Sedimentologia de deformação

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Universidade Federal de Campina Grande

Centro de Ciências e Tecnologia

Unidade Acadêmica de Engenharia Mecânica

Departamento de Engenharia de Petróleo

Mecânica das Rochas

SEDIMENTOLOGIA PÓS-DEPOSIÇÃO

FERNANDA CAROLINE DE M. RIBEIRO

Campina Grande, 28 de Novembro de 2013.

Introdução

As rochas são submetidas a processos naturais de desintegração e decomposição, o chamado intemperismo ou meteorização, seguinte é submetida a erosão dos grãos que são transportados por agentes do próprio ambiente e são depositados. Depois da deposição, o sedimento segue um longo processo de transformação. Como o processo de sedimentação continua a sobrecarga de sedimentos mais jovens é depositado. O peso extra em cima dos sedimentos causa a compactação. A compactação resulta na aproximação do pacote de grãos, reduzindo tanto a porosidade quanto a permeabilidade, com isso o ângulo de atrito ira aumentar. Mas a compactação por si só não é capaz de criar rochas maciças, já que esta não afeta a coesão. Para a transformação estar completa é necessário que os grãos passem por processos de cimentação. Esses processos de pós-deposição física e química são referidos como diagênese. Na figura abaixo temos um exemplo de arenito compactado:

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Figura 1: Arenito compactado

Processo diagenético

As partes dos processos diagenéticos que contribuem para endurecer a rocha, são chamados de litificação (é o processo pelo o qual todo o fluido contido nessa formação é expulso a partir da pressão exercida ali). O termo consolidação é frequentemente usado de forma desleixada por engenheiros de petróleo, referindo-se como de livre de cimentação. Por exemplo, "arenito mal consolidado " supostamente significaria arenito mal cimentado. Estritamente falando, refere-se ao tempo de consolidação deformação dependente devido à dissipação de pressão de poros. Isso significa que, mal consolidados são basicamente, mal compactados. Há uma correlação entre a quantidade de cimentação diagenética e as tensões eficazes em desenvolvimento em uma formação devido à compactação, especialmente em depósitos de areia.

 

As alterações físicas, além de compactação, incluem mudanças trazidas pela atividade tectônica. No que diz respeito aos efeitos diagenéticos, as alterações químicas são as mais importante. A cimentação é, principalmente, o resultado da precipitação de um agente de ligação. Ao considerar os processos químicos, a interação entre os sólidos dos grãos minerais (especialmente os minerais de superfície) e o poro de fluido é o processo básico. Como apenas a água dos poros é livre para mover-se no sedimento (pelo menos enquanto a porosidade e permeabilidade são mantidas), esses processos estão intimamente ligados às mudanças na química da água dos poros. A precipitação de calcita na superfície dos grãos de areia é um exemplo de cimentação induzida quimicamente.

O processo em si passa por 4 fases: compactação, desidratação, cimentação e recristalização.

A compactação trata-se da compressão de sedimentos pelas camadas superiores que sobre eles se foram depositando, com consequente, expulsão de água, diminuição da porosidade e do seu volume.

Processos de cimentação, no entanto, como vimos, exigem maiores pressões ou algum fluxo grande de água intersticial. Se estas condições não forem satisfeitas, a cimentação chegará a um impasse. Alguns dos reservatórios do mar do Norte podem exemplificar isso. Reservatórios tanto de arenito quanto de giz são caracterizados por apresentarem elevadas pressões anormais nos poros. Isto impede soluções de pressão, e uma rocha selante eficiente impediu ainda mais a circulação de fluido dos poros através da rocha reservatório. Isso tem ajudado a manter uma elevada porosidade, de 30-50% no giz mais prolífico e cerca de 30% nos reservatórios arenosos. Essa também resultou de baixas forças coesivas e algumas formações são mais ou menos não cimentadas, quase como solo. A força coesiva é, em seguida, in situ, principalmente em resultado de forças capilares, e, consequentemente, muito baixa. Isso resultou em problemas de produção significativos, como a produção de partículas de areia e fluxo de material giz em poços.

  Como uma declaração geral, pode-se dizer que o grau de cimentação e a força aumentam de uma dada rocha com a profundidade de soterramento, devido ao aumento da compactação, a solução de pressão, etc. Esta tendência geral é muitas vezes quebrada, devido a mudanças litológicas ou devido a condições que podem retardar processos de diagenéticos, tais como a pressão anormal dos poros, acima mencionada.

Já a recristalização é a transformação dos minerais iniciais em outros minerais, por alteração das suas estruturas cristalinas devido a modificações nas condições de pressão e temperatura, circulação de água e outros fluidos onde estão dissolvidos certos íons.

A seguir temos  uma esquematização simples do processo de diagênese e da deposição de sedimentos em um ambiente:

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Figura 2: Sedimentação e diagênese de sedimentos.

Em volume, arenitos e carbonatos formam cerca de 15% e 10%, respectivamente, das rochas sedimentares. A mais abundante rocha sedimentar é, contudo, a de xisto (~ 75%). A maior parte da camada de terra que tem de ser perfurada para se chegar ao reservatório, é composta por xisto. Estas seções de xisto são frequentemente associadas com problemas de estabilidade durante a perfuração e são, portanto, de interesse em mecânica das rochas de petróleo.