O documento discute a formação e composição do petróleo, incluindo: 1) O petróleo é formado a partir de restos de animais e vegetais depositados no fundo de mares há milhares de anos, cobertos por sedimentos que se transformaram em rochas; 2) É encontrado em cavidades nas rochas sedimentares e contém principalmente carbono, hidrogênio e enxofre; 3) Sua classificação depende do grau API, que é calculado usando a densidade da amostra.

1. Instrutor : Bruno Bonafé E-mail: [email_address] [email_address]

3. O que será Estudado? O Petróleo A Origem e Composição História do Petróleo no Mundo Petróleo e as Guerras História do Petróleo no Brasil As crises do Petróleo Matriz Energética Mercado de Trabalho Capítulo 1

4. O que será Estudado? Bacias Sedimentares Introdução a Engenharia de Reservatórios Classificação de Reservatórios Maiores Produtores Mundiais Maiores Consumidores Mundiais Campos de Produção Campos Marginais e Campos Maduros Exploração e Produção – E&P Capítulo 2

5. O que será Estudado? Introdução a Perfuração de Poços Classificação dos Poços Tipos de Plataformas Participações Governamentais - Royalties Lei do Petróleo Principais órgãos do Setor Petrolífero Capítulo 3

6. O Petróleo O petróleo é uma substância Oleosa, inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e de cor variando entre o negro e o castanho escuro, de origem fóssil formado basicamente de carbono e Hidrogênio - Hidrocarbonetos Antes de Estudarmos melhor a composição do petróleo, precisamos conhecer um pouco mais o mundo da química.

7. Noções Básicas de Química Orgânica Essa parte da química, além de estudar a estrutura, propriedades, composição, reação e síntese de compostos orgânicos que, por definição, contenham carbono , pode também conter outros elementos como o oxigênio e o hidrogênio .

8. Noções Básicas de Química Orgânica O que são Hidrocarbonetos? São compostos orgânicos, ou seja possuem Carbono em sua composição ligados a moléculas de Hidrogênio. H C H H H

9. Noções Básicas de Química Orgânica HIDROCARBONETOS ALIFÁTICOS AROMÁTICOS Cadeia aberta Alcanos Alcenos Alcinos Cadeia fechada Ciclo-alcanos Ciclo-alcenos Ciclo-alcinos

10. Noções Básicas de Química Orgânica Alcanos – Hidrocarbonetos saturados de cadeia aberta e apresentam apenas ligações simples entre os seus átomos de carbono . Fórmula geral dos alcanos – C n H 2n + 2

11. Noções Básicas de Química Orgânica Alcenos – Hidrocarbonetos insaturados de cadeia aberta e apresentam uma única ligação dupla . Fórmula geral dos alcenos – C n H 2n

12. Noções Básicas de Química Orgânica Alcinos – Hidrocarbonetos insaturados de cadeia aberta e apresentam uma única ligação tripla . Fórmula geral dos alcinos – C n H 2n - 2

13. Noções Básicas de Química Orgânica Cicloalcanos – Hidrocarbonetos cíclicos que apresentam apenas ligações simples Fórmula geral dos cicloalcanos – C n H 2n

14. Noções Básicas de Química Orgânica Cicloalcenos – Hidrocarbonetos cíclicos que apresentam apenas uma ligação dupla . Fórmula geral dos cicloalcenos – C n H 2n - 2

15. Noções Básicas de Química Orgânica Cicloalcinos – Hidrocarbonetos cíclicos que apresentam apenas uma ligação tripla Fórmula geral dos cicloalcinos – C n H 2n - 4

16. Noções Básicas de Química Orgânica Hidrocarbonetos aromáticos - Hidrocarbonetos que possuem um ou mais anéis benzénicos ( aneis aromáticos ) . Benzeno – C 6 H 6

17. Noções Básicas de Química Orgânica Radicais Metil Etil Propil Butil Pentil Hexil Heptil Alcano Alceno Alcino Cicloalcano Cicloalceno Cicloalcino 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C

19. O Petróleo Agora que estudamos um pouco sobre os hidrocarbonetos, podemos concluir que o petróleo é uma combinação complexa destes hidrocarbonetos podendo conter também quantidades pequenas de nitrogênio, Oxigênio, compostos de enxofre e íons metálicos, principalmente Níquel e vanádio.

