determinação de propriedades petrofísicas e geológicas utilizando uma técnica de análise digital ...

108 Pages·2017·3.74 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
E INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

PEDRO CARLOS XAVIER DE MORAES

DETERMINAÇÃO DE PROPRIEDADES
PETROFÍSICAS E GEOLÓGICAS UTILIZANDO
UMA TÉCNICA DE ANÁLISE DIGITAL DE
ROCHAS

CAMPINAS
[2018]
PEDRO CARLOS XAVIER DE MORAES
DETERMINAÇÃO DE PROPRIEDADES
PETROFÍSICAS E GEOLÓGICAS UTILIZANDO
UMA TÉCNICA DE ANÁLISE DIGITAL DE
ROCHAS
Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de
Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências da
Universidade Estadual de Campinas como parte dos
requisitos exigidos para obtenção do título de Mestre
em Ciências e Engenharia de Petróleo, na área de
Reservatórios e Gestão.
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Campane Vidal
Este exemplar corresponde à versão final da
Dissertação defendida pelo aluno Pedro Carlos
Xavier de Moraes e orientada pelo Prof. Dr.
Alexandre Campane Vidal.
________________________________
Assinatura do Orientador

CAMPINAS
[2018]
Agência(s) de fomento e nº(s) de processo(s): Não se aplica.
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas
Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129

Moraes, Pedro Carlos Xavier de, 1991-
M791a MorDeterminação de propriedades petrofísicas e geológicas utilizando a
técnica de análise digital de rochas / Pedro Carlos Xavier de Moraes. –
Campinas, SP : [s.n.], 2018.

MorOrientador: Alexandre Campane Vidal.
MorDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade
de Engenharia Mecânica.

Mor1. Carbonatos. 2. Equações de navier-stokes tridimensionais. 3. Petrofísica.
4. Segmentação de imagens. I. Vidal, Alexandre Campane, 1969-. II.
Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica. III.
Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Determination of petrophysical and geological properties using
digital rock physics
Palavras-chave em inglês:
Carbonates
Three-dimensional navier-stokes equations
Petrophysics
Image segmentation
Área de concentração: Reservatórios e Gestão
Titulação: Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo
Banca examinadora:
Alexrande Campane Vidal
Guilherme Daniel Avansi
Cleyton de Carvalho Carneiro
Data de defesa: 26-02-2018
Programa de Pós-Graduação: Ciências e Engenharia de Petróleo
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
E INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO ACADÊMICO
DETERMINAÇÃO DE PROPRIEDADES
PETROFÍSICAS E GEOLÓGICAS UTILIZANDO
UMA TÉCNICA DE ANÁLISE DIGITAL DE
ROCHAS
Autor: Pedro Carlos Xavier de Moraes
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Campane Vidal

A Banca Examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Dissertação:

Prof. Dr. Alexandre Campane Vidal, Presidente
Departamento de Geologia e Recursos Naturais / Instituto de Geociências / UNICAMP

Prof. Dr. Guilherme Daniel Avansi
Departamento de Energia / Faculdade de Engenharia Mecânica / UNICAMP

Prof. Dr. Cleyton de Carvalho Carneiro
Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo / Escola Politécnica / USP

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida
acadêmica do aluno.

