O que é Petróleo:

Petróleo

• Petróleo é um recurso natural fóssil, essencial como fonte de energia
• A matriz energética mundial destaca o petróleo, usado para produzir combustíveis líquidos (gasolina, diesel) e gasosos (gás liquefeito de petróleo)
• É um líquido viscoso e inflamável, com cor variando do negro ao marrom claro e densidade menor que a da água
• A composição química e as propriedades do petróleo são variáveis, dependendo da região de formação e acúmulo
• As propriedades distintas incluem viscosidade, densidade, cor e teor de enxôfre
• Essas propriedades são cruciais para definir o tipo de processamento (refinação) necessário para obter os diversos produtos do petróleo, como gasolina e diesel
• A coloração escura do petróleo resulta da presença de heteroátomos como enxôfre e nitrogênio, além de metais pesados
• A viscosidade é determinada pela natureza química das moléculas presentes: cadeias orgânicas longas aumentam a viscosidade, assim como compostos aromáticos
• A presença de água emulsificada e sólidos inorgânicos também eleva a viscosidade, dificultando o transporte e o processamento
• O petróleo é classificado pelo grau API (°API), que quantifica a massa específica
• A fórmula para calcular o grau API é: °𝐴𝑃𝐼 = (141,5 ÷ 𝑑15,6/15,6) − 131,5, onde 𝑑15,6/15,6 é a densidade relativa do petróleo em relação à água a 15,6 °C
• Classificações conforme o grau API: Extraleve (>40), Leve (40-33), Médio (33-27), Pesado (27-19), Extrapesado (19-15) e Asfáltico (<15)
• Quanto maior o °API, maior a quantidade de compostos leves e o valor agregado do petróleo

Composição Química

• Petróleo contém hidrocarbonetos e heteroátomos (enxôfre, nitrogênio, oxigênio)
• Hidrocarbonetos, compostos de hidrogênio e carbono, constituem a principal fonte de energia
• Podem ser classificados em saturados, insaturados e aromáticos, conforme sua estrutura química
• Hidrocarbonetos saturados (alcanos ou parafinas) possuem apenas ligações simples entre carbonos e podem ser lineares, ramificados ou cíclicos
• Parafinas ramificadas são chamadas de isoparafinas
• Hidrocarbonetos cíclicos (cicloparafinas ou naftenos) formam anéis de carbono sem insaturações
• Hidrocarbonetos insaturados (alquenos, alquinos ou olefinas) têm ligações duplas ou triplas entre carbonos, raramente encontrados no petróleo devido à sua reatividade
• Hidrocarbonetos aromáticos (arenos) contêm pelo menos um anel benzênico, com ligações duplas alternadas com ligações simples
• Petróleos contêm os mesmos hidrocarbonetos; a composição específica varia conforme a formação e a região

Classificação do Petróleo

• Os petróleos são classificados com base na composição em hidrocarbonetos (parafínicos, naftênicos, aromáticos e asfálticos)
• Petróleo parafínico possui mais de 75% de parafinas, baixa densidade e viscosidade, alto ponto de fluidez e baixo teor de resinas/asfaltenos (<10%)
• O teor de enxofre é baixo e seus aromáticos apresentam aneis simples ou duplos
• Petróleo parafínico-naftênico contém 50-75% de parafinas e 25-40% de naftenos
• Apresentam maior densidade e viscosidade do que os parafínicos
• Petróleos naftênicos possuem mais de 70% de naftenos, baixo teor de enxofre e são raros
• O Petróleo aromático é subdividido em aromático intermediário, aromático-naftênico e aromático-asfáltico
• Petróleo aromático intermediário tem mais de 50% de aromáticos, é geralmente pesado, com altos teores de resinas/asfaltenos (10-30%) e enxofre (>1%)
• Alguns petróleos da Arábia Saudita, Catar, Kuwait, Venezuela, Califórnia, Espanha e Grécia pertencem a esta classe
• Petróleo aromático-naftênico tem teores mais altos de aromáticos e naftênicos que os parafínicos
• Petróleo aromático-asfáltico sofreu biodegradação avançada, apresentando altos teores de resinas, asfaltenos (>35%) e enxofre (1-9%)

