Injeção de soluções poliméricas na recuperação avançada de petróleo

De Oldrich Joel Romero e Cristiano Severo Aiolfi

No emaranhado geopolítico existente atualmente, em que nações buscam garantir sua autonomia energética, aumenta a necessidade de aproveitar as fontes de energia existentes e criar novas alternativas. A recuperação avançada de petróleo, em particular a injeção de soluções poliméricas, emerge como uma das opções viáveis para aumentar a eficiência do processo extrativo.
O mecanismo de atuação é o controle da mobilidade pelo aumento da viscosidade. Sendo a solução injetada mais viscosa, seu movimento é mais lento, favorecendo o deslocamento do petróleo. Em particular será dada ênfase à poliacrilamida parcialmente hidrolisada.
Apesar dos benefícios, a técnica precisa de um estudo prévio, pois pode sofrer com a degradação, custos associados à aquisição e injeção, e a necessidade de monitoramento cuidadoso.
No cenário global marcado pela crescente demanda por energia, o estudo da injeção de soluções poliméricas surge como uma necessidade imperativa e oportuna. Diante das limitações e desafios inerentes à recuperação convencional, compreender os mecanismos e benefícios associados à técnica não apenas representa um avanço científico, mas também se torna um catalisador para a eficiência econômica e ambiental na indústria petrolífera. Assim, este livro apresenta um estudo experimental de injeção de soluções poliméricas em testemunhos rochosos para observar como a técnica pode melhorar o fator de recuperação de óleo e entender melhor o comportamento do sistema rocha-fluidos.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Dialética
• Data de lançamento: 28 de mar. de 2024
• ISBN: 9786527012429

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Agradecimentos

Os autores agradecem à Universidade Federal do Espírito Santo (Ufes), campus São Mateus, instituição que disponibilizou a infraestrutura do Programa de Pós-graduação em Energia para desenvolvimento das atividades tratadas neste livro.

Prof. Oldrich Joel Romero agradece à Fapes – Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo, pela concessão da Bolsa Pesquisador Capixaba via Termo de Outorga 356/2022.

Nesta caminhada, não podemos deixar de reconhecer e agradecer a compreensão e apoio das nossas famílias. Entender nossas ausências, pela necessidade de priorizar a dedicação a esta obra, é o que nos tem permitido revisar, corrigir e aprimorar o conteúdo, o qual esperamos seja útil para quem se interessar pela temática de recuperação avançada de petróleo.

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Prefácio

No emaranhado geopolítico existente atualmente, onde nações buscam garantir sua soberania e autonomia energética, aumenta a necessidade de aproveitar as fontes energéticas existentes e criar novas alternativas. A recuperação avançada de petróleo (do inglês EOR - Enhanced Oil Recovery), em particular a injeção de soluções poliméricas aquosas, emerge como uma das opções viáveis para aumentar a eficiência do processo produtivo.

A injeção de soluções poliméricas é utilizada como alternativa quando a injeção de água convencional se torna ineficiente na movimentação do óleo. O mecanismo de atuação principal é o controle da mobilidade pelo aumento da viscosidade aparente da solução deslocante. Ao tornar a solução injetada mais viscosa, esta se movimenta mais lentamente através dos poros do reservatório, o que melhora o deslocamento do petróleo residual. O qual significa que a razão de mobilidades do processo é menos desfavorável. Dentre a escolha dos polímeros, particularmente será dada ênfase à poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM).

Apesar dos benefícios, a técnica precisa de um estudo prévio para compreender a condição do reservatório, pois a solução pode sofrer com a degradação do polímero, custos associados à aquisição e injeção de polímeros, e a necessidade de monitoramento cuidadoso para garantir que a técnica seja aplicada de maneira eficiente.

