Os processos industriais de Petróleo e Gás tem como as principais vertentes o refino e a produção dos derivados de óleo e gás. Sabemos que o petróleo está ao nosso redor, nas ruas, no escritório, em casa, no quarto. Porém, hoje iremos além e falaremos um pouco mais tecnica e cientificamente de pesquisas que podem ser realizadas nessas áreas: a Petrofísica e a Petroquímica.
Podemos descrever a petrofísica como “o estudo das propriedades físicas das rochas que dizem respeito à distribuição de fluidos em seus espaços porosos”. Ou seja, nos dias de hoje, chamamos de petrofísica todo o conjunto de disciplinas que diz respeito às propriedades físicas das rochas e minerais.
Por outro lado, estudos que utilizam óleo e gás natural como matéria-prima para o desenvolvimento de diversos produtos químicos, descrevem-se na ciência e na técnica como Petroquímica.
Na Petrofísica o que se estuda são aspectos teóricos e experimentais referentes à determinação das propriedades físicas das rochas. Para óleo e gás, ela pode ser empregada em problemas que vão desde a geoengenharia até a determinação de estruturas de grande escala na litosfera terrestre, não ficando apenas no estudo de caracterização de reservatórios. Dessa forma, vislumbrando o universo petrofísico, podemos destacar dois estudos muito interessantes e fundamentais desta área: Petrofísica de Rotina e Petrofísica Avançada.
Os parâmetros fundamentais na caracterização da petrofísica de rotina de rochas de reservatório são a densidade de grãos (Rho), porosidade (Phi) e permeabilidade absoluta (K). Enquanto a porosidade é responsável pela capacidade de armazenamento do reservatório, a permeabilidade responde pel potencial de produção de fluidos em alta vazão. A densidade de grãos, por sua vez, está correlacionada com a composição mineralógica da rocha.
Há também o estudo voltado para a granulometria de lama e areia. Nesta etapa é necessário tratar as amostras uma de cada vez. Assim, ajustando o software MasterSizer, isto é, escolhendo o número de amostras e o método a ser utilizado. Logo depois da configuração inicial é necessário que o próprio equipamento realize a limpeza das partes com a retrolavagem. Então é possível iniciar a etapa de background, em que devemos calibrar o equipamento.
Em seguida, o equipamento faz o ultrassom da amostra para emitir outras informações. Ao término do background, é possível começar a realizar a análise com a amostra passando pelo laser. O processo dura em torno de 10 minutos. Após isso, descarta-se a amostra e o equipamento limpa novamente as unidades de operação. Por fim, o aparelho volta a etapa de background e a rotina é estabelecida até o término das amostras.
– Na etapa final, utiliza-se o GRADISTAT como uma ferramenta do Excel em que toda análise estatística é rodada, gerando gráficos, tabelas e relatórios.
– O usuário é obrigado a inserir a massa ou a porcentagem de sedimentos retidos nas peneiras que foram geradas na etapa anterior, espaçados em qualquer intervalo (ex.: 0 – 2cm, 2 – 4cm, 4 – 6cm e continua até o final), ou a porcentagem de sedimento detectado em cada lixeira de um Granulômetro Laser.
– Além disso, o programa fornece uma tabela física do grupo textual no qual a amostra pertence e o nome do sedimento (como “areia grossa”, “grosseira fina”).
– Também está incluído uma tabela que indica que a porcentagem dos grãos cai em cada fração de tamanho.
– Em termos de saída gráfica, o programa fornece gráficos da distribuição do tamanho de grãos e distribuição cumulativa dos dados em unidades métricas ou em phi (letra grega), exibindo, assim, o tamanho dos grãos das amostras em diagramas triangulares.
Para esse estudo, vemos, principalmente, a caracterização dos tempos de relaxação por RMN (Ressonância Magnética Nuclear). Quando o mecanismo de relaxação magnética nuclear de um fluido no interior da rocha é dominado por sua interação com as paredes do poro, as taxas de relaxação longitudinal (1/T1) e transversal (1/T2) passam a depender da composição química da matriz e da razão superfície/volume (S/V) do poro. De forma que: 1/T1=rho1(S/V)poro e 1/T2=rho2(S/V)poro; em que rho1 e rho2 são, respectivamente, as relaxatividades superficiais longitudinal e transversal. Logo, a medição dos tempos de relaxação de uma amostra de rocha completamente saturada (Sw=100%) permite inferir sobre sua distribuição de tamanho de poros.
Volume poroso e pseudo distribuição de tamanho de poros por RMN – a partir de uma amostra completamente saturada com solução salina, medimos as curvas de relaxação através do analisador Maran Ultra 2MHz (Oxford Instruments), empregando técnicas do tipo inversão-recuperação, para T1, e CPMG, para T2. Através de um processamento específico, convertemos as curvas de relaxação em distribuições dos tempos de relaxação, ou espectros de relaxação. Mediante uma calibração prévia, utilizando uma amostra de volume conhecido, a área sob o espectro de relaxação fornece o volume poroso da rocha (Vp,RMN).
Já a distribuição dos tempos de relaxação reproduz uma pseudo distribuição de tamanho de poros, similar àquela obtida por porosimetria por injeção de mercúrio. Além disso, aplicando intervalos de integração específicos aos espectros de relaxação, é possível quantificar o volume de água associada à argila (CBW – Clay-Bound Water), volume de fluido retido por capilaridade (BVI – Bound Volume Irreductible) e fluido livre (FFI – Free Fluid Index).
A possibilidade de manipulação dos spins nucleares em uma ou mais dimensões confere versatilidade à RMN, principalmente quando comparada às técnicas tradicionais. Dessa forma, outros tipos de análises por RMN, 1D ou 2D estão disponíveis para serem aplicadas conforme a propriedade petrofísica de interesse, por exemplo: CPMG multi-eco, perfis de saturação, entre outras.
