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Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields

Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields. S.A. Barclay , R.H. Worden School of Geosciences , Queen’s University of Belfast, Northern Ireland Spec . Publs . Int. Ass. Sediment . (2000) 29 , 103-117. Definição de “molhabilidade”

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Presentation Transcript


  1. Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields S.A. Barclay, R.H.Worden SchoolofGeosciences, Queen’sUniversityof Belfast, NorthernIreland Spec. Publs. Int. Ass. Sediment. (2000) 29, 103-117 Rodrigo Iglesias

  2. Definição de “molhabilidade” • Controle geoquímico da cimentação de quartzo • Natureza físico-química da superfície do quartzo • Fatores que afetam a “molhabilidade”: • Efeito da composição do petróleo (geração, asfaltenos, fixação no reservatório) • Efeito interações água-rocha (pH, argilas, minerais ferrosos, felspatos, salinidade, etc.) • Efeito de pressão e temperatura Rodrigo Iglesias

  3. “Molhabilidade”: tendência de um fluído a distribuir-se a longo de uma superfície em presença de outro fluído (imiscível) - Pode ser homogênea ou heterogênea Rodrigo Iglesias

  4. Determinação da molhabilidade  diversos métodos: ângulo de contato Importante: medidas em laboratório não devem ser consideradas como valores reais da molhabilidade em um reservatório Rodrigo Iglesias

  5. Controle geoquímico da cimentação de quartzo • Fontes de sílica: • Interna ao reservatório: dissolução de grãos detríticos de quartzo ou feldspatos, entre outros • Externa: compactação e reações de lamas, diagênese em outros corpos reservatórios próximos A molhabilidade afeta principalmente as fontes internas: em reservatórios oil-wetas fontes de sílica estão isoladas pela camada de óleo. • Transporte: deslocamento também é afetado pela molhabilidade Rodrigo Iglesias

  6. Precipitação de sílica: reduzida em reservatórios oil-wet, quando a molhabilidade é homogênea. Rodrigo Iglesias

  7. Superfície do quartzo – natureza físico-química • Natureza das interações entre a superfície e o fluído determinam se a superfície é oil-wet ou water-wet. • Normalmente, a superfície do quartzo contém grupos hidroxila, que apresentarão maior afinidade com moléculas polares (como a água), através de pontes de hidrogênio. Rodrigo Iglesias

  8. Moléculas de hidrocarbonetos são em geral apolares, tendo pouca afinidade com a superfície do quartzo: Rodrigo Iglesias

  9. A afinidade pela superfície do quartzo pode ser alterada pela adição de surfactantes– moléculas ou grupos polares ou hidrofílicos (tipicamente contendo elementos N, S ou O) que agem diminuindo a tensão superficial ou interfacial: exemplos de surfactantes: Rodrigo Iglesias

  10. Asfaltenos: possuem afinidade com a superfície do mineral, através dos grupos funcionais periféricos • Cátions metálicos adsorvidos na superfície também aumentam a afinidade desta com o surfactante, facilitando o oil-wetting Rodrigo Iglesias

  11. Fatores que afetam a molhabilidade Efeito da composição do petróleo - A composição do petróleo é quimicamente muito variada: Rodrigo Iglesias

  12. A mineralogia da rocha geradora determina a composição do petróleo: • Lacustrinas (I): óleos apolares • Marinhas clásticas (II): óleos apolares • Marinhas carbonáticas (IIS): óleos com grande quantidade de enxofre (quando não há óxidos/oxi-hidróxidos de ferro, que inibem a formação de organosulfurados) • Terrestres (III): alto conteúdo de oxigênio, forma compostos polares contendo O (fenóis, metoxi e alquilfenóis), típico de maturação prematura. • Maturação térmica do querogênio (matéria orgânica presente nas rochas, precursora do petróleo) • Perda sequencial de grupos funcionais no processo de maturação Rodrigo Iglesias

  13. Asfaltenos: • Em solução no óleo (tendência a water-wetting) • Exsolvidos (tendência a oil-wetting) A solubilidade dos asfaltenos é controlada por diversos fatores: • razão gás/óleo (GOR): qto maior, maior a exsolução • biodegradaçãoe water-washing do óleo: remove componentes leves, supersaturando em asfaltenos; • ação bacteriológica (aeróbica) pode gerar asfaltenos pela oxidação de hidrocarbonetos; • maturação in-situ do óleo produzindo gás (por craqueamento), aumentando a GOR; • mistura de óleos de composições diferentes pode resultar em exsolução de asfaltenos. • alta salinidade da água da formação pode provocar a coagulação de micelas de asfaltenos, precipitando do óleo. Rodrigo Iglesias

  14. Processos pós-acumulação do petróleo • Water-washing por advecção de água sobre uma acumulação de óleo remove os compostos mais solúveis, provocando precipitação de asfaltenos. (águas de aqüíferos estagnados tem pouco efeito) • Water-washing por águas meteóricas pode introduzir bactérias aeróbias, que podem provocar biodegradação do óleo Rodrigo Iglesias

  15. Efeitos da interação água-rocha • Efeito do pH na superfície do mineral A carga da superfície dos minerais é modificada segundo o pH do meio: básico ácido Rodrigo Iglesias

  16. Os minerais possuem comportamento distinto com o pH • Reservatórios carbonáticos são normalmente oil-wet; • Reservatórios siliciclásticos com cimentos carbonáticos terão molhabilidade heterogênea. Rodrigo Iglesias

  17. Argilas Apresentarão molhabilidade variada segundo a composição química, morfologia e estrutura física. Ex. Kaolinita: water-wet oil-wet Rodrigo Iglesias

  18. Argilas expansíveis (grupo smectitas) podem absorver grandes quantidades de compostos polares • Efeitos do ferro e outros elementos de transição • Óxido de ferro (hematita) tende a ser oil-wetpor adsorver grandes quantidades de asfaltenos – pela presença de cátions ferro na superfície, que facilitam a adsorção ou pela oxidação catalítica de componentes do óleo, formando compostos polares que são mais facilmente adsorvidos. • Estado de oxidação é determinante. A molhabilidade pode ser alterada, somente se o ferro possui carga +3. Efeito similar para outros cátions de metais de transição. • Silicatos e carbonatos ricos em ferro (smectita, clorita, siderita, ankerita) tendem a ser oil-wet. • Feldspatos • Apresentam molhabilidade variada. Rodrigo Iglesias

  19. Efeitos da temperatura e pressão • Temperaturas acima de 120C causam a destruição de ácidos carboxílicos, alterando a molhabilidade. • Pressão e temperatura afetam a GOR, portanto a solubilidade de asfaltenos(T elevada causa craqueamento de hidrocarbonetos, aumentando a proporção de gás) • Pressão capilar elevada em reservatórios water-wetpode reduzir a espessura da camada de água que recobre os grãos, permitindo acesso de asfaltenos e outros compostos polares à superfície. Rodrigo Iglesias

  20. Sumário: tipo de rocha geradora Rodrigo Iglesias

  21. Sumário: mineralogia do reservatório/tipo de petróleo Rodrigo Iglesias

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