Mecanica de Rochas Aplicada Ao Petroleo_2012_resumo
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Mecnica de Rochas aplicada
Explorao e Produo de Petrleo
Semana da Geologia - UFS
Geol. Cludio Borba [email protected]
30 de maio de 2012
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Principais Aplicaes
Entendimento da origem e comportamento de falhas e fraturas
Mtodo ssmico
Sismicidade
Obras de engenharia civil (geotcnica)
-
Geomecnica na Indstria do
Petrleo
Estabilidade de poos
Operaes de fraturamento hidrulico
Produo de areia
Reativao de falhas
Reservatrios fraturados
Subsidncia
-
Impacto da Geologia Estrutural em
Reservatrios
Trapas estruturais Entendimento de condutos de migrao Drenagem do reservatrio (barreiras e caminhos
preferenciais de fluxo)
Caracterizao de reservatrios naturalmente fraturados
Construo de modelos 3D mais realistas Predio da direo de propagao de fraturas
induzidas
Preveno de riscos ocasionados pela injeo de fluidos (gs, gua, CO2, resduos)
-
Bibliografia
Askeland, D.R. & Phud, P.P. Cincia e Engenharia dos Materiais.
Centage Learning, 2008.
Fjaer, E.; Holt, R.M. Petroleum Related Rock Mechanics. Elsevier, 1992.
Fossen, H. Structural Geology. Cambridge University Press, 463p, 2010.
Jaeger, J.C. & Cook, N.G.W. Fundamentals of Rock Mechanics. Blackwell, Oxford, 2007
Moek, I. & Bakers, T. Fault reactivation potential as a critical factor during reservoir stimulation. First Break, v. 29, n.5, p.73-80, 2011.
Pluijm, B.A.; Marshak, S. Earth Structure. Norton Eds., 656p., 2004.
Rocha, L.A.; Azevedo, C.T. Projetos de poos de petrleo Geopresses e assentamento de colunas de revestimento. Ed. Intercincia, 560p., 2009.
Wikel, K. Geomechanics: bridging the gap from gephysics to engineering in unconventional reservoirs. First Break, 29, p. 71-80, 2011.
Zoback, M.D. Reservoir Geomechanics. Ed. Cambridge, 2007.
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Jaeger & Cook, 2007
Estado de tenses em um ponto
- As tenses sobre um corpo so
exercidas em todas as direes.
- Podem ser decompostas em 3
tenses principais nos eixos
coordenados.
- Estas tenses so chamadas de
tenses normais
Tenses
-
Tenses de cisalhamento
-Um vetor de tenso que age num ponto do material pode ser decomposto
em tenses nos planos normais (tenso normal) e tenses em ngulo com
esses planos (tenses cisalhantes)
- A tenso cisalhante mxima dada por:
sc = (s1 s3) / 2 - Os planos que contm as tenses cisalhantes mximas fazem 45 com as
tenses principais.
s1
s1
s3 s3
sc
-
Tenso mdia, isotrpica e
deviatrica
-Tenso mdia ou confinante P = (s1 + s2 + s3) / 3
-Tenses isotrpicas s1 = s2 = s3
-Tenses isotrpicas podem representar, por exemplo, a presso de fluidos
no interior das rochas, tambm chamada de presso esttica; ou a presso
da coluna de rocha, chamada de litosttica.
- Quando as tenses principais so diferentes entre si, h um desvio em
relao tenso mdia, denominado tenso deviatrica -> Gera tenses de
cisalhamento.
- Se o estado de tenso for isotrpico, no h cisalhamento
-
Tensor => Grandeza Tensorial
Tipo de Grandeza Ordem
(direes)
Componentes
(valores)
Fenmenos
naturais
Escalar 0 1 Temperatura,
densidade, massa
Vetorial 1 3 Velocidade
Tensorial 2 9 Tenses,
deformaes,
permeabilidade
-
Representao matricial das
tenses
333231
232221
131211
sss
sss
sss
sij Tensor de tenses
Tenses normais
Tenses de cisalhamento
P
P
P
p
00
00
00
sTensor de tenses
Isotrpico ou hidrosttico
p
p
p
ij
333231
232221
131211
sss
sss
sss
s Tensor de tenses deviatricas
-
Tenso e Deformao
Lei de Hooke:
s= k .
