Baixe 5- Mecanismo de P.-OK e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Petróleo, somente na Docsity! Capítulo - 5 - Mecanismo de Produção de Reservatórios 1. INTRODUÇÃO Os fluidos contidos em uma rocha reservatório devem dispor de uma certa quantidade de energia para que possam ser produzidos. Essa energia, que recebe o nome de energia natural ou primária, é o resultado de todas as situações e circunstâncias pelas quais a jazida passou até se formar completamente. Para conseguir vencer toda a resistência oferecida pelos canais porosos, com suas tortuosidades e estrangulamentos, e se deslocar para os poços de produção, é necessário que os fluidos contidos na rocha tenham uma certa quantidade de pressão, que é a manifestação mais sensível da energia do reservatório. A situação atual do reservatório, levando-se em conta todo o ambiente composto pela rocha reservatório e seus fluidos e pelas suas vizinhanças é que fornece a energia necessária para a produção de fluidos. Para que haja produção de fluidos é necessário que outro material venha a substituir o espaço poroso ocupado pelos fluidos produzidos. De um modo geral a produção ocorre devido a dois efeitos principais: (1) a descompressão (que causa a expansão dos fluidos contidos no reservatório e contração do volume poroso) e (2) o deslocamento de um fluido por outro fluido (por exemplo, a invasão da zona de óleo pela água de um aqüífero). Ao conjunto de fatores que fazem desencadear esses efeitos dá-se o nome de Mecanismo de Produção de Reservatório. São três os principais mecanismos de produção de reservatórios: mecanismo de gás em solução, mecanismo de capa de gás e mecanismo de influxo de água. Os dois primeiros são mecanismos exclusivamente de reservatório de óleo, enquanto o mecanismo de influxo de água pode ocorrer também em um reservatório de gás. Existe ainda o que se chama de mecanismo de segregação gravitacional, que na verdade é muito mais um efeito da gravidade que ajuda no desempenho dos outros mecanismos. A partir da análise do comportamento de um reservatório e da comparação desse comportamento com os comportamentos característicos de cada mecanismo, pode-se estabelecer o mecanismo dominante do reservatório sob investigação. Podem ocorrer situações em que mais de um mecanismo atuam simultaneamente no mesmo reservatório sem que um predomine sobre o outro. Nesse caso diz-se que existe um Mecanismo Combinado. 2. MECANISMO DE GÁS EM SOLUÇÃO Suponha uma acumulação de hidrocarbonetos líquidos em uma estrutura isolada, semelhante à mostrada na Figura 5.1. O reservatório não está associado a grandes massas de água ou de gás natural. Suas fronteiras não permitem fluxos em qualquer sentido, impedindo a penetração de fluidos que possam expulsar a mistura de hidrocarbonetos para fora da estrutura. Figura 5.1 - Reservatório com Mecanismo de Gás em Solução 0 0 1 FEm um reservatório com essas características, como não existe a possibili dade de interferência do ambiente externo, toda a energia disponível para a produção se 0 0 1 Fencontra arma zenada na própria zona de óleo. 0 0 1 FÀ medida que o óleo vai sendo produzido, a pres são interna do reservatório vai se reduzindo e como conseqüência os fluidos lá contidos (óleo e água conata) se expandem. Ainda devido à redução de pressão, o volume dos poros diminui de maneira semelhante ao que acontece com um balão de soprar quando se deixa escapar ar do seu interior. Durante essa etapa da vida do reservatório a produção ocorre porque, além dos fluidos incharem, a capacidade de armazenamento do recipiente que os contém, ou seja, dos poros, diminui. Pode-se dizer que a produção ocorre porque não há espaço suficiente para conter o volume atual do fluido. O processo é contínuo, de modo que a produção de fluido provoca redução de pressão, que acarreta expansão de fluidos, que por sua vez resulta em mais produção. Devido à baixa compressibilidade dos fluidos e da formação, a pressão do reservatório cai rapidamente até atingir a pressão de saturação do óleo. A partir daí as reduções de pressão, em vez de provocarem apenas expansões dos líquidos, provocam também a vaporização das frações mais leves do óleo. Como resultado, o reservatório passa a ter uma parte dos seus hidrocarbonetos no estado líquido e uma parte no estado gasoso. Nesse ponto é que efetivamente começa a atuar o mecanismo de gás em solução. A produção de fluidos provoca redução na pressão, que por sua vez, além de proporcionar a vaporização de mais componentes leves, acarreta a expansão dos fluidos. Como o gás é muito mais expansível que o líquido, é basicamente devido à sua expansão que vai acontecer o deslocamento do líquido para fora do meio poroso. O mecanismo é exatamente esse: a produção é o resultado da expansão do gás que inicialmente estava dissolvido e que vai saindo de solução. Quanto mais a pressão cai, mais o gás se expande e mais líquido é deslocado. 