1) Hidratos de gás são compostos formados pela combinação de água e gás sob altas pressões e baixas temperaturas que podem conter grandes quantidades de gás natural. 2) Estes hidratos ocorrem naturalmente em sedimentos marinhos profundos e regiões de permafrost e podem ser detectados por reflexões sísmicas. 3) Embora representem uma enorme fonte potencial de gás, a viabilidade comercial da produção a partir de hidratos naturais ainda está sendo estudada.

1. Fórum Especial F4
Hidratos de Gás: Génese, Prospecção, Recursos e Ambientes Geodinâmicos
HIDRATOS DE GÁS: GÊLO QUE QUEIMA
Antonio Fernando Menezes Freire
PETROBRAS
Centro de Pesquisas - CENPES
Santos, 05/10/2012

2. • Hidratos de gás natural, ou hidratos de metano, são sólidos
formados a partir da combinação entre água e um ou mais
gases (CH4, C2H6, CO2, H2S, H2, N2). Em aparência física se
assemelha a neve compactada ou gelo.
•GH são estáveis apenas em condições de alta pressão e baixa
temperatura, podendo, a depender destas condições, existir
em temperaturas muito superiores ao ponto de fusão da água
(~19°C).
Afloramento de
GH no fundo do mar
Foto: ROV Hyper Dolphin JAMSTEC Foto: USGS

3. • É preciso haver uma fonte de gás (comumente CH4) a qual pode ser derivada da
transformação térmica da matéria orgânica a grandes profundidades e
temperaturas (termogênica), ou gerada por processos biológicos a profundidades e
temperaturas menores (microbial);
•Quando o CH4 migra para condições apropriadas de P e T, na chamada zona de
estabilidade dos hidratos de gás (GHSZ), o movimento das partículas gasosas gera
uma reação exotérmica, congelando a água em volta e formando uma cápsula de
gelo que aprisiona uma molécula de gás (gas clathrate).
Hardage and Roberts, 2006
Gas Clathrate

4. 1)Mistos: mais de um componente gasoso na mesma cavidade
2)Duplos: mais de um componente gasoso, porém em cavidades separadas
3)Simples: formados por apenas um tipo de gás
Tipos de hidratos de gás

5. Modificado de Sloan (1998)
Tipo I Estável, comum nos hidratos naturais
(simples ou duplos)
Tipo II
Tipo H
Estável, comum nos hidratos naturais
(simples ou duplos)
Instável, comum nos hidratos artificiais
(duplos ou mistos)
http://csmspace.com/events/natgashyd/
Estrutura dos hidratos de gás

6. Fragmentos de hidratos recuperados por testemunhadores a pistão no Mar do Japão
Foto: Freire, 2010
Nódulos de hidratos de gás

7. Foto: ROV Hyper Dolphin, 2007
Bolhas de hidratos de gás

8. 海鷹海脚の水深885mの海底で発見されたメタンガス噴出地点。トラップで集めたメタンの気泡はすべて白いメタ
ンハイドレート皮膜に厚く覆われている。
Bolhas de GH em exsudação de metano no Umitaka Spur no Mar do Japão.
Próximo ao fundo são bolhas de metano. Ao contato com a água fria (0,2°C a 885m
LDA) há o congelamento da água em volta gerando uma bolha de hidrato.
Notar que o fundo do mar na região da exsudação possui uma grande quantidade de
carbonatos precipitados devido à oxidação do metano pelo sulfato da água do mar
(AOM). Isto possibilita um bom contraste sísmico e pode ser usado como indicador
de exsudações. Comunidades quimiosintéticas se aproveitam deste micro-ambiente
estável para se fixar.
Foto: ROV Hyper Dolphin, 2007

9. Transição Sulfato-Metano (SMT ou SMI)
Modificado de Hardage and Roberts, 2006
Oxidação Anaeróbica do Metano (AOM)
Zona de Sulfato-Redução
AOM
AOM
AOM
Ussler & Paull, 2008
Fundo do mar

10. SULFATE
METHANE
INTERFACE
Freire, 2010

11. SULFATE
METHANE
INTERFACE
Freire, 2010

17. 912.0m
Prof.: 310m
Altura da pluma: 602m
Diâmetro da pluma: 100 m
Plumas gigantes na coluna d’água
Imagens de echo-sounder
Modificado de Matsumoto, 2009

18. Disseminados nos
poros (areias);
http://www.mh21japan.gr.jp/english/mh21-1/2-2/
Forma de ocorrência dos hidratos naturais de gás

19. Fotos: Freire, 2008
• Concentrados em
fraturas e falhas;
•Concentrados como
nódulos ou blocos
(argilas, margas).
Tomografias:
Holland, 2008
Forma de ocorrência dos hidratos naturais de gás

20. Fotos: Kanamatsu, 2010
Expulsão de sedimentos de
dentro do testemunhador a
pistão devido à expansão
de gases causada pela
dissociação de hidratos
na superfície (blow-out)
Dissociação dos hidratos naturais de gás

21. Fotos: Kanamatsu, 2010
Expulsão de sedimentos de
dentro do testemunhador a
pistão devido à expansão
de gases causada pela
dissociação de hidratos
na superfície (blow-out)
Dissociação dos hidratos naturais de gás

22. USGS
1m3 of GH contem 164 m3 de metano e 0.8 m3 de
água em condições apropriadas de T and P.
Como uma potencial fonte de gás: a quantidade de carbono sobre a forma
de GH é estimada em duas vezes o total de carbono armazenado em todos
os combustíveis fósseis conhecidos no mundo!