s tenso
deformao k constante de rigidez
Toda tenso produz uma deformao
-
Deformao
lo l1
0
0
l
ll
Como veremos, a deformao pode ser reversvel (elstica) ou
irreversvel (plstica ou rgida)
-
Representao matricial das
deformaes
333231
232221
131211
ij Tensor de deformaes
i
j
j
i
x
u
x
uij
deslocamentos
tij
ij Taxa de deformao
-
Deformaes s
Comportamento
elstico
-
Deformaes s
d/dt
Comportamento
Viscoso
(newtoniano)
(taxa de deformao)
-
Deformaes s
Comportamento
Plstico (dctil)
elstico
sy sy Tenso limite
(yielding)
-
Exemplo de propagao de falhas em asfalto
falha de relay rampa de relay
10cm
Buraco no asfalto em Aracaju
-
Parmetros Elsticos
Mdulo de Young
Relao entre a tenso e a deformao aplicada em uma direo.
E = sii / ii
Razo de Poisson
Relao entre as deformaes em direes diferentes no material
u = -ii / jj
Valor mximo de u nos materiais 0,5 (incompressvel). Para as rochas, os valores variam de 0,2 a 0,4.
-
Ensaios triaxiais
Esquema de aparelho para ensaios triaxiais de resistncia (modif. de Suppe 1985).
-
Contedo do Minicurso
Introduo
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Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
s1
s3
s1
s3 s2
falha principal falha conjugada
Fra
tura
Mo
do
I
-
Classificao das Fraturas
Fraturas de trao deslocamento perpendicular s paredes (tambm conhecidas como fraturas do modo I,
juntas ou simplesmente fraturas)
Fraturas de cisalhamento - deslocamento paralelo s
paredes (tambm conhecidas como fraturas do modo II
ou III, e mais conhecidas como falhas)
ocorrem em ngulo de ~60 (e no a 45) com S1 devido
frico interna da rocha
-
Modos da Fratura
-
Fraturas de trao - Rompimento da rocha por ao tectnica ou trmica. Movimento
perpendicular ao plano
Abertura
da fratura
S1
-
Falhas
Fratura de cisalhamento, onde o movimento paralelo ao plano
-
Tipos de Falhas segundo as direes principais das tenses
s1 vertical (gravidade)
s1 horizontal (compresso tectnica)
e s3 vertical
s1 e s3 horizontal
s2 vertical
-
Deslocamentos em Falhas normais
Rejeito vertical (throw)
Rejeito horizontal (heave)
Rejeito total / separao (displacement /separation)
Bloco Alto (soerguido) = Lapa (footwall)
Bloco Baixo (rebaixado) = Capa (hanging wall)
-
Esforo causador da
movimentao
Rejeito vertical
Rejeito horizontal
Rejeito total
Movimento
relativo dos
blocos
Camada
deslocada
GEOMETRIA DE UMA FALHA
Rejeito -> o deslocamento
produzido pela falha. O rejeito
um indicador do tamanho (e
importncia) da falha
-
Direo e ngulo das falhas normais
sendo a maior tenso compressiva vertical (carga
litosttica), formam-se em ngulo de cerca de 60o com
a horizontal
formao de dois planos (principal e conjugado)
falhas normais de mesma gerao costumam ter a
mesma direo, perpendicular menor tenso
compressiva
Como obter as direes das tenses ?
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Nomenclatura
s1 maior tenso principal compressiva s2 tenso compressiva principal intermediria s3 menor tenso principal compressiva Sv tenso vertical (overburden, sobrecarga) SH tenso horizontal mxima Sh tenso horizontal mnima Pp presso de poros So Coeso da rocha Co Resistncia compresso uniaxial (UCS) mi ngulo de atrito interno (da rocha) m ngulo de atrito (da falha) n - razo de Poisson
-
Wikel, 2011
-
-> Quando a razo (s1/s3) superior a 3.1 (para m = 0.6), ocorre a reativao;
-> Na prtica, ocorre combinao de dois regimes
Sv sigma 1
Sv sigma 3
Sv sigma 2
Regimes Tectnicos
Falhas normais so
Compressivas, s que a
maior tenso vertical !