0 0 1 FA Figura 5.2 apre senta esquematicamente essa etapa da produção. Nesse exemplo 0 0 1 F 0 0 1 F 0 0 1 F 0 0 1 F 0 0 1 F 0 0 1 Fo reser vató rio es tava inicial mente sub metido a uma pressão supe rior à 0 0 1 Fpressão de saturação da mistura de hidrocarbo netos nele contida, de modo que 0 0 1 Fdurante o período entre a condição inicial e a pres são de saturação ocorre somente expansão dos líquidos. Caso a pressão inicial fosse igual à de saturação, qualquer redução de pressão, por menor que fosse, imediatamente provocaria vaporização das frações mais leves da mistura. Figura 5.2 - Reservatório com Mecanismo de Gás em Solução Abaixo da Pressão de Saturação 3. MECANISMO DE CAPA DE GÁS Dependendo das condições de temperatura e pressão, uma mistura de hidrocarbonetos pode se apresentar com as fases líquido e vapor em equilíbrio. Quando isto ocorre, a fase vapor (gás livre), por ser bem menos densa que o líquido, se acumula nas partes mais altas do meio poroso formando o que se denomina capa de gás. A Figura 5.5 apresenta esquematicamente um reservatório desse tipo. Figura 5.5 - Reservatório com Mecanismo de Capa de Gás A existência dessa zona de gás na parte superior da estrutura contribui para a produção de óleo por meio do mecanismo de capa de gás. Em um reservatório com esse tipo de estrutura, a zona de líquido é colocada em produção e zona de gás é preservada, já que se acredita que a principal fonte de energia para a produção está no gás da capa. O mecanismo funciona da seguinte maneira: a zona de óleo é colocada em produção, o que acarreta uma redução na sua pressão devida à retirada de fluido. Essa queda de pressão se transmite para a capa de gás, que se expande penetrando gradativamente na zona de óleo. O gás da capa vai ocupando espaços que anteriormente eram ocupados pelo óleo. Como o gás tem uma compressibilidade muito alta, a sua expansão ocorre sem que haja queda substancial da pressão. A Figura 5.6 apresenta curvas que representam o comportamento típico desse mecanismo de produção. Figura 5.6 - Mecanismo de Capa de Gás - Características O tamanho relativo da capa de gás é da maior importância para o desempenho do mecanismo. Quanto maior for volume de gás da capa quando comparado com o volume de óleo da zona de óleo, ambos medidos em condições de reservatórios, maior será a atuação da capa, que se traduz principalmente pela manutenção da pressão em níveis elevados durante um tempo maior. A pressão cai continuamente porém de forma mais lenta, o que faz com que os poços sejam surgentes por mais tempo. Existe um crescimento contínuo da razão gás-óleo do reservatório, sendo que individualmente esse crescimento é mais acentuado nos poços localizados na parte superior da estrutura. São comuns as intervenções nesses poços para correção de razão gás-óleo. São esperadas para esse tipo de mecanismo recuperações entre 20 e 30% do óleo originalmente existente na formação. A recuperação de óleo pode, eventualmente, ser função da vazão de produção. É necessário um certo tempo para a queda de pressão se transmitir da zona de óleo para a capa e para esta se expandir, o que pode não ocorrer apropriadamente com uma vazão de produção muito alta. 4. MECANISMO DE INFLUXO DE ÁGUA Para que ocorra esse tipo de mecanismo é necessário que a formação portadora de hidrocarbonetos, óleo ou gás, esteja em contato direto com uma grande acumulação de água. Essas formações saturadas com água que recebem o nome de aqüíferos podem se encontrar subjacentes ou ligadas lateralmente ao reservatório. Para que o mecanismo realmente atue é preciso que as alterações das condições do reservatório causem alterações no aqüífero e vice-versa. Essas influências do reservatório sobre o aqüífero e do aqüífero sobre o reservatório só ocorrem se os dois estiverem intimamente ligados, como foi citado no parágrafo anterior. 