Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/54824
Type: Tese
Title: Aplicação combinada de fraturamento hidraúlico e acidificação para estimulação de depósitos de gás não convencionais da Bacia do São Francisco
Authors: Humberto Almeida Oliveira
First Advisor: Antônio Eduardo Clark Peres
First Referee: Alexandre Uhlein
Second Referee: Michel Melo Oliveira
Third Referee: Afonso Avelino Dantas Neto
metadata.dc.contributor.referee4: Hélio Cardoso Pereira
Abstract: A produção de reservatórios de óleo ou gás, que normalmente estão situados a milhares de metros abaixo da superfície, não é algo tão óbvio quanto possa parecer. Simplesmente perfurar um poço que chegue ao reservatório (de hidrocarbonetos) normalmente não é uma condição suficiente para que o reservatório produza. Na maioria absoluta dos casos, os reservatórios necessitam de estimulação para produzirem de maneira economicamente viável; principalmente quando se trata de reservatórios não convencionais, ou seja, de baixa permeabilidade. O Brasil, ao lado da China, EUA e Argentina, está entre as grandes reservas de gás não convencional do mundo. Atualmente os reservatórios não convencionais assumiram grande importância no mundo inteiro por serem a principal fonte de gás natural, desde que corretamente estimulados. O gás natural hoje é um elemento de transição entre o petróleo e as fontes renováveis de energia na matriz energética mundial. A estimulação de reservatórios de hidrocarbonetos pode ocorrer por meio de dois métodos: fraturamento hidráulico e acidificação. O fraturamento hidráulico é um método de estimulação onde um material particulado (propante) é carreado por meio fluido, normalmente um gel polimérico, com uma pressão hidráulica suficientemente alta para fraturar a formação geológica onde se encontra o óleo e/ou o gás. Durante o fraturamento hidráulico, os grãos de propante preenchem a fratura impedindo que ela se feche, criando um canal de fácil acesso dos hidrocarbonetos para o poço. A acidificação, por outro lado, por ser um método de estimulação menos conhecido, é usada principalmente em rochas carbonáticas que reagem facilmente com ácido e se divide em duas categorias: acidificação matricial e fraturamento ácido. A acidificação matricial ocorre quando a permeabilidade do reservatório permite uma vazão mínima de injeção do ácido sem a necessidade de fraturar o reservatório. O ácido simplesmente percola através dos poros da matriz rochosa, aumentando o tamanho dos poros e a conectividade entre eles, ou seja, aumentando a permeabilidade do reservatório. O fraturamento ácido, por outro lado, ocorre quando não é possível injetar o ácido sem fraturar o reservatório por ser a permeabilidade inicial do reservatório muito baixa (reservatórios não convencionais). Um reservatório carbonático não convencional somente pode ser estimulado então por fraturamento hidráulico ou fraturamento ácido já que não possui permeabilidade suficiente para ser estimulado por acidificação matricial. No fraturamento hidráulico (estimulação mecânica) ocorre o uso de propantes que preenchem a fratura e impedindo que a mesma se feche, enquanto no fraturamento ácido (estimulação química) a reação entre o ácido e a rocha cria asperezas nas paredes da fratura, impedindo que a mesma se feche de maneira similar como fazem os propantes. Embora seja mais fácil atingir grandes extensões fraturadas com o método químico (fraturamento ácido) as asperezas criadas na rocha pela reação com o ácido não resistem tão bem as pressões de fechamento da fratura como os propantes (fraturamento hidráulico) e, portanto, as fraturas ácidas normalmente têm uma vida útil menor do que as fraturas hidráulicas. Alguém pode perguntar então: por que não unir as vantagens dos dois métodos de fraturamento (hidráulico e ácido) em um único método de fraturamento combinado com o objetivo de maximizar a vida útil e o volume estimulado de reservatório? A combinação de propante (fraturamento hidráulico) com ácido ainda é pratica- mente um tabu na indústria do petróleo e se baseia no seguinte argumento: O ácido poderia criar nas paredes da fratura uma camada frágil e suficientemente espessa ao ponto de permitir a incorporação do pacote de propantes na matriz da rocha causando o fechamento parcial ou completo da fratura. O objetivo primário deste trabalho é abordar essa questão e fornecer evidências de que o método de fraturamento combinado é tecnicamente viável para tipos específicos de reservatórios não convencionais. Para isso estudaram-se amostras acidificadas de fácies carbonáticas da parte superior da Formação Sete Lagoas, que é considera pela Agência Nacional de Petróleo (ANP) um dos principais reservatórios de gás não convencional no Brasil, e de siltito da Formação Lagoa do Jacaré. Como objetivo secundário foi proposto e desenvolvido um sistema ácido original, com baixa velocidade de reação, apropriado para estimular grandes volumes em um reservatório carbonático não convencional.