-
Determinao das tenses
Tenso vertical absoluta (Sv) - SOBRECARGA
Sv = r g h r -> obtido de perfis densidade
Tenso vertical efetiva (Sv) considera o efeito da presso de fluidos
Sv = Sv - ap P -> presso de fluido no interior dos
Poros, normalmente:
P = rw g h
a -> constante poroeslstica de Biot,
normalmente a=1 para arenitos e
a=0,9-0,95 para folhelhos
-
nnss
1
.vh
Bacias relaxadas
-
Determinao das tenses
Tenso horizontal absoluta mnima
Sh = (u / (1-u)) * Sv u razo de Poisson, normalmente
0,2-0,3 para arenitos e 0,3-0,4 para
folhelhos
Sh pode tambm ser obtido a partir de operaes de minifrac
em poos ou de testes de absoro (leakoff test)
Tenso horizontal efetiva mnima
Sh = Sh + ap
-
Determinao das tenses
Tenso horizontal absoluta mxima
SH = Sh + Stectonica
Presso de fratura
Pfrat = 3Sh SH p + To To = resistncia da rocha
trao
-
Sv = s1
Sh = s3
Formao de Falhas
Sv = S (carregamento) - PP
Sh = (1-v).Sv - tectnica
SH = (1-v).Sv + tectnica
(s1,s2,s3) // (Sv,SH,Sh)
cisalhamento zero na superfcie:
Carregamento -> Sv= r g h
v razo de poisson
-
Sv
SH
Sv > SH > Sh = Falhas Normais de direo definida (s1 vertical)
Sv > SH = Sh = Falhas Normais de direo aleatria
SH > Sv > Sh = Falhas transcorrentes (s2 vertical)
SH > Sh > Sv = Falhas reversas (s3 vertical)
d SH,Sh,Sv -> 0 e PP elevada = Juntas
formao de falhas normais, conjugadas,
em ngulo de 30 com Sv
-
OBTENO DA GEOSV (TENSAO VERTICAL EFETIVA) A PARTIR DAS PRESSOES DE TESTE DE FORMAO (PFORM)
Prof.vertical(m) Geopg (psi) Pform (psi) Sv(efetiva)(psi)Sh min (psi) Sh min(efetiva)
748,74 2451,829539 914,34 1537,489539 1840,349502 926,009502
939,85 3096,989952 1339,53 1757,459952 2330,030655 990,500655
710,79 2324,584972 880,21 1444,374972 1743,110217 862,900217
750,72 2458,476292 911,5 1546,976292 1845,422856 933,922856
776,78 2546,031377 966,96 1579,071377 1912,196394 945,236394
653,18 2131,971871 925,72 1206,251871 1595,496114 669,776114
1084,78 3591,123425 1608,28 1982,843425 2701,384794 1093,104794
801,92 2630,624209 941,36 1689,264209 1976,612616 1035,252616
806,95 2647,56468 941,36 1706,20468 1989,500985 1048,140985
785,46 2575,224161 1103,47 1471,754161 1934,437158 830,967158
859,07 2823,396816 1190,21 1633,186816 2123,048061 932,838061
675,58 2206,785094 941,36 1265,425094 1652,891634 711,531634
589,48 1919,770227 865,99 1053,780227 1432,277604 566,287604
642,67 2096,904363 902,97 1193,934363 1568,566341 665,596341
647,39 2112,650311 902,97 1209,680311 1580,660397 677,690397
Ttulo do grfico
y = 1,8936x + 36,82
R2 = 0,8878
0
500
1000
1500
2000
2500
0 200 400 600 800 1000 1200
Prof. Soterramento (m)
Sv e
feti
vo
(p
si)
Sv(efetiva)(psi)
Linear (Sv(efetiva)(psi))
Geopresses
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 200 400 600 800 1000 1200
Prof. Soterramento (m)
P (
psi)
Geopg (psi)
Pform (psi)
Sh min (psi)
Linear (Geopg (psi))
Linear (Sh min (psi))
Linear (Pform (psi))
Obteno das tenses efetivas
-
Regime
normal
Regime
transcorrente
Regime
empurro
Variao do Estado de Tenses
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
025
050
075
0
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
3000
profundidade (m)
S (
MP
a) SV
SH
Sh
Regime falhas
normais Regime
falhas
reversas
Regime falhas
transcorrentes
-
Obteno da direo das tenses
- Ovalizao de poos
- Neotectnica (fraturas/falhas recentes)
- Ssmica 3C (registro de ondas S e ondas P)
- Mecanismo focal de terremotos
-
Results from numerical fracture simulation models for
values of H, from upper left to lower right, of 90, 92.5, 95, 105, 12, and 130 MPa, with h = 54 MPa and Pp = 43.5 MPa. Black: shear fractures, white: tensile fractures. (Moek
& Bakers, 2011)
-
The World Stress Map
www-wsm.physik.uni-karlsruhe.de/pub/maps/wsm2005_large.jpg
-
Breakouts e fraturas induzidas
em poos
Permitem a obteno do azimute
do SH e estimar sua magnitude
Zoback, 2007
SH
SH SH ? Breakout gigante ?