Campinas, 26 de fevereiro de 2018.
DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho a Maria de Lourdes, minha mãe, que me forneceu todo o
carinho e apoio necessário para a conclusão deste trabalho.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha mãe por todo carinho e amor.
Agradeço ao meu orientador, Prof. Dr. Alexandre Campane Vidal, pela oportunidade
e apoio durante todas as etapas deste mestrado.
Agradeço aos meus amigos do Laboratório de Modelagem Geológica por todas as
discussões e ajuda fornecida para a conclusão deste trabalho: Bruno, Michelle, Guilherme,
Ulisses, Leandro, Matheus e Aline.
Agradeço ao Dr. Samuel Ferreira de Mello e Dr. Guilherme Daniel Avansi pela
amizade e contribuições essenciais para o trabalho. Agradeço ao Prof. Dr. Cleyton de
Carvalho Carneiro por aceitar participar da avaliação e correção deste trabalho.
Agradeço a Agencia Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP)
pelo apoio financeiro.
Agradeço aos funcionários da FEM por toda ajuda e paciência.
Agradeço a todos meus amigos da diretoria do Capítulo Estudantil da SPE
UNICAMP 2017 por fazerem parte da experiência mais enriquecedora que tive na vida até o
momento. E um agradecimento especial ao sponsor do Capítulo Estudantil, Prof. Dr. Paulo
Roberto Ribeiro, por toda ajuda e paciência.
E agradeço a todos meus familiares e amigos que estão presentes nos momentos bons
e ruins da minha vida.
RESUMO
As rochas carbonáticas vêm assumindo papel de destaque na indústria de petróleo, pois são
mais da metade das reservas de petróleo no mundo. Dentre os desafios propostos para a
exploração e produção de petróleo em reservatórios carbonáticos, a caracterização petrofísica
é um tema de intensa pesquisa, pois existe uma elevada heterogeneidade nos carbonatos em
uma multiplicidade de escalas. Para o estudo de propriedades em micro escalas é necessário a
utilização de plugues das rochas de interesse, sendo que estes plugues são muito valorizados
devido ao alto custo para obtê-los durante a etapa de perfuração. Portanto, técnicas de estudo
de propriedades petrofísicas que utilizem uma abordagem não destrutiva e que permitam a
determinação destas propriedades em micro escalas são extremamente interessantes. Para o
estudo dos sistemas porosos e texturas de poros em micro escalas vem sendo desenvolvida
uma técnica de análise petrofísica que utiliza imagens de microtomografia computadorizada
de raios-x chamada Digital Rock Physics (DRP). O objetivo desta técnica é complementar às
técnicas convencionais de laboratório visando caracterizar microestruturas de rocha de forma
não destrutiva através de imagens de alta resolução. Este trabalho de dissertação tem como
objetivo a elaboração de uma sequência metodológica para a determinação de propriedades
petrofísicas e geológicas de amostras de rochas da Formação Morro do Chaves, consideradas
análogas às rochas encontradas nas regiões do pré-sal brasileiro, utilizando as técnicas de
DRP com imagens de microtomografia computadorizada. Para alcançar o objetivo proposto, a
sequência metodológica foi dividida em duas etapas: (i) processamento e análise digital de
imagens com o objetivo de determinar a porosidade utilizando a segmentação Watershed e a
permeabilidade utilizando as Equações de Navier-Stokes; (ii) e a análise dos resultados do
ponto de vista geológico relacionando a tafonomia das amostras com classificações de
porosidade e de texturas de rochas carbonáticas. A técnica de segmentação Watershed atingiu
o objetivo de separar os voxels da imagem em dois grupos, poros e não poros, determinando
assim a porosidade das amostras de maneira a se comparar com os resultados encontrados em
laboratório. As Equações de Navier-Stokes demonstraram eficácia na determinação da
permeabilidade de amostras utilizando imagens segmentadas e a possibilidade de se
determinar a anisotropia desta propriedade para uma mesma amostra, sendo este um
diferencial em relação as técnicas tradicionais de laboratório. É possível concluir através dos
resultados alcançados que a sequência metodológica proposta foi eficaz em determinar a
porosidade, a permeabilidade e a anisotropia da permeabilidade, quando comparados estes
resultados com as técnicas laboratoriais tradicionais, com o diferencial de não ser necessário a
destruição das amostras e a facilidade de se analisar as amostras do ponto de vista geológico
através das imagens de alta resolução geradas pela microtomografia de raios-x.
Palavras-chave: Carbonatos; Digital Rock Physics; Equações de Navier-Stokes;
Segmentação Watershed; Petrofísica.
ABSTRACT
Carbonates have been playing an important role in the oil industry, as they account for more
than half of the world's oil reserves. Among the challenges proposed for the exploration and
production of petroleum in carbonate reservoirs, the petrophysical characterization is a subject
of intense research, since there is a high heterogeneity in the carbonates in a multiplicity of
scales. For the study of properties in micro scales it is necessary to use plugs of the rocks of
interest, and these plugs are highly valued due to the high cost to obtain them during the
drilling stage. Therefore, techniques of study of petrophysical properties that use a non-
destructive approach and that allow the determination of these properties in micro scales are
extremely interesting. For the study of porous systems and pore textures in micro scales, a
petrophysical analysis technique has been developed that uses computerized
microtomography images called Digital Rock Physics (DRP). The objective of this technique
is to complement conventional laboratory techniques aiming to characterize rock
microstructures through high resolution images. Therefore, this work aims at the elaboration
of a methodological sequence for the determination of petrophysical and geological properties
of rocks samples of the Morro do Chaves Formation considered analogous to the rocks found
in the Brazilian pre-salt regions, using the techniques of DRP with computerized
microtomography images. In order to reach the proposed objective, the methodological
sequence was divided into two stages: (i) digital image processing and analysis with the
objective of determining the porosity using the Watershed segmentation and the permeability
using the Navier-Stokes Equations; (ii) and the analysis of the results from the geological
point of view, relating the taffonomy of the samples with classifications of porosity and
textures of carbonate rocks. The Watershed segmentation technique reached the objective of
separating the voxels from the image into two groups, pores and non-pores, thus determining
the porosity of the samples in order to compare with the results found in the laboratory. The
Navier-Stokes Equations demonstrated efficacy in the determination of the permeability of
samples using segmented images and the possibility of determining the anisotropy of this
property for the same sample, which is a differential in relation to traditional laboratory
techniques. It is possible to conclude from the results obtained that the proposed
methodological sequence was effective in determining the porosity, permeability and
anisotropy of the permeability, when comparing these results with the traditional laboratory
techniques, with the differential of not being necessary the destruction of the samples and the
ease of analyzing the samples from the geological point of view through the high resolution
images generated by the x-ray microtomography.
Keywords: Carbonates; Digital Rock Physics; Navier-Stokes equations; Watershed
Segmentation; Petrophysics.