20. Classificação do Petróleo Classificação do petróleo segundo o Grau API O grau de API permite classificar o Petróleo em: Petróleo leve ou de base Parafínica : Possui ºAPI maior que 31,1. Contém, além de alcanos, uma porcentagem de 15 a 25% de cicloalcanos. Petróleo médio ou de base Naftênica : Possui ºAPI entre 22,3 e 31,1. Além de alcanos, contém também de 25 a 30% de hidrocarbonetos aromáticos. Petróleo pesado ou de base Aromática : Possui ºAPI menor que 22,3 e é constituído, praticamente, só de hidrocarbonetos aromáticos. Petróleo extra-pesado : Possui ºAPI menor que 10. Quanto maior o grau API, maior o valor do produto no mercado.

21. Classificação do Petróleo Formulação É obtido pela fórmula: ºAPI = (141,5 ÷ densidade da amostra à temperatura de 60°F) - 131,5 em que a densidade é medida relativamente à densidade da água A densidade , portanto, pode ser obtida por: D = ___ 141,5___ °API + 131,5

22. Exercícios de Fixação O que é petróleo? Qual sua composição? Qual a classificação dos Hidrocarbonetos? O que são Hidrocarbonetos Alifáticos e em que se dividem? O que são compostos aromáticos?

23. Exercícios Avançados Na plataforma P-53 foram encontradas diversas amostras de Petróleo bruto cujo objetivo era medir o seu Grau API para verificar o seu valor comercial. Numa das amostras, o petróleo possuía densidade aproximada de 0.987 Kg/cm³ . Calcule o Grau API deste óleo e o classifique de acordo com o American Petroleum Institute.

24. Resolução do Exercício 1 temos que D = 0,987 Aplicando na fórmula do grau API que é: D = ___ 141,5___ °API + 131,5 Temos: 0,987 = __ 141,5 __ °API + 131,5 Logo: °API = 141,5 - 131,5 0,987 Grau API deste óleo é de : 11,86 Considerado : Petróleo pesado ou de base aromática

25. Logo Podemos concluir que: ° API = 141,5 – 131,5 D

26. Exercícios Avançados Foram enviadas amostras para o centro de pesquisa da Petrobras – CENPES afim de verificar o grau API dos óleos. Um dos óleos possuía densidade = 0,852 Kg/cm³ e o outro possuía densidade = 0,795 Kg/cm³. Calcule o Grau API deste óleo , classifique de acordo com o American Petroleum Institute e diga qual melhor petróleo .

27. Após definirmos a fórmula de grau API, podemos utilizá-la melhor neste 2º exercício. ° API = 141,5 – 131,5 D Se temos o primeiro óleo com densidade de 0,852 Kg/cm³ Logo: ° API = 141,5 – 131,5 0,852 ° API = 166,07 – 131,5 = 34,57 Considerado Petróleo LEVE de base Parafínica Resolução do Exercício 2

28. Se temos o Segundo óleo com densidade de 0,795 Kg/cm³ Logo: ° API = 141,5 – 131,5 0,795 ° API = 177,98 – 131,5 = 46,48 Considerado Petróleo LEVE de base Parafínica Resolução do Exercício 2

29. Resolução do Exercício 2 Contudo podemos concluir que neste exercício o melhor petróleo a ser utilizado é o da segunda amostra , pois apresenta um elevadíssimo grau API o que o torna mais leve que o primeiro, apesar de os dois serem de ótima qualidade.

30. A formação do petróleo vem da deposição , no fundo de lagos e mares, de restos de animais e vegetais mortos ao longo de milhares de anos . Estes restos iam sendo cobertos por sedimentos, e mais tarde esses sedimentos se transformaram em rochas sedimentares. Pela ação do calor e da alta pressão provocados pelo empilhamento dessas camadas, possibilitou reações complexas, formando o petróleo. Devido a essas circunstâncias em que foi formado, o petróleo encontrado em cavidades existentes entre as camadas do subsolo . Quando o petróleo é extraído, geralmente vem acompanhado de água salgada , devido ao antigo mar existente neste local. Formação do Petróleo

31. Carbono 81-88% Hidrogênio 10-14% Oxigênio 0.01-1.20% Nitrogênio 0.002-1.70% Enxofre 0.01-5.00%

32. Onde se Localiza o Petróleo Antes de sabermos onde o petróleo se encontra, temos que conhecer os diferentes tipos de rochas que compõem o solo terrestre.