nrfacil.com.br
-
Poo horizontal em regime normal
Poo horizontal em regime reverso
ou transcorrente
This figure shows breakout in a horizontal wellbore in a normal
faulting regime, where overburden is the maximum stress. The
perspective is looking in the direction of minimum horizontal
stress.
Breakout in a horizontal wellbore in a strike-slip or thrust faulting
regime, where overburden is the intermediate or minimum
respectively. This type of breakout is extremely hard to remedy
and causes much more stuck pipe, stuck logging tools, and poor
cement jobs
Wikel, 2011
-
Figura 2.6 [a] Perfil de imagem snica em poo, mostrando fratura induzida (direo de hmx). [b] Perfil de imagem snica mostrando fratura natural (modif. de Diaz et al. 2006). LAGE, 2009
-
Wikel, 2011
SH/Sh elevado
Concentrao da abertura
de poucas fraturas
-
22
22
.2
.2
VsVp
VsVp
n
)1)(.1034,1.(22
10 nr
s
b
txE
Obteno de parmetros elsticos a partir de perfil snico dipolar
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
Regime litosttico
s1=s2=s3
CRITRIO DE MOHR-COULOMB
-
sn
t13
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Tenso deviatrica
(s1-s3)/2 - s3
CRITRIO DE MOHR-COULOMB t
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Tenso deviatrica
s1-s3)
Envelope de ruptura
Coeso
ngulo de frico
interna
CRITRIO DE MOHR-COULOMB
noS smt .
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Tenso deviatrica
Envelope de ruptura
Coeso
Falhamento por aumento da tenso deviatrica
s1+Ds1
noS smt .
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Tenso deviatrica
Envelope de ruptura
ruptura
s3-PP s1-PP
Falhamento por aumento da presso de fluido
noS smt .
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Tenso deviatrica
Envelope de ruptura
Colapso de poros
Formao de fraturas trativas pelo efeito de presso de fluidos
Fraturas de cisalhamento
(falhas) Fraturas
trativas
noS smt .
-
FRATURAS HIDRULICAS
- Formam-se quando a presso dos fluidos contidos nos poros das rochas
elevada a ponto de desestabilizar e romper a rocha.
- Podem ser naturais ou induzidas artificialmente (operaes de
fraturamento em poos com objetivo de aumentar a permeabilidade do
reservatrio)
sf
-
Representao do envelope de fraturamento composto sobre um diagrama de Mohr. [b] Esquemas das geometrias
de fraturas que ocorrem durante falhamento.
A geometria depende da parte do envelope que representa determinadas condies de falhamento (modifi. de Van
der Pluijm & Marshak 2004). LAGE, 2009.
