Effect of reservoir wettability on quartz cementation in oil fields

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