33. Tipos de Rochas Rochas Ígneas – É formada por compostos magmáticos, provenientes do magma terrestre. Rochas Metamórficas – São aquelas formadas pelo metamorfismo de outras rochas. Rochas Sedimentares – É formada por diversos tipos de sedimentos provenientes de outros tipos de rochas. É onde o petróleo se encontra.

35. Rochas Sedimentares A palavra sedimentar tem sua origem no latim sedere (= acumular) e é uma referência ao seu processo de formação. Elas cobrem cerca de 2/3 da área dos continentes e a maior parte do fundo dos oceanos.

36. Rochas Sedimentares As rochas sedimentares são derivadas de restos e detritos de outras rochas pré-existentes. O intemperismo faz com que as rochas Magmáticas, Metamórficas ou Sedimentares estejam constantemente sendo alteradas. O material resultante é transportado pela água, vento ou gelo e finalmente depositado como um sedimento. Deve haver então, uma compactação ou cimentação do material para ele se transformar em uma rocha sedimentar.

37. Rochas Sedimentares O Brasil possui 6.430.000 km 2 de bacias sedimentares, dos quais 4.880.000 km 2 em terra e 1.550.000 km 2 em plataforma continental. No entanto, para a formação de petróleo é necessário que as bacias tenham sido formadas em condições muito específicas. Normalmente, são áreas em que sucessões espessas de sedimentos marinhos foram soterrados à grandes profundidades.

38. Rochas Sedimentares A maioria dos hidrocarbonetos explorados no mundo inteiro provêm de rochas sedimentares. Em termos de idade, praticamente 60% provêm de sedimentos cenozóicos, pouco mais de 25% de depósitos mesozóicos e cerca de 15% de sedimentos paleozóicos. No Brasil, a maior parte da produção está ligada a sedimentos mesozóicos. Na figura abaixo, podemos observar as diferentes bacias do Brasil, separadas de acordo com a sua era geológica de origem.

43. Geologia do petróleo A Origem do Petróleo O petróleo tem origem a partir da matéria orgânica depositada junto com os sedimentos. A necessidade de condições não-Oxidantes pressupõe um ambiente de deposição composto de sedimentos de baixa permeabilidade, inibidor da ação da água circulante em seu interior.

44. Geologia do petróleo A Origem do Petróleo A interação dos seguintes fatores: Matéria Orgânica Sedimentos Condições Termoquímicas São fundamentais para o início da cadeia de processos que leva à formação do petróleo.

45. Geologia do petróleo A Origem do Petróleo Existem 4 estágios para a formação do petróleo, são eles: Diagênese Catagênese Metagênese Metamorfismo

46. Geologia do petróleo A Origem do Petróleo

47. Geologia do petróleo Etapas Diagênese Nessa etapa a temperatura está na faixa de 65°C, predomina a atividade bacteriana que provoca a reorganização celular e transforma a matéria orgânica em querogênio. O produto gerado é o metano bioquímico. Catagênese Nessa etapa a temperatura está na faixa de até 165°C, é determinante da quebra das moléculas de querogênio e resulta na geração de hidrocarbonetos líquidos e gás.

48. Geologia do petróleo Etapas Metagênese Nessa etapa a temperatura vai até 210°C, propicia a quebra das moléculas de hidrocarbonetos líquidos e sua transformação em gás leve. Metamorfismo Ultrapassando a última etapa, o aumento de temperatura leva à degradação do hidrogênio gerado. E os produtos são: Grafite. Gás carbônico e resíduo de gás metano.

49. Migração do petróleo Para se ter uma acumulação de petróleo é necessário que, após o processo de geração, ocorra à migração e que esta tenha seu caminho interrompido pela existência de algum tipo de armadilha geológica. Do estudo dos fatores controladores da ocorrência do petróleo, a migração é o mais questionado, o menos conclusivo, e o que mais suscita polemica entre os geólogos de petróleo . O fato é que o petróleo é gerado em uma rocha dita fonte , ou geradora , e se desloca para outra, onde se acumula, dita reservatório . As formas de migração têm tido várias explicações, e na Petrobras modelos bem fundamentados têm sido propostos para explicar as acumulações existentes no país.

