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Sumário Reservatórios não convencionais
Tight sands
Coalbed methane
Gas hydrates
Shale gas
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Gás não convencional Gases não convencionais:
São produzidos a partir de rochas tradicionalmente consideradas incapazes de produzir volumes comerciais de hidrocarbonetos.
Não produzem economicamente sem a assistência de estimulações massivas ou a aplicação de tecnologias de recuperação especiais.
Acumulações convencionais: Produzem gás a partir de rochas porosas e permeáveis, tais como arenitos e
carbonatos.
Acumulações não convencionais: Produzem volumes de gás a partir de arenitos/carbonatos fechados e não
permeáveis (tight gas sands/carbonates), de rochas finas como folhelhos produtores de gás (shale gas), de carvão mineral (coalbed methane), de depósitos de hidrato de gás (gas hydrate deposits) e de reservatórios com alta pressão e alta temperatura (HPHT reservoirs).
Alguns autores relacionam os recursos em águas ultra profundas como recursos não convencionais em função do alto custo de exploração e produção.
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Tight sands São reservas de gás de arenitos fechados e não permeáveis.
Essas reservas possuem:
Porosidades entre 5-15%;
Saturação de água de 50-70%;
Permeabilidade ao gás de 0.001 -1 mD.
Esse tipo de reservatório não consegue produzir sob condições naturais, assim o fraturamento é necessário para tornar a produção economicamente viável.
O fraturamento aumenta a área da superfície rochosa em comunicação direta com o poço.
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Coalbed methane São reservas de gás de carvão mineral.
No processo de formação do carvão mineral, uma grande quantidade de gás metano é gerado.
Devido à grande área superficial do carvão, enormes volumes de gás podem ser estocados; cerca de 6 ou 7 vezes mais que um reservatório de gás convencional de mesmo volume rochoso.
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Coalbed methane Vantagens da produção de gás de carvão mineral:
Localização das reservas de carvão são, em geral, conhecidas.
A maioria das reservas de carvão encontram-se em pequenas profundidades. Em grandes profundidades, devido a pressão de sobrecarga (overburden pressure), as fraturas no carvão se fecham, reduzindo a movimentção do gás.
A produção de gás em carvão pode durar vários anos sem significante queda.
Carvão tem potencial para o sequestro de CO2 enquanto eleva a produção de GN.
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Gas hydrates Hidratos de gás são sólidos metaestáveis formados por
moléculas de água e gás a baixas temperaturas e altas pressões.
O três potenciais métodos para produção de gás natural de hidratos são:
Elevar a temperatura acima da temperatura de desassociação de hidrato usando água quente ou injeção de vapor;
Injetar inibidor, como metanol ou glicol, para reduzir a estabilidade do hidrato;
Reduzir a pressão do reservatório abaixo da pressão de equilíbrio do hidrato, liberando o metano contido no cristal.
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Gas hydrates Desafios da produção de hidrato de gás:
O sedimentos do hidrato de gás possuem baixa permeabilidade dificultando o fluxo do gás;
Os hidratos podem desestabilizar o leito marinho;
Os hidratos podem se recristalizarem na tubulação provocando o bloqueio da linha.
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Shale Gas São reservas de gás de rochas finas
como folhelhos.
A maioria dessas reservas possuem:
Porosidades de 12%;
Permeabilidade menor que 0.0005 mD.
A produção desse tipo de reservatório é controlada por fraturas.
Produção de shale gas:
Perfuração horizontal;
Fraturamento hidráulico (múltiplas fraturas transversais).
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Shale Gas
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Shale Gas Extração do shale gas está fundamentada nas seguintes
etapas:
Exploração sísmica 3D;
Preparação do terreno;
Perfuração vertical e horizontal;
Fraturamento hidráulico;
Gestão de resíduos;
Produção propriamente dita.
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Shale Gas Exploração sísmica:
Mapeamento das formações rochosas através de ondas, identificando a profundidade e a espessura das rochas de xisto.
Preparação do terreno:
Nivelamento;
Acomodação dos equipamentos de exploração e produção;
Infraestrutura de acesso, para viabilizar a logística da operação.
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Shale Gas Perfuração vertical:
Perfuram-se poços em direção ao folhelho, situado em profundidade típica de 1,2 km a 3,6 km.
Reveste-se as paredes do poço.
Cimentação.
Perfuração horizontal: Perfuram-se seções horizontais do poço, de até 1,2 km de
extensão, em diferentes direções.
Sensores de gás são utilizados para garantir que o poço se restrinja à área que contém os hidrocarbonetos.
Depois de trinta a quarenta dias de perfuração, pode-se completar a cabeça de poço.