Hetoátomos no Petróleo

• Os petróleos contêm, além de hidrocarbonetos, heteroátomos como enxôfre, nitrogênio, oxigênio e metais
• O enxôfre, o terceiro elemento mais comum, pode variar de 0,02% a 4%
• Está presente em polissulfetos, benzotiofenos, moléculas policíclicas com nitrogênio e oxigênio, sulfeto de hidrogênio, dissulfeto de carbono e sulfeto de carbonila
• A presença de compostos sulfurados é indesejável por serem tóxicos, corrosivos e por envenenarem catalisadores
• Durante a combustão, produzem gases tóxicos como SO2 e SO3, que formam ácido sulfúrico
• Os compostos nitrogenados, encontrados em frações pesadas, têm teor médio de 0,17%
• Classes incluem piridinas, quinolinas, pirróis, indóis, porfirinas e compostos policíclicos com enxôfre/oxigênio/metais
• Promovem a emulsão, a instabilidade, a formação de gomas, alterações de cor e contaminam catalisadores
• Compostos oxigenados estão presentes como ácidos carboxílicos, fenóis, cresóis, ésteres, amidas, cetonas e benzofuranos
• Também tendem a se concentrar nas frações mais pesadas, causando acidez, coloração, odor, gomas e corrosividade
• Metais, como ferro, manganês, zinco, cobre, chumbo, molibdênio, arsênio, cobalto, cromo, sódio, níquel e vanádio, estão presentes como sais dissolvidos ou organometálicos complexos, principalmente nas frações mais pesadas
• Essencialmente, o níquel e o vanádio são os mais comuns
• Sua presença é prejudicial ao processamento e à combustão
• Resinas e asfaltenos são moléculas de alta massa molecular com estruturas aromáticas e heteroátomos
• Asfaltenos são sólidos escuros não voláteis, enquanto as resinas são líquidos ou sólidos pastosos voláteis, ambos dispersos/dissolvidos no petróleo

Origem do Petróleo

• Existem duas teorias para a origem do petróleo: biogênica e abiogênica
• Biogênica: petróleo é gerado pela conversão térmica de matéria orgânica sedimentar oriunda de seres vivos
• Abiogênica: petróleo é gerado por reações de materiais carbonosos não-biológicos
• A teoria biogênica é mais aceita devido às evidências (marcadores biológicos)

Processo de Origem Biogênica

• Acúmulo de material orgânico de seres microscópicos sob condições anóxicas
• Soterramento rápido com sedimentos, impedindo a ação do oxigênio
• Camada extra de sedimentos promove temperatura/pressão elevadas
• Transformação da matéria orgânica em querogênio (material insolúvel)
• A transformação da matéria orgânica em querogênio (diagênese) ocorre por reações químicas (desidratação, descarboxilação e polimerização)
• Catagênese: sob temperaturas/pressões elevadas, o querogênio se transforma em hidrocarbonetos (petróleo, gás e xisto betuminoso)
• Inicialmente hidrocarbonetos de altas massas moleculares são formados e depois os hidrocarbonetos de baixas massas através da quebra das moléculas
• Metagênese: moléculas de hidrocarbonetos são quebradas em moléculas menores, formando predominantemente gases, como metano
• Metamorfismo: elevação de temperatura e pressão causam a transformação da rocha sedimentar prevalente em um outro po de rocha
• Após a formação, o petróleo migra das rochas geradoras para rochas reservatório até ser interrompido por armadilhas geológicas
• Migração primária: saída do petróleo das rochas geradoras
• Migração secundária: migração das rochas reservatório até a acumulação em armadilhas geológicas
• Esta migração é controlada pela viscosidade, flutuabilidade (menos denso que a água), porosidade e permeabilidade das rochas reservatório
• A interrupção da migração resulta na acumulação em armadilhas geológicas devido à presença de rochas selantes ou capeadoras, que são impermeáveis e com alta dutilidade (plasticidade)

Exploração do Petróleo

• Envolve a análise geoquímica e geológica de formações sedimentares, visando determinar a existência de uma jazida
• A prospecção avalia as condições geológicas favoráveis
• As análises geoquímicas e geológicas permitem identificar os tipos, composições e estruturas das rochas, além de afloramentos
• Os métodos geoquímicos analisam amostras de rochas/fluidos, determinando a composição química/mineralógica, concentrações não comuns, propriedades e quantidade
• Os métodos estruturais determinam como as unidades geológicas se organizaram e deformaram, gerando representações da geometria e estrutura subsuperficial das rochas e auxiliando também na identificação de jazidas
• A próxima etapa, após a identificação da possibilidade de uma jazida, é a explotação do petróleo