0 0 1 FA Figura 5.7 apre senta esquematicamente um reservatório de óleo com um aqüífero 0 0 1 Fna sua parte inferior,isto é, sub jacente à zona portadora de óleo existe um corpo de rocha porosa e permeável de grandes dimensões, saturado com água. Figura 5.7 - Reservatório com Mecanismo de Influxo de Água O mecanismo se manifesta da seguinte maneira: a redução da pressão do reservatório causada pela produção de hidrocarbonetos, após um certo tempo para a sua transmissão, se faz sentir no aqüífero, que responde a essa queda de pressão através da expansão da água nele contida e da redução de seu volume poroso. O resultado dessa expansão da água, juntamente com a redução dos volumes dos poros, é que o espaço poroso do aqüífero não é mais suficiente para conter toda a água nele contida inicialmente. Haverá portanto uma invasão da zona de óleo pelo volume de água excedente. Essa invasão, que recebe o nome de influxo de água vai, além de manter a pressão elevada na zona de óleo, deslocar este fluido para os poços de produção. Como tanto a compressibilidade da água como a da rocha são pequenas, para o mecanismo de influxo de água funcionar bem é necessário que o aqüífero tenha grandes proporções. Apenas grandes volumes de água e rocha, ao sofrerem os efeitos da redução de pressão, são capazes de produzir os grandes influxos de água necessários para manter a pressão do reservatório de hidrocarbonetos em níveis elevados e com boas vazões de produção. Este processo é contínuo, ou seja, a queda de pressão na zona de óleo causada pela produção desse fluido se transmite para o aqüífero que responde com uma invasão de água na zona de óleo, que acarreta a produção de mais óleo e assim por diante. Uma característica marcante desse tipo de mecanismo, que já foi citada anteriormente, é que a pressão se mantém elevada por mais tempo proporcionando um período de surgência maior para os poços produtores. O fator de recuperação desse tipo de reservatório é normalmente alto, cerca de 30 a 40%, devido principalmente ao fato de que a pressão permanecendo alta, além das vazões permanecerem altas, as características dos fluidos se mantêm próximas às originais. A razão água-óleo cresce continuamente começando pelos poços localizados mais baixo na estrutura. Obviamente os poços devem ser completados na zona de óleo e numa posição um pouco afastada do contato óleo-água para evitar a produção prematura desse último fluido. São comuns as intervenções, principalmente nos poços de produção localizados na parte mais baixa da estrutura, com a finalidade de corrigir razões água-óleo elevadas, que se manifestam desde os estágios iniciais da vida produtiva do reservatório. O período de surgência dos poços se encerra quando a razão água-óleo se torna excessiva. Como a pressão se mantém elevada por mais tempo, é normal a razão gás-óleo permanecer próxima à razão de solubilidade da mistura. Este tipo de reservatório não se caracteriza por grandes vazões de gás. Como no mecanismo de capa de gás, a recuperação pode ser influenciada pelas vazões de produção, chegando-se a valores entre 30 e 65% (em casos muito favoráveis) do óleo originalmente existente. O comportamento típico do mecanismo de influxo de água é mostrado esquematicamente na Figura 5.8. Figura 5.8 - Mecanismo de Influxo de Água – Características 5. MECANISMO COMBINADO Um reservatório de petróleo pode produzir devido ao efeito de mais de um mecanismo, sem que um exerça maior influência que o outro. Nessa situação diz-se que a produção é o resultado de um mecanismo combinado. Esse reservatório apresenta características de diferentes mecanismos, de modo que não se pode enquadrá-lo em um ou outro tipo. A Figura 5.9 apresenta esquematicamente um reservatório sujeito a um mecanismo combinado. Figura 5.9 - Reservatório com Mecanismo Combinado 6. MECANISMO DE SEGREGAÇÃO GRAVITACIONAL O efeito da gravidade não é um mecanismo de produção de reservatórios propriamente dito, mas um agente responsável pela melhoria do desempenho de outros mecanismos. A gravidade faz com que ocorra a segregação de fluidos, isto é, os fluidos tendem a se arranjar dentro do meio poroso de acordo com as suas densidades.