Caracterização do sistema poroso de rochas selantes combinando-se adsorção de nitrogênio e intrusão de mercúrio

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Caracterização do sistema poroso de rochas selantes combinando-se adsorção de nitrogênio e intrusão de mercúrio

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Título: Caracterização do sistema poroso de rochas selantes combinando-se adsorção de nitrogênio e intrusão de mercúrio
Autor: Schmitt, Mayka
Resumo: Valores de permeabilidade têm sido cada vez mais empregados na avaliação de eficiência de rochas selantes, especialmente na extração de hidrocarbonetos ou no armazenamento de dióxido de carbono. Uma vez que requerem alto custo e tempo, medidas diretas de permeabilidade podem ser substituídas por técnicas experimentais que através de métodos computacionais mensurem permeabilidade intrínseca. O objetivo principal do estudo em questão é obter parâmetros que descrevam a microestrutura porosa de rochas selantes a fim de correlacioná-los com a previsão de permeabilidade intrínseca nessas rochas. De tal modo, Porosimetria de Intrusão de Mercúrio (PIM) e Adsorção Gasosa de Nitrogênio (AGN2) são utilizados como técnicas experimentais complementares. A primeira torna-se ideal para a obtenção dos valores de porosidade e distribuição de meso- e macroporos, enquanto a segunda, associada à teoria Brunauer, Emmett e Teller (BET), permite a determinação da área superficial específica, e, quando conjugada com a teoria Barret, Joyner e Hallenda (BJH) permite a distribuição de tamanho de micro- e mesoporos. O estudo foi conduzido em amostras de rochas selantes cedidas pelo CENPES/Petrobras, oriundas de diferentes profundidades em formações geológicas brasileiras. A junção das curvas PIM e AGN2 mostra que a maioria das amostras é similar, apresentando estrutura porosa anisotrópica - curvas polimodais de distribuição de tamanho de poros (DTP) - com valores de porosidade entre 0,33 % - 10,45 %. Os valores de área superficial específica (So) mensurados por AGN2 foram maiores que aqueles calculados por PIM - variaram entre 1,13 - 19,23 m2/g e 0,55 - 6,57 m2/g, respectivamente. Isso é explicado uma vez que na maioria das amostras analisadas houve predominância de diâmetro médio de poros entre 20 e 1000 Å. Com a determinação da porosidade e DTP total (combinando-se PIM e AGN2), e também da So, foi possível prever a permeabilidade intrínseca das rochas selantes utilizando-se os modelos Carman-Kozeny (CK) e Série-Paralelo, descrito por De Gaspari. Os valores obtidos respectivamente por esses modelos, compreendem a faixa de 4,09 x 10-24 - 4,96 x 10-21 m2 e 9,48 x 10-27 - 9,14 x 10-22 m2. Os resultados de permeabilidade intrínseca foram ainda comparados com valores relatados na literatura para esse tipo de material e também, com resultados experimentais de quatro das amostras submetidas ao ensaio de permeabilidade "Pressure Pulse-Decay" (PPD).Nowadays permeability values find wide usage by a variety of companies in the evaluation of rock seals, especially in the extraction of hydrocarbonates or in the storage of carbon dioxide. The measurement of permeability in the laboratory having high costs of money and of time can be substituted today by experimental techniques utilizing computer-based methods to measure the intrinsic permeability. The main objective of this study is to obtain parameters that describe the porous microstructure of the seal rocks in order to correlate them with empirical models that predict the intrinsic permeability. Therefore the Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) and Nitrogen Gas Adsorption (N2GA) were applied in combination as complementary experimental techniques. The first one is ideal to obtain the porosity values and the size distribution of meso- and macropores, while the second, associated with the Brunauer, Emmett and Teller Theory (BET), permits the determination of the specific surface area, and, if in connection with the Barret, Joyner and Hallenda theory (BJH) leads to the size distribution of micro- and mesopores. The study was conducted on samples of seal rocks supplied by CENPES/Petrobras, originating from different depths within Brazilian geological formations. The junction of the MIP and N2GA curves shows that the majority of the samples is similar, presenting anisotropic porous structures - polymodal pore size distribution (PSD) curves - with porosity values ranging from 0.33 % to 10.44 %. The values of the specific surface area (So) measured by N2GA were higher compared to those calculated by MIP - varying between 1.13 - 19.23 m2/g and 0.55 - 6.57 m2/g, respectively. This is reasonable since the majority of the analyzed samples had a mean pore size of 20 to 1000 Å. After determining the total porosity and PSD by combining MIP and N2GA as well as So, it was possible to calculate the intrinsic permeability of the seal rocks utilizing the Carman-Kozeny and "Série-Paralelo" models. The range of values obtained with these models was between 4.09 x 10-24 - 4.96 x 10-21 m2 and 9.48 x 10-27 - 9.14 x 10-22 m2, respectively. The intrinsic permeability results were furthermore compared with values taken from related literature for this type of material, also with experimental results for four samples from this study submitted to the Pressure Pulse-Decay permeability.
Descrição: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009
URI: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/106635
Data: 2013-12-05


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