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Shale Gas Fraturamento hidráulico (fracking):
A seção horizontal é fraturada a partir da mistura de água, areia e componentes químicos, injetada sob alta pressão (5.000 psi).
A areia é utilizada para manter abertas as fissuras na rocha, permitindo o fluxo do gás.
Essa etapa dura, em geral, entre três e dez dias.
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Shale Gas Gestão de resíduos:
Grande quantidade de água utilizada na etapa de fraturamento é armazenada em tanques, devendo ser devidamente tratada e descartada.
Produção:
Árvore de natal é posicionada para que o gás possa fluir até a estação de compressão e, posteriormente, até a infraestrutura de transporte.
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Shale Gas Produção de gás natural nos EUA:
Produção de gás natural nos EUA de 1990 a 2035 (previsão) em trilhões de pés cúbicos (Tcf) por ano.
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Produção de gás natural nos EUA:
As principais ocorrências (plays) de shale gas nos EUA são:
Barnett, Woodford, Fayeteville, Haynesville, Marcellus e Eagle Ford, sendo ainda listados mais 17 plays relevantes.
No Canadá há cinco plays relevantes:
Montney, Horn River, Colorado Group, Utica e Horton Bluff Group.
Shale Gas
País Reserva Tecnicamente Recuperável (Tcf)
China 1275
EUA 862
Argentina 774
México 681
Arábia Saudita 645
Canadá 388
Brasil 205
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Shale no Brasil:
ANP aponta que as maiores incidências de gás de folhelho encontram-se:
Bacias Sedimentares do Parnaíba (Maranhão e Piauí), Recôncavo (Bahia), São Francisco (Bahia e Minas Gerais), Parecis (Mato Grosso) e Paraná (desde Mato Grosso do Sul até o Rio Grande do Sul)
Shale Gas
País Reserva Tecnicamente Recuperável (Tcf)
China 1275
EUA 862
Argentina 774
México 681
Arábia Saudita 645
Canadá 388
Brasil 205
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Shale Gas Diferenciais de shale gas em relação a reservatórios
convencionais:
Shale gas se diferenciam dos reservatórios convencionais e dos tight gas em termos de geração, fluxo do gás e armazenamento.
Geração: no shale gas a rocha fonte é a própria rocha armazenadora do gás, assim como o metano de camadas de carvão.
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Shale Gas Diferenciais de shale gas em relação a reservatórios
convencionais:
Shale gas se diferenciam dos reservatórios convencionais e dos tight gas em termos de geração, fluxo do gás e armazenamento.
Fluxo de gás: os shale gas apresentam permeabilidade matricial ainda menor do que a dos tight gas. Fluxo da área de drenagem de cada poço é muito lento e o regime de fluxo transiente torna-se predominante durante a vida produtiva do poço. Os shale gas se estendem por áreas geográficas bem maiores do que os reservatórios convencionais, tornando-se necessário um grande número de poços para a drenagem econômica das acumulações.
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Shale Gas Diferenciais de shale gas em relação a reservatórios convencionais:
Shale gas se diferenciam dos reservatórios convencionais e dos tight gas em termos de geração, fluxo do gás e armazenamento.
Armazenamento: Gás livre, gás adsorvido, gás absorvido e gás dissolvido. O gás livre pode se encontrar na porosidade matricial e em fraturas naturais. Tanto o gás adsorvido (ligação química), quanto o gás absorvido (ligação física) se localizam na matéria orgânica (querogênio) e nas superfícies minerais em fraturas naturais. Já o gás dissolvido ocorre associado a HC líquidos, quando estes estão presentes.
A maioria dos shales produz gás seco (90% de metano) sem água.
O Eagle Ford produz diferentes fluidos em diferentes áreas da bacia. Uma parte produz gás seco, outra gás úmido e uma terceira parte óleo (shale oil).
Como exceções, os shales Antrim e New Albany produzem água.
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Shale Gas Aspectos diferenciais de perfuração em shale gas:
Perfuração muitos poços para o desenvolvimento de uma área induz à redução de custos:
Redução do diâmetro do poço (slim hole): adota-se o menor diâmetro de revestimento de produção, que possibilite a realização das operações de fraturamento hidráulico com níveis aceitáveis para a pressão de bombeio.
A adoção de pads com vários poços, os quais devem ter suas seções horizontais alinhadas com a direção da tensão horizontal mínima na área (para a criação de fraturas hidráulicas transversais aos eixos dos poços).
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Shale Gas Aspectos diferenciais de perfuração em shale gas:
Super pad adotado em Haneysville, para 16 poços:
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Shale Gas Aspectos diferenciais de perfuração em shale gas:
Fase vertical: Perfurada com fluido base água.