-
Critrio de Ruptura de Mohr-Coulomb
noS smt .
tenso deviatrica
Presso de fluidos
Campo da
Trao
Campo da
Compresso
-
(a) Mohr-Coulomb diagram illustrating the effect of fluid pressure increase on stress
state and failure of cohesionless (existing) planes. Under high differential stresses,
shear failure is most likely. (b) Failure modes depending on the angle between the
maximum principal stress and the failure plane. The colouring of fracture planes is
consistent with points of failure in (a). (Moek & Bakers, 2011)
-
Diagrama de Mohr-Coulomb
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
-200 -100 0 100 200 300 400 500
Tenso normal (Kgf/cm2)
Ten
so
Cis
alh
an
te (
kg
f/cm
2)
prof= 1000 Co= 80
rho rocha = 2,5 m= 0,6
rho fluido = 1,01
S tectonico = 80 u= 0,25
Rocha coesa, presso de poro normal
Diagrama de Mohr-Coulomb
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
-200 -100 0 100 200 300 400 500
Tenso normal (Kgf/cm2)
Ten
so
Cis
alh
an
te (
kg
f/cm
2)
prof= 1000 Co= 0
rho rocha = 2,5 m= 0,6
rho fluido = 1,01
S tectonico = 80 u= 0,25
sem coeso, presso de poro normal
ESTVEL
INSTVEL
Alguma coeso, presso de poro anormal Diagrama de Mohr-Coulomb
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
-200 -100 0 100 200 300 400 500
Tenso normal (Kgf/cm2)
Ten
so
Cis
alh
an
te (
kg
f/cm
2)
INSTVEL
prof= 1000 Co= 20
rho rocha = 2,5 m= 0,6
rho fluido = 1,25
S tectonico = 80 u= 0,25
Diagrama de Mohr-Coulomb
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
-200 -100 0 100 200 300 400 500
Tenso normal (Kgf/cm2)
Ten
so
Cis
alh
an
te (
kg
f/cm
2)
prof= 1000 Co= 80
rho rocha = 2,5 m= 0,6
rho fluido = 1,6
S tectonico = 20 u= 0,25
INSTVEL Fratura de trao
Rocha coesa, presso de poro extremante alta
-
STRAIN SOFTENING -> Ocorre o
enfraquecimento da rocha aps a deformao. Em um novo episdio de
deformao a falha reativada.
STRAIN HARDENING -> Ocorre aumento da
resistncia da rocha aps a deformao. Em
um novo episdio, uma nova falha formada
em outra posio.
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Coeso
STRAIN SOFTENING x HARDENING
softening
hardening
-
Porque a crosta est em estado crtico de tenso
-> crosta inferior e manto superior em deformao contnua por creeping
-> enquanto isso... A crosta superior, fraturada,acumula tenso at o limite de
ruptura
Paradigma da Crosta Estressada (Zoback, 2007)
sem coeso !
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Modos da Fratura
-
Mecnica da Fratura Campo Trativo
-> disciplina que trata do comportamento do material que contm trincas e
outros defeitos. Numa rocha, entende-se por defeito um poro ou um contato
entre gros.
afK s
Fator de intensidade da tenso
fator geomtrico dependente da
localizao da trinca
Tenso aplicada
Tamanho (raio)
da trinca
f = 1,0 quando na superfcie do material
f = 1,2 quando no interior do material
KcK Quando: Ocorre o carregamento mecnico mximo, e a fratura se propaga
a
-
IcKKc
Para fraturas do Modo I
Tenacidade fratura
no estado plano
Fraturas de Griffith
Quinas podem ser concentradoras locais de tenso. Quando a ponta da trinca
muito fina (raio curto), a concentrao de tenso maior, facilitando a sua
propagao.
rareal /2ss
-
Tenso crtica: uma tenso aplicada causa uma deformao elstica no
material, relacionada ao mdulo de elasticidade E. Quando a trinca se
propaga, a energia de deformao elstica liberada. Com a formao de
duas novas superfcies, a energia de deformao elstica se transforma em
energia superficial.
Tenso crtica necessria para a propagao da trinca (equao e Griffith):
a
Ecrtica
.
