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Trabalho de Conclusão de Curso de Mário e Welber com o tema: EVAPORITOS: PROPRIDADES FÍSICAS E QUÍMICAS E ANÁLISE MECÂNICA, no curso de Engenharia de Petróleo e Gás pela IESES UNES em 21 de novembro de 2012 aprovado com nota 9,5!
Tipologia: Provas
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Não perca as partes importantes!
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Petróleo e Gás na Faculdade do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Petróleo e Gás. Orientador(a): Prof. Dr. Sheila Fabiana M. de Souza
Toda essa trajetória percorrida e o sucesso alcançado, dedico aos meus familiares. Dedico em especial aos meus pais, Mario e Maria da Penha, a minha irmã Tatiana, ao meu irmão Wesley e a minha esposa Andressa, pois, em gestos sinceros, foram fundamentais para o meu sucesso.
Mario Martins Toledo Junior
Em primeiro lugar, agradeço a DEUS que, permitiu que eu chegasse até mais essa etapa de minha vida e que sempre esteve presente, tanto nos bons momentos e principalmente nos ruins.
Agradeço imensamente aos meus pais, Mario e Maria da Penha, pois sem eles não seria nada e que, com grandes dificuldades, me educaram e me deram a oportunidade de chegar até aqui.
Agradeço a minha irmã Tatiana e meu irmão Wesley pelos incontáveis conselhos que me deram e pela motivação durante toda essa caminhada.
Agradeço também a minha esposa, Andressa, que, assim como os outros, sempre se dedicou com um carinho especial para o meu sucesso, me apoiando e me aconselhando em todas as minhas decisões difíceis.
Aos amigos, Welber, Brayan, Lucas Thobias e entre outros, pelo companheirismo e pelos ótimos momentos vividos juntos. Agradeço também a todos os colegas que de uma forma ou de outra também contribuíram para esse resultado.
Agradeço a Prof. Dr. Sheila, que pacientemente nos ajudou com esse trabalho, compartilhando suas idéias e também suas sugestões.
Obrigado a todos por tudo!
Mario Martins Toledo Junior
Agradeço em primeiro lugar a Deus pela vida. Por estar iluminando sempre o meu caminho durante esta caminhada, não somente nestes anos como universitário, mas em todos os momentos sendo o maior mestre que uma pessoa pode conhecer.
Agradeço também a minha esposa, Cleiça que de forma especial e carinhosa me deu força e coragem, me apoiando nos momentos de dificuldades.
Aos meus familiares, principalmente a meus pais Cenildo e Isabel que foram à base de tudo para mim, apoiando-me nos momentos difíceis com força, confiança, amor; ensinando-me a persistir nos meus objetivos e ajudando a alcançá-los. A meus irmãos Lindemberg e Wanderson, por terem me apoiado e ficarem ao meu lado nas horas que eu mais precisava. Valeu família!
Aos meus amigos Mário, Lucas e Brayan que me deram força e colaboraram muito para a minha formação profissional.
Aos demais amigos de graduação do curso pelo convívio e amizade, compreensão e estudos.
A minha orientadora Prof.ª Sheila Fabiana M. de Souza, por sua disposição em separar um pouco do seu escasso tempo para me transmitir sua experiência, que foi fundamental para a conclusão deste trabalho. Agradeço a todos os professores da UNES, por transmitir conhecimento.
Por último e não menos importante gostaria de agradecer de forma grata e grandiosa ao Governo Federal pela concessão da Bolsa PROUNI, pela qual fui aluno.
Deus abençoe a todos.
Obrigado.
Welber Claudiano Marvila
“Mas a sabedoria que do alto vem é, primeiramente, pura, depois pacífica, moderada, tratável, cheia de misericórdia e de bons frutos, sem parcialidade, e sem hipocrisia ” Tiago 3:
TOLEDO JUNIOR, Mario Martins; MARVILA, Welber Claudiano. Evaporitos: propriedades físicas e químicas e análise mecânica. 2012. Monografia. (Graduação em Engenharia de Petróleo e Gás) – Faculdade do Espírito Santo, Cachoeiro de Itapemirim, 2012.
Faced with the new exploratory frontiers in ultra deep waters, it is necessary to drill wells with challenging features. The reservoirs located beneath thick layers of evaporitic rocks, not only requires high development cost, but also innovative technology to bring these fields into production. Evaporitic rocks are formed by the evaporation of sea water in geological times more than a hundred million years and are subject to high rates of creep deformation when subjected to high temperatures and tensions diverter. The creep phenomenon is present in all materials and is characterized by the evolution of plastic deformation over time even under constant tensions and temperatures. The velocity of creep flow promotes rapid closure of the well, causing operational problems during drilling. In contrast to this scenario, studies are being done in the laboratory by national and international companies whit triaxial test in the sense of soften the effects of this phenomenon, thus lowering the operational costs necessary for the exploration and prospecting of oil.
Keywords : evaporitic rocks, creep, triaxial test, technology, exploration.