No cenário global marcado pela crescente demanda por energia, o estudo aprofundado da injeção de soluções poliméricas na recuperação avançada de petróleo surge como uma necessidade imperativa e oportuna. Diante das limitações e desafios inerentes à recuperação convencional, compreender os mecanismos e benefícios associados à técnica não apenas representa um avanço científico, mas também se torna um catalisador para a eficiência econômica e ambiental na indústria petrolífera. Assim, este livro apresenta um estudo experimental de injeção de soluções poliméricas em testemunhos rochosos para observar como a técnica pode melhorar o fator de recuperação de óleo e entender melhor o comportamento do sistema rocha-fluidos.

Os autores

SUMÁRIO

Capa

Folha de Rosto

Créditos

1. Introdução

1.1. Objetivos

2. Fundamentação teórica e revisão de literatura

2.1. Produção de petróleo

2.2. Conceitos teóricos

2.2.1. Porosidade

2.2.2. Permeabilidade

2.2.3. Molhabilidade

2.2.4. Razão de mobilidades

2.3. Controle da mobilidade

2.3.1. Polímeros mais utilizados

2.3.2. Critérios de aplicação das soluções poliméricas

2.3.3. Comportamento não-Newtoniano das soluções poliméricas

2.4. Estado da arte sobre injeção de soluções poliméricas

3. Metodologia

3.1. Descrição da bancada experimental

3.2. Funcionamento da bancada experimental

3.2.1 Preparo da bancada experimental

3.3. Preparo e caracterização das soluções poliméricas

3.4. Caracterização dos testemunhos rochosos

3.4.1. Procedimento de medição da porosidade

3.4.2. Procedimento de medição da permeabilidade

3.5. Procedimento de saturação do testemunho com óleo

3.6. Coleta de dados

3.7. Procedimento de injeção de água

3.8. Procedimento de injeção de soluções poliméricas

3.9. Cálculo do fator de recuperação de óleo

4. Resultados: propriedades do sistema rocha-fluido

4.1. Caracterização das soluções poliméricas

4.2. Porosidade

4.3. Permeabilidade

5. Resultados: recuperação de óleo

5.1. Experimento 01 – injeção de água

5.2. Experimento 02 – injeção de água e solução polimérica an905sh (11 a 13x106 Dalton) – 500 ppm

5.3. Experimento 03 – injeção de água e solução polimérica an923vhm (14 a 18x106 Dalton) – 500 ppm

5.4. Experimento 04 – injeção de água e solução polimérica an945vhm (16 a 23x106 Dalton) –500 ppm

5.5. Análise dos resultados

6. Conclusões

6.1. Sugestões para trabalhos futuros

Referências

Apêndice A

Apêndice B

Apêndice C

Apêndice D

Apêndice E

Apêndice F

Apêndice G

Apêndice H

Landmarks

Capa

Folha de Rosto

Página de Créditos

Sumário

Bibliografia

1. Introdução

O petróleo é a fonte primária de energia mais utilizada pelo homem. Derivados do petróleo têm sido usados como combustíveis para aquecimento, iluminação residencial ou industrial, combustíveis para transporte ou como matéria-prima para a indústria petroquímica. A humanidade ainda é muito dependente dos hidrocarbonetos para manter o estilo de vida atual. Associada a essa dependência, está a preocupação quanto ao esgotamento das fontes petrolíferas, já que, embora em grandes quantidades, é um recurso natural finito.

Dados da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) mostram que em 2022 a produção mundial de petróleo aumentou 4,2% em relação a 2021, chegando a 93,85 milhões de barris/dia. Nos últimos dez anos, apenas em 2020 não houve aumento nesse índice, provavelmente em decorrência do isolamento social e queda da produção industrial devido à pandemia do COVID-19. De 2013 a 2022 a produção mundial apresenta um crescimento de cerca de 8,4% (ANP, 2023). Como produtor, o Brasil está na 9ª posição, tendo extraído cerca de 3,11 milhões de barris/dia em 2022 (crescimento de 3,9% no volume produzido em relação a 2021). Esse valor corresponde a cerca de 3,3% da produção mundial (ANP, 2023).

