificar as estruturas mais promissoras para a acumulação de petróleo em uma área.

7. MÉTODOS POTÊNCIAIS

A geofísica é o estudo da terra usando medidas de suas propriedades físicas. Os geofísicos adquirem, processam e interpretam os dados coletados por instrumentos especiais, como o objetivo de obter informações sobre a estrutura e composição das rochas em subsuperfície. Grande parte do conhecimento adquirido sobre o interior da Terra, além dos limites alcançados por poços, vem de observações geofísicas.

A gravimetria e a magnetometria, também chamadas métodos potencias, foram muito importantes no início da prospecção de petróleo por métodos indiretos, permitindo o reconhecimento e mapeamento das grandes estruturas geológicas que não apareciam na superfície.

8. GRAVIMETRIA

Atualmente sabe-se que o campo gravitacional depende de cinco fatores: latitude, elevação, topografia, marés e variações de densidade em subsuperfície. Este último é o único que interessa na exploração gravimétrica para petróleo, pois permite fazer estimativas da espessura de sedimentos em uma bacia sedimentar, presença de rochas com densidade anômalas como as rochas ígneas e domos de sal, e prever a existência de altos e baixos estruturais pela distribuição lateral desigual de densidades em subsuperfície.

A unidade de medida da aceleração do campo gravitacional terrestre é o Gal em homenagem ao físico italiano Galileo Galilei (1564-1642), e vale 1 cm/s2. A aceleração média na superfície da Terra é de 980 gal (aumenta 0,5% do Equador para os pólos) e as anomalias produzidas por estruturas geológicas de interesse à prospecção de petróleo são da ordem de 10-3 gal. Os gravímetros são instrumentos de medida bastante sensíveis, devem ter uma precisão da ordem de 1/1.000.000.

O mapa gravimétrico obtido após a aplicação das correções de latitude, elevação, topografia e marés é denominado mapa Bouguer, em homenagem ao matemático francês Pierre Bouguer (1998-1758). A interpretação do mapa Bouguer é ambígua, pois diferentes situações geológicas podem produzir perfis gravimétricos semelhantes. Portanto, a utilização individual do método gravimétrico não consegue diagnosticar com confiabilidade a real estrutura do interior da Terra, muito embora possa mostrar a existência de algum tipo de anomalia. Contudo, quando utilizado conjuntamente com outros métodos geofísicos e com o conhecimento geológico prévio da área, permite um avanço significativo no entendimento da distribuição espacial das rochas em subsuperfície.

Quando buscam combustíveis fósseis no mar, os geólogos petroleiros empregam equipamento de farejamento especial que detecta traços de gás natural na água marinha. Mas como esse método só ajuda a localizar depósitos que vazam, as grandes empresas petroleiras dependem de dois outros métodos para localizar as jazidas.

Quando próximas à superfície, certas rochas afetam o campo magnético da Terra. Usando equipamento de levantamento magnético, um navio pode passar sobre uma área e mapear as anomalias magnéticas que venha a encontrar.

9. MAGNETOMETRIA

A prospecção magnética para petróleo tem como objetivo medir pequenas variações na intensidade do campo magnético terrestre, conseqüência da distribuição irregular de rochas magnetizadas em subsuperfície.

Nos levantamentos aeromagnéticos as medidas obtidas pelos magnetômetros dependem de vários fatores, dos quais se destacam: latitude, altitude de vôo ou elevação, direção de vôo, variações diurnas e presença localizada de rochas com diferentes susceptibilidades magnéticas. As variações diurnas são usadas por atividades solares, denominadas tempestades magnéticas, e pelo movimento de camadas ionizadas na alta atmosfera que atuam como correntes elétricas perturbando o campo magnético terrestre.

A unidade de medida em levantamentos magnéticos é o gamma, ou nanotesla, que vale 10-5 gauss, unidade definida em homenagem ao matemático alemão Karl F Gauss (1777-1855). O campo magnético terrestre é da ordem de 50.000 gammas e as anomalias de interesse na prospecção de petróleo são da ordem de 1 a 10 gammas. Os magnetômetros devem apresentar uma sensibilidade de 1/50.000.

10. MÉTODOS SÍSMICOS

O método sísmico de refração registra somente ondas refratadas com ângulo critico e tem grande aplicação na área de sismologia. Foi através deste método que a estrutura interior da Terra foi desvendada, embora este método tenha sido largamente utilizado na década de 1950 como apoio e refinamento dos resultados obtidos pelos métodos potenciais.

O método sísmico de reflexão é o método de prospecção mais utilizado atualmente na indústria de petróleo, pois fornece alta definição das feições geológicas em subsuperfície propícias à acumulação de hidrocarbonetos, a mais de 90% dos investimentos em prospecção são aplicados em sísmica de reflexão.

O levantamento sísmico inicia-se com a geração de ondas elásticas, através de fontes artificiais, que se propagam pelo interior de Terra, onde são refletidas e refratadas nas interfaces que separam rochas de diferentes constituições petrofísicas, e retornam à superfície, onde são captadas por sofisticados equipamentos de registro. O método, conhecido como sparking, envolve o envio de ondas de choque pela água e para o piso do oceano. O som viaja em velocidades diferentes através de tipos diferentes de rochas. Caso a onda de choque localize mudança nas camadas rochosas, ela retorna e é captada por hidrofones que o navio de pesquisa arrasta pela água em sua esteira. Com a ajuda de computadores, os sismologistas podem analisar a informação e localizar possíveis armadilhas. 