DORWD – Drill Out Ream While Drilling LWD – Logging While Drilling PDC – Broca de perfuração com estrutura cortante feita de diamante RWD – Ream While Drilling SWD – Seismic While Drilling VSP – Vertical Seismic Profile
Gráfico 1 - Curvas de fluência para variações de tensão à temperatura constante ...... 38 Gráfico 2- Curvas de fluência para variações de temperatura à tensão constante. ...... 39 Gráfico 3 - Halita submetida a uma tensão desviatória de 16 MPa e uma temperatura de 86°C ......................................................................................................................... 62 Gráfico 4 - Resultados dos ensaios de fluência das rochas salinas taquidrita, carnalita e halita, quando submetidas a uma tensão desviatória de 10 MPa e temperatura de 86ºC ..................................................................................................... 64
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A descoberta de espessa camada de sal sobre imensos reservatórios de hidrocarbonetos que se estendem, desde o litoral do Espírito Santo até o litoral de Santa Catarina, é considerada um excelente selo para acumulação do petróleo, contudo requer a utilização de tecnologia inovadora para a perfuração de rochas com características mecânicas tão distintas.
Esses reservatórios chamados de pré-sal, presentes abaixo dessas camadas salinas, são mais difíceis de serem alcançados devido ao comportamento plástico dessas rochas. Esse comportamento mais conhecido como fluência ou creep , pode ocasionar o fechamento do poço durante a perfuração em um pequeno intervalo de tempo. Além do mais, essa fluência a longo prazo, poderá colapsar o revestimento mesmo após o poço já ter sido revestido. Portanto, o monitoramento e acompanhamento da evolução das deformações, não devem ser apenas durante a perfuração, mas em toda vida útil do poço devido à presença de rochas evaporíticas^1 nesse cenário.
Com base em dados, estudos e avaliação de poços perfurados em rochas salinas, a indústria petrolífera está desenvolvendo métodos e tecnologias cada vez mais eficazes para garantir o sucesso nessas investidas.
1.1 Objetivos
Desta forma, busca-se nesse trabalho, caracterizar geologicamente as rochas evaporíticas abordando sua gênese, assim como suas propriedades, dando ênfase na fluência, esclarecendo de forma objetiva os motivos que levam à ocorrência desse fenômeno na camada salina em seu estado natural e também os desafios que ela impõe durante a perfuração.
(^1) Evaporitos são rochas sedimentares que são formadas pela evaporação em corpos aquosos com
alta concentração de sais dissolvidos.
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Apresenta-se nesse Capítulo, uma revisão bibliográfica sobre os evaporitos analisando suas particularidades e características, apresentando seus aspectos físicos e químicos, sendo destacados os pontos positivos e negativos dessa rocha para a indústria de petróleo, além da sua gênese, geologia e litologia.
2.1 Definição
Os evaporitos são formados pela evaporação da água do mar em tempo geológico superior a cem milhões de anos, cuja sequência de deposição e formação decorre da solubilidade relativa dos diversos sais minerais existentes na água do mar (PRESS et al, 2006).
Na Tabela 1 é exibida a solubilidade dos principais sais encontrados na água do mar.
Tabela 1 – Solubilidade dos sais Sal
Solubilidade g/100cc Anidrita (CaSO4) 0, Halita (NaCl) 35, Carnalita (KMgCl3.6H2O)
64, Fonte: Falcão, 2008
Os evaporitos são rochas sedimentares que geralmente se formam em locais de clima seco e com alta taxa de evaporação, permitindo a sedimentação de baixo aporte de terrígenos levando à formação dos minerais evaporíticos (CAVALCANTE; RAMOS, 2010). Da mesma forma, Gravina (1997), explica que a condição necessária para a formação dessa rocha é que a perda de água por evaporação deve exceder a soma total das águas devido às chuvas, mais as águas superficiais que incidam no local da evaporação. Tal desequilíbrio pode ser influenciado pela latitude, altitude, temperatura, ventos, correntes oceânicas, absorção do solo, etc., levando uma salmoura a atingir concentrações tais que alguns sais começam a se precipitar em estado sólido, formando evaporitos (GRAVINA, 1997).
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2.2 Introdução às Propriedades Químicas dos Evaporitos
A maioria das rochas sedimentares encontradas na natureza necessita de um grande tempo geológico para que sua forma ou orientação seja modificada. As partículas de sedimentos depositadas ao longo do tempo são soterradas e sofrem grande pressão devido ao acúmulo de outras camadas superiores, o que faz com que elas acabem se solidificando num processo conhecido como litificação (formação rochosa) e os fluidos que antes estavam presentes no seu interior, acabam sendo “expulsos”. Os evaporitos se diferem dessas rochas também nesse aspecto (PRESS et al, 2006).
Devido à grande pressão proveniente do peso do maciço rochoso acima da camada de sal, ela transforma-se de camadas horizontais, em domos que se assemelham a intrusões ígneas, estreitos e altos, ou ainda, dissolvem-se por completo em um curto espaço de tempo. Segundo Mohriak e Szatimari (2008), esse processo ocorre devido às propriedades químicas dos evaporitos e intensifica-se quando próximo a atividades vulcânicas ou subvulcânicas resultando em crescentes taxas de deformação e dissolução.
Para a compreensão desse comportamento anômalo, faz-se necessário um estudo acerca de suas propriedades iônicas, ou seja, a estrutura atômica das moléculas dos diferentes sais presentes nos evaporitos. Essas características serão apresentadas posteriormente.
“Os evaporitos incluem cloretos, sulfatos de sódio, de potássio, de cálcio, de magnésio, nitratos de sódio e de potássio” (GRAVINA, 1997, p.5).
Devido aos diferentes tipos de ambientes de precipitação, os evaporitos podem ser encontrados em várias composições, sendo a mais comum a halita que é composta de Cloreto de Sódio - NaCl (Tabela 2).
Os principais elementos que compõe o sal são o sódio, cujo íon tem a carga +1, e o cloro, cujo íon a carga é -1. Estes íons se completam e, estando num meio líquido
