#46 cgb forum f4

40
Fórum Especial F4 Hidratos de Gás: Génese, Prospecção, Recursos e Ambientes Geodinâmicos HIDRATOS DE GÁS: GÊLO QUE QUEIMA Antonio Fernando Menezes Freire PETROBRAS Centro de Pesquisas - CENPES Santos, 05/10/2012

Transcript of #46 cgb forum f4

Page 1: #46 cgb forum f4

Fórum Especial F4

Hidratos de Gás: Génese, Prospecção, Recursos e Ambientes Geodinâmicos

HIDRATOS DE GÁS: GÊLO QUE QUEIMA

Antonio Fernando Menezes FreirePETROBRAS

Centro de Pesquisas - CENPES

Santos, 05/10/2012

Page 2: #46 cgb forum f4

• Hidratos de gás natural, ou hidratos de metano, são sólidos formados a partir da combinação entre água e um ou mais gases (CH4, C2H6, CO2, H2S, H2, N2). Em aparência física se assemelha a neve compactada ou gelo.

•GH são estáveis apenas em condições de alta pressão e baixa temperatura, podendo, a depender destas condições, existir em temperaturas muito superiores ao ponto de fusão da água (~19°C).

Afloramento de

GH no fundo do mar

Foto: ROV Hyper Dolphin JAMSTEC Foto: USGS

Page 3: #46 cgb forum f4

• É preciso haver uma fonte de gás (comumente CH4) a qual pode ser derivada da transformação térmica da matéria orgânica a grandes profundidades e temperaturas (termogênica), ou gerada por processos biológicos a profundidades e temperaturas menores (microbial);

•Quando o CH4 migra para condições apropriadas de P e T, na chamada zona de estabilidade dos hidratos de gás (GHSZ), o movimento das partículas gasosas gera uma reação exotérmica, congelando a água em volta e formando uma cápsula de gelo que aprisiona uma molécula de gás (gas clathrate).

Hardage and Roberts, 2006

Gas Clathrate

Page 4: #46 cgb forum f4

1)Mistos: mais de um componente gasoso na mesma cavidade

2)Duplos: mais de um componente gasoso, porém em cavidades separadas

3)Simples: formados por apenas um tipo de gás

Tipos de hidratos de gás

Page 5: #46 cgb forum f4

Modificado de Sloan (1998)

Tipo I Estável, comum nos hidratos naturais(simples ou duplos)

Tipo II

Tipo H

Estável, comum nos hidratos naturais(simples ou duplos)

Instável, comum nos hidratos artificiais(duplos ou mistos)

http://csmspace.com/events/natgashyd/

Estrutura dos hidratos de gás

Page 6: #46 cgb forum f4

Fragmentos de hidratos recuperados por testemunhadores a pistão no Mar do Japão

Foto: Freire, 2010

Nódulos de hidratos de gás

Page 7: #46 cgb forum f4

Foto: ROV Hyper Dolphin, 2007

Bolhas de hidratos de gás

Page 8: #46 cgb forum f4

海鷹海脚の水深885mの海底で発見されたメタンガス噴出地点。トラップで集めたメタンの気泡はすべて白いメタンハイドレート皮膜に厚く覆われている。

Bolhas de GH em exsudação de metano no Umitaka Spur no Mar do Japão.

Próximo ao fundo são bolhas de metano. Ao contato com a água fria (0,2°C a 885m

LDA) há o congelamento da água em volta gerando uma bolha de hidrato.

Notar que o fundo do mar na região da exsudação possui uma grande quantidade de

carbonatos precipitados devido à oxidação do metano pelo sulfato da água do mar

(AOM). Isto possibilita um bom contraste sísmico e pode ser usado como indicador

de exsudações. Comunidades quimiosintéticas se aproveitam deste micro-ambiente

estável para se fixar.

Foto: ROV Hyper Dolphin, 2007

Page 9: #46 cgb forum f4

Transição Sulfato-Metano (SMT ou SMI)

Modificado de Hardage and Roberts, 2006

Oxidação Anaeróbica do Metano (AOM)

Zona de Sulfato-Redução

AOM

AOM

AOM

Ussler & Paull, 2008

Fundo do mar

Page 10: #46 cgb forum f4

SULFATE

METHANE

INTERFACE

Freire, 2010

Page 11: #46 cgb forum f4

SULFATE

METHANE

INTERFACE

Freire, 2010

Page 12: #46 cgb forum f4
Page 13: #46 cgb forum f4
Page 14: #46 cgb forum f4
Page 15: #46 cgb forum f4
Page 16: #46 cgb forum f4
Page 17: #46 cgb forum f4

912.0m

Prof.: 310m

Altura da pluma: 602m

Diâmetro da pluma: 100 m

Plumas gigantes na coluna d’água

Imagens de echo-sounder

Modificado de Matsumoto, 2009

Page 18: #46 cgb forum f4

Disseminados nos

poros (areias);

http://www.mh21japan.gr.jp/english/mh21-1/2-2/

Forma de ocorrência dos hidratos naturais de gás

Page 19: #46 cgb forum f4

Fotos: Freire, 2008

• Concentrados em

fraturas e falhas;

•Concentrados como

nódulos ou blocos

(argilas, margas).

Tomografias:

Holland, 2008

Forma de ocorrência dos hidratos naturais de gás

Page 20: #46 cgb forum f4

Fotos: Kanamatsu, 2010

Expulsão de sedimentos de

dentro do testemunhador a

pistão devido à expansão

de gases causada pela

dissociação de hidratos

na superfície (blow-out)

Dissociação dos hidratos naturais de gás

Page 21: #46 cgb forum f4

Fotos: Kanamatsu, 2010

Expulsão de sedimentos de

dentro do testemunhador a

pistão devido à expansão

de gases causada pela

dissociação de hidratos

na superfície (blow-out)

Dissociação dos hidratos naturais de gás

Page 22: #46 cgb forum f4

USGS

1m3 of GH contem 164 m3 de metano e 0.8 m3 de

água em condições apropriadas de T and P.