.2
ss
energia superficial (energia/unidade de rea) a
r
s
s
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Fraturas
So fissuras nas rochas, de tamanho variado, produzidas por:
a) resfriamento
b) ressecamento
c) tenses
Podem formar regies de alta
permeabilidade onde fluidos
iro circular.
http://www.algosobre.com.br/images/stories/geografia/dobras_02.jpg Fraturas abertas
-
Heffer & Lean (199X) 80 campos em vrios continentes
DESVIO DA DIREO DE FLUXO EM RELAO AO SHmax
-
RESERVATRIOS FRATURADOS Ex. Carmpolis
-
Borba (2009)
Rochas metamrficas fraturadas do embasamento do
Campo de Carmpolis
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Geometrias
-
Tipos de Falhas segundo as direes principais das tenses
s1 vertical (gravidade)
s1 horizontal (compresso tectnica)
e s3 vertical
s1 e s3 horizontal
s2 vertical
-
Espessura ZF = 40m
Rejeito = 480m
Def. no
Bloco Alto
Falhas menores
e bandas de deformao
Wingate
Chinley
Entrada Ss
Navajo Ss
Moenkopi
Moab (Utah EUA)
-
Propagao de Falhas Marchal et al.1998
-
Gawthorpe &
Leeder, 2000
-
Falha 2 do Campo de Pilar
Diagrama de Deslocamento Borba et al., 2004
-
Interao entre falhas
- Hard Linkage : intersees entre falhas
(em T ou em Y)
- Soft Linkage : falhas interagem sem efetiva
conexo: padres em relay
-
Exemplo de propagao de falhas em asfalto
Bloco Alto
Bloco Baixo
falha de relay rampa de relay
10cm
-
Foto: M. Strugale
Rampa de Revezamento
com bandas de deformao
paralelas s falhas principais Rejeito = 40m , Comprimento = 1 km
-
Duplex distensional
(horse)
Amostra
taubat
-
Propriedades de escala
(fractais)
-
Falha de Canch, Bacia de Tucano - BA
-
NC
ri iD
N = nmero de objetos de tamanho r
C = constante de proporcionalidade
D = dimenso fractal
MATEMATICAMENTE
-
N rC
r D
DISTRIBUIO EM LEI DE POTNCIA
N(>r) = nmero de objetos com tamanho > r
EM ESTATSTICA
-
Aplicaes
- Predio do comprimento e espessura de
uma zona de falha a partir de seu rejeito
- Predio da quantidade de falhas abaixo
da resoluo a partir da populao de
falhas maiores
- Estimativa da deformao total
(estiramento) baseada em rejeito de
falhas
-
Aplicaes
- Relaes entre dimenso fractal e
permeabilidade de sistemas fraturados
(??)
- Elaborao de sistemas fraturados
sintticos (simulaes)
- Modelagem fsica
- Tectnica e Sedimentao / Estratigrafia
de Sequncias (???)
-
Relao comprimento-rejeito de falhas
Schlishe 1996
-
Borba, 1996
-
Distribuio de Tamanho de Falhas
Needham et al., 1996
-
rejeito mximo (m)
densid
ade a
cum
ula
da (
falh
as/k
m3)
0.01
0.020.030.040.050.070.09
0.20.30.40.50.70.9
234579
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
D3 = 1,20R2 = 0,976interv alo = 40-250mN = 131
desv ioinf erior
desv iosuperior
Expected
Falhas correlacionadas
nmero de amostras = 131
rejeito mximo (m)
nm
ero
de f
alh
as
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480
Campo de Pilar (Borba, 1996)
-
Grfico bilogartmico do volume de rocha contendo hidrocarboneto de
uma zona-bloco (em porcentagem do volume total do campo) contra
nmero acumulado de zona-blocos (Borba, 1996).
% do volume de rocha saturada total
nm
ero
acum
ula
dao d
e z
ona-b
locos
1
10
100
1000
10000
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10
Dv = 1,11R2 = 0,997intervalo = 0,08-0,8%N = 698
Descobrimos esses reservatrios
Na revitalizao do campo (1998-2003)
-
Propriedades de fluxo
-
s3
s1 sf
To, q
Justaposio
Rochas de Falha
Diagnese
Geomecnica
Diferentes
Abordagens
-
Afloramento de Zona de Falha com exsudao natural de petrleo
Bacia de Talara - Per
-
Alteraes da Rocha na Z.F.