50. Migração do petróleo A explicação clássica para o processo atribui papel relevante à fase de expulsão da água das rochas geradoras, que levaria consigo o petróleo durante os processos de compactação. Outra explicação estaria no microfraturamento das rochas geradoras. Isto facilitaria o entendimento do fluxo através de um meio de baixíssima permeabilidade, como as rochas argilosas (folhelhos). À expulsão do petróleo da rocha onde foi gerado dá-se o nome de migração primária. Ao seu percurso ao longo de uma rocha porosa e permeável até ser interceptado e contido por uma armadilha geológica dá-se o nome de migração secundária. A não-contenção do petróleo em sua migração permitiria seu percurso continuado em busca de zonas de menor pressão até se perder através de exsudações, oxidação e degradação bacteriana na superfície.

51. Rocha Reservatório O petróleo, após ser gerado e ter migrado, é eventualmente acumulado em uma rocha que é chamada de reservatório. Esta rocha pode ter qualquer origem ou natureza, mas para se constituir em um reservatório deve apresentar espaços vazios no seu interior (porosidade), e que estes vazios estejam interconectados, conferindo-lhe a característica de permeabilidade . Desse modo, podem se constituir rochas-reservatório os arenitos e calcarenitos, e todas as rochas sedimentares essencialmente dotadas de porosidade intergranular que sejam permeáveis. Algumas rochas, como os folhelhos e alguns carbonatos, normalmente porosos, porém impermeáveis, podem vir a se constituir reservatórios quando se apresentam naturalmente fraturados.

52. Rocha Reservatório Uma rocha-reservatório, de uma maneira geral, é composta de grãos ligados uns aos outros por um material, que recebe o nome de cimento. Também existe entre os grãos outro material muito fino chamado matriz. O volume total ocupado por uma rocha-reservatório é a soma do volume dos materiais sólidos (grãos, matriz e cimento) e do volume dos espaços vazios existentes entre eles. O volume de espaços vazios é também chamado de volume poroso. Portanto, a porosidade de uma rocha é definida por: Φ = Vp/Vt

53. Rocha Selante Atendidas as condições de geração, migração e reservatório , para que se dê a acumulação do petróleo, existe a necessidade de que alguma barreira se interponha no seu caminho. Esta barreira é produzida pela rocha selante , cuja característica principal é sua baixa permeabilidade . Além da impermeabilidade, a rocha selante deve ser dotada de plasticidade, característica que a capacita a manter sua condição selante mesmo depois de submetida a esforços determinantes de deformações. Duas classes de rochas são selantes por excelência: os folhelhos e os evaporitos (sal). Outros tipos de rochas também podem funcionar como tal. A eficiência selante de uma rocha não depende só de sua espessura, mas também de sua extensão.

54. Rocha Selante

55. Conclusão !! Podemos concluir que para que haja formação de petróleo e acúmulo em reservatórios, é necessário a perfeita combinação entre diversos fatores, como temperatura, tempo geológico, tipologia rochosa, armadilhas geológicas, dentre outras.

56. Exercícios !!! Uma amostragem de rocha proveniente de um poço de petróleo durante sua perfuração foi analisada e ficou definido que seu volume total é de 20cm³, e seu volume poroso é de 10cm³. Calcule o percentual da porosidade desta rocha. Uma rocha encontrada numa bacia sedimentar do estado da Bahia, possuía uma porosidade de 30%. Sabendo-se que o volume total desta rocha é de 900 cm³, calcule seu volume poroso Vp.

57. Exercícios !!! O que é uma rocha reservatório? O que é uma rocha selante? Quais os fatores necessários para que haja formação de petróleo? Quais as 4 etapas do processo de transformação da matéria orgânica, cite em que etapa podemos encontrar petróleo. Qual a diferença entre volume poroso (V p ) e volume total (V t ) Lembrando que os 3 primeiros alunos que fizerem corretamente todas as questões, receberão um brinde na próxima aula.