Etapas da explotação

• Perfuração de poços; completação de poços; extração de petróleo; transporte; refino; utilização dos produtos

Perfuração de poços

• Confirma a existência de uma jazida
• O primeiro poço é chamado pioneiro
• A comprovação da existência de uma jazida na região leva a perfuração de poços esparsados para determinar a extensão da jazida, o que possibilita avaliar a viabilidade econômica da extração
• A perfuração ocorre com uma sonda, usando brocas rotativas na extremidade de uma coluna de perfuração
• Um fluido de perfuração, bombeado pela coluna, remove os fragmentos gerados pela broca
• A broca é energizada pela combinação de rotação e peso

Processo

• A perfuração é conduzida em etapas até a profundidade desejada
• Remove a broca e insere um tubo de revestimento de aço de diâmetro menor para dar integridade à região perfurada
• Cimentação do espaçco anular entre a rocha e o tubo: isola as rochas, evita o colapso e a contaminação
• As operações de perfuração de poços de petróleo é parecida no mar e na terra

Completação de poços

• Garante a operação segura de extração
• Passos: instalação de equipamentos de superfície; condicionamento do poço; avaliação da cimentação; canhoneio; fraturamento hidráulico; instalação da coluna de produção; e inicialização da extração
• São instalados a cabeça de poço e o sistema de prevenção de projeção descontrolada dos fluidos
• Introduz-se uma ferramenta com broca e raspador para gabaritar o interior do revestimento, removendo tampões mecânicos e detritos
• Substitui-se o fluido de perfuração por um fluido de completação para aumentar a pressão hidrostática

Avaliação da cimentação

• Condução de testes acústicos para determinar a aderência do cimento ao revestimento e à formação rochosa
• Previne problemas na produção
• Perfuração com cargas explosivas para conectar a formação rochosa geradora com o interior do poço
• Alternativo ao fraturamento hidráulico
• Injeção de água, químicos e areia sob pressão para criar fraturas artificiais e aumentar o rendimento

Produção de Petróleo ou "Recuperação de Petróleo"

• Há casos em que o petróleo bruto (extraído) pela ocorrência de pressões elevadas
• O gradiente de pressão faz com que o líquido/gás do interior do reservatório vaze para a superfície através da coluna
• A recuperação do petróleo pode ser conduzida em etapas classificadas por convencionais ou não convencionais
• A produção pela pressão natural é chamado de recuperação primária
• Recuperação primária extra só a fração líquida com rendimento de 5 a 15% do contido
• É convencional haver a intervenção humana para o reestabelicimento da pressão
• A injeção de água ou gás tem com o objetivo de elevar os flúidos do poço
• A produção com intervenção humana atinge 20 a 30% do conteúdo do poço
• A recuperção não convencional possibilita a extração de quantidades adicionaissãois
• Usam fluídos como polímeros para modificar as propriedades do petróleo

Técnicas de recuperação

• Usualmente requerem investimentos capitais
• Apresentam custos operacionais

A extração

• Simultânea, do jazigo se extrai gás natural impupezas entre outros
• É necessário o tratamento primario do petróleo
• Consiste em condensação, extração de líquidos, água do condensado
• Após o tratamento primário o petróleo é transportado para refinarias por oleodutos

Refino do Petróleo

• As operações e refinarias são bastantes complexas
• As principais etapas são apresentadas

Pré-tratamento

• Geralmente contém metais sais água entres outros
• Remoção via hidratação/desestalização

Destilação

• Através de fracionamento
• Separando em várias frações com pontos específicos de ebulição
• Subdividido pela ordem volática em gasos e residuos
• Petróleo desalagado é pré-aquecido
• Fornos de chama direta aguentam de 340-100 graus C
• Separação ocorre ao entrar em colunas com gases mais leves
• Extrações lateriais otimizam o produto otimizado
• Altura do cilindro de 30-40 metros e possuem pratos em aço
• Os vapores ascendentes se penetram no líquido
• Correntes laterias são extraídas para obter as frações