- Injeo de argilas de folhelhos adjacentes
(shale smear)
- Reorientao de gros
- Perda de seleo
- Fraturamento e reduo de tamanho de
gros
- Cimentao
-
Exemplo de banda de deformao
Afloramento da Fm Serraria - Sergipe
Correa, 2002 Malhada dos Bois - SE
-
INTERPRETAO SSMICA: SEQUENCIAS DE 3a ORDEM E FALHAS HIERARQUIZADAS
Borba, 2009
-
ROCHAS DE FALHA
Alteraes da Rocha na Z.F.
- Funo da composio, do estado de
litificao do sedimento na poca do
falhamento, da temperatura, do estado de
tenses atual e pretrito, da quantidade
de intercalaes argilosas
-
Alteraes da Rocha na Z.F.
- Reorientao de gros
- Perda de seleo
- Fraturamento e reduo de tamanho de
gros
- Injeo de argilas de folhelhos adjacentes
(shale smear)
- Cimentao
-
cataclastic defm bands - After (Walsh)
shale smear
breccia
gouge
-
Rochas de Falha
Banda de Deformao
Fragmentao de gros; Reduo de porosidade;
Intragranular;
Dissoluo de feldspatos na ZF; Indicativo de
percolao de fluidos, ps-falha;
Reduo de permeabilidade; Campo de Pilar
-
Bandas de deformao (Aydin, 1978)
-
STRAIN SOFTENING -> Ocorre o
enfraquecimento da rocha aps a deformao. Em um novo episdio de
deformao a falha reativada.
STRAIN HARDENING -> Ocorre aumento da
resistncia da rocha aps a deformao. Em
um novo episdio, uma nova falha formada
em outra posio.
MECANISMOS DE DEFORMAO LIGADOS ORIGEM
DAS BANDAS DE DEFORMAO
-
sn
t
Tenso
Normal
Tenso
cisalhante
s1 s3
Coeso
STRAIN SOFTENING x HARDENING
softening
hardening
-
Aydin, 1978
-
Rochas de falha na presena de
intercalaes argilosas
Shale smears
Disagregation mixing zones (Fisher & Knipe, 1998) -> a deformao produz
compactao e rotao dos gros, mas
no se fraturamento
-
CSF = D / h
shale smear contnuo
-> CSF
-
Diagrama Triangular (Modelagem 1D)
300-700m
Unidade Coqueiro Seco
Borba, 2004
-
Borba, 2009
-
Hierarquizao de Falhas Ps-Deposicionais
Borba, 2009
-
Hierarquia
deposicional
Espessura Giga Mega Macro Meso Meso Inferior Micro
1000-5000 100-1000 10-100 1-10 0,01-1
-
Contedo do Minicurso
Introduo
Tenses e Deformaes
Geometria de fraturas
Geopresses
Critrio de Mohr-Coulomb
Mecnica das fraturas trativas
Fraturas naturais
Propriedades das falhas
Deformao de camadas de sal
-
Seo ssmica de uma bacia marginal brasileira
Fonte: AAPG Explorer 2009
Mohriak et al. (2008)
-
Deformao do sal
Absorvem deformao sem fraturar
Sob efeito de t/p -> autocicatrizao -> selo
Potencial para depsito de resduos e armazenamento de petrleo ou gs
Fluncia do sal pode fechar poos com o tempo, pode ovalizar revestimentos
Capeadoras de reservatrios de petrleo
-
Fluncia
Depende da espessura, temperatura, composio, contedo de gua, impurezas e tenses diferenciais aplicadas.
Cloretos e sulfatos (principalmente contendo gua) apresentam maior fluncia
Carbonatos e anidrita praticamente no apresentam fluncia
-
Taxas de fechamento
Halita 0,05 polegadas/hora (aumenta com temperatura e profundidade tenso deviatrica)
-
Fluncia
tempo
Defo
rmao ()
Deformao elstica
Instantnea (o)
Fluncia primria
Fluncia atenuante
Fluncia
secundria
Fluncia
terciria
Ruptura
s1
s3
DL
t
LLD
Taxa de deformao:
Fluncia primria (transiente) -> desacelerao
da deformao inicial (redistribuio)
Fluncia secundria (estacionria) ->
deformao sob taxa constante
Fluncia terciria -> precede a ruptura
-
Lei de Lomenick (1971)
abc tTK ...s
Deformao
por fluncia
K, a, b, c -> parmetros obtidos de ensaios
Tenso deviatrica
Temperatura
absoluta
tempo
Como a o parmetro a varia de 0,3 a 0,5, para tempos muito longos esta lei
Constitutiva pode no ser vlida (taxa de deformao tende a zero).