Os navios de pesquisa utilizam canhões de ar comprimido e explosivos para causar as ondas de choque. Entre os dois métodos, os canhões causam menos ameaças à fauna marinha, mas até mesmo a poluição acústica representa ameaça para animais com senso sísmico tão agudo quanto à baleia azul, uma espécie em risco.

Nas prospecções sísmicas, uma onda de choque é criada pelo seguinte:

  • Canhão de ar comprimido - dispara pulsos de ar na água (para exploração sobre a água);

  • Caminhão impactador - golpeia chapas pesadas no solo (para exploração sobre a terra);

  • Explosivos - são enterrados no solo (para exploração sobre a terra) ou arremessados do barco (para exploração sobre a água) e detonados.

As ondas de choque se deslocam abaixo da superfície da Terra e são refletidas pelas diversas camadas rochosas. Os reflexos se deslocam em diferentes velocidades dependendo do tipo ou densidade das camadas de rocha que devem atravessar. Os reflexos das ondas de choque são detectados por microfones ou detectores de vibração sensíveis: hidrofones sobre a água ou sismômetros sobre a terra. As leituras são interpretadas por sismólogos quanto a indícios de armadilhas de petróleo e gás.

Apesar de os métodos modernos de exploração de petróleo ser melhores do que os anteriores, eles ainda podem ter uma taxa de sucesso de 10% para a localização de novos campos de petróleo. Assim que um impacto com perspectiva de petróleo é encontrado, a localização é marcada por coordenadas de GPS sobre a terra ou por bóias marcadoras sobre a água.

11. FONTES E RECEPTORES SÍSMICOS

As fontes de energia sísmicas mais utilizadas são a dinamite e o vibrador em terra e canhões de ar comprimido em levantamentos marítimos. Cada uma destas fontes emite um pulso característico conhecido como assinatura da fonte que se propaga em todas as direções. Estes pulsos elásticos ou detonações são de duração ou comprimento muito pequeno, da ordem de 200 milissegundos, e se refletem e refratam em cada uma das camadas geológicas em profundidade, retornando à superfície com informações valiosa para a pesquisa de petróleo.

Os receptores utilizados para registrar as reflexões destes pulsos são basicamente de dois tipos: eletromagnéticos (geofones) para registros em terra, e de pressão (hidrofones) para levantamentos na água. O primeiro é composto por uma bobina suspensa dentro de um campo magnético gerado por um potente imã acondicionado em invólucro impermeável, que é firmemente cravado à superfície da Terra. Quando uma onda sísmica atinge o geofone, o movimento relativo entre a bobina e o imã gera uma corrente elétrica induzida que é proporcional a vários fatores, inclusive à amplitude da onda incidente.

Os hidrofones utilizam cristais piezoelétricos, que geram uma corrente elétrica proporcional à variação de pressão produzida pelas ondas acústicas na água. Estes receptores, a exemplo dos geofones, devem reproduzir o mais fielmente possível as vibrações mecânicas na forma de oscilações elétricas.

Estas oscilações elétricas são transmitidas até o sismógrafo, onde são digitalizadas, multiplexadas e registradas após severo depuramento e amplificação eletrônicos.

12. AQUISIÇÃO DE DADOS SÍSMICOS

Tanto em terra quanto no mar, a aquisição de dados sísmicos consiste na geração de uma perturbação mecânica em um ponto da superfície e o registro das reflexões em centenas (128 a 1024) de canais de recepção ao longo de uma linha reta.

Estes canais encontram-se eqüidistantes (20 a 50 metros), todo o conjunto fonte/receptores tem seu posicionamento dinâmico definido por levantamentos topográficos em terra e por radioposicionamento e satélites no mar.

13. TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS E VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO

Existem basicamente dois tipos de ondas elásticas. As ondas P, ou compressionais, nas quais o deslocamento do meio se dá na mesma direção de propagação da energia, e as ondas S, ou de cisalhamento, onde o deslocamento do meio é perpendicular à direção de propagação da energia.

A velocidade de propagação das ondas sísmicas é função da densidade e das constantes elásticas do meio, dependendo da constituição mineralógica da rocha, grau de cimentação, estágios de compactação, porosidade, conteúdo e saturação de fluidos, além de outros fatores como temperaturas e presença de microfraturas.

14. Sismograma Sintético

Como a sísmica de reflexão responde somente ao contraste de impedância das rochas, é possível simular a resposta sísmica de um pacote sedimentar, ou traço sísmico (sismograma sintético) a partir do conhecimento de velocidades e densidades das rochas que o compõe e da assinatura da fonte. Multiplicando-se as velocidades pelas densidades, obtém-se um perfil em profundidade das impedâncias acústicas. A quantidade de energia que é refletida em cada interface é dada pelo coeficiente de reflexão que, para incidência normal, é calculado pela seguinte relação:

R = I2 – I1 / I2 + I1 e T = 1 – R

Onde :

R = coeficiente de reflexão

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