A porosidade das rochas é objeto de estudo de geocientistas devido a diversas implicações genéticas destas feições. O que motiva a busca por novas técnicas analíticas para estudo dos poros são análises petrofísicas. Técnicas experimentais de análise de porosidade, como injeção de mercúrio ou gás, possibilitam uma aproximação quantitativa, mas não a visualização do arcabouço poroso.
A análise petrográfica por microscopia óptica permite visualizar e quantificar os poros intergranulares, porém, está restrita ao espaço bidimensional, sendo as quantificações menos representativas. O avanço tecnológico na microtomografia computadorizada de raios X (micro-CT) permite analisar tridimensionalmente os poros em microescala e quantificar automaticamente no volume.
As análises em mármore, quartzito, arenito e brecha carbonática executadas no âmbito do PROJETO FALHAS/PETROBRAS/UFPR, mostram a forma, tamanho, conectividade, tortuosidade, distribuição e volume dos poros nestes litotipos, demonstrando distinções nos arcabouços porosos das rochas. A integração da micro-CT à petrografia possibilita a identificação de fases minerais com atenuação de raios X contrastantes. Situando, assim, a incidência de porosidade no contexto mineralógico em 3D e contribuindo para a consistência do método.
Embora a resolução seja limitada no microtomógrafo de raios X utilizado, não atingindo o menor tamanho de poro de alguns litotipos, a integração das duas técnicas fornece informações inéditas para investigação de micro feições relacionadas aos poros em rocha, auxiliando em interpretações genéticas e contribuindo significativamente para análise de reservatórios.
Antes de mais nada, vamos falar da cromatografia. Conforme a IUPAC, “a cromatografia é uma técnica utilizada na separação dos componentes de uma amostra, os quais se distribuem em duas fases, uma estacionária e a outra móvel”. Enquanto a fase estacionária pode ser um sólido, um líquido retido sobre um sólido, ou um gel, a fase móvel pode ser líquida ou gasosa.
Se tratando apenas da fase móvel, são três os tipos de cromatografia: a cromatografia gasosa, a cromatografia líquida e a cromatografia supercrítica. Utilizando, na última, um vapor pressurizado, acima de sua temperatura crítica. A cromatografia líquida apresenta, portanto, uma importante subdivisão: a cromatografia líquida clássica. Em que se arrasta a fase móvel através da coluna apenas pela força da gravidade, e a cromatografia líquida de alta eficiência, na qual se utilizam fases estacionárias de partículas menores, sendo necessário o uso de uma bomba de alta pressão para a eluição da fase móvel. Assim sendo, vamos conhecer um pouco mais sobre cada uma.
A cromatografia gasosa (CG) é um método físico de separação dos componentes de uma mistura através de uma fase gasosa móvel (gás inerte) sobre um solvente estacionário. Sua utilização se dá para a separação de compostos voláteis, isto é, os analitos (soluções de análise) que serão separados devem apresentar uma razoável pressão de vapor à temperatura de separação, uma vez que colocamos a coluna dentro de um forno, o que exige estabilidade térmica da amostra.
Durante a análise, a temperatura da coluna pode permanecer constante ou variar cerca de 300ºC, para que solutos de baixo ponto de ebulição possam ser eluídos. Dessa forma, quanto maior for o caráter iônico do composto, menor será sua volatilidade, o que reduzirá também a possibilidade de separação via CG. Por outro lado, na cromatografia líquida separam-se compostos polares e não polares nos quais a pouca volatilidade não é inconveniente limitante.
Nesse estudo, podemos pontuar a limpeza de amostras por extração contínua – dispomos a amostra na câmara de extração do Soxhlet, no qual aquecemos o solvente (ex. tolueno, para a remoção de óleo, ou metanol, para água e sal) sob refluxo. Em seguida, o vapor do solvente goteja sobre a amostra, preenchendo a câmara de extração, até ser sifonado de volta para o balão de destilação, carregando dissolvidos os fluidos extraídos da rocha. Diversos ciclos de extração se repetem continuamente até que se remova todo o óleo, ou água e sal, da rocha e acumulados no balão de destilação.
Para quantificação de água por destilação – dispomos a amostra na câmara de extração do extrator Soxhlet e aquecemos com tolueno sob refluxo. Logo após, o tolueno quente que goteja sobre a amostra vaporiza a água presente no poro, e, em seguida, ela é condensada no Dean Stark, juntamente do vapor de tolueno. A água, mais densa, fica retida no Dean Stark, enquanto o tolueno, menos denso, retorna ao extrator para um novo ciclo de extração. Nesse processo também ocorre a remoção do óleo da amostra, que acumula-se no balão de destilação.
Conhecido como o método de análises óptico mais utilizado nas investigações biológicas e físico-químicas, a espectometria baseia-se na medida quantitativa da absorção da luz pelas soluções, em que a concentração na solução da substância absorvente é proporcional à quantidade de luz absorvida. Equipamentos denominados espectrofotômetros efetuam estas medidas.
Além desses parâmetros, existe a Pirólise. Processo em que ocorre decomposição da matéria orgânica, logo depois de submetê-la a condições de altas temperaturas e ambiente desprovido de oxigênio. Além disso, outro importante estudo é o da presença de Carbonato e da determinação de enxofre nessa análise.
Após tantas informações, é possível observar como o mundo de óleo e gás é bastante vasto, não é mesmo? Mas isso é apenas uma pequena porção dessas áreas que apresentam um leque enorme de possibilidades de estudos e serviços.
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