Por outro lado, o consumo mundial do petróleo em 2022 alcançou o valor de 97,3 milhões de barris/dia, um crescimento de 3,1% em relação a 2021. Nos últimos 10 anos esse crescimento no consumo chega a 8,2%. O Brasil situa-se como nono maior consumidor, tendo consumido cerca de 2,5 milhões de barris/dia, um aumento de aproximadamente 4,9% em relação a 2021 (ANP, 2023).

É possível observar que existe uma defasagem entre o volume consumido e o produzido de petróleo. O primeiro ocorre em virtude do modo de vida atual onde produtos derivados do petróleo como plástico, tintas, combustíveis, entre outros, são altamente difundidos e sua utilização traz facilidades ao ser humano. Já o segundo, depende de vários fatores como descoberta de novos campos, evolução da tecnologia de exploração e até mesmo fatores políticos.

A produção de óleo de um campo petrolífero possui um comportamento relativamente definido: no início uma produção de fluidos que cresce até um patamar de estabilidade sustentado por algum tempo. Quando o reservatório se torna maduro ocorre um declínio da produção de óleo até atingir um valor em que o limite econômico obriga ao abandono do poço ou grupo de poços.

Para suprir um nível de consumo elevado, novos campos produtores devem ser explorados (Miller e Sorrell, 2014). O problema nessa situação, segundo Muggeridge et al. (2014), é que a descoberta de novos campos petrolíferos que permitam compensar a diminuição da produção dos campos maduros é cada vez mais difícil. Além disso, as bacias encontradas podem estar em locais remotos ou ambientalmente sensíveis como biomas marinhos específicos.

Outra estratégia é a exploração de hidrocarbonetos não convencionais. Esses recursos existem em volumes consideráveis, mas sua exploração exige tecnologia específica, demanda muita energia, depende de questões políticas e ambientais e, consequentemente, requer alto investimento inicial.

Assim, até que haja uma solução que mitigue o efeito desses fatores, para equilibrar a balança de produção e consumo de petróleo, é necessário aumentar o fator de recuperação dos campos atualmente ativos, ou seja, retirar maior quantidade de óleo dos reservatórios (Muggeridge et al., 2014). O período em que o poço permanece produzindo pode ser ampliado, dando uma sobrevida ao reservatório, mediante uso dos métodos convencionais ou especiais de recuperação. Na segunda categoria, as técnicas de recuperação avançada são mais conhecidas pela sua terminologia em inglês como EOR – Enhanced Oil Recovery. Esses processos atuam nos fluidos injetados ou presentes no reservatório de petróleo, melhorando seu deslocamento e viabilizando um aumento da quantidade de óleo produzida.

Os métodos EOR podem ser divididos em térmicos, químicos, miscíveis e outros (Höök et al., 2014). A injeção de soluções poliméricas (método químico) tem recebido bastante atenção. Nesta rota tecnológica, os polímeros são adicionados à água de injeção previamente tratada para elevar sua viscosidade (Caenn, Burnett e Chilingarian, 1989). Com uma maior viscosidade da solução injetada, a razão de mobilidades torna-se menos desfavorável, quando comparada com a injeção de água, o que resulta em uma maior mobilização do óleo e uma maior eficiência de varrido.

Autores como Sheng (2010) e Sorbie (1991), publicaram trabalhos sobre a aplicação das soluções poliméricas na recuperação de petróleo, e sobre os características dos próprios polímeros, destacando propriedades, eficiência de utilização e possíveis problemas. Entre os vários tipos de polímeros que têm sido utilizados, os mais comuns são os polímeros sintéticos, tais como a poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM – Partially hydrolyzed polyacrylamide), e os polissacarídeos, por exemplo, a goma xantana (Green e Willhite, 1998).

Com relação à aplicação de soluções poliméricas em recuperação avançada de petróleo, alguns fatores são objeto de estudo. Autores como Abidin, Puspasari e