Abstract: The production of oil and gas reservoirs is not something so simple as it appears. Simply drilling a well through the reservoir is not a sufficient condition to put the well into production. Most reservoirs need to be stimulated after the drilling phase, especially in the case of low permeability reservoirs also known as unconventional reservoirs. Brazil, besides, China, USA and Argentina, has one of the largest unconventional gas reservoirs in the world; and this is of significative importance since the gas is the transition element between oil and renewable energy sources in the world’s energy matrix. There are two possible ways to stimulate a hydrocarbon reservoir: hydraulic fracturing (mechanical stimulation) and acidizing (chemical stimulation). In hydraulic fracturing a fluid carries proppant (solid beads) with enough hydraulic pressure to crack open the rock in the reservoir. The proppant grains fill the void of the open fracture preventing it from closing, and the permeability of the proppant pack creates a permanent access channel between the hydrocarbon formation and the well. Acidizing methods are less known than hydraulic fracturing and they are mainly used in carbonate formations. Acidizing is divided into matrix acidizing and acid fracturing. Matrix acidizing is performed when the reservoirs permeability is sufficiently high to allow fluid injection into the rock matrix - the acid percolates through the pores increasing the overall pore communication and permeability. On the other hand, acid fracturing is performed when the permeability is so low (unconventional) that in order to inject acid into the reservoir it is necessary to fracture the rock applying hydraulic pressure. Unconventional carbonate reservoirs can be stimulated by hydraulic fracturing or acid fracturing (but not matrix acidizing as they do not have sufficient permeability to allow acid injection below the frac gradient). In hydraulic fracturing the proppant grains fill the fracture preventing it from closing, and in acid fracturing the acid reaction creates uneven patterns or asperities on the walls of the fracture that also prevent the fracture closure. Even though it is easier to achieve long fracture extensions with acid fracturing, the asperities created in the rock by the acid reaction cannot withstand high closure pressures as well as proppants do, and the acidized fractures are often short lived when compared to the propped fractures. Someone may ask then: why not combine the two methods (hydraulic fracturing and acid fracturing) into a single method to maximize the stimulated reservoir’s volume? The combination of proppant (hydraulic fracturing) with acid is still a taboo in the oil and gas industry. The reason for this is the assumption that the acid reaction would produce a neo-layer in the walls of the fracture soft and thick enough to cause proppant embedment and fracture closure. The primary objective of this work is to investigate the presence of neolayers resulting from the acidizing process and provide evidence that a combined fracturing method (proppant + acid) is feasible for specific types of unconventional reservoirs. In order to do so, acidized samples of a unconventional carbonate formation in Brazil, the Sete Lagoas Formation which is considered by the Brazilian Petroleum Agency (ANP) one of the main unconventional gas reservoirs in Brazil, were characterized. And for a secondary objective, an original acid system appropriate for deep carbonate stimulation was proposed and developed.
Subject: Engenharia de minas
Tecnologia mineral
Reservatórios
Emulsões
Fraturamento hidráulico
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MINAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/54824
Issue Date: 25-Aug-2022
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