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Entendendo a Rocha Geradora Quais os procedimentos e mecanismos para determinação de uma rocha geradora de petróleo. Principais procedimentos para análise da Rocha Geradora: (1)Determinação do COT, RI, S Quantidade de matéria orgânica (1)Pirólise ''Rock Eval'' Potencial e Tipo de matéria orgânica (procedimento mais rápido) (1)Petrografia Orgânica Potencial e Tipo de matéria orgânica (procedimento mais detalhado) Determinação do COT, RI, S (1)Determinação do COT, RI, S O que são: COT, RI, S ? COT = Carbono Orgânico Total Quantidade de carbono é diretamente proporcional a quantidade de matéria orgânica rocha geradora → COT >1 % RI = Resíduo Insolúvel Porcentagem da amostra que não contém carbonato S= Quantidade de Enxofre (1)Determinação do COT, RI, S Preparação da amostra: a) Macerar a rocha ''suspeita'' de ser geradora b) 1° Pesagem c) HCl para retirar Carbono inorgânico (Carbonatos CaCo3) d) 2 ° Pesagem e) Cálculo do RI: RI (%) = (Peso do insolúvel x 100)/peso inicial da amostra /Carbonatos (%) = 100- RI (f) Amostra é levada para o equipamento LECO (g) São submetidas a uma temperatuda de 3500 °C até a sua combustão total, sendo injetado Oxigênio (h) Neste equipamento é feita a leitura do Carbono e do Enxofre. (i) Capacidade de 36 amostras (1)Determinação do COT, RI, S (1)Determinação do COT, RI, S Equipamento usado: LECO SC-444 Figura 1: Fotografia do aparelho LECO SC-444 na UERJ. Atualmente existem aparelhos LECO mais modernos. (Fonte: Lima, 2004) Mecanismos: Matéria Orgânica → determinada por um analisador de carbono e enxofre. Injeção de oxigênio → reagindo com os hidrocarbonetos da rocha geradora e enxofre. Oxigênio reage com o Carbono do hidrocarboneto, liberando CO2. Reação: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Oxigênio reage com o Enxofre, liberando SO2. Quantidade de CO2 é proporcional a quantidade de Hidrocarbonetos na rocha geradora. Resultado é dado em porcentagem (em relação ao peso inicial) Figura 2: Gráfico de COT, S e RI correlacionado com a litologia. (1)Determinação do COT, RI, S. Resultados: (1)Determinação do COT, RI, S. Conclusões: 1) Determinação de Horizontes ricos em matéria orgânica COT > 1% → Rochas potencialmente geradoras 1) 155 metros e 175 metros → melhores horizontes. 10 – 12% de COT. Horizontes ideais. 2) Determinação dos 'bancos carbonáticos' → através do R.I. As bases para o entendimento de: Pirólise ''Rock Eval'' & Petrografia Orgânica COT x Pirólise & Petrografia Orgânica COT → Avalia a quantidade de Matéria Orgânica Pirólise & Petrografia Orgânica → Avalia a qualidade da Matéria Orgânica. ''Para uma rocha ser geradora depende desses dois fatores: (1) Quantidade; (2) Qualidade''. Qualidade da Matéria Orgânica Depende de: (1) Composição original da Matéria Orgânica (2) Preservação da Matéria Orgânica Importante: 'Distinguir os diferentes tipos de matéria orgânica' Porque? 'Está relacionado com os diferentes POTENCIAIS DE GERAÇÃO! Querogênio 'Querogênio' → A parte da matéria Orgânica estudada na Pirólise e Petrografia Orgânica O que é Querogênio? (1) Parte insolúvel da matéria orgânica. (2) ''Matéria Orgânica disseminada nas rochas sedimentares. Apresenta elevado peso molecular e é insolúvel em solventes orgânicos. (Hunt, 1995).'' Observa-se que: A rocha é composta, quase que completamente pela fração inorgânica. Uma pequena porção corresponde a MATÉRIA ORGÂNICA. Dessa porção a grande parte é o QUEROGÊNIO (insolúvel), uma pequena parte é o