-
Estrutura cristalina do sal -Unidade subgranular inferior ao tamanho do gro
-Formao de cristais na diagnese
-Imperfeies no retculo cristalino (discordncias) -> zonas de fraqueza ->
redistribuio de tomos (fluncia = alterao compensatria das assimetrias)
- a rocha salina deforma-se pela propagao de discordncias atmicas em cadeia, como um efeito domin, formando novas unidades subgranulares (Costa, 2008)
-Quando a resistncia da ligao atmica superada pela tenso, a
discordncia se propaga
-bloqueio da propagao da deformao: hardening
Ver fig 17.4 de Costa (2008)
-
Mecanismos de deformao por
fluncia
-Propagao de discordncias no retculo cristalino: discordncias
escalonadas (dislocation glide) e por deslizamento (dislocation glide)
-Difuso de massa
-Solubilizao por presso (pressure solution)
-Cataclase (esmagamento e propagao de microfissuras, com ou sem
cicatrizao)
-
Fluncia
tempo
Defo
rmao ()
Deformao elstica
Instantnea (o)
Fluncia primria -> processo de deformao/hardening
No esto em equilbrio
Fluncia atenuante
Fluncia
Secundria -> equilbrio entre a propagao/hardenig
Fluncia
Terciria -> fragilizao da estrutura cristalina (dano)
Ruptura
t
LLD
Taxa de deformao:
Fluncia primria (transiente) -> desacelerao
da deformao inicial (redistribuio)
Fluncia secundria (estacionria) ->
deformao sob taxa constante
Fluncia terciria -> precede a ruptura
-
Equao constitutiva da fluncia
estacionria
TTR
Qn
ef 11.exp..
00o s
s
Taxa de
deformao por
fluncia
Taxa de
deformao por
fluncia de
referncia (medida
em laboratrio)
Tenso efetiva de
referncia (medida
em laboratrio)
Tenso efetiva de
fluncia
Energia de ativao
(especfica do
mineral)
Constante
universal dos
gases
Coeficiente
dependente do
nvel das tenses
aplicadas (ensaio
de laboratrio)
Temperatura de
referncia (K)
Temperatura da
rocha em
profundidade (K)
-
Taxas de deformao por fluncia
log s
log
Taxa de deformao
Especfica (1/h)
Tenso diferencial (MPa)
(so, o)halita
fluncia transiente
fluncia permanente
(so, o)taquidrita
fluncia permanente
fluncia transiente
Modificado de Costa & Poiate (2008)
Mineral so (MPa) o (1/ano)
Silvinita 10 0,0016
Halita 10 0,0016
Carnalita 8 0,0072
Taquidrita 10 0,2200
-
Fechamento de poo por deformao da camada de sal influncia do tipo de sal
tempo (horas)
Fe
ch
am
ento
do p
oo (
pole
gadas)
0
-1,75
720 Modificado de Costa & Poiate (2008)
Poo com dimetro de
17,5 e fluido de perfurao de 11 lb/gal;
camadas entre 3000 e
4000m de prof.
taquidrita
halita
-
Fechamento de poo por deformao da camada de sal influncia da profundidade
tempo (horas)
Fe
ch
am
ento
do p
oo (
pole
gadas)
0
-1,75
720 Modificado de Costa & Poiate (2008)
Poo com dimetro de
17,5 e fluido de perfurao de 10 lb/gal;
Halita -4800m
Halita -4500m
-
Fechamento de poo por deformao da camada de sal influncia do peso do fluido de perfurao
tempo (horas)
Fe
ch
am
ento
do p
oo (
pole
gadas)
0
-2,00
720 Modificado de Costa & Poiate (2008)
taquidrita
11 lb/gl
12 lb/gl
13 lb/gl
14 lb/gl