Como uma potencial fonte de gás: a quantidade de carbono sobre a forma de GH é estimada em duas vezes o total de carbono armazenado em todos os combustíveis fósseis conhecidos no mundo!

Page 23: #46 cgb forum f4

Boswell e Collett, 2006

Page 24: #46 cgb forum f4

Estudos de estabilidade do talude:

A dissociação de hidratos é um possível mecanismo para iniciar processos de

movimento de massa. Esta dissociação pode ser causada por algum processo

que reduza a pressão e/ou aumente a temperatura, como o rebaixamento do

nível do mar ou circulações oceânicas anômalas.

Fonte: Kvenvolden (1999)

Page 25: #46 cgb forum f4

Para estudos ambientais: o metano é um gás 10 vezes mais causador de efeito estufa que o dióxido de carbono, atuando nas mudanças climáticas. Dissociações gigantescas de hidratos podem ocorrer em períodos de mar baixo, liberando imensas quantidades de metano para a atmosfera.

Modificado de Matsumoto et al., (2009)

Estágio 1: estável

formação de hidratos

Nível de mar alto Nível de mar baixo

alta pressão

(estável)

baixa pressão

(instável)transição

interglaciais glaciais

Estágio 2: instável

crescimento de hidratos

(formação de montes)

(mounds)

Estágio 3: instável

dissociação de hidratos

(formação de depressões)

(pockmarks)

Page 26: #46 cgb forum f4

Depressões no fundo do mar: pockmarks

Matsumoto et al., 2008

Page 27: #46 cgb forum f4

Outros propósitos:

Armazenamento e transporte de gás em forma de pellets;

Armazenamento geológico de CO2;

Armazenamento e transporte de hidrogênio;

Dessalinização de água do mar.

Page 28: #46 cgb forum f4

USGS

Os hidratos de metano têm sido inferidos em várias partes do mundo através de BSRs,

onde as condições de P e T permitem a estabilidade da estrutura do hidrato.

Os hidratos estão presentes em sedimentos oceânicos ao longo das margens

continentais e em regiões de congelamento eterno (permafrost) em oceanos e lagos.

Podem ocorrer em profundidades maiores que 300 a 500m de LDA, e podem se

extender a mais de 1000m dentro da coluna sedimentar;

Page 29: #46 cgb forum f4

Bottom Simulating Reflector - BSR

pico branco (positivo)

pico preto (negativo)

Inversão de polaridade:

Barth et al., 2009

Page 30: #46 cgb forum f4

Estabilidade dos hidratos de gás

Modificado de Hardage and Roberts, 2006

4ºC

350m

4ºC0m

500m BGHSZ = BSR

A estabilidade dos hidratos depende da

temperatura, pressão, salinidade

da água e da composição do gás.

Page 31: #46 cgb forum f4

da Costa e Oureiro, 2009

BSR

seawater column

TWT seismic velocity

~1450 m/s ~2500 m/s

Higher velocity above BSR

(gas hydrate)

Lower velocity below BSR

(free gas-charged)

Pelotas Basin

(Brazil)

BSR

Bottom Simulating Reflector - BSR

Page 32: #46 cgb forum f4

Stica, comunicação pessoal

BSR

seafloor

Cone do Amazonas

anomalias de amplitude

(gás livre?)

Bottom Simulating Reflector - BSR

Page 33: #46 cgb forum f4

chaminés de gás

BSR

anomalias de amplitude

não-interpretada interpretada

Falhas verticais de plano axial na parte central conectam reservatórios profundos com

o fundo do mar, induzindo a ocorrência de exsudações de metano e afloramentos de

hidratos. Mounds e pockmarks são controlados e alinhados pelo sistema de falhas.

US51-strike

Bottom Simulating Reflector - BSR

Freire et al., 2011

Page 34: #46 cgb forum f4

não-interpretada interpretada

BSR

anomalias de amplitude

US19-dip

Bottom Simulating Reflector - BSR

Freire et al., 2011

Page 35: #46 cgb forum f4

Zonas caóticas são regiões sísmicas onde os refletores não são contínuos, sendo

interpretadas como depósitos de movimento de massa ou fluxos de detritos.

Notar um refletor subhorizontal associado a uma zona caótica. Isto sugere um possível

contato gas/água imediatamente abaixo da GHSZ no flanco W do anticlinal.

flat spot

zonas caóticas (debris)

BSR

BSR

anomalias de amplitude

anomalias de amplitude

US23-dip

US08-dip

BSR funcionando como selo

Freire et al., 2011

Page 36: #46 cgb forum f4

USGS

Será viável a produção de gás a partir do GH?

Poço Mallik, Mackenzie Delta, Canadá (permafrost)

Page 37: #46 cgb forum f4

JOGMEQ, 2011

Joetsu

Basin

(study area)

Nankai Trough

Japan Sea

Pacific

Ocean

As reservas estimadas de hidratos de metano equivalem

ao consumo doméstico japonês por 13 anos!!!!

BSRs exist at both Pacific Ocean

and Japan Sea margins.

Google

Imagem de satélite noturna do Japão

Será viável a produção de gás a partir do GH?

Page 38: #46 cgb forum f4

Será viável a produção de gás a partir do GH?

Colwell et al., 2011

Page 39: #46 cgb forum f4
Page 40: #46 cgb forum f4

v.28, issue 10, p. 1967-1978

2011

OBRIGADO

PELA

ATENÇÃO