Fases direcional e horizontal: perfuradas com motores de fundo ou sistemas geosteering (orientação dada à broca durante a perfuração) ou combinação desses. O fluido usado nessas fases é, em mais de 90% dos casos, base óleo sintético, havendo uso de fluidos base água em alguns casos.
Peso específico do fluido: varia de normal a pesado, uma vez que vários shales são sobrepressurizados.
DLS (dog leg severity): nos shales dos EUA geralmente varia de 10 a 14 °/100 ft
Revestimento de produção: geralmente é de 7” e para poços mais profundos o liner de produção é de 5 ½”. Adota-se com freqüência aço P-110 para resistir às pressões e abrasão do FH.
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Shale Gas Aspectos diferenciais de perfuração em shale gas:
Esquema de um poço horizontal multifraturado em Fayetteville, EUA:
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Shale Gas Técnicas de multifraturamento em shale gas:
Fraturamento hidráulico dos n segmentos em que foi subdivida a extensão que atravessa a espessura produtora.
Fraturamento por entrada limitada : vazão na entrada do segmento é distribuída pelas ilhas de canhoneados; vazão mínima de 1,5 a 2,0 bpm por canhoneado.
Plug-and-perforate: usa flexitubo ou trator com cabo elétrico (wireline) para a realização dos canhoneios.
Após o multifraturamento do segmento, assenta-se um tampão (bridge plug ou frac plug), isolando o segmento e realizando-se os canhoneios do próximo segmento.
A seguir cortam-se os tampões e coloca-se o poço em produção.
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Shale Gas Técnicas de multifraturamento em shale gas:
CTFDM (Coiled Tubing Fracturing Downhole Mixing):
Usa flexitubo;
O canhoneio é substituído por jateamento com abrasivo, sendo o fraturamento realizado individualmente, no que corresponderia a cada ilha de canhoneados;
Aplicado em poços revestidos com liner perfurado em alguns poços no Brasil.
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Shale Gas Técnicas de multifraturamento em shale gas:
A completação em poço aberto:
Preserva fraturas naturais;
Uso de sliding sleeves ativadas com esferas; as esferas permitem o isolamento do intervalo já fraturado, e a abertura da sliding sleeve do intervalo seguinte.
Seção horizontal revestida e não cimentada, segmentada com packers e portas de fraturamento:
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Shale Gas Diferenciais de fraturamento hidráulico em shale gas:
Modelo de redes de fraturas:
Fraturabilidade;
Complexidade de fratura;
Volume de reservatório estimulado.
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Shale Gas Diferenciais de fraturamento hidráulico em shale gas:
Alta fraturabilidade está associada a regiões frágeis do folhelho, com alto módulo de elasticidade (E) e baixa razão de Poisson (ν).
Baixa fraturabilidade ocorre em regiões dúcteis do folhelho, com baixo E e alto ν.
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Shale Gas Diferenciais de fraturamento hidráulico em shale gas:
O volume de reservatório estimulado (VRE) é definido como o produto entre a espessura produtiva do folhelho e a área estimulada, estimada por mapeamento microssísmico.
Índice de complexidade da fratura (ICF) é definido como a razão entre a largura e o comprimento da nuvem de pontos obtida em mapeamento microsísmico. Assim, as fraturas planares apresentam baixo valor de ICF e as fraturas desdobradas em rede apresentam alto valor de ICF.
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Shale Gas Monitoramento de fraturas:
Reservatórios convencionais e tight sands/carbonates: Produção do poço é associada à geometria e à condutividade de uma
fratura planar.
Folhelhos produtores de gás/óleo: Produção está associada a uma rede complexa de fraturas.
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Shale Gas Monitoramento de fraturas:
Monitoramentos microssísmicos em um shale gas e um tight sand: Reservatório shale gas: larga zona
de atividade microssísmica, ou seja, um grande volume estimulado.
Reservatório tight sand: mapeamento microssísmico revelou uma fratura planar.
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Shale Gas Projeto de desenvolvimento de produção em shale gas:
A definição do espaçamento entre os poços depende: Definição da geometria (comprimento efetivo), da condutividade e do
espaçamento ótimo das fratura.
Efeito do espaçamento entre as fraturas no fator de recuperação de gás para um shale com 100 nD:
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Shale Gas Projeto de desenvolvimento de produção em shale gas:
Produção de Barnett shale (Mscf/d) ao longo dos primeiros 36 meses (3 anos):
Produção inicial de 2,5 milhões de ft3/d e o declínio de 70% no 1º ano de produção.
Após três anos a produção típica é em torno de 20% da inicial
Soluções: Refraturamentos ou construção de poços para adensamento de malha.
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Shale Gas
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Shale Gas
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Shale Gas
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