23. Boswell e Collett, 2006

24. Estudos de estabilidade do talude:
A dissociação de hidratos é um possível mecanismo para iniciar processos de
movimento de massa. Esta dissociação pode ser causada por algum processo
que reduza a pressão e/ou aumente a temperatura, como o rebaixamento do
nível do mar ou circulações oceânicas anômalas.
Fonte: Kvenvolden (1999)

25. Para estudos ambientais: o metano é um gás 10 vezes mais causador de efeito
estufa que o dióxido de carbono, atuando nas mudanças climáticas. Dissociações
gigantescas de hidratos podem ocorrer em períodos de mar baixo, liberando
imensas quantidades de metano para a atmosfera.
Modificado de Matsumoto et al., (2009)
Estágio 1: estável
formação de hidratos
Nível de mar alto Nível de mar baixo
alta pressão
(estável)
baixa pressão
(instável)
transição
interglaciais glaciais
Estágio 2: instável
crescimento de hidratos
(formação de montes)
(mounds)
Estágio 3: instável
dissociação de hidratos
(formação de depressões)
(pockmarks)

26. Depressões no fundo do mar: pockmarks
Matsumoto et al., 2008

27. Outros propósitos:
Armazenamento e transporte de gás em forma de pellets;
 Armazenamento geológico de CO2;
 Armazenamento e transporte de hidrogênio;
 Dessalinização de água do mar.

28. USGS
Os hidratos de metano têm sido inferidos em várias partes do mundo através de BSRs,
onde as condições de P e T permitem a estabilidade da estrutura do hidrato.
Os hidratos estão presentes em sedimentos oceânicos ao longo das margens
continentais e em regiões de congelamento eterno (permafrost) em oceanos e lagos.
Podem ocorrer em profundidades maiores que 300 a 500m de LDA, e podem se
extender a mais de 1000m dentro da coluna sedimentar;

29. Bottom Simulating Reflector - BSR
pico branco (positivo)
pico preto (negativo)
Inversão de polaridade:
Barth et al., 2009

30. Estabilidade dos hidratos de gás
Modificado de Hardage and Roberts, 2006
4ºC
350m
4ºC
0m
500m BGHSZ = BSR
A estabilidade dos hidratos depende da
temperatura, pressão, salinidade
da água e da composição do gás.

31. da Costa e Oureiro, 2009
BSR
seawater column
TWT seismic velocity
~1450 m/s ~2500 m/s
Higher velocity above BSR
(gas hydrate)
Lower velocity below BSR
(free gas-charged)
Pelotas Basin
(Brazil)
BSR
Bottom Simulating Reflector - BSR

32. Stica, comunicação pessoal
BSR
seafloor
Cone do Amazonas
anomalias de amplitude
(gás livre?)
Bottom Simulating Reflector - BSR

33. chaminés de gás
BSR
anomalias de amplitude
não-interpretada interpretada
Falhas verticais de plano axial na parte central conectam reservatórios profundos com
o fundo do mar, induzindo a ocorrência de exsudações de metano e afloramentos de
hidratos. Mounds e pockmarks são controlados e alinhados pelo sistema de falhas.
US51-strike
Bottom Simulating Reflector - BSR
Freire et al., 2011

34. não-interpretada interpretada
BSR
anomalias de amplitude
US19-dip
Bottom Simulating Reflector - BSR
Freire et al., 2011

35. Zonas caóticas são regiões sísmicas onde os refletores não são contínuos, sendo
interpretadas como depósitos de movimento de massa ou fluxos de detritos.
Notar um refletor subhorizontal associado a uma zona caótica. Isto sugere um possível
contato gas/água imediatamente abaixo da GHSZ no flanco W do anticlinal.
flat spot
zonas caóticas (debris)
BSR
BSR
anomalias de amplitude
anomalias de amplitude
US23-dip
US08-dip
BSR funcionando como selo
Freire et al., 2011

36. USGS
Será viável a produção de gás a partir do GH?
Poço Mallik, Mackenzie Delta, Canadá (permafrost)

37. JOGMEQ, 2011
Joetsu
Basin
(study area)
Nankai Trough
Japan Sea
Pacific
Ocean
As reservas estimadas de hidratos de metano equivalem
ao consumo doméstico japonês por 13 anos!!!!
BSRs exist at both Pacific Ocean
and Japan Sea margins.
Google
Imagem de satélite noturna do Japão
Será viável a produção de gás a partir do GH?

38. Será viável a produção de gás a partir do GH?
Colwell et al., 2011

40. v.28, issue 10, p. 1967-1978
2011
OBRIGADO
PELA
ATENÇÃO