betume (óleo que já foi gerado, solúvel aos solventes orgânicos) Figura 3: Mostra quanto que representa o querogênio na rocha. Querogênio: Tipo I – Matéria Orgânica Lacustre Tipo II – Matéria Orgânica Marinha Tipo III – Matéria Orgânica de Plantas terrestres Tipo IV – Matéria Orgânica Oxidada Tipos de querogênio: Querogênio H/C O/C Origem tipo I 1,5 – 1,8 <0,1 Lacustre tipo II 1,0 – 1,5 <0,15 Marinha tipo III < 1,0 0,2 – 0,3 Plantas Terrestres tipo IV <0,5 I,II ou III oxidada Pirólise ''Rock-Eval'' Pirólise? Método Físico-Químico Utilizado na determinação: a) Das Rochas potencialmente geradoras b) Dos tipos de querogênio Procedimentos estabelecidos por: Espitalié et al. (1977) Separação de 100 mg de rocha pulverizada Processo de aquecimento da amostra num atmosfera inerte (sem Oxigênio). Matéria orgânica é transformada em petróleo Temperatura de aquecimento: 300 a 500 °C Hidrocarbonetos e CO2 liberados são lidos pelo equipamento Resultados expressos em mgHC(hidrocarbonetos)/g de rocha ou mgCO2/g de rocha Os dados de pirólise informam: Tipo e a evolução térmica da matéria orgânica. Figura 4: Gráficos gerados pela análise de Pirólise O equipamento de Pirólise irá gerar três tipos de gráficos (S1, S2, S3) e Informações do Tmáx. S 1 – HC liberados até 350 °C → Óleo gerado S 2 – HC formados pelo craqueamento do querogênio, temperatira entre 350°C e 550°C → Potencial gerador (HC ainda não gerados) S 3 – CO2 liberado entre 250 e 390°C → Quantidade de oxigênio presente no querogênio T máx – Representa a temperatura em que ocorre a altura máxima do pico S2. Índices de hidrogênio (IH) & Índice de Oxigênio (IO) IH = S2/COT x 100 IO = S3/COT x 100 * Corresponde, às relações H/C e O/C da análise elementar do querogênio. Dados de IH e IO → Diagrama ''Van Krevelen'' → Diferenciação dos 4 tipos básicos de QUEROGÊNIO! 4 Tipos de Querogênio: Querogênio Tipo I → Rico em hidrogênio e pobre em oxigênio. Melhor tipo de matéria orgânica para geração de HC líquidos e gasosos Querogênio Tipo II → Menos rico em hidrogênio, mas ainda adequado a grandes volumes de HC. Querogênio Tipo III → Matéria Orgânica com muito oxigênio e pouco hidrogênio, gera somente gás. Querogênio Tipo IV → Matéria orgânica oxidada, não possui potencial para geração. INDICE DE HIDROGÊNIO IH =(S2/COT) x 100 mgHC/gCOT INDICE DE OXIGÊNIO IO =(S3/COT) x 100 mg CO2/gCOT Diagrama de Van Krevelen (1962) Diagrama de Van Krevelen (versão modificada para uso dos parametros de pirólises Rock-Eval) Relações IH < 200 mg HC/g COT – potencial para gás 200 – 300 – potencial para gás e condensado > 300 – potencial para óleo S2 < 2,0 mgHC/g rocha – baixo potencial gerador 2,0 – 5,0 – Moderado potencial gerador 5,0 – 10 – bom potencial gerador >10 – excelente potencial gerador Tmáx < 440°C – Imaturo 440 – 470 °C – Maturo > 470 °C – Senil ÍNDICE DE PRODUÇÃO (IP) IP=S1/(S1+S2) Quanto maior o soterramento → Maior o pico S1 e menor o Pico S2 O S1 cresce → Porque está havendo geração de óleo! Petrografia Orgânica Parâmetros: Identificação visual dos componentes orgânicos Técnicas de microscopia de luz branca transmitida e luz azul incidente (fluorescência) Três grupos principais do querogênio são identificados: Matéria Orgânica Lenhosa, Matéria Orgânica Amorfa e Matéria Orgânica Liptinítica (Durand 1980) Mas amplamente, esses tipos de matéria orgânica são chamados de: MACERAIS! Tipos de Matéria Orgânica observados ao microscópio: Sem estrutura: - Matéria Orgânica Amorfa Com estrutura: - Palinomorfos - Esporomorfos (pólen, esporos) - Fitoplâncton (Dinoflagelados, Tasmanáceas, Botriococos) - Zoomorfos (Escolecodontes, Foraminíferos, Quitinozoários) - Fitoclastos - Fungos - Macrófitas (Cutículas, Tejidos de corteza, Madera) - Zooclastos - Fragmentos de Graptolites e Artropodes - Frag. de Bivalvos e Ostracodes ANÁLISE VISUAL DO QUEROGÊNIO Estudo realizado no microscópio (luz transmitida e fluorescência) de lâminas com querogênio Concentrado. Permite caracterizar o tipo de materia orgânica e o grau de evolução térmica. Diferenciar os tipos de matéria orgânica através: da morfologia, transmitância e reflectância. Matéria orgânica amorfa Materiais não estruturados Corresponde a matéria orgânica do tipo I Melhor tipo para geração de óleo Pode ser ou não fluorescentes Fluorescente: rica em oxigênio, pouco evoluída termicamente Não-fluorescente: oxidadas e/ou evoluída termicamente. MATÉRIA ORGÂNICA AMORFA (MOA) Matéria orgânica Liptinítica Cutículas, esporos, acritarcas, algas, poles, resinas, betume. Maturação avançada → quando tiver fluorescência, significa que também apresentará uma boa taxa de transformação em HC. Matéria orgânica do Tipo II ESPOROMORFOS Pólens FITOPLANCTON ACRITARCOS Botriococos DINOFLAGELADO S Matéria orgânica lenhosa Vegetais superiores terrestres, estruturados Restos orgânicos oxidados e opacos Matéria orgânica do tipo III e IV. Vitrinita encontra-se neste grupo! MADEIRA – FRAGMENTOS LENHOSOS Rocha Eliminação da fração inorgânica Concentrado de matéria orgânica Lâmina Delgada ''Plug'' Luz Refletida Rocha Luz Transmitida Luz natural Luz Ultravioleta Palinofácies - Índice de coloração de esporos → ICE RO = Refletância da vitrinita Palinologia: Petrografia Orgânica Índice de Coloração de esporos (ICE) Princípio: Evolução térmica da matéria orgânica escurece, gradualmente, as partículas. Relação do índice colorimétrico com a evolução térmica sofrida pela matéria orgânica. Partículas orgânicas observadas: Esporos, Poléns, Acritarcas e cutículas Escala usada: De 1 a 10. Variação de amarelo pálido a preto. MATURAÇÃO: ÍNDICE DE COLORAÇÃO DOS ESPOROS - IE Reflectância da Vitrinita: Vitrinita: Grupo de Macerais¹ formados a partir do lenho, casca, raízes ou outros tecidos celulares de vegetais superiores (celulose e lignina). ¹ Macerais: Introduzido por Stopes (1935) Inicialmente usado para classificar os elementos microscópicos constituintes do carvão Além do grupo de macerais Vitrinita existem outros grupos macerais: Liptinita e Inertita. Vitrinita: Constituinte orgânico formado durante a diagênese, pela humificação da lignina e celulose das celulas de vegetais superiores. Submetida a temperaturas crescentes: Ordenamento dos aneis aromáticos, com aumento da reflectância das partículas de vitrinita. Reflectância da Vitrinita (Ro): (Medida através de microscópio de luz refletida) Ro < 0,6% → Zona Imatura: evolução térmica insuficiente para geração de grandes volumes de óleo ou gás Ro>0,6% e < 1,35 → Zona Matura: Intervalo de evolução térmica adequada a geração de grandes quantidades de petróleo Ro >1,35% e < 4,0 % → Zona Senil: Evolução térmica mais propícia a ocorrência de gás. Ro = 4,0 % → Limite abaixo do qual não existe a possibilidade de ocorrência de grandes quantidades de hidrocarbonetos Problemas relacionados ao método de Ro: 1- Ausência ou baixa proporção de vitrinita nos melhores intervalos geradores 2- Vitrinita retrabalhada, dificultando a identificação de vitrinitas primárias 3- Sequências pré-carboníferas (não possuirem vitrinita)
